Файл: 1. Общие понятия о строительстве скважин понятие о скважине, ее конструкции и элементах.doc

Кроме секционирования, улучшить моментную характеристику турбобура можно применением механических редукторов, которые снижают частоту вращения в 2-3 раза. Например, редукторный турбобур ТР2Ш-195 с многорядным планетарно-фрикционным редуктором имеет частоту вращения около 200 об/мин при КПД = 0,55.

3.1.3. Конструктивные особенности турбобуров для бурения без отбора керна, с отбором керна, для искривления скважины

Рис.18. Принципиальная схема односекционного турбобура типа Т12М3

1 – корпус; 2 – осевая опора в виде гребенчатой пяты; 3 – вал; 4 – промежуточная радиальная опора; 5 – турбины; 6 – ниппель
дносекционный турбобур типа Т12М3 (рис. 18) имеет от 100 до 120 ступеней.

Максимальная мощность от 40 до 180 кВт при потребном расходе жидкости от 25 до 55 л/с.Перепад давления в турбобуре от 3,0 до 5,5 МПа, а частота вращения от 545 до 770 об/мин.

Секционные турбобуры типа ТС могут быть двух-, трех, четырех- и шестисекционными. Число ступеней 200-435 шт. Цель - повышение крутящего момента. Корпуса соединены последовательно при помощи конических резьб, а валы секций - конусно-шлицевыми муфтами. Пяту имеет только нижняя секция. Эти турбобуры эффективны для глубокого бурения, поскольку при невысоких расходах жидкости они развивают большую мощность.

Шпиндельные секционные турбобуры типа ЗТСШ в отличие от турбобуров типа ТС имеют внизу шпиндель, куда перенесена опора - пята. Шпиндель можно менять на буровой. Используют этот турбобур при высоких перепадах давления на долотах, поскольку шпиндель более надежный сальник, чем ниппель в турбобурах типа Т12М и ТС. Турбобур ЗТСШ диаметром от 164 до 240 мм требует расхода 20-40 л/с. Максимальная мощность 43-135 кВт, перепад 2-8 МПа, частота вращения п = 300-590 об/мин. При использовании турбин точного литья (ТЛ) повышается КПД машины.

Турбобуры шпиндельные с гидроторможением типа АГТШ предназначены для бурения на малых оборотах (до 250-300 об/мин) при больших глубинах, но КПД при этом снижается и не превышает 0,19.

Турбобуры секционные типа А с предельной турбиной, имеющей падающую к тормозному режиму линию давления. Они снабжены шпинделем с двумя турбинными секциями. Частота вращения в таких турбобурах снижается до 300-200 об/мин.

Для бурения с отбором керна предназначены колонковые турбобуры типа КТД,

имеющие полый вал, к которому через переводник присоединяется бурильная головка. Внутри полого вала размещается съёмный керноприёмник. Верхняя часть керноприёмника снабжена головкой с буртом для захвата его ловителем, а нижняя - кернорвателем, вмонтированным в переводник. Для выхода бурового раствора, вытесняемого из керноприёмника по мере заполнения его керном, вблизи верхней части керноприёмника имеются радиально расположенные отверстия в его стенке, а несколько ниже их - клапанный узел. Последний предотвращает попадание выбуренной породы внутрь керноприёмника, когда он не заполняется керном, и в это время клапан закрыт.

Керноприёмник подвешан на опоре, установленной между переводником к БК и распорной втулкой. Под действием гидравлического усилия, возникающего от перепада давления в турбобуре и долоте, и сил собственного веса, керноприёмник прижимается к опоре и во время работы турбобура не вращается.

Для бурения наклонно-направленных скважин разработаны шпиндельные турбобуры - отклонители типа ТО.

Турбобур - отклонитель состоит из турбинной секции и укороченного шпинделя. Корпуса турбинной секции и шпинделя соединены кривым переводником.

Основными достоинствами турбинного бурения являются:

устранение затрат энергии на вращение бурильной колонны;
уменьшение износа и аварийности бурильных труб, что позволяет применять легкосплавные бурильные трубы;
повышение частоты вращения долота, следовательно, и механической скорости бурения;
упрощение технологии проводки наклонно-направленных скважин;
улучшение условий работы буровиков (снижение шума на устье и вибрации на буровой).

3.2. Винтовой забойный двигатель

Рабочим органом винтового забойного двигателя (ВЗД) является винтовая пара: статор и ротор (рис. 19).

