библиотека нефтяника / Буровое оборудование 2 / Глава 3

3ТСШ1-195. Дальнейшее увеличение механической скорости бурения возможно при использовании редуктора типа РШ3-195 в компоновке с турбинной секцией быстроходного высокомоментного турбобура типа 3ТСША-195ТЛ. Выполнение турбобура типа ТРШ-195 в виде одной редукторной секции и компоновки его с одной турбинной секцией уменьшает затраты на ремонт и обслуживание турбобура.

ТРМ3-195 – турбобур с уменьшенной длиной редуктора-шпинделя и короткой турбиной, предназначенный для бурения горизонтальных скважин и искривленных участков наклонно направленных скважин с малым радиусом. В этой схеме гидравлическая нагрузка от турбины передается через водила планетарных передач на выходной вал и уравновешивает нагрузку от долота. Канал для потока бурового раствора в редукторной вставке выполнен периферийным. Редукторный шпиндель типа РМЗ-195 имеет две ступени планетарной передачи с общим передаточным числом i = 13,62. Турбинная секция содержит 40 ступеней высокооборотной турбины 17/18-195 или 15/18-195ТЛ, разработанных ВНИИБТ. В качестве осевых опор применены новые упорные роликовые подшипники (с цилиндри- ческими роликами увеличенного диаметра), разработанные Пф ВНИИБТ;

ТР-195СТ – турбобур в термостойком исполнении с механизмом стопорения вала для бурения сверхглубоких скважин при температуре до 300 °С и давлении до 250 МПа. Механизм стопорения предназначен для

127

освобождения долота при его заклинивании и срабатывает при вращении бурильной колонны «вправо». Максимальный момент, передаваемый стопорным устройством заклиненному долоту ротором, составляет 20 кН м;

ТРО3-195М [49] – редукторный турбобур, представляет собой новый универсальный гидравлический забойный двигатель для бурения нефтяных и газовых скважин долотами диаметром 212,7–215,9 мм. Благодаря применению планетарной передачи необходимый для бурения вращающий момент на выходе вала достигается при кратном уменьшении длины турбобура. Оптимальное сочетание энергетических параметров (частоты вращения, вращающего момента и других) с геометрическими размерами турбобура обеспечивается также использованием высокооборотной и высокомоментной турбины турбобура типа 3ТСША-195ТЛ. Малая длина шпинделя позволяет эффективно управлять траекторией скважины. Универсальность турбобура заключается в том, что он одинаково эффективен по сравнению с обычными турбобурами при бурении как прямых, так и искривленных уча- стков скважины. Это достигается установкой кривого переводника с углом перекоса от 0,5 до 2° между шпинделем и редуктором непосредственно на буровой в зависимости от технологических требований. Поэтому на буровой нет необходимости иметь два и более двигателей разных типов одновременно. Турботур типа ТРО3-195М обеспечивает выполнение всех функций с помощью простой замены переводников.

Технические параметры турбобура типа ТРО3-195М приведены в табл.

3.10.

Семейство турбобуров типов ТР-240 и ТР3-240 (рис. 3.21, à, á) [49] – редукторные турбобуры являются универсальными и предназначены для бурения верхних интервалов глубоких скважин долотами диаметром от 269,9 до 490 мм. Их универсальность заключается в том, что в зависимости от технологических условий бурения у него можно изменять в широком диапазоне частоту вращения и момент силы. Это достигается использованием в турбобуре турбин с различными скоростными и моментными характеристиками; с целью получения промежуточных частот вращения сборкой турбинных секций с комбинированной турбиной в различном со- четании числа тихоходных и быстроходных турбин; компоновкой турбобура с обычным или редукторным шпинделем; выполнением редукторного шпинделя с одной или двумя ступенями передачи, понижающими частоту вращения выходного вала.

В зависимости от компоновки турбобура ему присваиваются типы: ТР-240 – с редукторным шпинделем с одной ступенью передачи; ТР3-240 – с двухступенчатым редуктором, размещенным в турбинной

секции, шпинделем и сменным переводником между шпинделем и турбин- но-редукторной секцией, имеющим угол перекоса от 0 до 2°.

