Турбобури

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

1. Турбобури. Призначення, типи, конструктивні особливості.
У турбінному бурінні найбільший крутний момент обумовлений тільки опором породи обертанню долота (труб і механізмів між долотом і турбобуром у разі їх встановлення). Максимальний обертовий момент в трубах, що визначається розрахунком турбіни (значенням її гальмівного моменту) не залежить від глибини свердловини, швидкості обертання долота, осьового навантаження на долото і механічних властивостей прохідних гірських порід.
Практика застосування турбобуров показує, що стійкість труб при цьому способі буріння приблизно в 10 разів перевищує стійкість труб в роторному бурінні. У турбінному бурінні коефіцієнт передачі потужності від джерела енергії до долоту значно вище, ніж в роторному.
Сучасний турбобур повинен забезпечувати такі характеристики та функції:
1. Достатній крутять момент при питомих витратах рідини не більше 0,07 л / с на 1 смІ площі вибою.
2. Стійку роботу при частотах обертання менше 7 з для шарошкових і 7 - 10 з для алмазних доліт.
3. Максимально можливий ККД.
4. забезпечення перепаду тиску на долоті не менше 7 МПа.
5. Напрацювання на відмову не менше 300 ч.
6. Довговічність не менше 2000 год
7. Сталість енергетичної характеристики щонайменше до напрацювання на відмову.
8. Незалежність енергетичної характеристики від тиску і температури навколишнього середовища.
9. Можливість зміни реологічних властивостей бурового розчину в процесі довбання.
10. Можливість введення в буровий розчин різних наповнювачів і добавок.
11. Можливість здійснення промивання стовбура свердловини без обертання долота.
12. Можливість проведення замірів траєкторії стовбура свердловини в будь-якій точці аж до долота без підйому бурильної колони.
13. Стопоріння вихідного валу з корпусом у разі потреби і звільнення від стопоріння.
14. Гасіння вібрацій бурильного інструменту
15. Економію проведених витрат на 1 м проходки свердловини в порівнянні з альтернативними способами і засобами буріння.
В одній конструкції всі ці вимоги втілити дуже складно. У той же час доцільно мати якомога меншу кількість типів турбобуров однакового діаметру.
На початку 50-х років у зв'язку зі зростанням глибин свердловин стали прагнути до збільшення числа ступенів турбіни для зниження частот обертання доліт. З'явилися секційні турбобури, що складаються з двох-трьох секцій, що збираються безпосередньо на буровій. Секції згвинчував за допомогою конічної різьби, а їх вали з'єднувалися спочатку конусними, а потім конусно-шліцьовими муфтами. Осьова опора секційного турбобура встановлювалася в нижній секції.
У подальшому з метою спрощення експлуатації турбобуров осьова опора була винесена в окрему секцію - шпиндель. Це вдосконалення дозволило проводити зміну на буровій найбільш швидкозношуваних вузла турбобура - його опори.
Резинометалічні п'ята, добре працює при використанні в якості бурового розчину води або бурових (глинистих) розчинів з відносно низьким вмістом твердої фази, а також при невисоких значеннях перепаду тиску на долоті, у разі застосування обважнених або сильно забруднених бурових розчинів суттєво спотворювала вихідну характеристику турбобура, що знижувало ефективність способу буріння, тому в кінці 50-х років були розпочаті інтенсивні дослідження з розробки опори кочення турбобура.
На початку 60-х років Р.А. Іоннесяном і співавторами була створена наполегливо-радіальна кульова опора турбобура серії 128 000, що представляє собою багатоступінчастий шарикопідшипник двосторонньої дії.
Подальше вдосконалення конструкцій турбобура пов'язано з появою нових високопродуктивних шарошкових доліт з герметизованими маслонаповненими опорами. Для ефективної відпрацювання цих доліт потрібні частоти обертання приблизно 2,5 - 5 з , Що призвело до створення ряду нових напрямків у конструюванні турбобуров:
· З системою гідродинамічного гальмування;
· Багатосекційних;
· З високоціркулятівной турбіною і клапаном-регулятором витрати бурового розчину;
· З системою демпфування вібрацій;
· З розділеним потоком рідини і порожнім валом;
· З плаваючою системою статора;
· З гальмівною приставкою гідромеханічного типу;
· З редукторною приставкою.
З'явилися також гідравлічні забійні двигуни об'ємного типу - гвинтові.
Секційні уніфіковані шпиндельні турбобури
Секційні уніфіковані шпиндельні турбобури типу 3ТСШ! Призначені для буріння свердловин шарошечним і алмазними долотами. Складаються з трьох турбінних і однієї шпиндельної секції. У шпинделі встановлена ​​непроточна резинометалличні осьова опора, яка виконує також функцію ущільнення валу турбобура.