С

татор представляет собой металлическую трубу, к внутренней поверхности которой привулканизирована резиновая обкладка, имеющая 10 винтовых зубьев левого направления, обращённых к ротору.

Ротор выполнен из высоколегированной стали с девятью винтовыми зубьями левого направления и расположен относительно оси статора эксцентрично.

К
Рис.19. Конструкция винтового забойного двигателя типа Д
инематическое отношение винтовой пары 9: 10 и соответствующее профилирование её зубьев обеспечивает при движении бурового раствора планетарное обкатывание ротора по зубьям статора и сохранение при этом непрерывного контакта ротора и статора по всей длине. В связи с этим образуются полости высокого и низкого давления и осуществляется рабочий процесс двигателя.

Вращающий момент от ротора передаётся с помощью двухшарнирного соединения на вал шпинделя, укомплектованного многорядной осевой шаровой опорой и радиальными резино - металлическими опорами. К валу шпинделя присоединяется долото. Уплотнение вала достигается с помощью торцевых сальников.

Типичная характеристика ВЗД при постоянном расходе бурового раствора представлена на рис. 20. По мере роста момента М перепад давления в двигателе р увеличивается почти линейно, а частота вращения вала двигателя снижается вначале незначительно, а при торможении - резко. Зависимости изменения мощности двигателя и КПД от момента М имеют максимумы. Когда двигатель работает с максимальным КПД, режим называют оптимальным, а с максимальной мощностью - экстремальным. Увеличение нагрузки на долото после достижения экстремального режима работы двигателя приводит к торможению вала двигателя и к резкому ухудшению его характеристики.

Неэффективны и нагрузки на долото, при которых момент, развиваемый двигателем, меньше момента, обеспечивающего оптимальный режим его работы.

Х

арактер изменения N, n, p и _г от момента М при любом расходе бурового раствора остаётся примерно одинаковым. Значения М, n и p при увеличении Q растут почти линейно, _г - несколько уменьшается, а N возрастает по зависимости, близкой к квадратичной

П
Рис. 20. Характеристика забойного двигателя: а – режим холостого хода (М=0; n=max);

б – оптимальный режим
о своей характеристике объемный винтовой двигатель весьма перспективная машина. По сравнению с турбобуром он проще по конструкции, имеет меньшие длину и массу, большой крутящий момент, большую мощность, относительно низкую частоту вращения, он менее чувствителен к уменьшению диаметра ствола скважины, позволяет контролировать отработку долота по изменению крутящего момента. Целесообразно применять объемный двигатель для бурения на средних и больших глубинах, для бурения долотами с герметизированными маслонаполненными опорами, при наборе зенитного угла наклонно-направленных скважин.

Лекция 4

4. БУРИЛЬНАЯ КОЛОННА

4.1. Состав и назначение бурильной колонны

Бурильная колонна (далее БК) соединяет долото (или забойный двигатель и долото) с наземным оборудованием (вертлюгом).

БК предназначена для следующих целей:

передачи вращения от ротора к долоту;
восприятия реактивного момента забойного двигателя;
подвода бурового раствора к ПРИ и забою скважины;
создания нагрузки на долото;
подъема и спуска долота;
проведения вспомогательных работ (проработка, расширение и промывка скважины, испытание пластов, ловильные работы и т.д.).

БК состоит (рис.21) из свинченных друг с другом ведущей трубы 4, бурильных труб 8 и утяжеленных бурильных труб (УБТ) 12 и 13. Верхняя часть БК, представленная ведущей трубой 4, присоединяется к вертлюгу 1 с помощью верхнего переводника ведущей трубы 3 и переводника вертлюга 2. Ведущая труба присоединяется к первой бурильной трубе 8 с помощью нижнего переводника ведущей трубы 5, предохранительного переводника 6 и муфты бурильного замка 7.Бурильные трубы 8 свинчиваются друг с другом бурильными замками, состоящими из муфты 7 бурильного замка и его ниппеля 9 или соединительными муфтами 10. УБТ 12 и 13 свинчиваются друг с другом непосредственно. Верхняя УБТ присоединяется к бурильной трубе с помощью переводника 11, а нижняя привинчивается через переводник 14 к долоту (при роторном бурении) или к забойному двигателю с долотом.

Кроме названных выше элементов в компоновку БК могут включаться калибраторы, центраторы, стабилизаторы, расширители, промежуточные опоры для УБТ, обратные клапаны, фильтры, шламометаллоуловители, амортизаторы, протекторные кольца, средства наклонно-направленного бурения, керноприемные устройства и другое специальное оборудование.