Файл: Методические указания по дисциплине Технология бурения нефтя ных и газовых скважин предназначены для студентов, обучающихся по направлению 131000 Нефтегазовое дело. Данная дисциплина изучается в двух семестрах.pdf

10 треугольника и др. В нашей стране УБТ выпускаются в основном круглого сечения, горячекатанные и изготовляемые сверлением.
Замковые соединения бурильных труб. Для соединения бурильных труб между собой служат замковые соединения. Данные о замках приве- дены в таблице 4.
Таблица 4 – Замковые соединения бурильных труб
Лабораторное занятие № 2
Тема:
Изучение конструкций турбобуров.
Цель работы:
Изучить конструкции турбобуров.
Время выполнения:
6 часов.
Устройство рассмотрим на примере односекционного турбобура ти- па Т12МЗ, конструкция которого является одной из первых моделей, по- служивших базой для конструкций почти всех современных турбобуров.
Причем двигатель Т12МЗ, в свою очередь, является результатом много- летних разработок, начатых в 1923 г. Капелюшниковым М.А. и интенсивно продолженных в 1935–1936 гг. Шумиловым П.П. и др.
Турбобур состоит из невращаемых и вращаемых деталей (узлов).
Невращаемые узлы и детали: корпус двигателя, в котором сверху вниз в осевом направлении закреплены: распорная втулка, регулировочное коль- цо, подпятники осевой опоры (верхней), статоры (100 комплектов), радиаль- ные (средние) опоры, которые ставятся через 33 ступени турбинок и нижний переводник (ниппель), поджимающий в корпусе все указанные детали.
Вращаемые детали: вал турбобура, на котором закреплены (снизу вверх): втулка нижней опоры, упор для колец роторов турбинок, втулок радиальных опор, дисков и колец осевой опоры. Сверху на валу есть резь- ба: на нее накручивают гайку и поджимают на валу названные вращаемые

11 с валом детали. Верхняя часть гайки коническая и разрезная. На нее наде- вют обжимающий колпак, закрепляемый контрогайкой.
В радиальном направлении вращаемые и невращаемые детали имеют небольшой зазор, а осевая опора – люфт, отрегулированный на определен- ную величину. Таким образом, названные две группы деталей турбобура имеют степени свободы в осевом и радиальном направлении, а также во- круг оси, поэтому в общем случае выделяют статор и ротор турбины или турбобура. Так как осевая опора бывает расположенной вверху турбобура, например у Т12МЗ, то в этом случае опора сделана проточной.
Статор турбобура (рис. 2) через переводник крепится к бурильной колонне, а к нижней части вала ротора через переводник крепят долото, корпус которого совершает те же движения, что и нижняя часть вала тур- бобура. Когда между долотом и валом размещают калибраторы, маховики, удлинители, центраторы, амортизаторы, спецпереводники и др., характер движения долота меняется.
Другие типы турбобуров, в основном, отличаются количеством сек- ций турбин и расположением осевых опор, поэтому работу турбобура, как машинного агрегата, работающего совместно со всем бурильным инстру- ментом, можно рассматривать с применением схемы, приведенной на рис.
2
, где показан секционный турбобур. Естественно, в турбобурах применя- ют разные типы турбин и др.
Турбобуры выпускают диаметром 240 мм, (215), 195, 172 и (127) мм.
Разработаны конструкции турбобуров и с меньшими диаметрами для спе- циальных работ, например, для забуривания новых скважин из обсажен- ных трубами скважин, но в последнем случае чаще применяют ВЗД.
Как отмечено выше, турбина турбобура включает несколько десят- ков (и сотен) отдельных турбинок, состоящих из статора и ротора.
Применяют пропеллерные турбинки лопастного типа. В роторе и статоре по окружности размещено одинаковое количество (до 30) лопаток с определенным изгибом (разные G
ц и m а
) и высотой. В этой связи турбин- ки часто имеют шифр, в котором указывают количество лопаток и их вы- сот в мм, например, 24/16,5; 30/16,5; 28/16. В турбобуре А7ПЗ турбинка имеет это же обозначение. Турбинки обычно изготавливают полностью из стали путем кокильного или точного литья. В последнем случае присваи- вают обозначение "ТЛ", которое входит в шифр турбобура. Лопатки тур- бинок отливают отдельно или совместно с корпусом турбинки.
Разработаны безободные турбинки и пластмассовые, полностью или частично. Специальная конструкция турбинок разработана для турбобуров с плавающими статорами (обод статора разрезной, имеется стопорное уст- ройство, торцы турбинки профильные). У турбины А7ПЗ лопатки имеют поджатие с боков. Лопатки ГТ ("гидрорешетки торможения") – прямые.