У кожній турбінної секції розміщено близько 100 ступенів турбіни, по чотири радіальні опори і по три щаблі запобіжної осьової п'яти. Остання застосовується для усунення небезпеки зіткнення роторів і статорів турбіни з-за зносу шпиндельного підшипника в процесі роботи.
Високомоментного турбобури з системою гідроторможенія
Високомоментного турбобури типу АГТШ з системою гідродинамічного гальмування призначені для буріння глибоких свердловин шарошкових доліт, але можуть застосовуватися і при алмазному бурінні.
Складаються з трьох секцій і шпинделя. Дві турбінні секції містять багатоступеневу високоціркулятівную турбіну. У третій встановлюються ступені гідродинамічного гальмування (ГТ). Сходи ГТ складаються із статора і ротора, лопатки вінців яких мають безударное обтікання рідиною на гальмівному режимі. При обертанні такого ротора виникає крутний момент, протилежний моменту, що розвивається турбіною турбобура. Значення гальмуючого моменту пропорційно частоті обертання валу.
У шпинделі турбобура встановлений упорно-радіальний шарикопідшипник серії 128000. як ущільнення валу використовуються круглі гумові кільця ПРУ.
Багатосекційні турбобури
З метою зниження частоти обертання долота і нарощування крутного моменту на валу турбобура застосовуються багатосекційні (понад трьох секцій) турбінні збірки. Серійні турбобури, зібрані з п'яти-шести турбінних секцій, дозволяють ефективно відпрацьовувати високопродуктивні долота при знижених витратах бурового розчину, а також надають технологам значно ширші можливості для вибору оптимальних параметрів режиму буріння.
За своєю конструктивною схемою багатосекційний турбобур не відрізняється від серійного. Однак збільшення числа турбінних секцій пред'являє більш високі вимоги до надійності роботи шпинделя турбобура: він повинен бути більш надійним і більш довговічним, ніж шпинделі серійних турбобуров. Цим вимогам відповідають шпинделі з лабіринтовим дисковим ущільненням типу ШФД. Їх довговічність складає 2000-4000 ч.
Формування енергетичної характеристики багатосекційного турбобура може здійснюватися кількома шляхами: використанням різних типів турбін, їх поєднанням зі східчастими ГТ, а також регулюванням витрати бурового розчину через турбіну.
Турбобур з незалежною підвіскою
Збільшення числа секцій турбобура дозволяє сформувати оптимальну енергетичну характеристику для буріння шарошкових доліт з герметизованими маслонаповненими опорами і алмазними породоразрушающим інструментами. Цей шлях видається найбільш простим і надійним, однак вимагає більш кваліфікованого підходу до складання і регулюванню турбінних секцій. Для спрощення цих операцій і взаємозамінності секцій розроблена конструкція турбобура з незалежною підвіскою.
Кожна турбінна секція з незалежною підвіскою має свій завзятий шарикопідшипник. Корпуси секцій з'єднуються між собою за допомогою конічної різьби, а вали - квадратними напівмуфтами і можуть вільно переміщатися в осьовому напрямку. У результаті такого компонування секцій знос упорного підшипника шпинделя не впливає на осьовий зазор між статором і ротором турбіни. Останній визначається тільки зносом підшипників, встановлених у турбінних секціях. Оскільки осьове навантаження на ці секції діє тільки з одного боку і практично не має динамічної складової, то це зношування легко прогнозується. При складанні ротор турбіни встановлюється в крайнє верхнє положення щодо статора, що дозволяє збільшити час роботи упорного підшипника секції. За даними промислових випробувань діапазон напрацювання турбінної секції на відмову складає 120-350 ч.
Завзятий підшипник шпинделя працює у важких умовах. Діюча на нього реакція забою свердловини змінна за величиною і частотам обурення. Динамічні сили призводять до інтенсивного зносу цього підшипника. Проте допустимий осьовий люфт в опорі може становити близько 16-20 мм, тому напрацювання на відмову може бути цілком порівнянна і навіть вище, ніж у шпинделя звичайного типу, але тільки в тих випадках, коли знос опори не супроводжується розколом окремих її елементів (обойми, кулі).
Турбобур з незалежною підвіскою може бути зібраний з турбіною будь-якого типу. У кожній секції можна встановити по 80-90 ступенів.
Турбобур з плаваючим статором
Турбобури з плаваючим статором володіють тими ж привілеями, що і турбобури з незалежною підвіскою секцій, проте осьова опора шпинделя має підвищену гідравлічне навантаження.
