ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 23.11.2023
Просмотров: 192
Скачиваний: 7
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Copyright ООО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
79 между собой на замковых резьбах, а их валы – с помощью конус- но-шлицевых (или конусно-фрикционных) полумуфт, закреплен- ных на валу резьбой или гладким конусом (1:10). Конструктивно нижняя секция выполнена таким образом, что позволяет использо- вать ее в качестве обычного односекционного турбобура.
Верхняя и средние секции этого турбобура отличаются от нижней тем, что в них отсутствует упорный подшипник – пята, который в нижней секции воспринимает гидравлическую нагрузку всех секций и вес вращающихся деталей и конструкций вала. По- ложение роторов относительно статоров в верхней и средних сек- циях фиксируется с помощью регулировочных колец турбины, имеющих различную толщину, которые устанавливаются между соединительным переводником и турбиной.
Турбобуры секционные шпиндельные типа ТСШ (3ТСШ-172,
3ТСШ-195, 3ТСШ-195ТЛ и 3ТСШ-240) предназначены для буре- ния глубоких вертикальных и наклонно направленных скважин различного назначения с применением буровых растворов при температуре не выше 120 °С. Отличительной особенностью этих турбобуров является то, что осевая опора как быстроизнашиваю- щаяся часть, вынесена в самостоятельный узел – шпиндельную секцию, присоединяемую к нижней (турбинной) секции турбобу- ра. Турбинные секции конструктивно (крепление деталей в корпу- се и на валу, соединение корпусов и валов) аналогичны верхним и средним секциям секционных бесшпиндельных турбобуров типа
ТС, а в шпиндельной секции размещаются непроточные осевые и радиальные опоры. Такая конструкция шпиндельной секции поз- воляет заменять ее без разборки турбинных секций турбобура непосредственно на буровой.
Турбобур типа 3ТСШ-195ТЛ оснащен турбинами, изготов- ленными методом точного литья, что существенно улучшает его энергетическую характеристику.
Турбобуры секционные шпиндельные унифицированные типа
ТСШ1 (3ТСШ1-172, 3ТСШ1-195, 3ТСШ1-195ТЛ и 3ТСШ1-240) предназначены для бурения глубоких вертикальных и наклонно направленных скважин различного назначения (на нефть, газ и другие полезные ископаемые) с использованием буровых раство- ров при температуре не более 120°С.
Copyright ООО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
80
Рис. 20. Турбобур секционный бесшпиндельный типа ТС (ТС5Б-240):
I – секция нижняя; II – секция верхняя; 1 – переводник вала; 2 – вал;
3 – ниппель; 4 – упор; 5 – ротор; 6 – статор; 7, 18 – опора средняя;
8 – гайка роторная; 9 – контргайка; 10 – корпус; 11 – переводник;
12 – полумуфта нижняя; 13 – полумуфта верхняя; 14 – вал верхней
секции; 15 – переводник соединительный; 16 – ротор; 17 – статор;
19 – гайка роторная; 20 – колпак; 21 – корпус; 22 – переводник корпуса
Copyright ООО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
81
В турбобурах типа ТСШ1 проведена межтиповая унификация, т.е. различные типы турбин, корпусы, валы, опоры, полумуфты и переводники в пределах одного габаритного размера имеют оди- наковые посадочные и присоединительные размеры, благодаря чему представляется возможным применять в них турбины и осе- вые опоры любого типа.
К этому же типу забойных двигателей относятся унифициро- ванные двух- и трехсекционные турбобуры типов 2Т195К и
3Т195К нового поколения с улучшенной энергетической характе- ристикой, базирующейся на турбине нового типа, обеспечиваю- щей повышение не менее чем на 30 % величины момента силы на выходном валу.
Турбобуры секционные шпиндельные с наклонной линией дав- ления типа АШ (А6Ш, А7Ш, А7Ш2, А9, А9Ш2) предназначены для бурения вертикальных и наклонно направленных скважин различно- го назначения с использованием утяжеленных буровых растворов при температуре выше 120°С. Турбобуры типа АШ выпускаются с наружным диаметром от 164 до 240 мм и состоят из двух или трех турбинных и одной шпиндельной секций. Турбины этих турбобуров имеют наклонную к тормозному режиму линию давления. Турбобур с тремя турбинными секциями имеет шифр 3А6Ш.
Отличительная особенность турбобуров типов А6Ш, А7Ш2,
А9Ш2 состоит в том, что они выполнены с независимой подвеской вала турбинной секции, т.е. каждая секция имеет свою осевую опору – вал в ней подвешен в верхней части на отдельном много- рядном упорно-радиальном подшипнике, комплектуемом из ша- рикоподшипников. Для протока промывочной жидкости в турбину с обеих сторон подшипника предусмотрены специальные фонари.
