библиотека нефтяника / Буровое оборудование 2 / Глава 3

Рис. 3.15. Ступень турбины:

1 – кольцо; 2 – статор; 3 – ротор

Рис. 3.16. Роторы турбинные:

à – полукокильного исполнения; á – точного литья; 1 – резиновый кольцевой элемент

резиненные радиальные опоры. В шпиндельной секции размещена 12-сту- пенчатая амортизированная шаровая опора качения типа ШШО и 8-сту- пенчатое лабиринтное уплотнение дроссельного типа в виде чередующихся радиальных опор и дисков. Кроме того, в нижней части шпинделя установлена радиальная резинометаллическая опора. Такое конструктивное решение обеспечивает определенные эксплуатационные преимущества турбобура типа ТПС-172 перед турбобурами, выполненными по обычной конструктивной схеме, а именно:

существенно увеличена наработка на отказ турбинных секций; увеличена наработка на отказ шпиндельной секции (критерий отка-

за – предельно допустимый люфт в шпинделе – до 12 мм); исключена наиболее сложная и ответственная операция сборки тур-

бобура – регулировка турбины; улучшена энергетическая характеристика турбины в направлении

снижения частоты вращения вала, снижения перепада давления в турбине, увеличения момента силы на валу за счет появившейся возможности увеличить средний диаметр турбины и увеличить число ступеней турбины в секциях;

полностью исключена возможность осевого износа турбины в резуль-

117

тате «посадки» ротора на статор при своевременной замене шпинделя турбобура;

имеется возможность взаимозаменяемости турбинных секций при сборке турбобура на скважине – при условии изготовления валов и корпусов в пределах допусков, указанных в чертежах, а также возможность сборки любого числа секций турбобура для обеспечения необходимой энергетической характеристики.

Основные параметры и энергетические характеристики турбобуров типа ТПС-172 при различных расходах воды приведены в табл. 3.2.

Изготовители:

Кунгурский машиностроительный завод. ОАО НПО « Буровая техника» .

Специалистами ОАО НПО «Буровая техника» разработаны конструкции турбобуров типов ТСШ1М-195, ТПС-195М, ТПС-172У и ТПС-105 на базе описанной схемы турбобура с плавающими статорами, обладающего значи- тельными энергетическими и эксплуатационными преимуществами по сравнению с турбобурами, выполненными по обычной схеме. Их отличает повышенная надежность и безотказность в работе.

Разработаны шпиндели типов ТШ1-195 (рис. 3.17) и ШП-240 (рис. 3.18) к турбобурам диаметром 195 и 240 мм, оснащенные новыми конструкциями радиальных и осевых опор. Радиальные и осевая опоры выполнены непроточными, что обеспечивает возможность применения шарошечных и безопорных долот, оснащенных гидромониторными насадками. Кроме того, к настоящему времени созданы [12, 29] шпиндельные турбобуры типа ТНБ с наружным диаметром 184 и 195 мм с независимой подвеской валов секций. Конструкция этих турбобуров (рис. 3.19, à) позволяет устанавливать центраторы между секциями и на корпусе турбобура, а также производить сборку в любом числе секций с быстроходными и тихоходными ступенями турбин в зависимости от горно-геологических условий разреза строящейся скважины.

Основные параметры турбобуров типа ТНБ приведены в табл. 3.8.

Для бурения глубоких и сверхглубоких скважин с температурой на забое до 240 °С, в условиях разрезов с высоким температурным градиентом (термальные источники энергии и др.) созданы термостойкие турбобуры типа ТТА. В них отсутствуют резинометаллические опоры и они могут быть оснащены специальной турбиной, способной работать при плотности бурового раствора до 2400 кг/м3. Основные параметры таких турбобуров приведены в табл. 3.8.

При использовании термостойких турбобуров рекомендуется работать ими совместно с забойным регулятором частоты вращения вала, который устанавливается под турбобуром или в колонне УБТ. Термостойкие турбобуры выполнены с диаметром корпуса 164 и 184 мм.

