Забойные гидравлические двигатели

 

В настоящее время отечественными машиностроительными заводами выпускаются четыре вида гидравлических забойных двигателей:

- турбинные забойные двигатели (турбобуры) различного конструктивного исполнения (Т);

- винтовые забойные двигатели типа Д (ВЗД);

- турбинно-винтовые забойные двигатели (ТВЗД).

- агрегаты РТБ (реактивно-турбинные буры и роторно-турбинные буры), комплектуемые серийными турбинными или винтовыми забойными двигателями.

Основным разработчиком забойных гидравлических двигателей является ОАО НПО "Буровая техника" – ВНИИБТ. В связи с постоянным совершенствованием конструкций и улучшением технологии изготовления забойных двигателей приводимые

характеристики могут незначительно отличаться. Заводами изготавливаются следующие основные типы гидравлических забойных двигателей:

1.Турбинные забойные двигатели (турбобуры) (Т):

- односекционные бесшпиндельные типа Т12;

- односекционные бесшпиндельные унифицированные типа ТУ-К;

- секционные бесшпиндельные типа ТС;

- секционные шпиндельные унифицированные типа ТСШ1; 2Т-К; ЗТ-К;

- секционные шпиндельные для бурения алмазными долотами типа ТСША;

- секционные шпиндельные с наклонной линией давления, со ступенями гидродинамического торможения типа АГТШ;

- с плавающими статорами типа ТПС;

- редукторные типа ТР;

- турбинные отклонители типа ТО;

- турбобуры-отклонители с независимой подвеской валов турбинной секции типа ТО2;

- шпиндель-отклонитель типа ШО1;

- для отбора образцов пород (керна) — колонковые трубодолота типа КТД;

- керноприемное устройство типа УКТ.

2. Винтовые забойные двигатели (ВЗД):

- односекционные типа Д, Д1;

- секционные типа ДС, ДЗ;

- секционные с полым ротором, с торсионом типа Д2, ДГ.

3. Турбинно-винтовые забойные двигатели (ТВЗД):

- модульные турбинно-винтовые низкооборотные двигатели типа ТНВ;

- универсальные типа ТПС-У; - унифицированные модульные типа 2ТУ-КД.

4. Роторно-турбинные и реактивно-турбинные буры типа РТБ:

- роторно-турбинные буры типа IРТБ;

- реактивно-турбинные буры типа IIРТБ,

Турбинные забойные двигатели (турбобуры) выпускаются с турбинами:

- металлическими цельнолитыми (отливка в земляные формы);

- металлическими, составными точного литья (ТЛ);

- пластмассовыми, составными (металлические ступицы и пластмассовые проточные части);

с опорами:

- скольжения (резинометаллическими);

- качения (шаровыми, в т. ч. как с уплотнениями, так и без них - проточные).

Турбобуры

 

Представляет собой гидравлическую турбину, приводимую в движение потоком промывочной жидкости. Основные детали: турбина, вал, опоры и корпус. Турбина – многоступенчатая, каждая ступень которой состоит из двух лопастных систем: неподвижной (статор) 2 и вращающейся (ротор) 1 см. рис. 1.

Рисунок 1. Ступень турбины турбобура. (1 – ротор; 2 – статор)

 

Многоступенчатость турбобура объясняется тем, что ограничены значения трех следующих факторов, от которых в прямой зависимости находится крутящий момент:

1) расход промывочной жидкости не может быть увеличен из – за возрастания давления в циркуляционной системе и на выкиде бурового насоса;

2) диаметр турбобура ограничен размером ствола скважины4

3) частота вращения вала турбины, задается режимом бурения применительно к типу используемых долот и не может быть произвольно увеличена.

Большое число ступеней турбины при её малом диаметре (100 – 250 мм0, малом расходе жидкости (до 50 л/с) и частоте вращения вала (60 – 900 об/мин) позволяет создать довольно высокий (до 4 кН*м) крутящий момент. В разных моделях турбобуров применяется от 100 до 350 ступеней (укороченные, предназначенные для бурения в искривленных участках скважины, 30 – 60 ступеней, например Т12М3К – 215 бывает с 30 и 55 ступенями). При большом числе ступеней значительно увеличивается длина турбобура. Такие турбобуры для удобства изготовления и монтажа выполняют многосекционными (две – три секции).

По направлению течения жидкости в лопастных системах турбобур относится к прямоточным турбинам. Как в статоре, так и в роторе жидкость движется вдоль оси турбины.

Принцип действия

 

В статоре поток жидкости подготовляется для работы в роторе: скорость увеличивается и изменяет направление (см рис. 1). В каналах ротора, лопасти которого наклонены в противоположном направлении, скорость восстанавливается по величине и направлению. Затем жидкость входит в следующую ступень, где процесс повторяется.

При изменении скорости в межлопаточных каналах (и соответствующего импульса потока) возникает сила, с которой поток действует на лопасти, суммируясь во всех ступенях в общий крутящий момент. Крутящий момент в статоре (реактивный) воспринимается корпусом турбобура, жестко связанным с бурильной колонной. Равный, но противоположно направленный крутящий момент (активный), действующий в роторе, через вал турбобура передается долоту.