13148

БУДОВА, КОНСТРУКТИВНІ ОСОБЛИВОСТІ ОСНОВНИХ ВУЗЛІВ ТА ПРИНЦИП ДІЇ ТУРБОБУРІВ ТА ХАРАКТЕРИСТИКА ЇХ ТУРБІНИ

Лабораторная работа

Производство и промышленные технологии

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №5 БУДОВА КОНСТРУКТИВНІ ОСОБЛИВОСТІ ОСНОВНИХ ВУЗЛІВ ТА ПРИНЦИП ДІЇ ТУРБОБУРІВ ТА ХАРАКТЕРИСТИКА ЇХ ТУРБІНИ. Мета роботи: вивчити будову область застосування та принцип роботи турбобурів. Теоретичні відомості Для буріння нафтових і газо

Украинкский

2013-05-10

445.5 KB

10 чел.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №5

БУДОВА, КОНСТРУКТИВНІ ОСОБЛИВОСТІ ОСНОВНИХ ВУЗЛІВ ТА ПРИНЦИП ДІЇ ТУРБОБУРІВ ТА ХАРАКТЕРИСТИКА ЇХ ТУРБІНИ.

Мета роботи: вивчити будову, область застосування та принцип роботи турбобурів.

Теоретичні відомості

Для буріння нафтових і газових свердловин застосовують гідравлічні та електричні вибійні двигуни.

Гідравлічні вибійні двигуни перетворюють енергію потоку промивальної рідини на механічну енергію обертання вала. В залежності від складової гідравлічної енергії, яка переважно використовується в двигунах, розрізняють гідравлічні турбіни (використовується кінетична енергія потоку)  і об’ємні гідравлічні двигуни (використовується енергія тиску).

У практиці буріння нафтових і газових свердловин найбільш поширені турбобури (гідравлічні турбіни), гвинтові (об’ємні) двигуни та турбогвинтові двигуни.

Електричні вибійні двигуни (електробури) перетворюють електричну енергію на механічну на вихідному валу двигуна.

Турбобури

Турбобур – це багатоступінчаста гідравлічна турбіна, до вала якої безпосередньо або через редуктор під’єднується бурове долото. Турбобур складається з осьової багатоступінчастої турбіни, вала, корпусу, радіальних і осьових опор, редуктора та інших деталей та вузлів.

Ступінь турбіни складається з ротора і статора (рисунок 5.1).

Основні геометричні параметри турбіни:

D1, D2 – діаметри проточної частини статора і ротора;

Dт – діаметр турбобура;

- середній діаметр турбіни, який поділяє проточну частину на дві рівні площі;

S1осьова висота лопаток ротора і статора;

S – висота ступені турбіни;

- радіальна довжина лопаток статора і ротора;

Z – кількість лопаток в турбіні;

δр, δс – радіальні зазори відповідно ротора і статора;

- крок лопаток.

1,2 – профілі лопаток ротора і статора; 3 – корпус; 4 – статор; 5 – ротор; 6 – вал; 7 – обод лопаток ротора.

Рисунок 5.1 – Схема ступеня турбіни турбобура

У турбінах робота здійснюється головним чином за рахунок кількості руху рідини. У турбобурах застосовуються багатоступінчасті осьові турбіни лопатевого типу.

Кожен ступінь турбіни складається зі статора, жорстко зєднаного із корпусом і ротора, закріпленого на валу турбобура (рисунок 5.2).

1 - зовнішній обод статора; 2 – лопатки статора; 3 – внутрішній обод статора; 4 – внутрішній обод ротора; 5 – лопатки ротора; 6 – зовнішній обод ротора.

Рисунок 5.2 – Принцип дії турбіни

Робота турбіни здійснюється таким чином. Потік промивальної рідини через бурильну колону подається в перший ступінь турбобура. У статорі першого ступеня відбувається формування напрямку потоку рідини. Якщо знехтувати зазором між статором і ротором, то можна прийняти, що рідина виходить із каналів статора і входить в канали ротора з однаковою швидкістю С1 під кутом 1 і продовжує свій рух із швидкістю W1 відносно лопаток ротора і переносною швидкістю U1 відносно осі турбіни (рисунок 5.3).

Рисунок 5.3 – Профілі статора і ротора турбіни

Аналогічна ситуація спостерігається і на виході із лопаток ротора, оскільки профілі лопаток ротора і статора дзеркально відображені.

Відносна вихідна швидкість W2 дорівнює абсолютній вхідній швидкості руху рідини С1, і її вектор нахилений під тим же кутом, але в протилежний напрямок (1=2).

Так, послідовно перетікаючи із ступеня в ступінь, рідина передає частину своєї гідравлічної потужності кожному ступеню. В результаті, потужність, що створюється всіма ступенями, сумується на валу турбобура, а значить, на долоті.

