↑ Способы бурения.Бурение глубоких скважин

↑ Забойные двигатели. Турбобуры

Рис. 3.16. Принцип действия турбины турбобура  1 – вал; 2 – лопатка статора; 3 – статор; 4 – ротор; 5 – лопатка ротора; 6 – корпус

Турбобур представляет собой забойный гидравлический двигатель, преобразующий гидравлическую энергию потока промывочной жидкости в механическую энергию вращения вала. Движущим узлом турбобура является многоступенчатая турбина осевого типа, состоящая из нескольких десятков одинаковых до конструкции элементов. Каждая ступень турбины состоит из неподвижного направляющего колеса (статора) и насаженного на вал вращающегося рабочего колеса (ротора), кольцевые каналы которых разделены радиальными криволинейными перегородками (лопатками) на отдельные полости (рис. 3.16). Поток жидкости, двигаясь по криволинейным каналам турбины, изменяет свое направление, что обусловливает появление реактивных сил А и В, действующих на лопатках ротора и статора в разные стороны. Силы А, суммируясь по всем ступеням турбины, создают вращающий момент на валу турбобура, а силы В создают реактивный момент, воспринимаемый неподвижной бурильной колонной через корпус турбобура. Турбобур типа  Т12-М3 состоит из корпуса с резьбой для соединения с бурильными трубами (через переводник); вала, в нижнюю часть которого ввинчивают долото; турбины, состоящей из 100 и более ступеней, роторы которой закрепляются на валу турбобура, а статоры неподвижно зажимаются в корпусе; нижней радиальной опоры, установленной в ниппеле, ввинченном в корпус турбобура с усилием, обеспечивающим возникновение на зажатых торцах статоров сил трения, предотвращающих их проворачивание (нижняя опора одновременно выполняет роль сальника); промежуточных радиальных опор, установленных в средней части вала (обычно двух); осевой опоры в виде гребенчатой пяты, состоящей из укрепленных на валу металлических дисков и закрепленных в корпусе турбобура гуммированных подпятников. На верхнюю часть вала навинчивается роторная гайка с контргайкой, зажимающая все вращающиеся детали и удерживающая их от проворачивания силой трения, действующей на торцах. Все радиальные опоры, так же как и осевая, выполнены в виде резинометаллических подшипников, смазка и охлаждение которых осуществляются промывочной жидкостью. Проследим путь движения промывочной жидкости. Из бурильной колонны промывочная жидкость попадает в корпус турбобура через переводник, проходит через отверстия в неподвижном подпятнике и поступает в первый статор, а затем в первый ротор турбины, во второй статор и во второй ротор турбины. Так, последовательно переходя из турбины в турбину и через отверстия в двух средних опорах, жидкость попадает внутрь вала турбобура и движется к долоту. Попав на забой через долотные отверстия, жидкость захватывает обломки выбуренной породы и устремляется вверх к устью скважины по затрубному пространству, т. е. по пространству между бурильной колонной и стенками скважины. В процессе работы турбобура вал его испытывает осевую нагрузку, складывающуюся из сил, направленных вниз (от перепада давления и веса вращающихся деталей) и вверх (от реакции забоя). Для восприятия осевой нагрузки существует верхняя опора. В процессе работы турбобура вал его испытывает также радиальные нагрузки, для восприятия которых турбобур имеет четыре радиальные опоры. Поскольку турбобур является гидравлической машиной, его рабочие параметры (число оборотов, крутящий момент и мощность на валу) зависят от скорости протекания жидкости в каналах турбины, т. е. от ее секундного расхода.