Їх конструкції принципово відрізняються від відомих. Кожен статор такого турбобура має свободу переміщення в осьовому напрямку і за допомогою шпонки, що заходить в спеціальний паз корпусу, замикається від проворота під дією власної реактивного моменту. Кожен ротор являє собою і п'яту для відповідного статора, який не має префіксальних дистанційних кілець.
Таке виконання щаблі турбіни дозволяє до максимуму збільшити середній діаметр турбіни і в той же час до мінімуму скоротити осьовий люфт в щаблі. Тим самим у корпусі стандартної довжини вдається розмістити число ступенів в 1,4 рази більше, ніж у серійних турбобуров.
Недолік цієї конструкції - вільний вихід бурового розчину на внутрішню поверхню корпусу турбінної секції.
Турбобур складається з трьох турбінних секцій і шпинделя з двома варіантами осьової опори: підшипник ШШ) -172 і резинометалличні п'ята ПУ-172. Середнє напрацювання турбобура на відмову (по шпінделю) становить 210 ч. Відсутність взаємозв'язку між осьовий люфт турбіни і осьовий опорою шпинделя дозволяє виключити з практики турбінного буріння торцевий знос лопаткових вінців турбін і підвищити міжремонтний період роботи шпинделів.
Турбобур з порожнім валом
Турбобури з порожнім валом призначені для буріння свердловин шарошечним і алмазними долотами в складних гірничо-геологічних умовах. Турбобур складається з турбінних секцій і шпинделя. Залежно від умов експлуатації можливо використання від трьох до шести турбінних секцій для забезпечення необхідної характеристики турбобура.
Турбінні секції складаються з корпусу і полого валу, встановленого всередині корпусу на чотирьох гумово радіальних опорах. У просторі між корпусом і порожнім валом встановлено близько 100 ступенів турбіни. Кінці полого валу обладнані конусно-шліцьовими напівмуфтами, усередині яких маються ущільнювальні елементи, що запобігають витік бурового розчину з порожнини валу до турбіни. При складанні турбінних секцій дотримуються задані розміри вильоту і утопанія напівмуфт для забезпечення необхідного положення роторів щодо статорів.
Шпиндель турбобура складається з корпусу і полого валу, встановленого всередині корпусу на гумово радіальних опорах і наполегливо-радіальні кулькові підшипники серії 128000.
Наявність порожніх валів турбінних секцій і шпинделя дозволяє здійснювати наступні операції:
· Підтримувати в насадках долота перепад тиску 6-9 МПа без додаткового навантаження бурових насосів;
· Проводити виміри просторового положення стовбура свердловини в безпосередній близькості від долота без підйому бурильної колони на денну поверхню;
· На підставі проведених замірів коригувати осьове навантаження на долото для управління процесом набору, скидання або стабілізації кута викривлення стовбура свердловини;
· Прокачувати через порожнину валів, минаючи турбіну, різного роду наповнювачі;
· Спускати в аварійних випадках у порожнину валу прилади для визначення місця прихвата ПО-50 по Т 39-020-75 і торпеди, наприклад, ТШ-35, ТШ-43, ТШ-50 за ТУ 25-04-2726-75, ТУ 25-04-2702-75 або ТДШ-25-1, ТДШ-50-2 за ТУ 39/5-137-73 і ТУ 39/5-138-73;
· Продавлювати буровий розчин і вирівнювати його властивості через порожнистий вал з наступним скиданням гідромоніторного вузла - така операція дозволяє в багато разів скоротити час для проведення зазначених робіт.
Турбобур з редуктором-вставкою
Турбобури з редуктором вставкою типу РМ призначені для ефективного використання шарошкових доліт з маслонаповненими опорами при технологічно необхідному витраті бурового розчину і зменшеним у порівнянні з іншими гідравлічними двигунами перепадом тисків.
Маслонаповнений редуктор-вставка застосовується в поєднанні з турбінними секціями і шпинделем серійно випускаються турбобуров. Редуктор-вставка встановлюється між шпинделем і турбінними секціями, забезпечений планетарної передачею і системою маслозащіти передачі і опор.
Планетарна передача дворядна, зубчаста, з косозубих зачепленням Новикова. Система маслозащіти має ущільнення торцевого типу. Вихідний вал за допомогою шлицевой муфти з'єднаний з валом шпинделя, а вхідний вал за допомогою напівмуфти - з турбінними секціями.
Редуктор-вставка представляє собою автономний вузол, який може бути замінений безпосередньо на буровій. Середнє напрацювання на відмову маслонаповненого редуктора становить 100-115 год, а при бурінні свердловин з високими забійними температурами (понад 150 З) - близько 40 ч.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Геологія, гідрологія та геодезія | Доповідь
27.5кб. | скачати

© Усі права захищені
написати до нас