У процесі роботи на турбінах статора, закріплених нерухомо в корпусі турбобура, створюється реактивний момент, що дорівнює за величиною, але протилежний за напрямком крутному моменту, який створюється на турбінах ротора. Реактивний момент через корпус турбобура передається на бурильну колону.

Ступінь турбін позначають шифром, наприклад 30/16,5-240, де z=30; S1=16,5мм; D1=240 мм. наявність у шифрі букв ТЛ свідчить, що турбіни виготовлені методом точного лиття. В таблиці 5.1 наведені конструктивні параметри деяких типів турбін турбобурів.

Таблиця 5.1 – Конструктивні параметри турбін турбобурів

Тип турбіни

Середній діаметр d, мм

Радіальна довжина лопатки l, мм

Осьова висота ступені S, мм

30/16,5-240

16,0

22,0

46

22/22,5-215

147,0

19,0

56

21/20,5-195

130,5

15,5

56

28/16-172

117,0

14,0

46

25/12-127

88,3

11,8

40

28/135-104,5

62,5

10,1

40

Характеристика турбобура

Робота турбіни характеризується частотою обертання вала (n), обертовим моментом на валі (М), потужністю (N) перепадом тиску (Δр) і коефіцієнтом корисної дії (η). Залежність параметрів роботи турбіни від частоти обертання вала при постійній об’ємній витраті рідини Q визначає характеристику турбіни (рисунок 5.4).

Рисунок 5.4 – Характеристика турбіни

За теоретичними оцінками і стендовими випробуваннями залежність моменту від частоти обертання прямолінійна

.                            (5.1)

де  - гальмівний момент;

- частота обертання вала турбіни на холостому ході.

Потужність турбіни в залежності від частоти обертання (рисунок 4.2) описується рівнянням квадратичної параболи

.                                  (5.2)

де ω – кутова швидкість обертання ротора.

Коефіцієнт корисної дії турбіни визначається як відношення потужності турбіни до повної гідравлічної потужності потоку

.                                     (5.3)

Різниця  відповідає втратам потужності в турбіні, які поділяють на гідравлічні, об’ємні і механічні.

Для турбін з характеристикою  при  максимуми  та  досягаються при однакових значеннях n. В загальному випадку в залежності від форм лопаток турбін характеристика  дещо відрізняється від n, що призводить до незбігання максимумів  та .

Для високоциркулятивних турбін при  перепад тиску зменшується з підвищенням моменту (рисунок 5.5,а).

а – при постійній витраті рідини; б – при зменшенні витрати рідини.

Рисунок 5.5 – Характеристика турбіни з похилою лінією тиску

Такі турбобури називають турбобурами з похилою лінією тиску. При регулюванні  з умови  можна одержати більш круту характеристику моменту при зменшених частотах обертання (рисунок 5.5, б).

Режим, при якому потужність досягає максимального значення, називають екстремальним, а такий, при якому коефіцієнт корисної дії максимальний - оптимальним режимом. Режим роботи турбіни при  та  називають режимом холостого ходу, а при  та  - гальмівним режимом.

Зі зміною кількості та якості промивальної рідини, що прокачується через турбіну, змінюються її енергетичні параметри. П.П. Шумілов встановив такі залежності впливу кількості промивальної рідини на показники роботи турбін

.         (5.4)

Ефективність роботи турбіни в значній мірі залежить від кількості прокачуваної рідини. Проте збільшення  обмежується технічними можливостями бурових насосів і допустимим тиском у циркуляційній системі. Необхідно врахувати, що основні параметри характеристики турбіни змінюються пропорційно густині промивальної рідини.

.                         (5.5)

Параметри характеристики турбіни можна змінювати із збільшенням або зменшенням кількості ступенів. При одній і тій же витраті промивальної рідини  зростають пропорційно кількості ступенів турбіни, а частота обертання турбіни і число ступенів  пов’язані таким співвідношенням:

.                                   (5.6)

Так, наприклад, при збільшенні кількості ступенів у 4 рази, частота обертання ротора зменшиться в два рази.

Конструктивні особливості

В бурінні застосовують різні типи турбобурів, які відрізняються призначенням та конструкцією. Нижче наведено опис основних типів турбобурів, розроблених ВНДІБТ.

Турбобури односекційні безшпиндельні типу Т12 (рисунок 5.6) випускаються із зовнішніми діаметрами 172, 195 і 240 мм та використовуються для буріння вертикальних і похило-скерованих свердловин долотами різних типів і серій діаметрами 190,5-393,7 мм, а також для комплектації роторно-турбінних бурів діаметрами 394-640 мм.