По всей длине вала расположены ступени турбин и резинометал- лические средние опоры.
Турбобуры секционные шпиндельные со ступенями гидроди- намического торможения типа АГТШ (А6ГТШ, А7ГТШ и
А9ГТШ) предназначены для бурения глубоких вертикальных и наклонно направленных скважин различного назначения с приме- нением буровых растворов плотностью до 2200 кг/м
3
при темпера- туре выше 110°С.
Турбобуры типа АГТШ выпускаются с наружным диаметром от 164 до 240 мм и состоят из четырех секций: трех идентичных турбинных секций (верхней, средней и нижней) и одной шпин-
Copyright ООО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
82 дельной секции. Эти турбобуры снабжены решетками гидродина- мического торможения, что обеспечивает их работу с более низкой частотой вращения, чем у турбобуров типа АШ.
Секционный шпиндельный турбобур с плавающими статора- ми типа ТПС-172 предназначен для бурения глубоких вертикаль- ных и наклонно направленных скважин различного назначения с промывкой буровым раствором при температуре до 90 °С. Турбо- бур ТПС-172 с наружным диаметром корпуса 172 мм, состоит из трех турбинных и одной шпиндельной секций.
Турбобур типа ТПС-172 выполнен по новой конструктивной схеме, отличающейся от обычной схемы тем, что система деталей в корпусе турбинной секции не закреплена путем сжатия осевым уси- лием и имеет возможность осевого перемещения на 100-150 мм вдоль корпуса вместе с валом секции и деталями, закрепленными на нем.
Для этого в корпусах турбинных секций по всей длине внутренней поверхности выполнен шпоночный паз глубиной 2,5 мм.
Турбобуры редукторные типа ТР с маслонаполненными редук- торами-вставками предназначены для бурения глубоких вертикаль- ных, наклонно направленных и горизонтальных скважин на нефть и газ, сверхглубоких и геотермальных скважин различного назначения, а также для бурения скважин с отбором керна при пониженной ча- стоте вращения и увеличенном моменте на выходном валу забойного двигателя, с использованием буровых растворов различной плотно- сти при высоких температуре (до 300 °С) и давлении (до 250 МПа).
В основу конструкции редукторного турбобура положен агрегатный метод соединения машин. Поэтому он состоит из трех основных эле- ментов: секций турбины, редуктора и шпинделя.
Высокая прочность планетарного редуктора позволяет в зависи- мости от горно-геологических условий бурения компоновать редук- торный турбобур одной или несколькими турбинными секциями раз- личных типов, одним или несколькими редукторами с различным передаточным числом, шпинделем или шпиндель-редуктором. Также к нему можно присоединять керноотборный инструмент для отбора керна или отклонитель для зарезки наклонного участка ствола сква- жины или корректировки ее направления. Если по условиям бурения применение редуктора не требуется, например, при использовании алмазных долот, то турбобур собирается в обычной комплектации – из турбинных секций и шпинделя.
Copyright ООО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
83
Применение редукторного турбобура позволяет изменять мощ- ность, момент силы и частоту вращения выходного вала забойного двигателя непосредственно на строящейся скважине путем измене- ния 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.
Винтовые забойные двигатели (ВЗД)
Винтовые забойные гидравлические двигатели подразделяют- ся на следующие двигатели: общего назначения; для наклонно направленного и горизонтального бурения; для отбора керна; для ремонта скважин; с разделенным потоком; турбовинтовые.
По принципу действия ВЗД являются объемной (гидростати- ческой) машиной, многозаходные рабочие органы которой пред- ставляют собой планетарно-роторный механизм с внутренним ко- созубым зацеплением.
ВЗД эксплуатируются с использованием воды и буровых рас- творов плотностью (1000 кг/м
3
и менее) до максимальной (2000 кг/м
3
), включая аэрированные растворы и пены (при бурении и капитальном ремонте скважин), с содержанием песка не более 1 % по весу, максимальным размером частиц не более 1 мм, при за- бойной температуре не выше +100 °С.
Двигатели общего назначения для бурения выпускаются под шифрами типов Д, Д0, Д1, Д2, Д3, Д4 и Д5.
Односекционные ВЗД типа Д (рис. 21) включают двигатель- ную и шпиндельную секции и переливной клапан, корпусы кото- рых соединяются между собой с помощью конической резьбы.
Рабочими органами двигательной секции являются многозаходные винтовые ротор и статор. Внутри стального статора привулкани- зирована резиновая обкладка с винтовыми зубьями левого направ- ления. На наружной поверхности стального ротора нарезаны зубья того же направления. Число зубьев ротора на единицу меньше числа зубьев статора, а отношение шагов винтовых линий пропор- ционально числу зубьев. Узел соединения ротора и выходного ва- ла шпинделя, который может быть выполнен в виде двухшарнир- ного карданного соединения или гибкого вала, предназначен для пребразования планетарного движения ротора во вращение вала шпинделя и передачи осевой гидравлической силы с ротора на подшипник шпинделя.