Редукторный маслонаполненный шпиндель типа РШ3-240 (рис. 3.21, в) представляет собой отдельный узел, присоединяемый на буровой к турбинной секции взамен серийного шпинделя. Включает планетарную передачу, ведущий и ведомый валы с системой маслозащиты, осевые и радиальные опоры. При необходимости, на его корпусе устанавливается лопастной спиральный стабилизатор. Соединение ведущего вала редуктора с валом турбинной секции осуществляется с помощью конусно-шлицевой муфты. Обычно с редукторным шпинделем используется одна турбинная секция турбобура 3ТСШ1-240 или А9Ш. Для привода энергоемких долот и малых

128

Рис. 3.21. Редукторные турбобуры диаметром 240 мм конструкции НПП « Нефтегазтехника» :

à – òèïà ÒÐ-240; á – òèïà ÒÐ3-240; в – редукторно-шпиндельная секция типа РШ3-240

расходах бурового раствора может быть собрана компоновка редукторного турбобура с двумя турбинными секциями.

Турбобур типа ТР-240 состоит из одной турбинной секции и короткого маслонаполненного редукторного шпинделя РШ3-240. Тип турбинной секции выбирается в зависимости от технических условий бурения. Турбобур может быть собран с секцией тихоходной турбины ТВШ-240 или в комбинации ее с быстроходной высокомоментной турбиной А9П3-Т3. Применение различных турбинных секций позволяет изменять частоту вращения и момент силы в широком диапазоне. Ведущий вал редуктора соединяется с ва-

лом турбинных секций конусно-шлицевой муфтой. Технические характеристики редукторных турбобуров диаметром 240 мм приведены в табл. 3.12.

Турбобур типа ТР3-240 является универсальным гидравлическим забойным двигателем для бурения скважин диаметром 269,9–445 мм. Его универсальность заключается в том, что он может использоваться для бурения прямых и искривленных участков скважин. Это обеспечивается малой длиной турбобура и установкой между турбинно-редукторной и шпиндельной секциями сменного переводника, который может быть прямым или с углом перекоса осей резьб от 0 до 2°. Оптимальные энергетические параметры при малой длине турбобура достигаются использованием уменьшенного числа ступеней быстроходной, высокомоментной турбины и двух ступеней планетарного редуктора.

Технические характеристики этих турбобуров приведены в табл. 3.12

Применение редукторного турбобура позволяет изменять мощность, момент силы и частоту вращения выходного вала забойного двигателя непосредственно на строящейся скважине путем изменения числа секций турбин, смены или последовательного соединения нескольких редукторов с различными передаточными числами. Этим обеспечиваются оптимальные режимы работы долот всех типов и серий при сниженных расходах бурового раствора.

Использованные в редукторе турбобура технические решения запатентованы в США, Великобритании, Франции, Германии, Японии.

129

Основные параметры и энергетические характеристики редукторных турбобуров при различных расходах воды приведены в таблице 3.10.

Изготовитель: Пермский филиал ВНИИБТ и НПП « Нефтегазтехника» .

Редукторные турбобуры типов ТРМ-105 и ТСМ-105 [23, 46] предназна- чены для бурения глубоких скважин шарошечными и безопорными долотами диаметром от 120,6 до 139,7 мм в условиях высоких температур.

Рабочим органом турбобура ТРМ-105 являются одна или две турбинные секции с наружным диаметром 105 мм, работающих в компоновке с понижающим частоту вращения редукторным шпинделем. Редукторный шпиндель выполнен маслонаполненным и включает двухрядную планетарную передачу, опорные узлы, воспринимающие гидравлические и забойные нагрузки вала турбинных секций и реакцию забоя, систему маслозащиты с твердосплавными торцовыми уплотнениями. Турбобур обеспечивает легкий запуск и эксплуатацию.

Турбобур ТСМ-105 – секционный шпиндельный маслонаполненный предназначен для ремонта скважин. Включает три секции турбины и маслонаполненный шпиндель с шариковым упорно-радиальным подшипником. Подшипник имеет тороидальные дорожки качения.

В турбинных секциях и шпинделе установлены твердосплавные радиальные опоры. Нижняя опора шпинделя имеет увеличенную длину и выполняет роль сальника, предупреждающего выход бурового раствора в затрубное пространство между валом и корпусом. Благодаря работе осевого подшипника в масляной камере облегчается запуск турбобура и повышается стойкость подшипника и турбобура в целом.

Основные параметры и энергетическая характеристика турбобуров типов ТРМ-105 и ТСМ-105 приведены в табл. 3.13.

Изготовитель: НПП « Нефтегазтехника» .

130

Ò à á ë è ö à 3.13

Технические характеристики турбобуров типов ТРМ-105 и ТСМ-105 конструкции Пф ВНИИБТ и НПП « Нефтегазтехника»

Редукторные турбобуры типов ТР2-120FL и ТР3-120Т [49] – турбобуры нового поколения. Их конструкция основана на сочетании высокооборотной повышенной энергоемкости турбины с частотой вращения до 3000–4000 об/мин и планетарной передачи. Это позволяет получить требуемые энергетические параметры для привода шарошечных, алмазных долот и долот с алмазно-твердосплавными пластинами.