1 – перехідник вала; 2 – вал; 3 – ніпель; 4 – упор; 5 – ротор; 6 – статор; 7 – середня опора; 8 – роторна гайка; 9 – контргайка; 10 – корпус; 11 – перехідник.

Рисунок 5.6 – Схема турбобура Т12М3Б-240

Турбобури Т12М3Е-172, Т12М3Б-195 і Т12М3Б-240 відрізняються типом та кількістю ступенів турбін. Турбобур Т12РТ-240 призначений для комплектації роторно-турбінних і реактивно-турбінних бурів (РТБ) для буріння свердловин діаметром 640 мм і більше. Його конструктивна відмінність від базового Т12М3Б-240 полягає у наявності на зовнішній поверхні корпусу напресованого упорного кільця для передавання осьового навантаження на долото з допомогою вантажів-обважнювачів агрегату РТБ та меншою (12 замість 18) кількістю ступенів осьової гумометалевої опори.

Турбобури односекційні безшпиндельні уніфіковані ТУ-240К призначені для використання як нижньої секції при комплектації дво- і трисекційних шпиндельних уніфікованих турбобурів 2ТУ-240К і 3ТУ-240К та уніфікованих модульних турбогвинтових двигунів 2ТУ-240КД.

Уніфікований турбобур містить турбінний та опорний вали із стандартними діаметрами, з’єднані між собою за допомогою муфт ексцентрикового або конусно-гвинтового типів, які забезпечують високу надійність передавання моменту, легкість збирання та розбирання турбобура.

У турбобурі ТУ-240К використовується турбіна зменшеної довжини, яка в існуючих стандартних габаритах забезпечує підвищення моменту на 25 % з одиниці довжини вала. Турбіни зменшеної висоти виготовляють методом точного лиття.

На валі турбобура встановлюється гумометалева опора ковзання зі зміщеними дисками пяти або опора кочення зі зміцненими обоймами. Порожнина опори захищена дросельним пристроєм з автоматично регульованим зазором в контакті робочих поверхонь тертя, зміцнених наплавленням твердого славу. Це сприяє зменшенню протікання бурового розчину на вихідному валі та запобіганню зашламування опорного вузла турбобура, особливо при використанні гідромоніторних доліт.

У турбобурі передбачена уніфікація турбінних секцій (з можливістю їх заміни безпосередньо на свердловині).

Турбобури односекційні із вставним шпинделем типу ТВШ (рисунок 5.7) призначені для комплектації роторно-турбінних і реактивно-турбінних бурів діаметрами 394 мм і більше. Турбобури ТВШ можуть використовуватися самостійно і як нижня секція довільного серійного секційного турбобура відповідного розміру.

1 – вал; 2 – корпус; 3 – статор; 4 – ротор.

Рисунок 5.7 – Схема турбобура односекційного із вставним шпинделем типу ТВШ

У турбобурах типу ТВШ турбінна і шпиндельна секції єдині і розміщені у загальному корпусі стандартної довжини. Кількість турбін зменшується на 6 % (у порівнянні з турбобуром ТСШ-240), а загальна довжина турбобура скорочується на довжину шпиндельної секції. Така конструкція запобігає відвертанню шпинделя в процесі буріння та поломці верхнього кінця шпинделя, що трапляється в серійних секційних шпиндельних турбобурах. З’єднання валів турбінної і шпиндельної секції виконане за допомогою рознімної муфти ексцентрикового типу. Така муфта більш технологічна у виготовленні в порівнянні з конусно-шліцьовою муфтою та зручніша в експлуатації.

Турбобури типу ТНК з незалежним кріпленням ротора призначені для комплектації роторно-турбінних і реактивно-турбінних бурів діаметрами 640 мм і більше, а також для буріння вертикальних і похило-скерованих свердловин долотами різних типів і серій діаметрами 215,9 мм і більше.

Турбобури ТНК-240 і ТНК-195 мають пустотілі вали з прохідним діаметром відповідно 90 і 62 мм. Це дозволяє проводити геофізичні вимірювання всередині турбобура, а також в аварійних випадках спускати торпеду безпосередньо до долота. На верхньому кінці вала є діафрагма, яка руйнується при необхідності проведення таких робіт.

Турбобури ТНК, призначені для агрегатів РТБ, мають на зовнішній поверхні корпусу опорне кільце для передачі осьового навантаження на долото з допомогою вантажів-обважнювачів. Турбобур ТНК може також використовуватися як самостійний односекційний турбобур, а також як нижня секція серійного секційного турбобура відповідних габаритів.