Copyright ООО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
84
Рис. 22. Винтовой забойный двигатель типа Д:
1, 6 – переводник соединительный; 2 – статор; 3 – ротор;
4 – торсион; 5 – шпиндель
Присоединение карданного вала к ротору и валу шпинделя достигается с помощью конусно-шлицевых соединений. Благодаря такой конструкции на выходной вал двигателя передается высокий момент силы при низкой частоте вращения, а также обеспечивает- ся высокая долговечность и надежность работы двигателя, что позволяет эффективно использовать его в сочетании с современ- ными конструкциями высокопроизводительных долот с гермети- зированными маслонаполнен-ными опорами при сравнительно высоких осевых нагрузках.
Шпиндельная секция ВЗД различных типоразмеров имеет от- личительные особенности и в общем виде включает корпус, вы- ходной вал, осевую опору – многорядный упорно-радиальный подшипник качения и радиальные резинометаллические опоры. На нижнем конце выходного вала установлен наддолотный перевод- ник для соединения вала с долотом.
Для применения гидромониторных долот с целью снижения утечек бурового раствора в опорном узле двигателя монтируется уплотнение (сальниковое устройство торцевого типа с твердо- сплавными уплотняющими элементами), обеспечивающее бурение при перепадах давления на долоте до 8-10 МПа. Переливной кла- пан служит для сообщения внутренней полости бурильной колон- ны с затрубным пространством в процессе проведения спуско- подъемных операций в скважине с целью снижения гидродинами- ческого воздействия на разбуриваемые породы при спуске и подъ- еме бурильной колонны, исключения холостого вращения вала двигателя и потерь бурового раствора при проведении указанных операций.
Секционные винтовые забойные гидравлические двигатели предназначены для бурения вертикальных (ДС) и наклонно
Copyright ООО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
85 направленных (ДГ) скважин различного назначения с использова- нием буровых растворов при температуре не выше 100 °С.
Секционный забойный двигатель собирается в промысловых условиях из двух или трех двигательных секций, состоящих из винтовых пар серийных двигателей и одной шпиндельной секции с шаровой или резинометаллической опорой.
Винтовые забойные двигатели с разделенным потоком пред- назначены для бурения вертикальных, наклонно направленных и горизонтальных скважин различного назначения с промывкой бу- ровым раствором на водной основе плотностью до 1300 кг/м
3
в условиях температуры до 100 °С.
Отличительной особенностью этих двигателей является то, что в них соединение полого ротора с валом шпинделя осуществ- ляется через торсион, размещенный внутри ротора. Ротор изготав- ливается из трубной заготовки методом фрезерования или еще бо- лее перспективным методом штамповки из тонкостенной трубы.
Уменьшение массы ротора и применение торсиона, разме- щенного в роторе, позволили уменьшить длину и массу двигателей на 10-15 %, а также существенно (в 3-4 раза) увеличить стойкость узла соединения ротора с валом шпинделя. Кроме того, такая кон- струкция двигателя позволяет улучшить энергетическую характе- ристику двигателя, повысить его КПД и в 2-4 раза снизить уровень вибраций двигателя.
За счет унификации присоединительных элементов рабочих органов и торсиона эти двигатели могут быть секционированы, что позволяет повысить момент силы на валу и мощность, а также значительно увеличить срок службы рабочих органов. В двигате- лях применяется простой и надежный переливной клапан манжет- ного типа.
Винтовые забойные двигатели типа ДГпредназначены для бурения горизонтальных скважин, в том числе с малым радиусом искривления. В отличие от других ВЗД двигатель имеет укорочен- ный шпиндель, оснащен опорно-центрирующими элементами и корпусными шарнирами, обеспечивающими эффективную про- водку горизонтальных скважин по заданной проектом траектории.
Кроме этого, созданы ВЗД типов ДР и ДГР, предназначенные для капитального ремонта скважин, отличающиеся от других типов наличием искривленного переводника с регулируемым углом перекоса.
Copyright ООО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
86
Турбинно-винтовые забойные двигатели (ТВЗД)
Модульные турбинно-винтовые двигатели типа ТВД являются новой концепцией привода породоразрушающего инструмента.
Двигатели типа ТВД предназначены для бурения глубоких верти- кальных и наклонно направленных скважин различного назначе- ния. Они могут выполнять также функции забойного привода кер- ноотборных устройств при бурении с отбором керна и двигателя- отклонителя (при замене обычного шпинделя на шпиндель- отклонитель).