12
Турбина, как часть турбобура, выполняет функцию преобразователя энергии, тогда как турбобур представляет собой машинный агрегат, кото- рый имеет свою маховую массу (массу ротора с присоединенными к нему элементами), при этом определенная энергия турбины расходуется на со- противление не связанные с работой долота непосредственно на забое

13 скважины, причем только часть мощности ротора турбины (Nj) расходуема на преодоление Gд, поэтому характеристики турбобура и турбины различ- ны. Необходимо помнить, что в основном на горизонтальном стенде мощ- ность Nj можно почти полностью использовать для построения характери- стики турбины и получить линейную зависимость момента на валу от час- тоты его вращения n, тогда как в скважине у турбобура такой полной зави- симости нет.
Схемы лопаток турбинки представлены на рисунке 3.
Рис. 3. Схемы лопаток турбинки
G
ц
– коэффициент циркулятивности
Лабораторное занятие № 3
Тема:
Изучение конструктивные особенности ВЗД.
Цель работы:
Изучить конструктивные особенности ВЗД.
Время выполнения:
4 часа.
Краткие сведения об устройстве винтового двигателя.
Винтовой забойный двигатель (ВЗД) представляет собой планетарно– роторную гидравлическую машину объемного типа с внутренним косозубым зацеплением. По сравнению с турбобурами ВЗД имеют ряд преимуществ:
– низкая частота вращения при увеличенном вращающем моменте;
- слабая зависимость частоты вращения от приложенного к валу
ВЗД момента сопротивления долота (при постоянном значении расхода промывочной жидкости);
- возможен контроль за работой ВЗД по изменению давления на насосах, поскольку перепад давления двигателя пропорционален кру- тящему моменту на его валу.
ВЗД состоит из следующих основных узлов:
- рабочей пары, состоящей из стального ротора и обрезиненного статора;

14
- карданного вала;
- шпинделя, в корпусе которого установлен на многорядной осевой шаровой опоре и радиальных опорах вал шпинделя;
- переливного клапана.
Статор выполнен в виде стальной трубы с привулканизированной ре- зиной обкладкой. На обкладке выполнены винтовые зубья левого направления.
Применение резины в качестве материала обкладки статора позволяет компенсировать погрешности изготовления ротора и статора. За ее счет создается необходимое уплотнение – натяг рабочей пары вследствие превышения диаметральных размеров ротора над соответствующими размерами статора. Сочетание резины и металла позволяет достичь высокой износостойкости рабочей пары при использовании буровых растворов, содержащих абразивные частицы.
Внутри статора с эксцентриситетом относительно его оси располо- жен ротор, имеющий наружные винтовые зубья того же направления.
Число зубьев ротора на единицу меньше числа зубьев статора.
Высота зубьев ротора и статора больше эксцентриситета. Поэтому в любом сечении ВЗД зубья ротора и статора имеют контакт, а между их поверхностями образованы винтовые полости (каналы). Выше перекрытия полости соединены с областью высокого давления внутри бурильной колонны, полости ниже перекрытия соединены с областью низкого давления.
Карданный вал предназначен для передачи крутящего момента и осевой гидравлической нагрузки на эксцентрично (планетарно) вращаемый ротор и на вал шпиндельной секции.
Осевая опора шпиндельной секции воспринимает нагрузку на долото и карданный вал, а резино–металлические радиальные опоры обеспечивают устойчивость вращения вала шпинделя.
Переливной клапан предназначен для сообщения внутренней полости бурильной колонны с затрубным пространством при спуско–
подъемных операциях в скважине. Применением клапана уменьшают гидродинамическое воздействие на пласт, устраняют холостое вращение двигателя при СПО и снижение уровня промывочной жидкости в скважине.
Принцип действия.
Промывочная: жидкость, поступающая под давлением в ВЗД от буровых насосов, может пройти к долоту только в том случае, если ротор поворачивают относительно статора под действием гидравлических сил.
Ротор совершает планетарное движение, обкатываясь по зубьям ста- тора При этом ось ротора вращается относительно оси статора против часовой стрелки (переносное движение по окружности радиуса равного эксцентриситету). Ротор по часовой стрелке совершает один оборот за число оборотов в переносном движении равном количеству зубьев ротора.