Конструктивна особливість турбобурів ТНК полягає у заміні осьового торцевого стиснення всього пакета роторів на валі з допомогою ексцентричного кріплення. Це дозволяє зменшити осьовий зазор турбобура до 10 мм і  збільшити кількість ступенів турбіни в секції, а також збільшити міжремонтний період роботи турбобура за рахунок полегшення умов роботи осьової опори.

Турбобури секційні безшпиндельні типу ТС (рисунок 5.8) призначені для буріння глибоких вертикальних і похило-скерованих свердловин при температурах не вище 120ºС. Турбобури  ТС4А,ТС5Е, ТС5Б випускають діаметрами від 104,5 мм до 240 мм в одно-, дво або трисекційному виконанні.

1 – перехідник вала; 2 – вал; 3 – ніпель; 4 – упор; 5,16 – ротор; 7,18 – середня опора; 8,19 – роторна гайка; 9 – контргайка; 10,21 – корпус; 11 – перехідник; 12 – нижня півмуфта; 13 – верхня півмуфта; 14 – вал верхньої секції; 15 - зєднувальний перехідник; 20 – ковпак; 22 – перехідник корпусу.

Рисунок 5.8 – Схема турбобура ТС5Б-240

Секційні турбобури типу ТС доставляються на свердловину у вигляді окремих секцій і збираються в процесі спуску. Корпуси секцій з’єднуються між собою замковими різьбами, а їхні вали – з допомогою конусно-шліцьових (або конусно-фрикційних) півмуфт, закріплених на валі різьбою або гладким конусом (конусністю 1:10).

Конструктивно нижня секція виконана таким чином, що дозволяє використовувати її як односекційний турбобур. Верхня і середня секції цього турбобура відрізняються від нижньої конструкцією вала та відсутністю осьової опори, яка сприймає гідравлічне навантаження і вагу деталей, що обертаються.

Положення роторів відносно статорів у верхній і середній секціях формується з допомогою регулювальних кілець турбіни, які встановлюються між з’єднувальним перехідником і турбіною та мають різні висоти.

Система статорів у корпусах верхньої і середньої секцій закріплюється відповідно з допомогою верхнього перехідника корпусу, який зєднує турбобур із бурильною колоною, та зєднувального перехідника цих секцій із встановленням регулювального кільця різьби певної висоти шляхом їх підбору.

Турбобури секційні шпиндельні типу ТСШ (рисунок 5.9) призначені для буріння глибоких вертикальних і похило-скерованих свердловин при температурах  до 120 ºС. турбобури ТСШ випускаються діаметрами 127-240 мм в одно-, дво- і трисекційному виконанні.

І – шпиндель; ІІ – нижня секція; ІІІ – середня секція; IV – верхня секція; 1,11,12 – вал нижньої секції; 2,13 - зєднувальний перехідник; 3,14,26 – ротор; 4,15,27 – статор; 5,16,18,28 – середня опора; 6,19,29 – роторна гайка; 7,21,31 – корпус; 8,20,32,41 – контргайка; 9,22,42 – нижня півмуфта; 10,33,43 – перехідник корпусу; 17 – втулка середньої опори; 23 – перехідник корпусу; 24 – вал верхньої секції; 25 - зєднувальний перехідник; 30 – ковпак; 34 – перехідник вала; 35 – вал; 36 – ніпель; 37 – осьова опора; 38 – радіальна опора; 39 – втулка корпусу; 40 – гайка шпинделя.

Рисунок 5.9 – Схема турбобура 3ТСШ-240

Відмінність цих турбобурів полягає в тому, що осьова опора, яка належить до найбільш зношуваних елементів, винесена в окремий вузол – шпиндельну секцію, що приєднується до нижньої секції турбобура. Турбінні секції конструктивно аналогічні верхнім і середнім секціям секційних безшпиндельних турбобурів типу ТС. У шпиндельній секції розміщені непроточні осьові і радіальні опори. Це дозволяє змінювати шпиндель безпосередньо на свердловині без розбирання секцій турбін турбобура.

Турбобур 3ТСШ-195ТЛ оснащений турбінами, які виготовляються методом точного лиття, що покращує його енергетичну характеристику.

Турбобури секційні шпиндельні уніфіковані типу ТСШ1 випускаються діаметрами 172-240 мм в одно-, дво- і трисекційному виконанні. Осьова опора в цих турбобурах винесена в окрему шпиндельну секцію і може бути замінена безпосередньо на свердловині.

Турбобури ТСШ1 виконані згідно з між типовою уніфікацією, тобто різні типи турбін, корпуси, вали, опори, півмуфти і перехідники в межах одного габаритного розміру мають однакові посадочні і приєднувальні розміри. Це дає змогу використовувати турбіни і опори довільного типу. В секціях турбобура передбачена можливість монтажу високо- і низько обертових турбін, складових турбін точного лиття і пластмасових, а в шпиндельній секції – як опор ковзання (гумометалевих), так і кочення (радіально-упорних підшипників).

