4 Вибійні двигуни
4.1 Класифікація вибійних двигунів
Для буріння нафтових і газових свердловин застосовують гідравлічні та електричні вибійні двигуни, які перетворюють відповідно гідравлічну енергію промивальної рідини або електричну енергію в механічну на вихідному валу двигуна.
Гідравлічні вибійні двигуни випускають двох типів:
1 - Гідродинамічного – турбобури;
2 - Гідростатичного – гвинтові двигуни.
Електричні вибійні двигуни одержали назву електробурів.
4.2 Турбобури
Турбобур – вибійний гідравлічний двигун, в якого гідравлічна енергія потоку промивальної рідини перетворюється в механічну роботу вихідного валу, до якого приєднується долото. Як гідравлічний двигун у турбобурі використовується багатоступінчаста осьова турбіна.
У практиці буріння використовують такі турбобури:
односекційні типу Т12;
секційні;
шпиндельні;
високомоментні (з похилою лінією тиску);
колонкові (для буріння з відбором керна);
для буріння похилих свердловин;
редукторні;
реактивно-турбінні бури (РТБ).
Односекційні турбобури (рисунок 4.1) застосовуються при бурінні вертикальних і похилих свердловин невеликої глибини. Для буріння похилих свердловин застосовують також укорочені турбобури.
Основні частини турбобура – турбіна, вал, корпус і гумово-металічні підшипники ковзання, які використовують як радіальні і осьові опори, що успішно працюють при змащуванні їх промивальною рідиною.
а - турбобур в зібраному вигляді;
б - одна ступінь верхньої радіально-упорної опори;
в - одна ступінь турбіни;
г - середня опора;
д - ніпель;
1 - перевідник;
2 - корпус турбобура;
3 - гайка;
4 - розпірна втулка;
5 - диск п’яти;
6 - підп’ятник;
7 - кільця п’яти;
8 - регулювальне кільце;
9 - статор;
10 - ротор;
11 - вал;
12 - втулка середньої опори;
13 - середня опора;
14 - упорне кільце;
15 - втулка нижньої опори;
16 - ніпель
Рисунок 4.1 – Схема односекційного турбобура
Турбіна турбобура багатоступенева, осьова. Кожна ступінь складається із статора, закріпленого в корпусі, і ротора, закріпленого на валі. На нижній кінець вала при бурінні нагвинчується долото, а зверху над турбобуром установлюють колону бурильних труб.
Промивальна рідина, яка протікає через турбобур до долота, спочатку омиває п’яту, що служить радіально-упорним підшипником турбобура. При цьому промивальна рідина змащує і охолоджує деталі п’яти, потім поступає в турбіну, направляється всередину вала і дальше до долота у вибій свердловини. Крім п’яти в турбобурі є декілька радіальних підшипників, причому нижній, називається ніпелем, виконує також роль сальника, направляючи рідину всередину вала.
Секційні турбобури типу ТС складаються з двох і більше секцій, які з’єднані між собою послідовно з допомогою конічних муфт.
Шпиндельні турбобури дозволяють покращити енергетичні характеристики турбобура, оскільки в них осьова опора винесена в окрему нижню секцію-шпиндель.
Високомоментні турбобури дозволяють за рахунок профілю лопаток одержати більший крутний момент при зменшенні швидкості обертання.
Колонкові турбобури. дозволяють відбирати керн і відрізняються від односекційних тим, що в них вал, до якого через перевідник приєднується бурильна головка є пустотілий. Всередині пустотілого вала розміщується зйомник керноприймач.
Редукторні турбобури типу ТР забезпечують передачу зменшеної частоти обертання і підвищеного крутного моменту.
Реактивно-турбінні бури (РТБ) використовуються для буріння свердловин великого діаметра (від 394 до 2600 мм). Вибійний агрегат для РТБ являє собою два або три (іноді і чотири) одночасно працюючих турбобури типу Т12, які розміщені паралельно і жорстко з’єднані між собою.