22. Основные типы гидравлических забойных двигателей. Назначение и технические характеристики.

КЛАССИФИКАЦИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ЗАБОЙНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ (ГЗД):

- турбобуры;

- винтовые забойные двигатели

Турбобур — это разновидность бурового оборудования, гидравлический забойный двигатель, в котором гидравлическая энергия потока промывочной жидкости преобразуется в механическую энергию вращения вала, соединенного с породоразрушающим инструментом (буровым долотом). Рабочим органом, в котором происходит преобразование энергии, служит многоступенчатая турбина осевого типа.

Назначение, технические характеристики.

Турбобуры предназначены для бурения вертикальных и наклонно-направленных скважин различного назначения, шахтных стволов и отбора керна.  ТХ:

1. Наружный диаметр, мм (104,5-240)

2. Длина, м (8-15)

3. Масса, кг (1057-3730)

4. Количество секций (1-3)

5. Число ступеней в турбобуре (104-336)

6. Расход бурового раствора, л (20…25 – 35…40)

7. Частота вращения, об/мин (400-700) (в рабочем режиме)

8. Момент на валу, кН (1,2 – 10,3)

9. Перепад давления, бар (40-80)

10. Максимальная мощность, кВт (60-290)

Энергетическая характеристика турбобура:

Секционные унифицированные шпиндельные турбобуры

Секционные унифицированные шпиндельные турбобуры типа 3ТСШ! Предназначены для бурения скважин шарошечными и алмазными долотами. Состоят из трех турбинных и одной шпиндельной секции. В шпинделе установлена непроточная резинометаллическая осевая опора, которая выполняет также функцию уплотнения вала турбобура.

В каждой турбинной секции размещено около 100 ступеней турбины, по четыре радиальные опоры и по три ступени предохранительной осевой пяты. Последняя применяется для устранения опасности соприкосновения роторов и статоров турбины из-за износа шпиндельного подшипника в процессе работы.

Высокомоментные турбобуры с системой гидроторможения

Высокомоментные турбобуры типа АГТШ с системой гидродинамического торможения предназначены для бурения глубоких скважин шарошечными долотами, но могут применяться и при алмазном бурении.

Состоят из трех секций и шпинделя. Две турбинные секции содержат многоступенчатую высокоциркулятивную турбину.

В шпинделе турбобура установлен упорно-радиальный шарикоподшипник. В качестве уплотнения вала используются круглые резиновые кольца ПРУ.

Многосекционныетурбобуры

С целью снижения частоты вращения долота и наращивания крутящего момента на валу турбобура применяются многосекционные (свыше трех секций) турбинные сборки. Серийные турбобуры,собранные из пяти-шести турбинных секций, позволяют эффективно отрабатывать высокопроизводительные долота при пониженных расходах бурового раствора, а также предоставляют технологам значительно более широкие возможности для выбора оптимальных параметров режима бурения.

Турбобур с независимой подвеской

Увеличение числа секций турбобура позволяет сформировать оптимальную энергетическую характеристику для бурения шарошечными долотами с герметизированными маслонаполненными опорами и алмазными породоразрушающими инструментами. Этот путь представляется наиболее простым и надежным, однако требует более квалифицированного подхода к сборке и регулировке турбинных секций. Для упрощения этих операций и взаимозаменяемости секций разработана конструкция турбобура с независимой подвеской.

Каждая турбинная секция с независимой подвеской имеет свой упорный шарикоподшипник. Корпусы секций соединяются между собой с помощью конической резьбы, а валы – квадратными полумуфтами и могут свободно перемещаться в осевом направлении.

Турбобур с независимойподвеской может быть собран с турбиной любого типа. В каждой секции можноустановить по 80-90 ступеней.

Турбобур с плавающим статором

Турбобуры с плавающим статором обладают теми же преимуществами, что и турбобуры с независимой подвеской секций, однако осевая опора шпинделя имеет повышенную гидравлическую нагрузку.

Их конструкции принципиально отличаются от известных. Каждый статор такого турбобура имеет свободу перемещения в осевом направлении и с помощью шпонки, заходящей в специальный паз корпуса, запирается от проворота под действием собственного реактивного момента.

Такое исполнение ступени турбины позволяет до максимума увеличить средний диаметр турбины и в то же время до минимума сократить осевой люфт в ступени. Тем самым в корпусе стандартной длины удается разместить число ступеней в 1,4 раза больше, чем у серийных турбобуров.

Недостаток этой конструкции – свободный выход бурового раствора на внутреннюю поверхность корпуса турбинной секции.

Турбобур с полым валом

Турбобуры с полым валом предназначены для бурения скважин шарошечными и алмазными долотами в сложных горно-геологических условиях. Наличие полых валов турбинных секций и шпинделя позволяет осуществлять следующие операции:

· поддерживать в насадках долота перепад давления 6-9 МПа без дополнительного нагружения буровых насосов;

· проводить замеры пространственного положения ствола скважины в непосредственной близости от долота без подъема бурильной колонны на дневную поверхность;

· прокачивать через полость валов, минуя турбину, разного рода наполнители;

· спускать в аварийных случаях в полость вала приборы для определения места прихвата

· продавливать буровой раствор и выравнивать его свойства через полый вал с последующим сбросом гидромониторного узла – такая операция позволяет во много раз сократить время для проведения указанных работ.