Электробур представляет собой особый вид погружного электродвигателя, предназначенного для привода долота на забое скважины. Первый в мире электробур был создан в 1937–1940 гг. группой советских инженеров А. П. Островским, Л. В. Александровым, А. А. Богдановым и Н. Г. Григоряном. Двигатель электробура является высоковольтным трехфазным асинхронным низкооборотным двигателем с короткозамкнутым ротором. Внутри корпуса запрессовано 11 магнитных пакетов, разделенных шариковыми подшипниками. В пазах пакетов уложена обмотка двигателя, концы которой выведены через герметичный кабельный ввод. Ротор состоит из полого вала, на который надето 11 пакетов активного железа с алюминиевой обмоткой. Внутренняя полость двигателя заполняется трансформаторным маслом, являющимся диэлектриком, давление которого поддерживается на 2–3 кгс/см² выше давления промывочной жидкости. Это достигается с помощью трех лубрикаторов. В лубрикаторах установлены пружины, передающие давление на поршни, обеспечивающие тем самым избыточное давление в корпусе электробура. Верхний и нижний концы вала уплотнены сальниками. Промежуточным звеном между двигателем и долотом является шпиндель, который передает долоту вращение и воспринимает реакцию забоя, передавая ее через корпус электробура на бурильные трубы. При этом ротор, не рассчитанный на восприятие осевой нагрузки, остается незагруженным. Шпиндель является маслонаполненным и состоит из корпуса, в котором на трех упорных подшипниках и радиальных подшипниках укреплен полый вал. Избыточное давление масла в корпусе шпинделя обеспечивается лубрикатором. Валы двигателя и шпинделя соединяются посредством зубчатой муфты. Для питания электробура с помощью специальной системы токоподвода подводится электрический ток силой 150–170 А при напряжении 1100–1700 В. Токопровод состоит из трехжильного резинового кабеля, соединительных контактов и токоприемника. Кабель разделен на секции, вмонтированные внутрь бурильных труб с высаженными наружу концами. Секции соединяются посредством контактных муфт и стержней, укрепленных внутри бурильных замков. Электроэнергия к кабелю подключается с помощью токоприемника, устанавливаемого между рабочей трубой и вертлюгом.

Основной его деталью является полый вал, внутрь которого вводят отрезок кабеля с контактной муфтой. С внешней стороны токоприемника установлены три контактных кольца, соединенных с кабелем, заведенным внутрь труб. К кольцам при помощи щеток подводится напряжение от трансформатора. Это позволяет вращать бурильную колонну, не прерывая питания электробура. Промывочная жидкость проходит по внутреннему каналу вала ротора. Поверхностное оборудование для электробура состоит из трансформатора мощностью 560/320 кВт, станции управления и пульта. Основные диаметры электробуров, применяемых в промышленности – 250, 215 170 мм. А. А. Мининым и К. А. Чефрановым разработана конструкция беструбного электробура, опускаемого в скважину на кабель-канате. Электробур снабжен погружным центробежным насосом, осуществляющим местную циркуляцию промывочной жидкости, и применяется в основном при специальных работах в скважине (например, при разбуривании цементных пробок). Бурение электробурами имеет ряд преимуществ перед турбинным бурением. Благодаря устойчивой характеристике электробура можно реализовать оптимальные режимы бурения и улучшить отработку долот. Раздельная подача энергии для разрушения породы и выноса бурового шлама позволяет уменьшить нагрузки на гидравлическую систему буровой. Электробур обеспечивает более высокую забойную мощность, чем турбобур, что повышает механическую скорость бурения. При этом мощность, потребляемая электробуром, во много раз меньше мощности для привода турбобура. Все это способствует росту коммерческих скоростей и снижению себестоимости 1 м проходки. Систему токопровода можно использовать для получения различной информации непосредственно с забоя скважины. В то же время и по сегодняшний день тяжелые забойные условия эксплуатации электрической машины, каковой является электробур, и несовершенство системы токопровода к ней не обеспечивают ее более надежной работы по сравнению с забойными гидравлическими двигателями (турбобурами, винтовыми забойными двигателями), что объясняет более широкое применение в практике проходки скважины последних.

 

Дайвинг клуб «Хобби» проводит обучение дайвингу в Москве по самым лучшим ценам и удобное для вас время. Записаться на курс можно на сайте клуба divehobby.ру или позвонить по указанным номерам телефона.