У верхній частині вала турбобура ТСШ1, на відміну від турбобурів типу ТСШ, монтується три запобіжні ступені гумометалевої проточної осьової опори, які попереджують посадку роторів турбін на статори, можливу через неправильне регулювання осьових зазорів в турбіні, зносу осьової опори або інших причин. Це підвищує надійність роботи турбобура.

Вали турбінної і шпиндельної секцій в турбобурі типу ТСШ1 зєднуються з допомогою конусно-шліцьових півмуфт. Деталі на валах турбінних секцій кріпляться з допомогою півмуфти з конічною різьбою з внутрішнім упорним торцем. Завдяки цьому підвищується надійність регулювання секцій та розподілу осьових зазорів у турбіні.

До даного типу належать також уніфіковані дво- і трисекційні турбобури 2Т195К, 3Т195К і 3Т105К з покращеною енергетичною характеристикою, ступені турбіни яких виготовляються методом точного лиття. У цих турбобурах можливе використання всіх типів турбін у заданих габаритах, в тому числі і комбінованих металопластмасових.

Турбобур секційний шпиндельний 3ТСША-195ТЛ призначений для буріння глибоких вертикальних і похило-скерованих свердловин алмазними долотами при температурі до 120 ºС. Турбобур 3ТСША-195ТЛ відрізняється від уніфікованого базового 3ТСШ1-195 комплектацією спеціальною високообертовою і високомоментною турбіною 21/16,5-195ТЛ, виготовленою методом точного лиття. У шпиндельній секції турбобура 3ТСША-195ТЛ передбачений вузол лабіринту, який запобігає проникненню в гумометалеву осьову опору крупних абразивних частинок.

Турбобури секційні шпиндельні з похилою лінією тиску типу АШ призначені для буріння глибоких вертикальних і похило-скерованих свердловин із використанням обважнених бурових розчинів при температурах понад 120 ºС/

Турбобури типу АШ (А6Ш, А7Ш, А7Ш2, А9Ш, А9Ш2) випускаються діаметрами 164-240 мм і складаються з двох або трьох турбінних і однієї шпиндельної секції. Турбіни цих турбобурів мають похилу до гальмівного режиму лінію перепаду тисків.

Конструктивна особливість турбобурів А6Ш, А7Ш2 і А9Ш2 полягає в тому, що вони виконані з незалежною підвіскою вала турбінної секції, тобто кожна секція має свою осьову опору – багаторядний упорно-радіальний кульковий підшипник у верхній частині вала. По всій довжині вала розміщені ступені турбін і гумометалеві середні опори. Зєднання валів турбінної і шпиндельної секцій здійснюється з допомогою півмуфт із квадратним перерізом. Все це виключає необхідність регулювання секцій залежно від приєднувальних розмірів розташованих нижче секції.

Базові деталі турбобурів А7Ш і А9Ш (корпуси, вали, перехідники, півмуфти і середні опори турбінних секцій) уніфіковані з відповідними деталями турбобурів 3ТСШ1-195 і 3ТСШ1-195ТЛ.

Особливість турбобурів А7Ш і А9Ш полягає в наявності у верхній частині шпиндельної секції торцевого ущільнення, що дозволяє вести буріння гідромоніторними долотами при перепаді тиску в них  до 6 МПа, і використанні в турбінних секціях однорядних проміжних радіальних кульових опор вала та в шпиндельній секції осьової опори у вигляді багаторядного упорно-радіального кульового підшипника. При цьому покращуються умови запуску турбобура у свердловинах з високими температурами (понад 120 ºС).

Турбобури секційні шпиндельні зі ступенями гідродинамічного гальмування типу АГТШ призначені для буріння глибоких вертикальних і похило-скерованих свердловин при температурах понад 110 ºС. турбобури типу АГТШ випускаються діаметрами 164-240 мм і складаються з трьох турбінних та однієї шпиндельної секцій. Ці турбобури вміщують решітки гідрогальмування, що забезпечує їх роботу з нижчою частотою обертання у порівнянні з турбобурами АШ.

Турбобури типу АГТШ за конструкцією турбінних секцій, в основному аналогічні турбобурам ТСШ1, окрім турбобура А6ГТШ, який має незалежну підвіску валів, аналогічну турбобуру А6Ш.

Секційні шпиндельні турбобури з плаваючими статорами типу ТПС призначені для буріння глибоких вертикальних і похило-скерованих свердловин при температурі не вище 90 ºС. Турбобури типу ТПС випускають діаметрами 105, 172, 195 мм. Вони вміщують три турбінних і одну шпиндельну секції.

