библиотека нефтяника / Буровое оборудование 2 / Глава 3

Рис. 3.1. Турбобур типа Т12М3Б-240:

1 – переводник вала; 2 – âàë; 3 – ниппель; 4 – óïîð; 5 – ротор; 6 – статор; 7 – опора средняя; 8 – гайка роторная; 9 – контргайка; 10 – корпус; 11 – переводник верхний

рения верхних интервалов глубоких вертикальных и наклонно направленных скважин различного назначения, а также для использования в качестве нижней секции для комплектации двух- и трехсекционных шпиндельных унифицированных модульных турбинно-винтовых двигателей типа 2ТУ240КД.

Турбобуры с наружным диаметром 240 мм применяются при бурении скважин шарошечными и безопорными долотами различных типов и серий

97

Ò à á ë è ö à 3.3

Технические характеристики односекционных турбобуров типа Т12М3 для бурения верхних интервалов скважин Кунгурского машиностроительного завода

диаметром от 269 до 393,7 мм и более, обеспечивающими технологически обоснованный зазор между корпусом турбобура и стенкой скважины в конкретных горно-геологических условиях разрезов месторождений.

Унифицированный турбобур типа ТУ240К содержит турбинный и

98

опорный валы со стандартными габаритами, соединяемые между собой с помощью разъемных муфт эксцентрикового или конусно-винтового типа, обеспечивающих высокую надежность передачи момента силы, легкость сборки – разборки и ревизию двигателя.

На турбинном валу устанавливается комплект из 107 турбин нового типа с пониженной осевой высотой, обеспечивающих в существующих стандартных габаритах серийных турбобуров повышение на 25 % момента силы с единицы длины вала турбобура.

Новые турбины пониженной высоты изготавливаются методом точного литья по выплавляемым моделям – турбина 37/11-240ТЛ, либо полукокильным методом в земляные формы – турбина 37/11-240ТВШ.

Âслучае необходимости в корпусе турбобура может быть смонтировано 85 ступеней серийной турбины.

На опорном валу устанавливается резинометаллическая опора скольжения с упрочненными дисками пяты или опора качения с упрочненными обоймами.

Полость опоры защищена дроссельным устройством с автоматически регулируемым зазором в площади контакта рабочих поверхностей трения, упрочненного наплавкой твердого сплава, ограничивающего утечки бурового раствора на выходном валу и предотвращающего опасность зашламления опорного узла турбобура, особенно при использовании гидромониторных долот, требующих высоких перепадов давления в промывочных каналах.

Âтурбобуре предусмотрены унификация турбинных секций с возможностью замены их непосредственно на буровой площадке и узлы установки опорно-центрирующих элементов.

Основные параметры и энергетические характеристики унифицированных односекционных бесшпиндельных турбобуров типа ТУ240К и двухсекционных турбобуров типа 2ТУ240К при различных расходах воды, приведены в табл. 3.2.

Изготовитель: Кунгурский машиностроительный завод.

Турбобуры односекционные со вставным шпинделем типа ТВШ (ТВШ-172, ТВШ-195 и ТВШ-240) предназначены для комплектации роторнотурбинных и реактивно-турбинных буров типа РТБ.

Турбобуры типа ТВШ (рис. 3.2) выпускаются с наружным диаметром 240, 195 и 172 мм для комплектации роторно-турбинных буров диаметрами от 394 до 640 мм. Они могут использоваться как самостоятельно – в виде односекционного турбобура, так и в качестве нижней или шпиндельной секции в любом секционном турбобуре соответствующего габарита.

Отличительной особенностью турбобура типа ТВШ является соединение валов турбинной секции и осевой опоры шпиндельной секции с помощью разъемной муфты с эксцентричным соединением, исключающим осевую относительную подвижность валов, передающей вращающий момент и

обеспечивающей возможность разъема валов в осевом направлении без вращения и позволяющей совместно или раздельно извлекать валы из корпуса. Разъемная муфта более технологична в изготовлении по сравнению с ранее применяемой конусно-шлицевой муфтой и удобна в эксплуатации.