Для эффективного бурения скважин шарошечными и безопорными гидромониторными долотами диаметром от 375 до 660 мм созданы новые односекционные бесшпиндельные высокомоментные турбобуры с наружным диаметром корпуса 280 и 320 мм. Эти турбобуры могут оснащаться корпусными центраторами, наддолотными стабилизаторами, устройствами амортизации продольных колебаний низа бурильной колонны. Основные параметры и энергетические характеристики этих турбобуров приведены в табл. 3.9.

Изготовитель: ОАО НПО « Буровая техника» .

118

Рис. 3.17. Секция шпиндельная типа ТШ1-195:

1 – опора радиальная; 2 – опора осевая

119

Рис. 3.18. Секция шпиндельная типа ШП-240:

1 – пробка с резьбой РКТ-208; 2 – переводник верхний; 3 – полумуфта; 4 – корпус; 5 – опора радиальная; 6 – втулка радиальной опоры; 7 – äèñê ïÿòû; 8 – подпятник; 9 – âàë; 10 – ниппель; 11 – переводник наддолотный; 12 – пробка нижняя с резьбой З-152

120

Рис. 3.19. Турбобур нового типа:

à – ТНБ для направленного бурения; á – òèïà Ò1-240; в – òèïà Ò2-240; 1 – секция турбинная верхняя; 2 – центратор лопастной межсекционный; 3 – секция турбинная нижняя; 4 – секция шпиндельная; 5 – центратор ниппельный; 6 – калибратор наддолотный

Турбобуры типов 1Т-240 (с одной турбинной секцией и серийным шпинделем) и 2Т-240 (с двумя турбинными секциями и серийным шпинделем) [49] включают в себя одну или две турбинно-редукторные секции турбины типа ТВШ-240 по 120 ступеней в секции и шпиндельную секцию. Они обладают более высоким моментом силы и могут реализовать более высокую мощность при бурении, чем турбобуры типа 3ТСШ1-240 и А9Ш. Технические характеристики этих турбобуров приведены в табл. 3.9, а общий вид изображен на рис. 3.19, á è в.

Изготовители:

НПП « Нефтегазтехника» – 1Т-240, 2Т-240. ОАО НПО « Буровая техника» .

Турбобур секционный типа ТПР-105 предназначен для бурения вертикальных, наклонно направленных и горизонтальных скважин, а также для разбуривания цементных мостов, стаканов и различных пробок долотами диаметром от 117 до 140 мм.

Турбобур состоит из одной шпиндельной и двух турбинных секций. В турбинной секции установлена многоступенчатая стальная турбина, выполненная методом литья по выплавляемым моделям. Конструкция турбобура выполнена по схеме с «плавающим ротором на профильном валу», что упрощает их сборку и регулировку секций, обеспечивает их заменяемость и позволяет полностью отрабатывать осевую (шариковую) опору шпинделя.

Основные параметры турбобура типа ТПР-105 следующие: диаметр корпуса – 105 мм; длина в сборе – 8700 мм; масса – 400 кг. Турбобур выполнен с присоединительными резьбами: к долоту (внизу) – З–76; к трубам (вверху) – МК-94.

Рабочий режим турбобура обеспечивается параметрами: расход бурового раствора – 10 л/с; частота вращения вала – 800 об/мин; вращающий момент – 250 Н м; перепад давления – 4,5 МПа.

По данным изготовителя, турбобур успешно прошел испытания в НГДУ «Чекмагушнефть» в Башкортостане.

Изготовитель: НПФ « Азимут» .

122

3.2. ТУРБОБУРЫ РЕДУКТОРНЫЕ

Турбобуры редукторные типа ТР с маслонаполненными редукторамивставками (рис. 3.20), разработанные Пермским филиалом ВНИИБТ, предназначены для бурения глубоких вертикальных, наклонно направленных и горизонтальных скважин на нефть и газ, сверхглубоких и геотермальных скважин различного назначения, а также для бурения скважин с отбором керна при пониженной частоте вращения и увеличенном моменте на выходном валу забойного двигателя, с использованием буровых растворов различной плотности – от облегченных (аэрированных) до утяжеленных при высоких температуре (до

300°С) и давлении (до 250 МПа).