Турбобури ТПС виконані за новою конструктивною схемою, в якій система деталей в корпусі турбінної секції не закріплена стисненням осьовою силою і має можливість осьового переміщення на 100-150 мм вздовж корпусу разом із валом секції і деталями, закріпленими на ньому.

Для цього в корпусах турбінних секцій є шпоночний паз. Статор турбіни виготовлений з полімерного матеріалу  і має вигляд незамкнутого кільця з кільцевою пружиною на внутрішньому ободі. Від провертання під дією реактивного моменту в корпусі секції статора утримується підпружиненими шпонками, що взаємодіють із шпоночним пазом, а також силами тертя від дії сил пружності кільцевої пружини. Ротори турбіни забезпечені провулканізованими гумовими кільцевими елементами, які можуть взаємодіяти з кільцевими пружинами статорів, що виключає контакт вінців ротора і статора, їх зношування і руйнування.

У шпиндельній секції розміщені багатоступінчасті амортизована кульова опора кочення та лабіринті ущільнення дросельного типу. В нижній частині шпинделя встановлена радіальна гумометалева опора.

Основні експлуатаційні переваги турбобурів ТПС:

- cуттєво подовжений міжремонтний період роботи турбінних і шпиндельних секцій;

- виключається найскладніша операція збирання турбобура – регулювання турбін;

- покращена енергетична характеристика турбобура в напрямках зменшення частоти обертання вала, збільшення моменту (за рахунок підвищення середнього діаметра турбін і кількості ступенів) і зменшення перепаду тиску на турбіні;

- виключається можливість осьового зносу турбіни в результаті посадки ротора на статор при несвоєчасній заміні шпинделя турбобура.

Турбобури редукторні типу ТР (рисунок 5.10) з маслозаповненим редукторами призначені для буріння вертикальних, похило-скерованих і горизонтальних свердловин, в  тому числі з відбором керна при  високих температурах ( до 300 ºС) і тисках (до 25 МПа). Турбобури типу ТР  випускаються  діаметрами 142, 145, 178, 195  і  240мм.

а – загальний вигляд; б – редуктор-вставка; І – турбінні секції; ІІ,IV – опорний вузол; ІІІ – редуктор-вставка; V – долото; 1 – верхній вал; 2 – планетарна передача; 3 – корпус; 4 – вихідний вал.

Рисунок 5.10 – Схема турбобура редукторного типу ТР

Редукторний турбобур складається з секцій турбін, редуктора і шпинделя. Збірка  необхідних варіантів редукторних турбобурів здійснюється безпосередньо на свердловині  в залежності  від технологічних вимог проходження свердловин. Якщо редуктор не потрібний, то турбобур збирається  з турбінних та шпиндельних секцій.

Редуктор турбобура призначений для зменшення частоти обертання і підвищення моменту на вихідному валі. Редуктор виконаний у вигляді окремого вузла і містить:

- дворядну зубчасту планетарну передачу з косозубим зачепленням Новикова, яка здатна передавати моменти понад 10 кН·м;

- вхідний та вихідний вали з несучими опорами;

- систему маслозахисту, яка включає ущільнення торцевого типу і лубрикатор для компенсації можливих витоків мастильних матеріалів у процесі експлуатації та стабілізації тиску в маслозаповненій порожнині;

Коротка характеристика редукторних турбобурів:

ТРВ-142 – вставний редукторний турбобур, призначений для використання в складі комплекту вставного інструменту для буріння без піднімання бурильної колони;

ТР-145Т – термостійкий редукторний турбобур, призначений для буріння глибоких і надглибоких свердловин при температурах до 300ºС і тисках до 250 МПа;

ТР-178 – редукторний турбобур із зменшеним діаметром та двома діапазонами робочих частот обертання вала;

ТРМ-195 – редукторний турбобур, в якому осьові опори винесені у вигляді проміжного і нижнього шпинделів;

ТРМ1-195Ш – турбобур з редуктором-шпинделем з підсиленими опорними вузлами кочення підвищеної вантажопідйомності та двома передаточними відношеннями, що забезпечує два режими роботи доліт серій ГНУ і ГАУ;

ТРМ3-195 – турбобур із зменшеною довжиною редуктора-шпинделя і короткою турбіною, призначений для буріння викривлених і горизонтальних ділянок стовбурів свердловин;

ТР-195СТ – турбобур у термостійкому виконанні з механізмом фіксації вала, призначеним для звільнення долота при його заклинюванні. Механізм фіксації включається обертанням бурильної колони вправо;

ТР-240 – турбобур з редукторним шпинделем РШ-240, призначений для буріння при температурах до 150 ºС.