Турбобур представляет соединенные кривым переводником турбинноредукторную и шпиндельную секции. В верхней секции размещены ведущий вал с 90 ступенями турбины, планетарные передачи, система маслозащиты и опорный узел. Твердосплавные радиальные опоры обеспечивают надежную работу конструкции в условиях повышенных частот вращения и абразивной среды бурового раствора. В шпиндельной секции размещены радиальные опоры, многорядный осевой подшипник и нижнее торцевое уплотнение, замыкающее маслонаполненную камеру. Передача вращения от планетарной передачи на вал шпинделя осуществляется торсионным валом, допускающим перекос до 1,5°. Все узлы редуктора и шпинделя работают в масляной среде одной маслонаполненной камеры. Для уменьшения утечек бурового раствора между валом шпинделя и корпусом на валу шпинделя устанавливается твердосплавная радиальная опора увеличенной длины.

Благодаря малой длине шпиндельной секции редукторный турбобур ТР2-120FL может использоваться для корректировки направления скважины в скользящем режиме и стабилизации направления в ротационном режиме.

Основные параметры и энергетические характеристики турбобуров типов ТР2-120FL и ТР3-120Т приведены в табл. 3.14.

Изготовитель: НПП « Нефтегазтехника» .

131

Редукторные турбобуры типов ТР2-120Г и ТР3-120Г [46] предназначе- ны для забуривания новых стволов и бурения наклонных и горизонтальных интервалов глубоких скважин шарошечными и безопорными долотами диаметром от 151 до 158,7 мм с промывкой буровым раствором в условиях высоких температур.

Турбобуры типов ТР2-120Г и ТР3-120Г разработаны из условий применения высокооборотной энергонасыщенной турбины с частотой вращения

132

до 3000–4000 об/мин и одной или двух ступеней планетарной передачи. Это позволяет получить требуемые энергетические параметры для привода шарошечных и алмазных долот и бурголовок.

Турбобур состоит из соединенных искривленным переводником тур- бинно-редукторной и шпиндельной секций. В верхней секции размещены ведущий вал с 40–90 ступенями турбины, планетарные передачи, система маслозащиты и опорный узел. Твердосплавные радиальные опоры обеспе- чивают надежность работы двигателя в условиях повышенных частот вращения и абразивной среды бурового раствора. В шпиндельной секции размещены радиальные опоры, многорядный осевой подшипник и торцовое уплотнение, герметизирующее нижнюю часть маслонаполненной камеры. Передача вращения от планетарной передачи осуществляется через торсионный вал, допускающий перекос до 2°.

Все узлы редуктора и шпинделя работают в масляной среде единой маслонаполненной камеры. Для уменьшения утечек бурового раствора через ниппельную часть нижняя радиальная опора выполнена с увеличенной длиной.

Благодаря небольшой длине шпиндельной секции редукторные турбобуры типов ТР2-120Г и ТР3-120Г могут использоваться для корректировки направления скважины в оперативном порядке и стабилизации направления в ротационном режиме.

Работы по созданию турбобуров типов ТР2-120Г и ТР3-120Г проводились совместно с немецкой фирмой «TIEBO Tifbohrservce». Новые конструкции турбобуров прошли успешные испытания при бурении глубоких наклонных и горизонтальных скважин в России и Германии.

Основные параметры и энергетиче- ские характеристики турбобуров типов ТР2-120Г и ТР3-120Г приведены в табл. 3.15.

Изготовитель: НПП « Нефтегазтехни-

êà» .

Короткий редукторный турбобур

(рис. 3.22) предназначен для бурения наклонных и горизонтальных скважин раз-

Рис. 3.22. Короткий редукторный турбобур:

1 – планетарная передача; 2 – насос масляный;

3 – турбина высокоскоростная специальная; 4 – уплотнения валов; 5 – переводник кривой

133

личного назначения. В отличие от существующих турбобуров в нем применена специальная высокоскоростная турбина 3 с планетарной передачей 1 с передаточным отношением 1/6, что позволяет за счет редуцирования оборотов и мощности многократно снизить длину турбинной секции по сравнению с современными турбобурами. При этом все опорные узлы вала работают в масляной среде. Маслозащита работает исключительно надежно благодаря созданию постоянного перепада давления с помощью масляного насоса 2 на вращающиеся уплотнения валов 4. Оригинальное предохранительное устройство предупреждает об израсходовании масла в системе из-за возникших утечек. Для бурения наклонных и горизонтальных скважин этот турбобур комплектуется регулируемым кривым переводником 5, позволяющим устанавливать на поверхности требуемый угол искривления. Термостойкий вариант турбобура типа ТРМ-195 позволяет бурить высокотемпературные скважины с забойной температурой до 300 °С.

