Максимальное количество ступеней турбобура

Принцип работы турбобура

Гидравлические забойные двигатели типа турбобур – это основной элемент буровых установок. Характеристика турбобура влияет на множество факторов, которые определяют функциональную мощность всей добывающей конструкции. Это обусловлено тем, что именно к валу турбины и присоединяется долото.

Устройство турбобура: описание

Данный гидравлический забойный двигатель представляет собой достаточно сложную и компактную конструкцию, которая обеспечивает работу добывающие установки, а именно – функционирование долота.

Сам турбобур можно разделить на следующие элементы:

• турбинный вал;
• опора осевая и радиальная;
• статоры.

Различают две группы деталей: вращающиеся и не вращающиеся.

К не вращающейся группе относятся:

1. Переводник. С его помощью бурильная колонна присоединяется к турбобуру.
2. Цилиндрический корпус. Является основой всего комплекса.
3. Кольца пяты. Функциональный элемент.
4. Диска статора. Через его окна буровая жидкость попадает внутрь.
5. Средняя опора. Обеспечивает поддержку отдельных элементов.
6. Ниппель. Обеспечивает фиксацию деталей внутри корпуса.

К вращающейся группе относятся:

В основе функционирования оборудования для бурения лежат идентичные ступени гидравлического вида, элементами которых являются:

• направляющий элемент – неподвижный статор;
• рабочее колесо – подвижный ротор.

Статорные колеса крепко зафиксированы в корпусе, а роторные – непосредственно на турбинном валу. В подавляющем большинстве ситуаций, на нижний конец турбобура навинчивается долото, а верхний подсоединяется к бурильным трубам с помощью резьбы.

В идеальном варианте, конструкция турбобура должна:

• обеспечивать достаточны крутящий момент;
• стабильно работать при низкочастотном вращении;
• иметь постоянную энергетическую характеристику;
• быть независимым от свойств бурового раствора.

Несмотря на конкретные требования, на данный момент не существует модели двигателя, который бы полностью им удовлетворял.

При выборе следует учитывать конкретные условия, при которых будет осуществляться бурение – это позволит подобрать оптимальный вариант среди всех доступных моделей

Принцип работы турбобура: основные моменты

В основе функционирования турбобура лежит давление потока жидкости. Именно за счет неё возможно эффективное бурение. Она, под воздействием давления, постепенно проходит через все ступени турбобура, тем самым создавая рабочий реактивный момент. На этом и базируется принцип работы.

Через бурильную колонну сам поток попадает на I ступень турбобура. Направление данной жидкости задается посредством статора. Именно в нем происходит формирование закрутки и достигается заданная скорость. Механическая энергия преобразуется из кинетической в роторе, и используется для непосредственного вращения вала.

Вышеперечисленные детали являют собой составляющие ступеней двигателя. Система, в которую входят статоры, подпятников и опор промежуточного типа, фиксируется с помощью ниппеля с повышенным осевым усилием. За счет этого на торцах элементов создается сила трения, которые и удерживают детали в неподвижном состоянии. Охлаждение подпятников обеспечивается за счет постоянно поступающей жидкостью, которая проходит через верхнюю часть турбобура, а именно – проходит через подпятниковые дисковые окна.

Жидкость промывочная поступает непосредственно в двигатель гидравлический, и только после этого – в нижележащую валовую полость.

Ниппель – это опора радиального вида для двигателя. По этой причине внутренняя площадь полностью покрыта резиной.

Бурение турбобуром: основные сведения

Турбобуры применяются для бурения скважин. Данная процедура подразумевает несколько процессов:

• спуск турбобура;
• опускание долота;
• обеспечение циркуляции жидкости промывочной;
• корректировка забойной нагрузки.

За счет изменения забойной нагрузки, а также постоянного удерживания допустимого давления в системе циркуляции трубопровода, в турбобуре поддерживается стабильный перепад. Он подстраивается таким образом, чтобы соответствовать установленной частот вращения. Именно она и определяет мощность, которую и развивает турбобур.