Эти двигатели выпускаются с наружным диаметром 195 и 240 мм и применяются при бурении скважин в сочетании с шарошечными
(всех типов и серий), лопастными и алмазными, в том числе арми- рованными алмазно-твердосплавными пластинами типа АТП, до- лотами и бурильными головками соответствующих диаметров.
Турбинно-винтовой двигатель типа ТВД представляет собой универсальный забойный двигатель, содержащий три основных узла: одну, две или три турбинных секции, один винтовой модуль и шпиндель с осевой опорой (при необходимости – шпиндель- отклонитель).
По сравнению с известными в практике бурения турбобурами и винтовыми забойными двигателями турбинно-винтовой забой- ный двигатель типа ТВД обладает рядом принципиально важных достоинств. Он органично сочетает стабильность во времени энер- гетической характеристики, свойственную турбинному приводу, а также высокое соотношение параметров М/nи высокую жесткость линии моментов, свойственную объемным гидромашинам.
Этот двигатель избавлен от недостатков турбобура (относи- тельно низкий момент силы на валу и «мягкость» линии моментов) и от недостатков винтового забойного двигателя (низкий срок службы винтовой пары и отрицательное воздействие на долото поперечных колебаний, генерируемых близко расположенной к нему винтовой рабочей парой).
Высокая надежность двигателя обеспечена применением в его конструкции ряда оригинальных технических решений, обеспечи- вающих высокие эксплуатационные показатели. К этим решениям относятся: узлы соединения торсиона с винтовым ротором и валом турбинной секции; система, устраняющая негативное влияние си- лы, вызванной вращением неуравновешенной массы торсиона и
Copyright ООО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
87 винтового ротора, а также перекашивающего момента, действую- щего на последний.
Условиями, ограничивающими применение двигателей типа
ТВД, являются температура бурового раствора более 120 °С; плотность бурового раствора более 1700 кг/м
3
; содержание в буро- вом растворе углеводородных соединений более 5 %.
Задания для работы на занятии
Студенту необходимо ознакомиться с теоретическим обосно- ванием работы для осмысленного понимания назначения и кон- струкции гидравлических забойных двигателей.
Изучить конструкции турбобуров, винтовых забойных двига- телей и турбинно-винтовых забойных двигателейна примере натурных образцов и чертежей.
После закрепления теоретического материала студент в своем отчете выполняет эскизы турбобура и винтового забойного двига- теля с указанием основных элементов конструкции.
Вопросы по лабораторной работе
1. Типы турбобуров, их основная характеристика и конструк- тивные особенности.
2. Винтовые забойные двигатели, типы, характеристика, об- ласть применения.
3. Турбинно-винтовые забойные двигатели, преимущества и недостатки.
Copyright ООО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
88
Лабораторная работа 14
ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ЖЕСТКИХ, МАЯТНИКОВЫХ
И ОТКЛОНЯЮЩИХ КОМПОНОВОК
Цель: изучение назначения и конструкции элементов жест- ких, маятниковых и отклоняющих компоновок.
Знания и умения: применять профессиональную терминоло- гию в области бурения, разработки месторождения, эксплуатации скважин, транспорта нефти и газа.
Формируемые компетенции:
ПК-2 – выбирать технические средства для решения общепро- фессиональных задач и осуществлять контроль за их применением.
Актуальность темы: в практике бурения для борьбы и предотвращения искривления скважин используются компоновки двух типов: маятниковые и жесткие компоновки.
Теоретическая часть
Маятниковыми компоновками, или компоновками, работаю- щими по принципу отвеса, называют такие компоновки, в которых для управления поведением наклонного ствола скважины исполь- зуются силы собственного веса, отрезка колонны от долота до точки касания УБТ со стенками скважины или до центратора. Ме- сто установки центрирующего элемента определяется расчетом из условия минимума угла наклона силы, действующей на долото относительно вертикали. Маятниковые компоновки целесообразно использовать при бурении неустойчивых мягких и средней твер- дости горных пород в интервалах с высокой способностью к ис- кривлению ствола скважины.
Основная цель использования жесткой компоновки – получе- ние минимальной интенсивности искривления ствола скважины при данном режиме бурения без ограничения осевой нагрузки на долото. Это достигается не только применением в составе компо- новки УБТ максимально возможного наружного диаметра, но так- же рациональным размещением центрирующих элементов по длине компоновки, ограничивающих ее поперечное перемещение.
Использование жестких компоновок целесообразно при бурении в устойчивых горных породах в интервалах, способствующих интен- сивному искривлению ствола (большие углы паления пластов).
