6. Түптік қозғалтқыштар

6.1 Турбобұрғылар

Жалпы бұрғылау үрдісінде ротордан басқа қашауды айналдыруға түпкі қозғалтқыштар да қолданылылады. Оларға турбобұрғылар, бұрандалы түптік қозғалтқыштар және электробұрғылар жатады.

Ең алғаш өндірістік қолданысқа ие болған турбобұрғының құрылымын 1922 жылы И.А. Капелюшник жасаған және ол 1924 жылдан 1934 жылға дейін қолданылған. Турбобұрғы айналу жиілігі 20002500 айн/мин жететін бір сатылы турбинаны құраған. Қашаудың айналу жылдамдығын азайту үшін бір, екі, үш сатылы планетарлы редуктор қолданылған. Турбобұрғының қуаты 10 а.к., сұйықтың қозғалыс жылдамдығы 60-70 м/с тең болған. Орташа жұмыс жасау ұзақтығы 3-5 сағатты құраған.

Бұл турбобұрғыны пайдалану негізінде П.Б. Шумилов турбобұрғының теориясын жасады. П.Б. Шумилов, Р.А. Иванесян және М.Г. Гусман бірігіп, бір секциялы тұрбобұрғыдан тұрақтылығы он есе жоғары, алғашқы көп секциялы турбобұрғы жасады. Көп сатылы турбобұрғы 1934 жылы жасалынды.

П.Б. Шумилов теориясының негізгі қағидалары:

1. Қажетті қуат пен айналу жиілігін алу үшін турбобұрғы көп сатылы болуы қажет.

2. Барлық турбиналар бірдей болуы қажет.

3. Турбина қалақшаларының гидроабразивті тозуын азайту үшін ротор статор сатыларының пішіні бірбіріне қатысты айнадағы кескін секілді жасалуы тиіс, ал ағынның жылдамдығы 10-12м/с аспау қажет.

4. Турбинадағы қысымның өзгеруі турбобұрғының жиілігі ауысуы кезінде айтарлықтай өзгермеуі керек.

6.2 Турбобұрғылар құрылымы жұмыс жасау приципі

Турбобұрғы өстік тіреумен жабдықталған түптік гидравликалық қозғалтқыш болып келеді және ондағы жуу сұйығы ағынының гидравликалық қуаты – айналу білігінің механикалық жұмысына айналады. Білікке тау жыныстарын талқандаушы аспап бекітілген. Турбобұрғы ұңғыға бұрғылау тізбегімен түсіріледі және ұңғы тереңдеген сайын жоғарыдан жаңа бұрғылау құбырлары жалғанады. Гидравликалық қозғалтқыш ретінде турбобұрғыда көпсатылы өстік турбина қолданылады.

Кинетикалық немесе сұйық ағынының жылдамдық энергиясы қолданылатын гидравликалық қозғалтқыштар – турбина деп аталады. Турбинаның жұмыс жасау жағдайы сұйық қозғалысы мөлшерінің өзгеруі нәтижесінде атқарылады.

Турбобұрғыларда қалақша тәрізді көпсатылы өстік турбиналар қолданылады. 6.1-суретте турбобұрғы турбинасының статор мен ротордан тұратын бір сатысының сұлбасы көрсетілген.

6.1-сурет. Турбобұрғының бір сатысының құрылымы

1 – ротор; 2 – статор; 3 – статор қалақшасы; 4 – статор дөңгелегі; 5 – ротор қалақшасы.

Турбинаның жұмыс жасау принципі келесідей. Жуу сұйығы ағыны бұрғылау тізбегі арқылы турбобұрғының бірінші сатысына беріледі. Бірінші саты статорында сұйық ағынының қозғалыс бағыты қалыптаса бастайды, яғни сұйық статор қалақшасынан өтіп, оның көлбей бағытталған бетімен сырғанайды. Осылайша статор турбинаның бағыттаушы аспабы болып табылады.

Сұйық ағыны статор қалақшасынан ротор қалақшасына белгіленген бұрышпен түседі және роторға күш түсіреді, нәтижесінде сұйықтың қозғалыс энергиясы турбина білігімен катаң байланысқан роторды бұруға тырысатын күш туғызады. Бірінші саты роторының қалақшасынан сұйық ағыны екінші сатының бағыттаушы қалақшасына түседі және де қайтадан сұйық ағынының қозғалыс бағыты қалыптасып екінші сатының ротор қалақшасына беріледі. Екінші саты роторында да айналу моменті пайда болады. Осының нәтижесінде сұйық жер үсті бұрғылу сорабында пайда болған қысым энергиясы әсерінен турбобұрғының барлық турбина сатыларынан өтіп, арнайы арын арқылы қашауға беріледі. Көпсатылы турбобұрғыларда барлық сатылардың айналу моменті білікте жинақталады.