15
Таким образом, рабочая пара представляет собой планетарный редуктор, который обеспечивает снижение частоты вращения и повышение крутящего момента ВЗД.
Рабочая характеристика и технические данные винтового двигателя.
Основные показатели работы ВЗД при данном расходе промывочной жидкости (Q): вращающий момент (М
вз
); частота вращения вала (n); перепад давления в ВЗД (Р
вз
); эффективная мощность (N
вз
) и КПД.
На рис. 4 приведена типичная схема устройства ВЗД. Винтовые двигатели имеют четыре характерных режима бурения.
Рис. 4. Типичная характеристика ВЗД
Лабораторное занятие № 4
Тема:
Изучение технологических характеристик турбо-
буров и ВЗД и устройства роторно-шпиндельного
способа бурения.
Цель работы:
Детальное изучение и построение новых вариантов технологических характеристик совместно с препо- давателем.
Время выполнения:
4 часа.

16
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.
Назначение бурильной колонны.
2.
Состав бурильной колонны.
3.
Функции бурильной колонны при роторном бурении.
4.
Функции бурильной колонны при бурении с ГЗД.
5.
Основные типы труб.
6.
Основные детали турбинной секции.
7.
Основные детали шпиндельной секции.
8.
Конструкция ступени турбины осевого типа.
9.
Назначение и конструкции осевой опоры.
10.
Назначение и устройство радиальных средних и нижних опор.
11.
Основные преимущества и недостатки подшипников качения и резино-металлических опор скольжения.
12.
Какие нагрузки действуют на осевую опору?
13.
Как соединяются валы и корпуса секций турбобура?
14.
Назначение шпинделя.
15.
Причины остановок турбобура в процессе бурения и меры их устранения.
16.
Какие основные показатели характеристики определяют работу турбобура? Назовите характерные режимы работы ГЗД.
17.
Чем отличаются характеристики турбины турбобуров ТСШ и типа А?
18.
Назначение и устройство ступеней ГТ.
19.
Основные причины неисправностей в работе турбобуров.
20.
Из каких основных частей состоит ВЗД?
21.
Назовите материал обкладки статора ВЗД. С какой целью применяют этот материал?
22.
Назначение и место установки карданного соединения.
23.
Назначение переливного клапана
24.
Преимущества ВЗД по сравнению с турбобурами.
25.
Конструкция рабочей пары статор–ротор ВЗД.
26.
Принцип действия ВЗД.
27.
Какие основные показатели характеристики определяют работу
ВЗД? Назовите характерные режимы работы ВЗД.
28.
Какие основные причины неисправности ВЗД? Назовите способы их устранения