В отличие от серийных турбобуров (например, типа 3ТСШ1-240, у которого опора вынесена в отдельную секцию – шпиндель) турбобур типа ТВШ представляет собой единую турбинную и шпиндельную секцию, раз-

99

Рис. 3.2. Турбобур односекционный типа ТВШ со вставным шпинделем:

1 – âàë; 2 – корпус; 3 – статор; 4 – ротор

мещенную в корпусе стандартной длины. При этом число ступеней турбины сокращается всего на 6 %, а общая длина турбобура уменьшается на длину шпиндельной секции. Благодаря такой конструкции практически исключается отворот шпинделя в процессе бурения и поломки верхнего конца вала шпинделя по резьбе МК 98Ч6, происходящие в серийных секционных шпиндельных турбобурах.

100

Рабочий орган составного вала секции – многоступенчатая турбина типа 30/16,5-240 (89 ступеней) и три радиальные опоры, закрепленные на верхнем конце вала резьбовой полумуфтой. На нижнем конце вала по гладкой конусной поверхности (конусность 1:10) устанавливается эксцентричная муфта с окнами для прохождения бурового раствора в полый вал шпинделя, имеющая лишь центральное сквозное отверстие.

Опорный орган другой части составного вала – многоступенчатая осевая опора (12 ступеней подпятников или многорядный подшипник серии 128000) закрепляется на валу гайкой-полумуфтой на цилиндрической резьбе. Верхняя часть гайки вместе с хвостовиком вала являются элементами эксцентричного соединения. Две части вала соединяются по трем цилиндрам, средний из которых имеет смещенную ось. Относительный проворот валов в собранном виде исключен.

При выборе размера эксцентриситета и диаметра смещенной окружности исходят из принципа разъемности соединения и предотвращения ударных нагрузок по торцам хвостовика вала шпинделя и верхней полумуфты.

Основные параметры и энергетические характеристики турбобуров со вставным шпинделем при различных расходах воды приведены в табл. 3.2.

Изготовитель: Кунгурский машиностроительный завод.

Турбобуры типа ТНК с независимым креплением роторов (рис. 3.3) предназначены для комплектации реактивно-турбинных и роторно-тур- бинных буров типа РТБ, применяемых при бурении водопонижающих скважин, вспомогательных и вентиляционных шахтных стволов и скважин другого назначения в сочетании с шарошечными и безопорными долотами различных типов и серий диаметрами от 215,9 до 750 мм в соответствии с рекомендуемыми и технологически требуемыми зазорами между стенками скважины и корпусом турбобура или агрегата типа РТБ в конкретных гор- но-геологических условиях разреза месторождения.

Турбобур типа ТНК выпускаются с наружным диаметром 240 мм. По индивидуальному заказу он может быть изготовлен диаметром 195 мм. Полый вал турбобура имеет проходной канал диаметром, увеличенным до 90 и 62 мм в турбобурах диаметрами соответственно 240 и 195 мм, что позволяет проводить геофизические измерения внутри турбобура, а также в аварийных случаях спускать торпеду непосредственно к долоту. Для этих целей на верхнем конце полого вала имеется диафрагма, которая разрушается в случае необходимости проведения указанных работ.

Турбобур типа ТНК-240, как и турбобур типа Т12РТ, имеет опорное кольцо на наружной поверхности для передачи осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент, создаваемой с помощью грузов-утяжели- телей.

Турбобур типа ТНК-240 может использоваться и как самостоятельный односекционный забойный двигатель, а также в качестве нижней секции или шпинделя в секционном турбобуре любого типа аналогичного диаметра.

Отличительной конструктивной особенностью турбобура типа ТНК240 является замена осевого торцевого сжатия всего пакета роторов на валу с помощью роторной гайки на независимое крепление каждого ротора турбины при помощи эксцентричного крепления составных деталей, изображенных на рис. 3.4. В осевом направлении роторы неподвижны. Каждый ротор с помощью индивидуального подшипника закрепляется на соот-

101

Рис. 3.3. Турбобур типа ТНК с независимым креплением роторов:

1 – âàë; 2 – корпус; 3 – статор; 4 – ротор

ветствующем статоре. Этот подшипник воспринимает ограниченную нагрузку от 20 до 30 кПа. При такой незначительной нагрузке подшипник каждой ступени способен работать несколько сотен часов.