Устройство турбобура способствует обеспечению достаточной вариативности относительно частоты вращения. Сама конструкция содержит турбобур с долотом, который устанавливается на колонну бурильной трубы, а также снабжен:

• спуско-подъемным устройством;
• аппаратом для обеспечения циркуляции жидкости;
• аппаратурой, фиксирующей её давление;
• автомат подачи буро-инструмента.

Последние два программно связаны между собой, так что при указанном расходе жидкости для промывки поддерживается максимально возможное давление.

Система бурения располагается над местом будущей скважины. Исходя из геологического исследования и прогнозов относительно особенностей почв, подбирается конкретный вид долота. Если грунт состоит из нескольких слоев, то скважина создается с помощью долот нескольких видов.

В зависимости от глубины забоя, процесс может приостанавливаться для монтажа специальных труб – они препятствуют обрушению грунта со стенок скважны.

Турбобур может использоваться в различных климатических условиях, и является универсальным двигателем, обеспечивая надежную работу и высокую эффективность.

Турбинный принцип работы гораздо более производительный, чем роторный, а показатели крутящего момента не зависит от глубины забоя, свойств горных пород или режимов бурения.

Во время бурения управляющему узлу (человеку или автомату) после доведения до забоя необходимо производить нагрузку на долото до тех пор, пока на выбросе насоса давление стабильно повышается.

Турбобур в действии

Источник

Принцип действия и устройство турбобура

Турбобур (рис.2) представляет собой забойный гидравли­ческий агрегат с многоступенчатой гидравлической турбиной, приводимой в действие потоком бурового раствора, который закачивают в бурильную колонну с поверхности насосами.

Турбобур состоит из двух групп деталей: вращающихся и не вращающихся. Невращающуюся группу деталей составляют переводник 1, при помощи которого турбобур соединяется с бу­рильной колонной, цилиндрический корпус 2 с кольцами пяты 4, дисками статора 6, средней опорой и ниппелем 8. К вращаю­щейся группе деталей относится вал 3 с насаженными на нем дисками роторов 7 и пяты 5, закрепленными на валу при по­мощи шпонки, гайки и контргайки. Нижняя часть вала имеет отверстие внутри и боковые каналы для протока раствора к до­лоту и снабжено резьбой, которой через переводник присоеди­няется долото.

Турбина состоит из большого числа ступеней (100—350). Каждая ступень (Рис.3.) представляет собой два диска с лопатками: один диск — ротор — укреплен на валу турбобура, второй — статор. Лопатки статора и ротора расположены под углом друг к другу, вследствие чего поток жидкости, посту­пающий под углом из каналов статора на лопатки ротора, ме­няет свое направление и производит силовое воздействие на них. В результате этого создаются силы, стремящиеся повер­нуть закрепленный на валу ротор в одну сторону, а закреплен­ный в корпусе диск статора — в другую сторону. Далее поток раствора из каналов ротора вновь поступает на лопатки ста­тора ниже расположенной ступени, где вновь происходят изме­нение направления потока жидкости и подача его на лопатки ротора этой ступени. На роторе второй ступени также возни­кают силы, создающие активный крутящий момент, и т. д.

Рис.3. Ступень турбины турбобура.

А-внешний вид; Б-схема ступени; 1-статор; 2-ротор; 3-лопатки статора; 4-обод статора; 5-лопатки ротора.

Жидкость, поступающая в турбобур, про­ходит через все его ступени и подводится к В зависимости от требований бурения применяют турбобуры диаметром от 127 до 220 мм с числом ступеней от 25 до 350 и более. При большем числе ступеней для удобства перевозки и монтажа турбобур выполняется из отдельных секций (до че­тырех) длиной 6—10 м каждая, соединяемых между собой на буровой в один агрегат перед спуском в скважину.

Диски ротора и статора отливают из стали, ковкого чугуна или комбинируют из пластмассовых (капроновых, полипропиле­новых) венцов и стальных ступиц ротора и ободов статора. Профили лопаток статора и ротора обычно являются зеркальным отображением.

В турбобурах диаметром 170 мм и менее при­меняют безободные диски.