Турбобури-відхилювачі типу ТО призначені для буріння інтервалів зміни напрямку похилих свердловин за зенітним кутом і азимутом, а також для забурювання нових стовбурів в аварійних ситуаціях або за технологічними вимогами спорудження свердловин. Турбобури-відхилювачі складаються з турбінної і шпиндельної секцій та випускаються 172, 195, і 240 мм.

Корпуси секцій зєднуються за допомогою викривленого перехідника з кутом викривлення 1º30, а вали – шарнірною муфтою, що дозволяє передавати момент від валів з перекошеними осями.

У турбобурах типу ТО використовується турбінна секція від турбобурів ТС, у верхньому перехіднику якої розміщений вузол орієнтації, а в секції відхилювача змонтовані осьова і радіальна опори від турбобура Т12М3.

Турбобури-відхилювачі з незалежною підвіскою валів турбінної секції типу ТО2 (рисунок 5.11) призначені для буріння інтервалів зміни напрямку похилих свердловин та забурювання нових стовбурів свердловин.

У турбобурах типу ТО2 змонтована спеціальна турбінна секція, яка має суттєві відмінності від турбінних секцій турбобурів типу ТСШ1 і АШ.

Турбобури–відхилювачі ТО2-195 і ТО-240 уніфіковані з турбобурами А7Ш2 і А9Ш2. Основна відмінність полягає в тому, що вали турбінної  і шпиндельної  секцій  з єднується  між  собою з допомогою  одинарного шарнірного  зєднання з двох  півмуфт, а корпуси – з допомогою викривленого перехідника з кутом викривлення 1º30 (за  замовленням  турбобури  можуть  комплектуватися перехідниками  з кутом  1º, 1º15  і 2º)

У  турбінній   секції  турбобура-відхилювача  ТР2Ш-195ТО кожний ступінь  турбіни  містить  фрикційний  кульковий  редуктор для  зниження частоти  обертання вала  турбобура.

1 – проміжний перехідник; 2,15 – півмуфти; 3,4,12,18,19,24 – регульовані кільця; 5,7 – верхній і нижній ліхтарі; 6,22 – багаторядні упорно-радіальні кульові підшипники; 8 – статор; 9 – ротор; 10 – середня опора; 11,13 – корпус і вал турбінної секції; 14,16 - зєднувальний і кривий перехідники; 17 – шарнірне зєднання; 20 – нижня опора; 21 – ступені пяти-сальника; 23,26 – корпус і вал шпиндельної (відхиляючої) секції; 25 – ніпельна гайка; 27 – перехідник вала.

Рисунок 5.11 – Схема турбобура типу ТО2

Турбобури для відбору керна типу КТД зі змінним ґрунтоносом призначені для буріння свердловини з відбором керна турбінним способом без піднімання бурильної колони. колонкові турбодолота випускаються діаметрами 172, 195 і 240 мм та використовуються з бурильними головками різних типорозмірів.

Односекційне колонкове турбодолото КТД3-240-269/48 (рисунок 5.12) за конструкцією аналогічне турбобуру Т12М3Б-240, але відрізняється від нього пустотілим валом, всередині якого встановлюється ґрунтонос із спеціальним буртом у верхній частині для захоплення шліпсом при необхідності його піднімання. Посадка грунтоноса здійснюється по конічній поверхні в нерухомій опорі, жорстко зєднаній з корпусом турбодолота. В процесі відбору керна ґрунтонос притискується до опори під дією перепаду тиску. Сили тертя, що виникають на конічній поверхні, запобігають обертанню грунтоноса. У верхній частині грунтоноса передбачений клапан для перепускання бурового розчину з колонкової труби у зазор між валом і ґрунтоносом при надходженні керна в трубу. В нижній частині грунтоноса міститься кернорвач, який утримує керн, що надходить до колонкової труби при роботі бурильної головки.

1 – перехідник корпусу; 2 – ґрунтонос; 3 – вал; 4 – корпус; 5 – ротор; 6 – статор; 7 – ліхтар; 8 – ніпель; 9 – перехідник вала.

Рисунок 5.12 – Схема колонкового турбодолота КТД3-269/48

Колонкові турбодолота КТД4С-195-214/60 і КТД4С-172-190/40 випускаються в двосекційному виконанні, що збільшує момент на валі і довжину керноприймальної труби.

Гумометалева осьова опора розташована в нижній секції турбодоліт. Вали секцій зєднуються  між собою з допомогою конусно-шліцьових півмуфт  із внутрішнім розточуванням для проходження керна. Секції зєднуються з допомогою перехідника з розташованим у ньому кульовим клапаном. Для надійного утримання керна ґрунтонос забезпечений кернорвачами цангового і важільного типів.