Турбиналардың жұмыс барысында турбобұрғы тұрқына қозғалмайтындай бекітілген статорлармен білікке бекітілген роторлар арасында мәні бірдей, бағыты әртүрлі реактивті момент пайда болады. Реактивті момент турбобұрғы тұрқы арқылы бұрғылау құбырларына беріледі және ол бұрғылау тізбегінің ұзындығы мен беріктігіне байланысты олардың белгілі бір бұрышқа бұралуын туындатады. Турбинаның энергия көзі болып, турбинаға кірер және шығар кездегі қысым өзгеруі салдарынан пайда болатын сұйық ағынының жылдамдық қуаты саналады.

Бұрғылау барысында қашауға өстік жүктеме турбобұрғы арқылы беріледі, өйткені оны тау жынысын талқандау аспабының дәл үстіне орнатады. Өстік жүктемені қабылдау және беру үшін, турбобұрғы тұрқының төменгі не жоғары бөлігіне орнатылған арнайы тіреумен жабдықталады. Турбобұрғы білігі жоғарғы жиілікпен, жоғарғы өстік жүктемемен жұмыс істейтіндіктен, біліктің центрін теңестіру үшін радиалды мойынтіректермен жабдықталады.

Өстік тіреу ретінде сериялық турбобұрғыларда резинамен металдан жасалатын сырғанау мойынтіректері қолданылады. Стандартты тербелмелі тіреуіш мойынтіректерін өстік тіреу ретінде қолдану керекті нәтиже бермеді. 1960 жылы ВНИИБТ-да (Всесоюзный научно-исследовательский институт буровой техники) турбобұрғыларға арнайы көпқатарлы шар тәріздес конструкциялы тіреу жасалынды.

Резинаметалдық мойынтірек бірнеше сатыдан тұрады. Әрбір саты корпусқа бекітілген өкшеден (подпятник) және турбобұрғы білігінде орнатылған дискіден тұрады. Сақиналар турбобұрғы білігін тозудан сақтауға және диск араларын берілген қашықтықта ұстауға арналған. Өкше жоғарғы, яғни дискі жағынан резинамен қапталған, төменгі және ішкі цилиндрлік беттері метал. Өкше тұрқы жуу сұйықтығын өткізуге арналған арналардан тұрады.

Турбобұрғының радиалды резинаметалдық тіреуіші ішкі беті резинамен қапталған тұрқыдан тұрады. Төменгі радиалды тіреуіш ретінде ниппель қолданылады. Ниппелдің резиналық қаптамасы сонымен қатар сальникті тығындауыш қызметін аткарады.

Турбобұрғының резинаметалдық мойынтіректерінің абразивті ортада жұмыс істеу қабілеттілігі бұрынғы Кеңес үкіметінің әртүрлі мұнайлы өлкелерінде 50150 сағ. аралығын қамтыған. Осы уақытпен турбобұрғы жұмысының жөндеу аралық уақыты анықталады. Турбобұрғының резинаметалдық мойынтіректерінің салыстырмалы ұзақ жұмыс істеу уақыты- жуу сұйықтығындағы қатты ұсақ бөлшектер өкшенің жылтыр бетімен болаттан жасалған табан арасындағы қуысқа түскенде резиналық бетке күштеп батырылуымен түсіндіріледі. Осының салдарынан қатты бөлшектердің болат дискіге күштеп жанасуы резина тығындылығымен анықталады және метал мен резиналық бет аралығындағы меншікті қысымға байланысты емес. Осындай беттердің тозуы абразивті ортадағы екі қабатты беттердің жұмысына қарағанда 46 есе аз.

Турбобұрғының өстік өкшелік тірегінің қорабы өстік жүктемені сатыларға бірдей 0.51.0 МПа мөлшерінде бөледі. Резинаметалдық тіреудегі үйкеліс коэффициенті сумен жуғанда 0.04-0.10 саздық ерітіндіде – 0.06-0.16-ны құрайды.

Өстік тіреуі - көпсатылы сепараторсыз радиалды-тіреуішті шарикті мойынтірек (6.2 сурет) көрсетілген. Мойынтіректің әрбір сатысы араларында шарик 3 орналасқан сыртқы 1 және ішкі 2 жұмыс сақиналарынан тұрады. Жұмыс сақиналарының арақашықтығы сыртқы 4 және ішкі 5 аралық сақиналар қалыңдығымен анықталады. Мойынтірек үлкен абразивті бөлшектердің түсуінен сальникпен қорғалған. Сеператорсыз мойынтіректер абразивті ортада жұмыс істейтіндіктен олардың жұмыс істеу қабілеттілігіне тіреудің дұрыс орналасуы үлкен ықпал етеді. Өстік жүктеменің мойынтірек сатыларына бөлінуі бастапқы жұмысқа қосылу кезінде іске асады. Өкше тіректер сатылары арасында жүктеменің тең болуы тербелмелі мойынтіректердің ұзағырақ дұрыс жұмыс істеуіне жағдай жасайды.

6.2-сурет. Көпқатарлы өстік тербеліс тірегі