Жесткие компоновки включают долото, полноразмерный наддолотный калибратор, УБТ, центраторы. Место установки цен-
79 между собой на замковых резьбах, а их валы – с помощью конус- но-шлицевых (или конусно-фрикционных) полумуфт, закреплен- ных на валу резьбой или гладким конусом (1:10). Конструктивно нижняя секция выполнена таким образом, что позволяет использо- вать ее в качестве обычного односекционного турбобура.
Верхняя и средние секции этого турбобура отличаются от нижней тем, что в них отсутствует упорный подшипник – пята, который в нижней секции воспринимает гидравлическую нагрузку всех секций и вес вращающихся деталей и конструкций вала. По- ложение роторов относительно статоров в верхней и средних сек- циях фиксируется с помощью регулировочных колец турбины, имеющих различную толщину, которые устанавливаются между соединительным переводником и турбиной.
Турбобуры секционные шпиндельные типа ТСШ (3ТСШ-172,
3ТСШ-195, 3ТСШ-195ТЛ и 3ТСШ-240) предназначены для буре- ния глубоких вертикальных и наклонно направленных скважин различного назначения с применением буровых растворов при температуре не выше 120 °С. Отличительной особенностью этих турбобуров является то, что осевая опора как быстроизнашиваю- щаяся часть, вынесена в самостоятельный узел – шпиндельную секцию, присоединяемую к нижней (турбинной) секции турбобу- ра. Турбинные секции конструктивно (крепление деталей в корпу- се и на валу, соединение корпусов и валов) аналогичны верхним и средним секциям секционных бесшпиндельных турбобуров типа
ТС, а в шпиндельной секции размещаются непроточные осевые и радиальные опоры. Такая конструкция шпиндельной секции поз- воляет заменять ее без разборки турбинных секций турбобура непосредственно на буровой.
Турбобур типа 3ТСШ-195ТЛ оснащен турбинами, изготов- ленными методом точного литья, что существенно улучшает его энергетическую характеристику.
Турбобуры секционные шпиндельные унифицированные типа
ТСШ1 (3ТСШ1-172, 3ТСШ1-195, 3ТСШ1-195ТЛ и 3ТСШ1-240) предназначены для бурения глубоких вертикальных и наклонно направленных скважин различного назначения (на нефть, газ и другие полезные ископаемые) с использованием буровых раство- ров при температуре не более 120°С.
Copyright ООО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
80
Рис. 20. Турбобур секционный бесшпиндельный типа ТС (ТС5Б-240):
I – секция нижняя; II – секция верхняя; 1 – переводник вала; 2 – вал;
3 – ниппель; 4 – упор; 5 – ротор; 6 – статор; 7, 18 – опора средняя;
8 – гайка роторная; 9 – контргайка; 10 – корпус; 11 – переводник;
12 – полумуфта нижняя; 13 – полумуфта верхняя; 14 – вал верхней
секции; 15 – переводник соединительный; 16 – ротор; 17 – статор;
19 – гайка роторная; 20 – колпак; 21 – корпус; 22 – переводник корпуса
Copyright ООО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
81
В турбобурах типа ТСШ1 проведена межтиповая унификация, т.е. различные типы турбин, корпусы, валы, опоры, полумуфты и переводники в пределах одного габаритного размера имеют оди- наковые посадочные и присоединительные размеры, благодаря чему представляется возможным применять в них турбины и осе- вые опоры любого типа.
К этому же типу забойных двигателей относятся унифициро- ванные двух- и трехсекционные турбобуры типов 2Т195К и
3Т195К нового поколения с улучшенной энергетической характе- ристикой, базирующейся на турбине нового типа, обеспечиваю- щей повышение не менее чем на 30 % величины момента силы на выходном валу.
Турбобуры секционные шпиндельные с наклонной линией дав- ления типа АШ (А6Ш, А7Ш, А7Ш2, А9, А9Ш2) предназначены для бурения вертикальных и наклонно направленных скважин различно- го назначения с использованием утяжеленных буровых растворов при температуре выше 120°С. Турбобуры типа АШ выпускаются с наружным диаметром от 164 до 240 мм и состоят из двух или трех турбинных и одной шпиндельной секций. Турбины этих турбобуров имеют наклонную к тормозному режиму линию давления. Турбобур с тремя турбинными секциями имеет шифр 3А6Ш.
Отличительная особенность турбобуров типов А6Ш, А7Ш2,
А9Ш2 состоит в том, что они выполнены с независимой подвеской вала турбинной секции, т.е. каждая секция имеет свою осевую опору – вал в ней подвешен в верхней части на отдельном много- рядном упорно-радиальном подшипнике, комплектуемом из ша- рикоподшипников. Для протока промывочной жидкости в турбину с обеих сторон подшипника предусмотрены специальные фонари.