Изготовитель: Пермский филиал ВНИИБТ.

3.3. ТУРБИННЫЕ ОТКЛОНИТЕЛИ

Турбобуры-отклонители типа ТО (ТО-172, ТО-195 и ТО-240) 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 наружными диаметрами 172, 195 и 240 мм и состоят из турбинной и шпиндельной (отклонительной) секций.

Корпусы секций соединяются с помощью искривленного переводника с углом искривления 1,5°, а валы – шарнирной муфты, позволяющей передавать момент силы валов с пересекающимися осями вращения.

В турбобурах-отклонителях типа ТО используется турбинная секция от секционных турбобуров типа ТС, в верхнем переводнике которой помещен узел ориентации, а в секции отклонителя смонтированы проточная осевая и радиальная опоры от турбобура Т12М3.

Основные и энергетические параметры турбобуров-отклонителей типа ТО при различных расходах воды приведены в табл. 3.2.

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.

Во всех турбобурах-отклонителях типа ТО2 (рис. 3.23) смонтирована специальная турбинная секция, имеющая существенные отличия от турбинных секций турбобуров типа ТСШ1 и АШ. Турбобуры-отклонители типов ТО2-195 и ТО2-240 унифицированы с турбобурами типов А7Ш2 и А9Ш2. Основное отличие состоит в том, что валы турбинной и шпиндельной секций соединяются между собой с помощью одинакового шарнирного соединения, состоящего из двух полумуфт, а корпусы – с помощью искривленного переводника с углом искривления 1,5° (по заказу потребителя

134

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

шпиндельная секция может комплектоваться переводниками с углом перекоса осей – 1, 1,25 и 2°).

В турбинной секции турбобура отклонителя типа ТР2Ш-195 ТО каждая ступень турбины включает фрикционный шариковый редуктор, целью которого является снижение частоты вращения вала турбобура.

Основные параметры и энергетические характеристики турбобуровотклонителей типа ТО2 при промывке водой приведены в табл. 3.16. Ос-

Ò à á ë è ö à 3.16

Технические характеристики турбобуров-отклонителей типа ТО2 конструкции ОАО НПО « Буровая техника»

135

Ò à á ë è ö à 3.17

Технические характеристики турбобуров-отклонителей типа ТО2 Кунгурского машиностроительного завода для бурения наклонно направленных скважин и зарезки вторых стволов из аварийных скважин

новные параметры турбобуров-отклонителей производства Кунгурского машиностроительного завода приведены в табл. 3.17.

Изготовители:

Опытный завод ВНИИБТ.

Кунгурский машиностроительный завод.

Шпиндель-отклонитель типа ШО1-195 (рис. 3.24) предназначен для бурения интервалов изменения направления скважин по зенитному углу и азимуту, а также для забуривания новых стволов скважин в аварийных ситуациях или по технологическим требованиям строительства скважин. Он выпускается с наружным диаметром 195 мм и применяется в сочетании с двумя или с тремя турбинными секциями турбобура типа 3ТСШ1-195 или 3ТСШ1-195ТЛ.

Шпиндель-отклонитель типа ШО1-195 выполнен в виде самостоятельной секции, являющейся осевой опорой турбобура, замена которой, как и обычного шпинделя турбобура, может производиться непосредственно на строящейся скважине. Он состоит из двух узлов, корпусы которых соединены между собой с помощью искривленного переводника с углом искривления 1,25° (по заказу потребителей шпиндель-отклонитель может поставляться с искривленным переводником, имеющим угол искривления 1 и 1,5°), а валы – с помощью двойного шарнира, в качестве которого использованы шлицевые муфты, работающие по принципу крестовых муфт.

Шарнирная муфта (двойной шарнир) шпинделя-отклонителя разгружена от осевых усилий благодаря установке в верхней его части многорядного упорно-радиального шарикоподшипника ¹ 128721 и одной радиальной опоры, расположенной над ним, а в нижней части – многорядного упорно-радиального шарикоподшипника ¹ 128721 и двух радиальных опор, смонтированных по обе стороны от последнего.

Использование двойного шарнира снижает требования к точности регулировки и сборки шпинделя-отклонителя типа ШО1-195 в ремонтном цехе, так как двойной шарнир позволяет исключить влияние его расположения относительно плоскости искривления корпуса на долговечность шарнира и условия запуска турбобура.

136