Ротор фиксируется в статоре посредством радиально-осевого и радиальных резинометаллических подшипников скольжения. В односекционных турбобурах и первых (нижних) секциях сек­ционных турбобуров используется различное расположениеопор.

Опора—пята, через которую передается осевая нагрузка от бурильной колонны долоту, в зависимости от конструкции рас­полагается в верхней или нижней частях турбобура. Резинометаллическая пята состоит из нескольких ступеней (рис.4). Каждая ступень имеет подпятник, который пред­ставляет собой металлический обод / с резиновой облицовкой 2, укрепляемый в корпусе, и стальной диск 3, сидящий на валутурбобура.

Рис. 4.Резинометаллическая пята.

Эластичная резиновая облицовка одного из элементов пяты или подшипника обеспечивает его работу при смазке буровым раствором и распределяет нагрузку по поверхности трения. Резинометаллические опоры турбобуров в зависимости от усло­вий эксплуатации имеют работоспособность в пределах 50—150 ч.

Пята, расположенная в верхней части турбобура, снабжа­ется каналами для протока раствора, а пята, расположенная в нижней части вала, не имеет каналов и служит лабиринтным уплотнением, препятствующим утечкам раствора в зазор между валом и ниппелем. При такой конструкции можно работать с некоторым перепадом давления в долотах без значительных утечек раствора через нижнее уплотнение. Валы верхних сек­ций имеют только радиальные опоры.

Ниппель, свинченный с корпусом турбобура, служит для зажатия дисков статора. Резиновая обкладка ниппеля является одновременно нижней радиальной опорой и сальником, уплот­няющим зазор между корпусом и валом турбобура.

Валы секций соединяются с помощью конусных фрикцион­ных или шлицевых муфт. Последний тип, более сложный в из­готовлении, приспособлен к условиям сильной вибрационной нагрузки при бурении крепких пород. Шлицы предназначены для предотвращения проворота муфты.

Активный крутящий момент, создаваемый каждым ротором, суммируется на валу, а реактивный момент, создаваемый на лопатках дис­ков статора, суммируется на корпусе турбобура. Эти оба мо­мента— активный и реактивный — равны по величине и про­тивоположны по направлению. Реактивный момент через кор­пус турбобура передается соединенной с ним бурильной ко­лонне, а активный — долоту.

Источник

Турбобур

Турбобур — многоступенчатая гидравлическая турбина. К валу турбины присоединяется долото, каждая ступень состоит из диска и ротора.

Турбобур — многоступенчатая гидравлическая турбина.

К валу турбины присоединяется долото, каждая ступень состоит из диска и ротора.

Конструкция турбобура:

• корпус,
• турбинный вал,
• осевая опора,
• статоры,
• радиальные опоры,
• канал.

Осевой и турбинный валы турбобура соединены с помощью резьбы.

Статор жестко соединен с корпусом турбобура.

Поток бурового раствора в статоре меняет свое направление и поступает в ротор, отдавая часть мощности на вращение лопастей ротора.

Принцип действия турбобура

Турбобур устанавливается непосредственно над бурильным элементом (породоразрушающим), из-за этого источником энергии для него является давление потока жидкости.

Поток жидкости подается в первую ступень турбобура через бурильную колонну, после чего в статоре формируется направление потока жидкости.

Таким образом, статор — направляющий аппарат турбины.

Жидкость под действием давления проходит через все ступени турбобура (его турбины), создавая реактивный момент.

Проблема проводки верхних интервалов вертикальных скважин увеличенного и большого диаметра успешно решается с помощью разработанных во ВНИИБТ роторно-турбинных (диаметрами 394. 640 мм) и реактивно-турбинных (диаметрами 760. 5000 мм) буров (РТБ).

Эффективность применения РТБ повышается особенно в условиях, способствующих искривлению ствола; в разрезах с крутым падением пластов, переменными углами их залегания, частой перемежаемостью различных по твердости пород, включая крепкие и очень крепкие, закарстованностью, технологическими нарушениями и т. п., а также в условиях, осложненных сальникообразованием и прихватами бурильной колонны.