Керноприймальний пристрій 2УКТМ-172/40 призначений для буріння свердловин із відбором керна турбінним способом. Пристрій складається з трьох або двох турбінних і однієї шпиндельної секції та керноприймальника. У пристрої 2УКТМ-172/40 використані турбіни типу ТПС, що покращує умови роботи осьової опори і зменшує коливання вала.

Роторно-турбінні бури 1РТБ (рисунок 5.13) призначені для буріння вертикальних свердловин діаметрами 394-640 мм. Роторно-турбінні бури 1РТБ-394, 1РТБ-445, 1РТБ-490, 1РТБ-590 та 1РТБ-640 ідентичні за конструкцією і відрізняються геометричними розмірами вузлів та деталей, а також типорозмірами використовуваних турбобурів і доліт.

1 – перехідник бурильної колони; 2 – палець; 3 – корпус траверси; 4 – ніпель; 5 – турбобур; 6 – хомут верхній; 7 – вантаж верхній; 8 – вантаж середній; 9 – вантаж нижній; 10 – втулка розрізна; 11 – плита; 12 – упорне нерухоме кільце турбобура; 13 – хомут; 14 – стяжка; 15 – перехідник долота; 16 – долото.

Рисунок 5.13 – Схема роторно-турбінного бура і РТБ

Роторно-турбінний бур складається з двох турбобурів, зєднаних з допомогою  вантажів-обважнювачів, стяжок і траверс  в одну  монолітну  конструкцію. По довжині бур може мати армовані ребра, які калібрують стовбур свердловини, а незначний зазор  між поперечними габаритами бура і стінками свердловини запобігає утворенню різких перегинів та обмежує викривлення стовбура.

Буровий розчин розподіляється в траверсі по турбобурах і призводить до  обертання валів з долотами. Після запуску турбобурів ротором обертають бурильну  колону та бур, опускають бур на вибій, створюють осьове навантаження на долота і руйнують породу при планетарному русі бура. В залежності від умов буріння частота обертання бура становить 10-120 обхв.

Реактивно–турбінні бури 11РТБ  призначені для буріння вертикальних  свердловин  діаметрами  760-5000 мм. Реактивно-турбінні бури складаються з 2-4 турбобурів і за конструкцією аналогічні бурам і РТБ. Їх комплектують турбобурами Т12РТ-240, ТВШ-240 і ТНК-240. при діаметрах 760 мм та більше в процесі буріння такими бурами виникають реактивні сили, достатні для їх обертання у зворотному напрямі. В залежності від розбурюваних порід частота обертання бура становить 3-20 об/хв.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

  1.  Наведіть шифри основних типів турбобурів та їх призначення.
  2.  Якими основними величинами характеризується ступінь турбіни турбобура?
  3.  Як впливає кут установки лопатки турбіни на її характеристику?
  4.  Назвіть обертові деталі турбобура.
  5.  Призначення проміжної опори турбобура.
  6.  Що таке шпіндель, його призначення та місце встановлення.
  7.  Які основні конструктивні відмінності турбобура ТСШ та АШ?
  8.  Конструктивні особливості турбобурів ТО та КТД.
  9.  Нарисуйте характеристику турбіни турбобура.
  10.  Що таке робочий режим, гальмівний режим та режим холостого ходу?
  11.  Яка конструктивна відмінність ступеня гідрогальма від ступеня турбіни?
  12.  Яким чином можна перевести роботу турбіни на гальмівний режим та режим холостого ходу?
  13.  Як зєднуються вали секцій в турбобурах ТСШ?

PAGE  97


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

77804. Математическая модель двухступенчатого горения щелока 34.5 KB
  Химические реакции, протекающие в процессе регенерации щелока вносят изменения в состав горючей массы и продуктов ее сгорания. Это обстоятельство обуславливает некоторую специфику в определении теплоты сгорания щелока.
77806. Развитие навыков самостоятельной работы студентов средствами информационных технологий обучения 126 KB
  Целью обучения в настоящий момент является развитие творческой личности. Для достижения данной цели необходимо предоставить студенту возможности для формирования познавательной самостоятельности на высоком уровне.
77808. Спортивный туризм 163.5 KB
  Прежде чем начать раскрывать ее, нам следует узнать, что же представляет из себя спортивный туризм. Туризм – это временные выезды (путешествия) граждан РФ, иностранных граждан и лиц без гражданства с постоянного места жительства в оздоровительных, познавательных, профессионально-деловых, спортивных...
77809. Протокол надежной доставки сообщений - TC 1.09 MB
  В данной курсовой работе рассматривался протокол надежного соединения –- TCP. Рассматривались следующие вопросы: Сегменты TCP Порты и установление TCP соединений Концепция квитирования Реализация скользящего окна в протоколе TCP...