Турбобур с редуктором-вставкой

Турбобуры с редуктором вставкой типа РМ предназначены для эффективного использования шарошечных долот с маслонаполненными опорами при технологически необходимом расходе бурового раствора и уменьшенным по сравнению с другими гидравлическими двигателями перепадом давлений.

Винтовые забойные двигатели предназначены для бурения наклонно-направленных, глубоких, вертикальных, горизонтальных и других скважин. Так же применяется для разбуривания песчанных пробок, цементных мостов, солевых отложений и тд. Применяется в нефтегазовой и нефтегазодобывающей областях

ВЗД эксплуатируются при использовании буровых растворов плотностью не более 2000 кг/м3, включая аэрированные растворы (и пены при капитальном ремонте скважин), с содержанием песка не более 1 % по весу, максимальным размером твердых частиц не более 1 мм, при забойной температуре не выше 373 К.

Основные конструктивные параметры односекционных ВЗД типа Д и их энергетические характеристики:

1. Кинематическое отношение (1:2 – 9:10)

2. Расход р-ра, л/с (от 1 до 50)

3. Частота вращ. Вала, об/с (1,3 – 6,1)

4. Перепад давления, МПа (3,5 – 11)

5. Момент на валу, кН м (0,07 – 14)

6. Макс. Мощность, кВТ (1,3 – 190)

7. Диаметр, мм (54 – 240)

8. Масса, кг (27 – 1800)

Винтовые забойные двигатели с полым ротором. Отличительной особенностью этих двигателей является выполнение полого ротора и соединение ротора с валом шпинделя через торсион, размещенный внутри ротора. Ротор изготавливается из трубной заготовки методом фрезерования или еще более перспективным методом штамповки из тонкостенной трубы.

Уменьшение массы ротора и применение торснона, размещенного в роторе, позволили уменьшить длину и массу двигателей на 10...15 %, а также существенно (в 3...4 раза) увеличить стойкость узла соединения ротора с валом двигателя. Кроме того, такая конструкция двигателя позволяет повысить его КПД и в 2...4 раза снизить уровень вибраций двигателя.

Винтовые забойные двигатели типа ДГ предназначены для бурения горизонтальных скважин, в т. ч. с малым радиусом искривления.

В отличие от других ВЗД двигатель имеет укороченный шпиндель, оснащен опорно-центрирующими элементами и корпусными шарнирами, обеспечивающими эффективную проводку горизонтальных скважин по заданной траектории.

Энергетическая характеристика ВЗД:

23. ГЗД – отклонитель. Назначение, конструктивные особенности.

Предназначены для строительства наклонно-направленных и горизонтальных скважин.

Искривление ствола обеспечивается за счет возникновения отклоняющей силы , которая появляется в результате действия упругих сил, возникающих из-за искусственного искривления одного из элементов кнбк.

Первые гзд-отклонители – односекционные турбобуры. Над турбобуром устанавливалась изогнутая толстостенная бурильная труба или кривой переводник.

Турбобуры-отклонители типа ТО2 с независимой подвеской валов турбинной секции (ТО2-172, ТО2-195, ТО2-240 и ТР2Ш-195) предназначены для бурения интервалов изменения направления наклонных скважин по зенитному углу и азимуту, а также для забуривания новых стволов скважин в аварийных ситуациях или по технологическим требованиям строительства скважин. Они выпускаются с наружным диаметром 172, 195 и 240 мм и состоят из турбинной и шпиндельной (отклонительной) секций.

Рис. 3.23. Турбобур-отклонитель типа ТО2 с независимой подвеской валов турбинной секции: 1 — переводник промежуточный; 2, 15 — полумуфты; 3, 4, 12, 18, 19, 24 — кольца регулировочные; 5, 7 — верхний и нижний фонари; 6, 22 — многорядные упорно-радиальные шарикоподшипники; 8 — статор; 9 — ротор; 10 — опора средняя; 11, 13 — корпус и вал турбинной секции; 14, 16 — соединительный и искривленный переводники; 17 — шарнирное соединение; 20 — опора нижняя; 21 — ступени пяты-сальника; 23, 26 — корпус и вал шпиндельной (отклонительной) секции; 25 — гайка ниппельная; 27 — переводник вала.

Шпиндель-отклонитель ШО1-195 (рисунок) выполнен в виде самостоятельной секции, являющейся осевой опорой турбобура, замена которой, как и обычного шпинделя турбобура, может производиться непосредственно на бурящейся скважине. Он состоит из двух узлов, корпусы которых соединены между собой с помощью искривленного переводника с углом искривления 1^о 15' (по заказу потребителя шпиндель-отклонитель может поставляться с искривленным переводником, имеющим угол искривления 1^о или 1^о30'), а валы - с помощью двойного шарнира, в качестве которого использованы шлицевые муфты, работающие по принципу крестовых муфт.

ВЗД с искривленным элементом:

Используются чаще турбобуров-отклонителей, т.к. они короче и имеют меньший диаметр корпуса.

Искривленный переводник может устанавливаться как над двигателем, так и между шпиндельной секцией и винтовой парой. В зависимости от радиуса искривления могут применяться различные компоновки как с одним, так и с 2-мя искривленными элементами.

У современных взд бывают искривленные переводники двух типов:

-жесткие (углы перекоса постоянны, необходимо иметь несколько на буровой);

-регулируемые (позволяют изменять угол перекоса в условиях буровой);