17
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
Кулябин, Г.А., Кулябин А.Г., Семененко А.Ф. Технология углуб- ления скважин с учетом динамики процес– сов [Текст] : учебн. пособ. /Г.А.
Кулябин, А.Г. Кулябин, А.Ф. Семененко. – Тюмень: Нефтегазовый уни- верситет, 2011.–200 c.
2.
Кулябин Г.А., Долгушин В.В. Совершенствование моделей ха- рактеристик гидравлических забойных двигателей. //Известия вузов.
Нефть и газ.- Тюмень, 2008.- №3. - С. 11-17.
3.
Кулябин Г.А., Долгушин В.В. Модели характеристик турбобура и взд при реализации подведенной к ним энергии// НТЖ. Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – М.: ОАО «ВНИИОНГ»,
2008.-
№7. – С. 34-37.
4.
Кулябин Г.А., Долгушин В.В. К совершенствованию конструк- ций элементов буровых долот и повышению эффективности углубления скважин. //Известия вузов. Нефть и газ. – Тюмень, 2007. - №5. - С. 24-29.

18
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
БУРИЛЬНЫЕ ТРУБЫ
Бурильные трубы: а – с высаженными внутрь концами; б – с высаженными наружу концами; 1 – труба, 2 – муфта соединительная для коротких труб
Бурильная труба с приваренными соединительными концами
Соединение бурильных труб с высаженными концами: а – замками; б –муфтой (для коротких труб)

19
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
КОНФИГУРАЦИЯ ВИНТОВОЙ ПАРЫ

20
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
СХЕМА СВЯЗИ ЭЛЕМЕНТОВ БИ И ПОТОКА ПРОМЫВОЧНОЙ
ЖИДКОСТИ ПО ЖЕСТКОСТИ ВДОЛЬ ОСТ БИ

21
ПР
ИЛ
ОЖ
ЕНИЕ
4
ТЕХ
Н
ОЛ
ОГ
ИЧ
ЕС
К
А
Я
Х
А
РА
К
Т
Е
РИС
Т
ИК
А
ТУ
РБ
О
БУ
РА

22

23
ПРИЛОЖЕНИЕ 5
СХЕМА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЗД

24
ПРИЛОЖЕНИЕ 6
УСТРОЙСТВО ДЛЯ РОТОРНО–ШПИНДЕЛЬНОГО
БУРЕНИЯ СКВАЖИН

25
КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ
Лабораторные занятия оцениваются в два этапа:
1). Проведение непосредственно самой лабораторной работы.
2).
Защита теоретических знаний, относящихся к лабораторной работы.
Лабораторные занятия оцениваются по пятибалльной системе:
-
Оценка в «5 баллов» выставляется в том случае, если студент глу- боко и прочно освоил суть лабораторный работы, умеет тесно связывать теорию с практикой. Проведение лабораторной работы выполнено без ка- ких-либо нарушений, защита теоретической части изложено исчерпываю- ще полно, последовательно, четко и логически стройно.
-
Оценка в «4 балла» выставляется тогда, когда студент освоил суть лабораторной работы, при проведении которой не было обнаружено каких- либо грубых нарушений. Защита теоретической части изложено грамотно, без существенных неточностей.
-
Оценка в «3 балла» выставляется, если студент имеет знания ос- новного теоретического материала, но не усвоил его деталей. В ходе лабо- раторной работы обнаружены какие-либо неточности.
-
Оценка в «2 балла и ниже» выставляется тогда, когда студент не знает значительную часть или вообще не знает теоретический материал.
Лабораторные работы проводились неуверенно и с большими затруднени- ям , а при защите теоретических знаний допущены существенные ошибки.

26
Учебное издание
ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИЙ ЭЛЕМЕНТОВ
БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ И ГИДРАВЛИЧЕСКИХ
ЗАБОЙНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ (ТУРБОБУРЫ, ВЗД)
Методические указания к лабораторным работам
Составители
Кулябин Геннадий Андреевич
Леонтьев Дмитрий Сергеевич
Подписано в печать 15.06.2015. Формат 60х90 1/16. Печ. л. 1,63.
Тираж 35 экз. Заказ № 15-337.
Библиотечно–издательский комплекс федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования
«Тюменский государственный нефтегазовый университет».
625000, Тюмень, ул. Володарского, 38.
Типография библиотечно–издательского комплекса.
625039, Тюмень, ул. Киевская, 52.