По всей длине вала расположены ступени турбин и резинометал- лические средние опоры.
Турбобуры секционные шпиндельные со ступенями гидроди- намического торможения типа АГТШ (А6ГТШ, А7ГТШ и
А9ГТШ) предназначены для бурения глубоких вертикальных и наклонно направленных скважин различного назначения с приме- нением буровых растворов плотностью до 2200 кг/м
3
при темпера- туре выше 110°С.
Турбобуры типа АГТШ выпускаются с наружным диаметром от 164 до 240 мм и состоят из четырех секций: трех идентичных турбинных секций (верхней, средней и нижней) и одной шпин-
Copyright ООО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
82 дельной секции. Эти турбобуры снабжены решетками гидродина- мического торможения, что обеспечивает их работу с более низкой частотой вращения, чем у турбобуров типа АШ.
Секционный шпиндельный турбобур с плавающими статора- ми типа ТПС-172 предназначен для бурения глубоких вертикаль- ных и наклонно направленных скважин различного назначения с промывкой буровым раствором при температуре до 90 °С. Турбо- бур ТПС-172 с наружным диаметром корпуса 172 мм, состоит из трех турбинных и одной шпиндельной секций.
Турбобур типа ТПС-172 выполнен по новой конструктивной схеме, отличающейся от обычной схемы тем, что система деталей в корпусе турбинной секции не закреплена путем сжатия осевым уси- лием и имеет возможность осевого перемещения на 100-150 мм вдоль корпуса вместе с валом секции и деталями, закрепленными на нем.
Для этого в корпусах турбинных секций по всей длине внутренней поверхности выполнен шпоночный паз глубиной 2,5 мм.
Турбобуры редукторные типа ТР с маслонаполненными редук- торами-вставками предназначены для бурения глубоких вертикаль- ных, наклонно направленных и горизонтальных скважин на нефть и газ, сверхглубоких и геотермальных скважин различного назначения, а также для бурения скважин с отбором керна при пониженной ча- стоте вращения и увеличенном моменте на выходном валу забойного двигателя, с использованием буровых растворов различной плотно- сти при высоких температуре (до 300 °С) и давлении (до 250 МПа).
В основу конструкции редукторного турбобура положен агрегатный метод соединения машин. Поэтому он состоит из трех основных эле- ментов: секций турбины, редуктора и шпинделя.
Высокая прочность планетарного редуктора позволяет в зависи- мости от горно-геологических условий бурения компоновать редук- торный турбобур одной или несколькими турбинными секциями раз- личных типов, одним или несколькими редукторами с различным передаточным числом, шпинделем или шпиндель-редуктором. Также к нему можно присоединять керноотборный инструмент для отбора керна или отклонитель для зарезки наклонного участка ствола сква- жины или корректировки ее направления. Если по условиям бурения применение редуктора не требуется, например, при использовании алмазных долот, то турбобур собирается в обычной комплектации – из турбинных секций и шпинделя.
Copyright ООО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
83
Применение редукторного турбобура позволяет изменять мощ- ность, момент силы и частоту вращения выходного вала забойного двигателя непосредственно на строящейся скважине путем измене- ния 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.
Винтовые забойные двигатели (ВЗД)
Винтовые забойные гидравлические двигатели подразделяют- ся на следующие двигатели: общего назначения; для наклонно направленного и горизонтального бурения; для отбора керна; для ремонта скважин; с разделенным потоком; турбовинтовые.
По принципу действия ВЗД являются объемной (гидростати- ческой) машиной, многозаходные рабочие органы которой пред- ставляют собой планетарно-роторный механизм с внутренним ко- созубым зацеплением.
ВЗД эксплуатируются с использованием воды и буровых рас- творов плотностью (1000 кг/м
3
и менее) до максимальной (2000 кг/м
3
), включая аэрированные растворы и пены (при бурении и капитальном ремонте скважин), с содержанием песка не более 1 % по весу, максимальным размером частиц не более 1 мм, при за- бойной температуре не выше +100 °С.
Двигатели общего назначения для бурения выпускаются под шифрами типов Д, Д0, Д1, Д2, Д3, Д4 и Д5.
Односекционные ВЗД типа Д (рис. 21) включают двигатель- ную и шпиндельную секции и переливной клапан, корпусы кото- рых соединяются между собой с помощью конической резьбы.
Рабочими органами двигательной секции являются многозаходные винтовые ротор и статор. Внутри стального статора привулкани- зирована резиновая обкладка с винтовыми зубьями левого направ- ления. На наружной поверхности стального ротора нарезаны зубья того же направления. Число зубьев ротора на единицу меньше числа зубьев статора, а отношение шагов винтовых линий пропор- ционально числу зубьев. Узел соединения ротора и выходного ва- ла шпинделя, который может быть выполнен в виде двухшарнир- ного карданного соединения или гибкого вала, предназначен для пребразования планетарного движения ротора во вращение вала шпинделя и передачи осевой гидравлической силы с ротора на подшипник шпинделя.