Установка опорных элементов в каждой ступени позволяет значительно уменьшить осевые зазоры. Если в обычных турбобурах осевой зазор составляет в среднем 16 мм, то в конструкциях турбобуров с независимым

102

креплением роторов только 10 мм. Это позволяет увеличить на 30 % число ступеней турбины в секции.

Основным преимуществом конструкции турбобура типа ТНК является то, что в ней не требуется регулирование осевых зазоров турбины и поэтому можно собирать турбобур с большим числом ступеней. Каждая ступень турбины является одновременно осевой опорой, работающей в режиме основной осевой опоры турбобура. Это облегчает работу основной осевой опоры и увеличивает межремонтный период ее работы. Кроме того, каждая ступень турбины снабжена радиальным подшипником для обеспе- чения надлежащей продольной устойчивости работающего вала, в связи с чем отпадает необходимость в комплектовании турбобура дополнительными радиальными опорами. При независимом соединении каждого ротора с валом исключается необходимость повышенных требований к прочностным характеристикам вала, создается возможность изготовления вала из трубного проката с толщиной стенки до 10 мм.

Основные параметры и энергетические характеристики турбобура типа ТНК при прокачке воды приведены в табл. 3.2.

Изготовитель: Кунгурский машиностроительный завод.

Турбобуры секционные бесшпиндельные типа ТС (ТС4А-104,5; ТС4А127; ТС5Б-172; ТС5Б-195; ТС5Б-240 и 3ТС5Б-240) предназначены для бурения глубоких вертикальных и наклонно направленных скважин различного назначения с использованием буровых растворов при температуре не выше 120 °С. Турбобуры этого типа, в зависимости от технологических требований, выпускаются с наружным диаметром от 104,5 до 240 мм в одно-, двухили трехсекционном исполнении и применяются при бурении скважин шарошечными и безопорными долотами различных типоразмеров и серий в соответствии с рекомендуемыми сочетаниями в различных горногеологических условиях месторождений.

Секционные турбобуры типа ТС (рис. 3.5) в виде отдельных секций доставляются на буровую, где осуществляется их сборка непосредственно перед спуском в скважину. При этом корпуса секций соединяются между собой на замковых резьбах, а их валы – с помощью конусно-шлицевых (или конусно-фрик- ционных) полумуфт, закрепленных на валу резьбой или гладким конусом (1:10). Конструктивно нижняя секция выполнена таким образом, что позволяет использовать ее в качестве обычного односекционного турбобура.

Верхняя и средние секции этого турбобура отличаются от нижней тем, что в них отсутствует упорный подшипник – пята, который в нижней секции воспринимает гидравлическую нагрузку всех секций и вес вращающихся деталей и конструкций вала.

Рис. 3.4. Эксцентричное крепление роторов в турбобуре типа ТНК-240

103

Рис. 3.5. Турбобур секционный бесшпиндельный типа ТС (ТС5Б-240):

I – секция нижняя; II – секция верхняя; 1 – переводник вала; 2 – âàë; 3 – ниппель; 4 – óïîð; 5 – ротор; 6 – статор; 7, 18 – опора средняя; 8 – гайка роторная; 9 – контргайка; 10 – корпус; 11 – переводник; 12 – полумуфта нижняя; 13 – полумуфта верхняя; 14 – вал верхней секции; 15 – переводник соединительный; 16 – ротор; 17 – статор; 19 – гайка роторная; 20 – колпак; 21 – корпус; 22 – переводник корпуса

104

Положение роторов относительно статоров в верхней и средних секциях фиксируется с помощью регулировочных колец турбины, имеющих различную толщину, которые устанавливаются между соединительным переводником и турбиной.

