Устройство односекционного турбобура

 

Устройство односекционного турбобура показано на рис. 2.

Рисунок 2. Односекционный турбобур

1 и 24 – переводники; 2 – втулка корпуса; 3 – корпус; 4 – контргайка; 5 – колпак; 6 – роторная гайка; 7 и 10 – диски пяты; 8 – подпятник; 9 – кольцо пяты; 11 и 18 – регулировочные кольца; 12 и 17 – уплотнительные кольца; 13 – статор; 14 – ротор; 15 – втулка средней опоры; 16 – средняя опора; 19 – упор; 20 – шпонка; 21 – втулка нижней опоры; 22 – ниппель; 23 – вал

Он состоит из деталей двух систем: вращающейся – ротора и неподвижной – статора. К ротору относится вал с насаженными на нем рабочими (турбинными) колесами, вращающимися частями опор и крепежными деталями. Систему статора составляют корпус с переводником, направляющие колеса, неподвижные части опор и ниппель. Крепление деталей на валу и в корпусе – силами трения, действующими по торцам деталей при затяжке резьбовых соединений роторной гайки и ниппеля. Ротор фиксируется относительно статора при помощи осевой и радиальной опор. Для регулировки взаимного положения лопастных систем ротора статора служит кольцо, расположенное между статором и подпятником.

Выходные параметры турбобура: мощность на валу, крутящий момент, перепад давления в турбобуре – существенно зависят от расхода промывочной жидкости Q и частоты вращения вала машины n. Зависимость крутящего момента М, мощности на валу N, перепада давления ΔР и коэффициента полезного действия η от частоты вращения n представляет собой рабочую характеристику турбины турбобура (рис. 3)

 

Рисунок 3. Энергетическая характеристика турбины турбобура.

 

Режим работы, соответствующий максимальной мощности на валу турбины при постоянном расходе промывочной жидкости, называется экстремальным.

Поскольку при работе турбобура часть мощности затрачивается на преодоление трения в опорах, а иногда и между статорами и роторами, внешняя характеристика турбобура будет отличаться от рабочей характеристики турбины. Внешняя характеристика турбобура отражает зависимость мощности и крутящего момента от частоты вращения вала турбобура с учетом потерь в опорах.

 

Элементы устройства

Турбинные колеса

 

Турбинные колеса бывают цельнолитыми или составными. В условиях вибрационной нагрузки более прочны монолитные (цельнолитые) колеса, но лучшие формы лопастей с чистой поверхностью имеют колеса, сменные венцы которых изготовлены из стали методом точного литья или из полимерных материалов. Ступицы составных колес соединяются с лопастной частью посредством эксцентричного соединения. Для повышения прочности венцы имеют ободы, однако в турбобурах малого диаметра применяют безободные диски.

 

Опоры

 

В качестве опор вала турбобура используют резино-металлические подшипники скольжения и шарикоподшипники: упорно-радиальные, упорные и радиальные.

На рис. 4 а и б – резино-металлические подшипники, в и г – многорядные бессапараторные шарикоподшипники.

На а упорно-радиальный резинометаллический подшипник. На б – упорный подшипник с резинометаллической пятой.

 

а) б)

 

Рисунок 4. Опоры турбобура

Редукторные турбобуры

Редукторные турбобуры с наружным диаметром 105, 120, 145, 178, 195 и 240 мм. предназначены для бурения глубоких вертикальных, наклонно-направленных и горизонтальных скважин на нефть и газ, сверхглубоких и геотермальных скважин, а также для бурения с отбором керна.

Благодаря высокому моменту силы они могут быть использованы как с шарошечными, так и с алмазными долотами и долотами с алмазно-твердосплавными пластинами. Высокая прочность редуктора позволяет компоновать с ним одну или несколько турбинных секций различных типов и выполнять редуктор с одной или двумя ступенями передачи.

Применение редукторного турбобура позволяет изменять мощность, момент силы и частоту вращения выходного вала турбобура непосредственно на бурящейся скважине путем изменения количества и типа турбинных секций, смены редукторов с различными передаточными отношениями.

Разработаны редукторные турбобуры в трех модификациях:

- турбобуры ТРМ с редуктором-вставкой РМ

- турбобуры ТРШ с редукторным шпинделем РШ

- турбобуры ТР с турбинно-редукторной секцией.

Если по условиям бурения применение редуктора не требуется, то турбобуры собираются в обычном исполнении из турбинных секций и шпинделя.

Рисунок 5. Редукторный турбобур ТРМ-195.

А-турбина; В-опорный узел; С-редуктор-вставка; Д-опорный узел; Е-долото.

1-полумуфта; 2-радиальная опора; 3-клапан; 4-лубрикатор; 5-уплотнение; 6-роликоподшипник; 7-входной вал; 8-планетарная передача; 9-корпус; 10-выходной вал.

 

Редуктор-вставка (рис.5) изготовляется в одном диаметральном размере 195 мм под шифром РМ - 195. Он представляет собой сменный узел, выполненный в отдельном корпусе, в котором размещены:

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

- ведущий и ведомый валы с несущими опорами, установленными с возможностью компенсации перекосов;

- система маслозащиты, включающая уплотнения торцового типа и лубрикатор, предназначенный для компенсации возможных утечек масла в процессе эксплуатации и выравнивания давления в масляной полости редуктора в внешним давлением.

Конструкция, материалы и технология изготовления уплотнений обеспечивают их надежную работу в абразивной и химически активной средах при осевых и радиальных вибрациях в условиях пульсации давления бурового раствора.

 

Турбобуры - отклонители.

 

Турбобуры-отклонители типа ТО (ТО-105Р, TO-195К и TO-240К) 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 195 и 240 мм и состоят из турбинной и шпиндельной (отклонительной) секций.

Корпусы секций соединяются с помощью искривленного переводника с углом искривления 1°30', а валы - шарнирной муфты, позволяющей передавать момент силы валов с пересекающимися осями вращения.

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

Турбобуры-отклонители с независимой подвеской валов турбинной секции типа Т02 (Т02-195, ТО2-240) 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 195 и 240 мм и состоят из турбинной и шпиндельной (отклонительной) секций.

Рисунок 6. Турбобур – отклонитель ТО-2

 

Во всех турбобурах-отклонителях типа ТО2 (см. рис. 6) используется специальная турбинная секция, имеющая существенные отличия от турбинных секций турбобуров типа ТСШ1 и АШ. Турбобуры-отклонители ТО2-195 и ТО2-240 унифицированы с турбобурами А7Ш2 и А9Ш2. Основное отличие состоит в том, что валы турбинной и шпиндельной секций соединяются между собой с помощью одинарного шарнирного соединения, состоящего из двух полумуфт, а корпусы - с помощью искривленного переводника с углом искривления 1°30' (по заказу потребителя шпиндельная секция может комплектоваться переводниками с углом перекоса осей 1°; 1° 15' и 2°).