Ñ1994 г. из Пермского филиала ВНИИБТ выделилось науч- но-производственное предприятие «Нефтегазтехника» на базе производственных мощностей и на- учных разработок отдела редукторных турбобуров, как ведущий разработчик и производитель гидравлических забойных двигателей. К настоящему времени разработан ряд редукторных турбобуров с наружными диаметрами 105, 120, 142, 145, 178, 195 и 240 мм, которые благодаря возможности изменения в широких пределах частоты вращения и момента силы на валу, применяются при бурении как шарошечными, так и безопорными долотами различных типоразмеров и серий. Основание для выбора диаметра – в соответствии с рекомендуемыми зазорами между стенками скважин и корпусом двигателя в конкретных горно-геологических условиях месторождений.

В основу конструкции редукторного турбобура положен агрегатный метод соединения машин. Поэтому он состоит из трех основных элементов: секций турби-

Рис. 3.20. Турбобур с маслонаполненным редуктором-вставкой:

À – турбинная секция (или модуль винтового двигателя); B, D – узел опорный; Ñ – редуктор-вставка; Å – долото; 1 – входной вал; 2 – планетарная передача; 3 – корпус редуктора; 4 – вал выходной; à – раствор буровой; á – масло

123

ны, редуктора и шпинделя. Требуемые варианты компоновки редукторных турбобуров собирают непосредственно на буровой в зависимости от технологических требований строительства скважины.

Высокая прочность планетарного редуктора позволяет в зависимости от горно-геологических условий бурения компоновать редукторный турбобур одной или несколькими турбинными секциями различных типов, одним или несколькими редукторами с различным передаточным числом, шпинделем или шпиндель-редуктором. Также к нему можно присоединять керноотборный инструмент для отбора керна или отклонитель для зарезки наклонного участка ствола скважины или корректировки ее направления. Если по условиям бурения применение редуктора не требуется, например, при использовании алмазных долот, то турбобур собирается в обычной комплектации – из турбинных секций и шпинделя.

Редуктор турбобура (см. рис. 3.20, Ñ) представляет собой сменный оригинальный узел, выполненный в отдельном корпусе. В него входят:

двухрядная зубчатая планетарная передача с косозубым зацеплением Новикова, способная передавать момент силы более 10 кН· м, отличающаяся высокой износостойкостью и прочностью при ограниченных радиальных размерах редуктора;

входной и выходной валы с несущими опорами (в качестве которых используются мощные роликовые подшипники, установленные с возможностью компенсации перекосов), соединяющие передачу с валами турбинной секции и шпинделя посредством соединительных муфт; предусмотрено предохранение передачи от перегрузок и влияния интенсивных колебаний момента силы на долоте;

система маслозащиты, включающая уплотнение торцевого типа и лубрикатор, предназначенный для компенсации возможных утечек смазочного материала в процессе эксплуатации и стабилизации давления в маслонаполненной полости редуктора; конструкция, материалы и технология изготовления уплотнений обеспечивают их надежную работу в абразивной и химически активной средах, при осевых и радиальных вибрациях и в условиях пульсаций давления бурового раствора.

В настоящее время разработаны редукторные турбобуры следующих типов:

ТРВ-142 – вставной редукторный турбобур, предназначенный для использования в составе комплекса вставного инструмента для бурения без подъема бурильной колонны труб. При бурении вставным инструментом существенно ускоряется процесс смены долота – турбобур с долотом транспортируется на поверхность восходящим потоком бурового раствора при обратной циркуляции. После смены долота турбобур под собственным весом опускается к забою и при создании циркуляции автоматически приводится в рабочее положение;