Copyright ООО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
84
Рис. 22. Винтовой забойный двигатель типа Д:
1, 6 – переводник соединительный; 2 – статор; 3 – ротор;
4 – торсион; 5 – шпиндель
Присоединение карданного вала к ротору и валу шпинделя достигается с помощью конусно-шлицевых соединений. Благодаря такой конструкции на выходной вал двигателя передается высокий момент силы при низкой частоте вращения, а также обеспечивает- ся высокая долговечность и надежность работы двигателя, что позволяет эффективно использовать его в сочетании с современ- ными конструкциями высокопроизводительных долот с гермети- зированными маслонаполнен-ными опорами при сравнительно высоких осевых нагрузках.
Шпиндельная секция ВЗД различных типоразмеров имеет от- личительные особенности и в общем виде включает корпус, вы- ходной вал, осевую опору – многорядный упорно-радиальный подшипник качения и радиальные резинометаллические опоры. На нижнем конце выходного вала установлен наддолотный перевод- ник для соединения вала с долотом.
Для применения гидромониторных долот с целью снижения утечек бурового раствора в опорном узле двигателя монтируется уплотнение (сальниковое устройство торцевого типа с твердо- сплавными уплотняющими элементами), обеспечивающее бурение при перепадах давления на долоте до 8-10 МПа. Переливной кла- пан служит для сообщения внутренней полости бурильной колон- ны с затрубным пространством в процессе проведения спуско- подъемных операций в скважине с целью снижения гидродинами- ческого воздействия на разбуриваемые породы при спуске и подъ- еме бурильной колонны, исключения холостого вращения вала двигателя и потерь бурового раствора при проведении указанных операций.
Секционные винтовые забойные гидравлические двигатели предназначены для бурения вертикальных (ДС) и наклонно
Copyright ООО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
85 направленных (ДГ) скважин различного назначения с использова- нием буровых растворов при температуре не выше 100 °С.
Секционный забойный двигатель собирается в промысловых условиях из двух или трех двигательных секций, состоящих из винтовых пар серийных двигателей и одной шпиндельной секции с шаровой или резинометаллической опорой.
Винтовые забойные двигатели с разделенным потоком пред- назначены для бурения вертикальных, наклонно направленных и горизонтальных скважин различного назначения с промывкой бу- ровым раствором на водной основе плотностью до 1300 кг/м
3
в условиях температуры до 100 °С.
Отличительной особенностью этих двигателей является то, что в них соединение полого ротора с валом шпинделя осуществ- ляется через торсион, размещенный внутри ротора. Ротор изготав- ливается из трубной заготовки методом фрезерования или еще бо- лее перспективным методом штамповки из тонкостенной трубы.
Уменьшение массы ротора и применение торсиона, разме- щенного в роторе, позволили уменьшить длину и массу двигателей на 10-15 %, а также существенно (в 3-4 раза) увеличить стойкость узла соединения ротора с валом шпинделя. Кроме того, такая кон- струкция двигателя позволяет улучшить энергетическую характе- ристику двигателя, повысить его КПД и в 2-4 раза снизить уровень вибраций двигателя.
За счет унификации присоединительных элементов рабочих органов и торсиона эти двигатели могут быть секционированы, что позволяет повысить момент силы на валу и мощность, а также значительно увеличить срок службы рабочих органов. В двигате- лях применяется простой и надежный переливной клапан манжет- ного типа.
Винтовые забойные двигатели типа ДГпредназначены для бурения горизонтальных скважин, в том числе с малым радиусом искривления. В отличие от других ВЗД двигатель имеет укорочен- ный шпиндель, оснащен опорно-центрирующими элементами и корпусными шарнирами, обеспечивающими эффективную про- водку горизонтальных скважин по заданной проектом траектории.
Кроме этого, созданы ВЗД типов ДР и ДГР, предназначенные для капитального ремонта скважин, отличающиеся от других типов наличием искривленного переводника с регулируемым углом перекоса.
Copyright ООО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
86
Турбинно-винтовые забойные двигатели (ТВЗД)
Модульные турбинно-винтовые двигатели типа ТВД являются новой концепцией привода породоразрушающего инструмента.
Двигатели типа ТВД предназначены для бурения глубоких верти- кальных и наклонно направленных скважин различного назначе- ния. Они могут выполнять также функции забойного привода кер- ноотборных устройств при бурении с отбором керна и двигателя- отклонителя (при замене обычного шпинделя на шпиндель- отклонитель).