Наиболее важные показатели качества скважин большого диаметра — необходимая вертикальность и форма ствола — достигаются за один проход породоразрушающего бурового инструмента без использования сложных и громоздких КНБК и дополнительных проработок ствола, характерных для бурения другими известными техническими средствами.

Это позволяет осуществлять после окончания бурения беспрепятственный и безаварийный спуск в скважину обсадной колонны или крепи с минимальными затрубными зазорами.

Конструктивное устройство РТБ предусматривает возможность применения винтовых забойных двигателей и электробуров.

Бурение скважин большого диаметра с применением РТБ производится с помощью стандартных буровых установок соответствующего класса, в которых несколько изменяется подроторное основание и доукомплектовывается насосная группа дополнительными буровыми насосами требуемой производительности.

Роторно-турбинные буры 1РТБ-394; 1РТБ-445; 1РТБ-490; 1РТБ-590; 1РТБ-64 идентичны по конструкции и отличаются геометрическими размерами узлов и деталей и типоразмерами используемых турбобуров и долот.

Эти буры позволяют также забуривать новые стволы из скважин с искривлением более 3. 40, расширять и прорабатывать скважины с меньшей кривизной.

Роторно-турбинные буры требуют вращения ротором, в то время как в реактивно-турбинных бурах диаметром более 760 мм реактивные силы оказываются достаточными для их вращения.

Совмещая вращение долот вокруг их собственных осей с вращением последних вокруг оси РТБ, организуется специфика планетарного режима работы долота на забое и таким образом формируется скважина увеличенного диаметра.

Роторно-турбинные буры комплектуются турбобурами Т12МЗЕ-172; Т12МЗБ-195 и Т12РТ-240 (или типа ТВШ и ТНК).

Кроме того, в РТБ возможно применение верхних секций турбобуров типа ТС5Б или ЗТСШ со шпинделями и нижних секций турбобуров ТС5Б.

Они рассчитаны на использование долот диаметрами 190,5; 215,9; 244,5; 269,9 и 295,3 мм.

Роторно-турбинный бур (рисунок) состоит из двух турбобуров, соединенных с помощью грузов-утяжелителей, стяжек и траверсы в единую монолитную напряженную конструкцию.

По длине бур может иметь армированные ребра, которые калибруют ствол скважины, образуют его форму, а небольшой при этом зазор между поперечными габаритами бура и стенками скважины практически исключает образование резких перегибов и существенно ограничивает возможность искривления ствола.

На валы турбобуров наворачивают долота требуемого типоразмера в соответствии с характером проходимых пород.

Подводимый к буру буровой раствор распределяется в траверсе по турбобурам и приводит во вращение валы с долотами.

После запуска турбобуров, ротором приводят во вращение бурильную колонну, а вместе с ней и бур, и, опустив последний на забой, создают осевую нагрузку на долото и разрушают породу за счет планетарного движения бура.

В зависимости от характера разбуриваемых пород частота вращения бура составляет от 8. 10 до 90. 120 мин-1, а осевая нагрузка 80. 165 кН.

Эффективность выноса выбуренной породы при бурении роторно-турбинными бурами обеспечивается при расходах бурового раствора 50. 70 л/с.

В процессе бурения РТБ с породой контактируют периферийные рабочие элементы долот, определяя минимальную суммарную площадь контакта с породой, благодаря чему обеспечивается создание больших контактных напряжений при ограниченной осевой нагрузке, т. е. силового разрушения породы.

Сравнительно невысокие осевые нагрузки, приходящиеся на каждое долото, увеличивают продолжительность работы опор шарошек, а также обеспечивают вертикальность ствола скважины.

Основные конструктивные параметры роторно-турбинных буров типа 1РТБ и их энергетические характеристики при соответствующих расходах бурового раствора плотностью 1000 кг/м 3 (на воде) приведены в табл. 107.

Изготовитель: Кунгурский машиностроительный завод

617400 г. Кунгур-1 Пермской обл., ул. Просвещения, 11

Источник