Система статоров в корпусах верхней и средних секций закрепляется соответственно с помощью верхнего переводника корпуса, соединяющего турбобур с бурильной колонной, и соединительного переводника этих секций с установкой регулировочного кольца резьбы определенной высоты путем их подбора.

Основные параметры и энергетические характеристики секционных турбобуров при различных расходах воды приведены в табл. 3.2.

Турбобуры секционные шпиндельные типа ТСШ (3ТСШ-172, 3ТСШ195, 3ТСШ-195ТЛ и 3ТСШ-240) предназначены для бурения глубоких вертикальных и наклонно направленных скважин различного назначения с применением буровых растворов при температуре не выше 120 °С.

Турбобуры типа ТСШ (рис. 3.6) выпускаются с наружным диаметром 172, 195 и 240 мм в одно-, двухили трехсекционном исполнении и в зависимости от технологических требований строительства скважин могут применяться при бурении шарошечными и безопорными долотами различ- ных серий в соответствии с рекомендуемыми сочетаниями диаметров долот и турбобуров в конкретных горно-геологических условиях месторождений.

Отличительной особенностью этих турбобуров является то, что осевая опора как быстроизнашивающаяся часть, вынесена в самостоятельный узел – шпиндельную секцию, присоединяемую к нижней (турбинной) секции турбобура. Турбинные секции конструктивно (крепление деталей в корпусе и на валу, соединение корпусов и валов) аналогичны верхним и средним секциям секционных бесшпиндельных турбобуров типа ТС, а в шпиндельной секции размещаются непроточные осевые и радиальные опоры. Такая конструкция шпиндельной секции позволяет заменять ее без разборки турбинных секций турбобура непосредственно на буровой.

Турбобур типа 3ТСШ-195ТЛ оснащен турбинами, изготовленными методом точного литья, что существенно улучшает его энергетическую характеристику.

Основные параметры и энергетические характеристики турбобуров типа ТСШ при различных расходах воды приведены в табл. 3.2.

Турбобуры секционные шпиндельные унифицированные типа ТСШ1

(3ТСШ1-172, 3ТСШ1-195, 3ТСШ1-195ТЛ и 3ТСШ1-240) предназначены для бурения глубоких вертикальных и наклонно направленных скважин различного назначения (на нефть, газ и другие полезные ископаемые) с использованием буровых растворов при температуре не более 120 °С.

Турбобуры типов 3ТСШ1-172, 3ТСШ1-195, 3ТСШ1-195ТЛ и 3ТСШ1-240 выпускаются с наружным диаметром соответственно 172, 195 и 240 мм. В зависимости от технологических требований строительства скважин эти турбобуры могут применяться в одно-, двух- и трехсекционном исполнении в сочетании с шарошечными и безопорными долотами различных серий с рекомендуемыми зазорами между стенками скважины и корпусом турбобура в конкретных горно-геологических условиях месторождений.

Рабочий орган турбобура типа ТСШ1 (рис. 3.7) представляет собой многоступенчатую гидравлическую турбину осевого типа, выполненную в турбобурах типов 3ТСШ1-172 и 3ТСШ1-195 цельнолитой, а в турбобурах типов 3ТСШ1-195ТЛ – составной. Проточная часть последнего турбобура

105

Рис. 3.6. Турбобур секционный шпиндельный типа ТСШ (3ТСШ-240):

I – шпиндель; II – секция нижняя; III – секция средняя; IV – секция верхняя; 1 – вал нижней секции; 2, 13, 25 – переводник соединительный; 3, 14, 26 – ротор; 4,

контргайка; 9, 22, 42 – полумуфта нижняя; 10, 23, 43 – переводник корпуса; 11, 12 – вал средней секции; 17 – втулка средней опоры; 33 – переводник верхний; 24 – вал верхней секции; 30 – колпак; 34 – переводник вала; 35 – âàë; 36 – ниппель; 37 – опора осевая (внешнее кольцо пяты, кольцо пяты, подпятник, диск пяты); 38 – опора радиальная; 39 – втулка корпуса; 40 – гайка шпинделя

106