Эти двигатели выпускаются с наружным диаметром 195 и 240 мм и применяются при бурении скважин в сочетании с шарошечными
(всех типов и серий), лопастными и алмазными, в том числе арми- рованными алмазно-твердосплавными пластинами типа АТП, до- лотами и бурильными головками соответствующих диаметров.
Турбинно-винтовой двигатель типа ТВД представляет собой универсальный забойный двигатель, содержащий три основных узла: одну, две или три турбинных секции, один винтовой модуль и шпиндель с осевой опорой (при необходимости – шпиндель- отклонитель).
По сравнению с известными в практике бурения турбобурами и винтовыми забойными двигателями турбинно-винтовой забой- ный двигатель типа ТВД обладает рядом принципиально важных достоинств. Он органично сочетает стабильность во времени энер- гетической характеристики, свойственную турбинному приводу, а также высокое соотношение параметров М/nи высокую жесткость линии моментов, свойственную объемным гидромашинам.
Этот двигатель избавлен от недостатков турбобура (относи- тельно низкий момент силы на валу и «мягкость» линии моментов) и от недостатков винтового забойного двигателя (низкий срок службы винтовой пары и отрицательное воздействие на долото поперечных колебаний, генерируемых близко расположенной к нему винтовой рабочей парой).
Высокая надежность двигателя обеспечена применением в его конструкции ряда оригинальных технических решений, обеспечи- вающих высокие эксплуатационные показатели. К этим решениям относятся: узлы соединения торсиона с винтовым ротором и валом турбинной секции; система, устраняющая негативное влияние си- лы, вызванной вращением неуравновешенной массы торсиона и
Copyright ООО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
87 винтового ротора, а также перекашивающего момента, действую- щего на последний.
Условиями, ограничивающими применение двигателей типа
ТВД, являются температура бурового раствора более 120 °С; плотность бурового раствора более 1700 кг/м
3
; содержание в буро- вом растворе углеводородных соединений более 5 %.
Задания для работы на занятии
Студенту необходимо ознакомиться с теоретическим обосно- ванием работы для осмысленного понимания назначения и кон- струкции гидравлических забойных двигателей.
Изучить конструкции турбобуров, винтовых забойных двига- телей и турбинно-винтовых забойных двигателейна примере натурных образцов и чертежей.
После закрепления теоретического материала студент в своем отчете выполняет эскизы турбобура и винтового забойного двига- теля с указанием основных элементов конструкции.
Вопросы по лабораторной работе
1. Типы турбобуров, их основная характеристика и конструк- тивные особенности.
2. Винтовые забойные двигатели, типы, характеристика, об- ласть применения.
3. Турбинно-винтовые забойные двигатели, преимущества и недостатки.
Copyright ООО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
88
Лабораторная работа 14
ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ЖЕСТКИХ, МАЯТНИКОВЫХ
И ОТКЛОНЯЮЩИХ КОМПОНОВОК
Цель: изучение назначения и конструкции элементов жест- ких, маятниковых и отклоняющих компоновок.
Знания и умения: применять профессиональную терминоло- гию в области бурения, разработки месторождения, эксплуатации скважин, транспорта нефти и газа.
Формируемые компетенции:
ПК-2 – выбирать технические средства для решения общепро- фессиональных задач и осуществлять контроль за их применением.
Актуальность темы: в практике бурения для борьбы и предотвращения искривления скважин используются компоновки двух типов: маятниковые и жесткие компоновки.
Теоретическая часть
Маятниковыми компоновками, или компоновками, работаю- щими по принципу отвеса, называют такие компоновки, в которых для управления поведением наклонного ствола скважины исполь- зуются силы собственного веса, отрезка колонны от долота до точки касания УБТ со стенками скважины или до центратора. Ме- сто установки центрирующего элемента определяется расчетом из условия минимума угла наклона силы, действующей на долото относительно вертикали. Маятниковые компоновки целесообразно использовать при бурении неустойчивых мягких и средней твер- дости горных пород в интервалах с высокой способностью к ис- кривлению ствола скважины.
Основная цель использования жесткой компоновки – получе- ние минимальной интенсивности искривления ствола скважины при данном режиме бурения без ограничения осевой нагрузки на долото. Это достигается не только применением в составе компо- новки УБТ максимально возможного наружного диаметра, но так- же рациональным размещением центрирующих элементов по длине компоновки, ограничивающих ее поперечное перемещение.
Использование жестких компоновок целесообразно при бурении в устойчивых горных породах в интервалах, способствующих интен- сивному искривлению ствола (большие углы паления пластов).
Жесткие компоновки включают долото, полноразмерный наддолотный калибратор, УБТ, центраторы. Место установки цен-
1 ... 4 5 6 7 8 9 10 11 12