библиотека нефтяника / Буровое оборудование 2 / Глава 3

Основные параметры и энергетические характеристики двигателей типа ТВД приведены в табл. 3.38.

Изготовитель: ОАО НПО « Буровая техника» .

Универсальные турбинно-винтовые двигатели типа ТПС-У с преобразователями частоты вращения вала (ТПС-172У и ТПС-195У) предназначены для бурения глубоких вертикальных и наклонно направленных скважин различного назначения с использованием буровых растворов плотностью до 1800 кг/м3 при температуре не более 90 °С (при использовании современных полимерных материалов – до 120 °С).

Турбинно-винтовые двигатели типа ТПС-У выпускаются с наружными диаметрами 172 и 195 мм и применяются при бурении скважин шарошеч- ными и безопорными долотами различных типоразмеров и серий, обеспе- чивающих минимальный технологически необходимый зазор между корпусом двигателя и стенками скважины в конкретных горно-геологических условиях разрезов месторождений.

Турбинно-винтовые забойные двигатели типа ТПС-У (рис. 3.54) состоят из взаимозаменяемых двух или трех турбинных секций, шпиндельной секции с осевой опорой и преобразователя частоты вращения выходного вала. В комплект поставки двигателя типа ТПС-У входят секции турбобура, в которых устанавливается 190 ступеней турбины, четыре радиальных опоры с втулками и восемь дисков. Конструкции двигателей типа ТПС-У разработаны на базе оригинальной схемы турбобуров с плавающими статорами типа ТПС, обладающих рядом энергетических и эксплуатационных преимуществ по сравнению с турбобурами, сконструированными по обыч- ной схеме.

Система размещения деталей в корпусе турбинной секции не закреплена путем сжатия осевым усилием и имеет возможность осевого перемещения на 100–150 мм вдоль корпуса вместе с валом секции и закрепленными на нем деталями. Благодаря этому они отличаются повышенной надежностью и безотказностью в работе.

Двигатели типа ТПС-У обеспечивают при постоянном расходе бурового раствора ступенчатое изменение частоты вращения выходного вала в диапазоне от 80 до 400 об/мин в зависимости от конструктивного исполне-

Ò à á ë è ö à 3.38

Технические параметры турбинно-винтовых двигателей

Турбобур без преобразователя частоты вращения.

Длина и масса двигателя включают соответственно одну и две турбинные секции.

Параметры приведены для расхода воды 40 л/с.

177

178

Рис. 3.54. Универсальный турбинно-винтовой двигатель типа ТПС-У:

à – турбинная секция; á – шпиндель; 1 – пробка к резьбе верхнего переводника; 2, 12 – полумуфты; 3, 9 – переводник; 4 – кольцо; 5, 6 – турбина (статор, ротор); 7 – опора радиальная; 8 – корпус; 10 – âàë; 11 – колпак

179

ния применяемых винтовых пар в преобразователе частоты вращения вала. Последний заменяется при необходимости непосредственно на строящейся скважине. Исключение преобразователя частоты вращения вала из компоновки двигателя ведет к увеличению частоты вращения вала до 400 об/мин.

Преобразователь частоты вращения вала двигателя монтируется между шпинделем и нижней секцией турбобура. Однако допускается и конструктивно предусмотрена установка преобразователя между любыми турбинными секциями двигателя.

Преобразователь частоты вращения вала двигателя (рис. 3.55) включа- ет винтовую пару – ротор и статор, гибкие валы, конусно-шлицевые полумуфты и соединительные переводники. В частности, в двигателе типа ТПС-172У для получения частоты вращения выходного вала 250 об/мин применяется преобразователь типа ТПС-172У.060, а для частоты вращения вала 150 об/мин – преобразователь типа ТПС-172У.060.01.

Конструкция шпиндельной секции позволяет монтировать в ней либо многоступенчатую резинометаллическую опору скольжения с двумя радиальными опорами, либо шаровую амортизированную опору качения с лабиринтным уплотнением вала. Оба типа опор обеспечивают работу двигателя при бурении с долотами с перепадом давления в насадках 6–8 МПа.

Конструктивная схема турбинно-винтовых двигателей типа ТПС-У позволяет получать практически постоянную частоту вращения вала при изменении осевой нагрузки на долото в широких пределах.

Основные параметры и энергетические характеристики турбинновинтовых забойных двигателей типа ТПС-У при расходе воды приведены в табл. 3.38.

