Турбобуры

Поток промывочной жидкости, двигающийся вниз по бурильной колонне с большой скоростью, характеризуется значительной гидравлической мощностью. Долгое время изобретатели искали пути преобразования этой мощности в механическую работу долота на забое. Однако только в 1923 г. бакинскому инженеру М. А. Капелюшникову удалось создать работоспособный гидравлический забойный двигатель (турбобур), позволивший бурить скважины без вращения бурильной колонны.

Принципиальная схема устройства турбобура Капелюшникова показана на рис. 4.34. Этот турбобур имел одно направляющее колесо-статор и одно рабочее колесо-ротор. Статор неподвижно устанавливался в корпусе турбобура, а ротор укреплялся на валу турбобура, который подвешивался на упорном шариковом подшипнике, закрытом кожухом.

Современные турбобуры (рис.4.35) работают аналогично турбобуру Капелюшникова. Лоток промывочной жидкости, двигающийся с большой скоростью по бурильной колонне, попадает на лопатки статора 2. Здесь он меняет свое направление и ударяет о лопатки ротора 5, приводя вал турбобура во вращение.

Турбина первого турбобура имела скорость вращения более 3000 об/мин, а вращающий момент на валу был ничтожно мал. Для увеличения вращающего момента и снижения числа оборотов между валом турбобура и долотом устанавливался редуктор, заключенный в кожух, внутри которого находилась смазка.

В 1924 г. в районе г. Баку впервые в мире была пробурена скважина турбинным способом. Опыт проходки первых скважин показал, что турбобур Капелюшникова имеет ряд крупных недостатков:

низкая мощность турбины, малый вращающий момент на валу, быстрый выход из строя турбины турбобура в связи с высокими скоростями движения жидкости, содержащей абразивные частицы выбуренной породы, и сложную, но слабую, конструкцию редуктора турбобура.

В 1936 г. П. П. Шумилов, Р. А. Иоаннесян, Э. И. Тагиев и М. Т. Гусман разработали новый тип безредукторного турбобура, обеспечивающего мощность на забое, в 10-15 раз большую по сравнению с турбобуром Капелюшникова. Мощность турбобура была увеличена не за счет увеличения скорости вращения ротора турбины, т. е. скорости протекания потока жидкости, а путем увеличения числа роторов и статоров.

Жидкость, пройдя первый статор (рис. 4.35), попадает в первый ротор и, отдавая ему часть своей гидравлической мощности, создает на его лопатках вращающий момент. Из первого ротора жидкость поступает во второй статор, а затем во второй ротор, где также отдает часть гидравлической мощности и создает вращающий момент.

Расчеты показали, что для эффективной работы турбобура необходимо иметь около ста турбин, т. е. сто роторов и сто статоров. Увеличение числа турбин обеспечивает не только повышение мощности и вращающего момента, но и уменьшает число оборотов вала турбины в требуемых пределах, что позволяет отказаться от редуктора. Так был разработан многоступенчатый безредукторный турбобур, широко применяющийся в настоящее время (рис. 4.36).