ТР-145Т – турбобур с маслонаполненным редуктором диаметром 145 мм предназначен для бурения глубоких и сверхглубоких скважин при высоких температурах до 300 °С и давлении (до 250 МПа) долотами диаметром от 158 до 165 мм при сниженной частоте вращения и увеличенном моменте силы на выходном валу турбобура с использованием воды или бурового раствора. Турбобур редукторный типа ТР-145Т состоит из турбинной и редукторной секций. Редукторная секция турбобура представляет собой оригинальный узел, размещенный в отдельном корпусе и состоит из ведущего вала, ведомого вала, системы маслозащиты и планетарной зубча-

124

той передачи. Ведущий и ведомый валы редукторной секции имеют комбинированные опорные узлы, включающие амортизированные шарикоподшипники, работающие в масляной полости, радиальные опоры скольжения из композиционных материалов, работающих в среде промывочной жидкости. Система маслозащиты снижает перепады давлений на уплотнениях и компенсирует утечки масла из маслонаполненной камеры. Планетарная передача предназначена для понижения частоты вращения и увеличения момента силы на выходном валу. Двухрядное исполнение позволяет снизить нагрузки в зубчатой передаче;

ТР-175/178 – редукторный турбобур с уменьшенным наружным диаметром с целью снижения гидродинамических давлений в скважине при спуске и подъеме бурильной колонны и циркуляции бурового раствора. Турбобур представляет собой новый универсальный гидравлический забойный двигатель для бурения нефтяных и газовых скважин долотами диаметром 212,7–215,9 мм. Уменьшение диаметра турбобура и требуемого расхода промывочной жидкости позволяет вести бурение скважин с соблюдением современной технологии, обеспечивающей повышение качества их строительства. Благодаря применению в турбобуре комбинации высокомоментной скоростной, специально разработанной для редукторного турбобура, и низкооборотной турбин удалось создать универсальный турбобур. Путем подбора рационального качества быстроходных и низкооборотных турбин можно иметь характеристику как для бурения шарошечными долотами, так и долотами с алмазно-твердосплавными вставками. Редуктор в сочетании с быстроходной турбиной позволяет иметь необходимый для бурения вращающий момент на выходе при кратном уменьшении длины турбобура.

Технические и энергетические характеристики турбобура приведены в табл. 3.10. Расчетные характеристики турбобура с турбинками двух типов приведены в табл. 3.11.

ТРМ-195 с редуктором РМ-195 – наиболее широко применяемая конструкция редукторного турбобура, в которой осевые опоры вынесены в отдельные узлы (в виде промежуточного и нижнего шпинделя). Компонуется в основном с турбобурами типов 3ТСШ1-195 с турбиной 26/16,5 – 195, А7Ш (секция), 2ТСШ-195, 1ТСША-195ТЛ и др. С его помощью пробурена глубочайшая в мире Кольская сверхглубокая скважина СГ-3, (глубина 12266 м). Высокая надежность турбобура обеспечила его успешное применение при бурении высокостойкими шарошечными долотами типов ГНУ и ГАУ с герметизированной маслонаполненной опорой и подшипниками скольжения отечественных и зарубежных фирм.

ТРШ-195 [49] – редукторный турбобур с одной или двумя турбинными секциями и редуктором-шпинделем с усиленными опорными узлами качения повышенной грузоподъемности, размещенными в маслонаполненной камере редуктора, воспринимающими осевые нагрузки от турбины и реакцию забоя скважины. Редукторный шпиндель типа РШ3-195 длиной 4,50 м имеет два передаточных числа i = 3,69 è i = 13,62 и обеспечивает два режима работы долот серий ГНУ и ГАУ. Опорные узлы этого турбобура расположены непосредственно в редукторе, который выполнен в качестве одной секции, за счет чего уменьшается длина редуктора и всего турбобура по сравнению с наиболее широко применяемым в настоящее время редукторным турбобуром ТРМ-195. Обычно турбобуры типов ТРМ-195 и ТРШ-195 используются с двумя турбинными секциями турбобура типа

125

Ò à á ë è ö à 3.10

Технические характеристики редукторных турбобуров конструкции ПФ ВНИИБТ

126