Изготовитель: Кунгурский машиностроительный завод. Унифицированные модульные турбинно-винтовые двигатели типа

2ТУ240КД с улучшенными энергетическими характеристиками, увеличенной в 1,5 раза наработкой на отказ и уменьшенной удельной металлоемкостью являются новой концепцией конструкции Кунгурского машиностроительного завода и предназначены для бурения вертикальных и наклонно направленных скважин различного назначения с использованием шарошечных и безопорных долот различных типов и серий диаметрами от 269,9 до 393,7 мм, обеспечивающих технологически необходимый зазор между корпусом двигателя и стенками скважин в конкретных горно-геологи- ческих условиях разрезов месторождений.

Двигатель типа 2ТУ240КД состоит из трех унифицированных секциймодулей, имеющих стандартные присоединительные размеры, взаимозаменяемых с серийными турбобурами.

Нижняя секция двигателя представляет собой односекционный турбобур типа ТУ240К.

Средняя секция двигателя конструктивно выполняется аналогично серийной турбине с той лишь разницей, что в ней установлено 120 ступеней турбины пониженной высоты по оси типа 37/11-240ТЛ, которая при необходимости может быть заменена на серийную турбину с соответствующим уменьшением числа ступеней и, как следствие, ухудшением характеристики двигателя.

Новые турбины пониженной высоты изготавливаются либо методом точного литья по выплавляемым моделям – турбина типа 37/11-240ТЛ, ли-

180

Рис. 3.55. Преобразователь частоты вала турбинно-винтового двигателя типа ТПС-У:

1 – пробка к резьбе верхнего переводника; 2, 4, 9 – переводники; 3 – полумуфта; 5 – âàë; 6 – втулка; 7 – статор; 8 – винтовой ротор; 10 – наставка вала; 11 – полумуфта; 12 – колпак

181

бо полукокильным методом – литьем в земляные формы – турбина типа 37/11-240ТВШ.

Верхняя секция двигателя является активным тормозным модулем, содержащим в одном корпусе турбинную часть и рабочие органы винтового забойного двигателя, соединяющиеся с помощью съемного торсиона. Отличительной особенностью тормозного модуля является его полная взаимозаменяемость с серийной секцией, не вносящая никаких дополнительных затруднений при ее монтаже в условиях буровой на строящейся скважине. Верхняя секция так же, как и средняя и нижняя секции, оснащается турбиной пониженной высоты, взаимозаменяемой с серийной турбиной любого типа.

Все турбинные секции и тормозной модуль содержат радиальные опоры повышенной долговечности (упрочненные втулки).

В двигателе предусмотрены унификация турбинных секций (с возможностью замены их непосредственно на буровой) и опорных узлов, а также узлы для установки опорно-центрирующих элементов на его корпусе.

Основные параметры и энергетические характеристики унифицированных модульных турбинно-винтовых двигателей типа 2ТУ240КД при различных расходах воды приведены в табл. 3.38.

Изготовитель: Кунгурский машиностроительный завод.

Наиболее приемлемым у потребителей оказалась конструкция турбин- но-винтового двигателя, выполненного путем агрегирования турбинных и героторных (винтовых) рабочих органов, типа ТНВ (турбобур низкооборотный с винтовым модулем).

Современный турбинно-винтовой двигатель [12, 29] имеет модульную конструкцию, включающую три основных узла: шпиндель, две или одну турбинные секции и винтовой модуль. Предусмотрены различные варианты соединения указанных узлов. Основной вариант компоновки состоит из всех трех узлов, а вспомогательные – из шпинделя и турбинных секций для осуществления высокооборотного бурения или из шпинделя и винтового модуля для получения короткого винтового двигателя. Все варианты

182

Рис. 3.56. Турбинно-винтовой двигатель типа ТНВ-195:

1 – верхний переводник; 2 – резьба РКТ177х5,08х1:16; 3 – резьба МК94Ч4Ч1:32; 4 – корпус винтового модуля; 5 – турбинная секция; 6 – шпиндельная секция; 7 – переводник наддолотный

183

компонования могут осуществляться в условиях буровой, что позволяет одной машиной производить бурение и верхних интервалов, где необходим высокооборотный режим бурения, и нижних, где целесообразно низкооборотное бурение скважин.

В таблице 3.39 приведены технические данные по трем типам турбин- но-винтовых двигателей типа ТНВ.

Наибольшее применение имеет двигатель типа ТНВ-195 (рис. 3.56) с наружным диаметром 195 мм. Он состоит из серийной шпиндельной, двух турбинных секций, оснащенных 220 ступенями турбины А7П3 (А7П3БК), и винтового модуля. Винтовой ротор с валом верхней турбинной секции соединен посредством торсиона.

Основным фактором высокой надежности этих двигателей является обеспечение легких условий работы его винтовой пары и осевой опоры. Рабочие органы ТНВ компонуются таким образом, чтобы требуемый рабо- чий момент силы при его необходимом запасе создается собственно турбиной. При этом функция винтовой пары сводится к стабилизации рабочей частоты вращения вала. Достигается это тем, что винтовая рабочая пара включается в работу только при отклонениях момента силы от расчетного. Так, если момент силы в системе «долото – забой» оказывается ниже рас- четного, вследствие пониженной моментоемкости или нагрузки на долото, то винтовая пара переходит на насосный режим, частично разгружая при этом буровой насос. При возникновении в системе «долото – забой» момента силы выше расчетного винтовая пара переходит на двигательный режим, создавая дополнительный момент силы при соответствующих перепадах давления.

Происходит улучшение условий работы осевой опоры двигателя на режиме холостого хода и близкого к нему. При этом через винтовой ротор на опору действует сила, направленная снизу вверх, частично уравновешивая гидравлическую силу от перепада давления на турбине. По мере нагружения двигателя сила, действующая на винтовой ротор, снижается, однако примерное силовое равновесие на осевой опоре сохраняется в результате компенсирующего действия силы реакции забоя. Такой механизм силового взаимодействия не только допускает применение в низкооборотной машине резинометаллической опоры, но и позволяет нарабатывать на ней до 600 ч.

Принципиальное значение имеет место расположения винтового модуля в турбинно-винтовом двигателе. При размещении винтового модуля над турбинными секциями удается существенно снизить влияние попереч- ных вибраций на работу долота. Такое размещение винтового модуля исключает аварийно-опасное раскрепление двигателя, повышает надежность узлов соединения винтового ротора с роторной системой турбинной части двигателя.

Изготовитель: ОАО НПО « Буровая техника» .

3.7. РОТОРНО-ТУРБИННЫЕ И РЕАКТИВНО-ТУРБИННЫЕ БУРЫ ТИПА РТБ

Проблема строительства верхних интервалов вертикальных скважин увеличенного и большого диаметра решается с помощью разработанных во ВНИИБТ роторно-турбинных (диаметрами 394–640 мм) и реактивнотурбинных (диаметрами 760–2600 мм) буров (РТБ).

184

Роторно-турбинные буры типов РТБ-394, РТБ-445, РТБ-490, РТБ-590, РТБ-640 (рис. 3.57), предназначены для бурения вертикальных скважин различного назначения диаметром от 394 до 640 мм. Они идентичны по конструкции и отличаются геометрическими размерами узлов и деталей и типоразмерами используемых турбобуров и долот. РТБ позволяют также

забуривать новые стволы из скважин с искривлением более 3–4î, расширять и прорабатывать скважины с меньшей кривизной.

Роторно-турбинные буры комплектуются верхними секциями со шпинделями турбобуров типа 3ТСШ. На валы шпинделей устанавливаются долота требуемого типоразмера в cоответствии с характеристикой разбуриваемых пород.

Подводимый к буру буровой раствор распределяется в траверсе по турбобурам и приводит во вращение валы с долотами. После запуска турбобуров, ротором призводят во вращение бурильную колонну, а вместе с ней и бур, и, опустив последний на забой скважины, создают осевую нагрузку на долото и разрушают породу за счет планетарного движения бура [29].

Основные конструктивные параметры роторно-турбинных буров и их энергетические характеристики при соответствующих расходах воды приведены в табл. 3.40.

Изготовитель: Кунгурский машиностроительный завод (КМЗ). Реактивно-турбинные буры типов РТБ-760, РТБ-920, РТБ-1020, РТБ-

1260, РТБ-1560, РТБ-2080, РТБ-2600, предназначены для бурения водопонижающих и другого назначения скважин, вспомогательных и вентиляционных шахтных стволов диаметром от 760 до 2600 мм. Общий вид реактив- но-турбинного бура приведен на рис. 3.58.

Реактивные силы, возникающие в процессе бурения бурами типа РТБ,

Ò à á ë è ö à 3.40

Технические характеристики роторно-турбинных буров типа РТБ

186