Забойные двигатели Турбобуры

В создании забойного турбинного двигателя приоритет принадлежит отечественным ученым и инженерам. Первый в мире проект забойного гидравлического двигателя был разработан в 1890 г. бакинским инженером К. Г. Симченко. В 1923 г. в Баку М. А. Капелюшниковым был создан турбобур, который представлял собой одноступенчатую осевую турбину мощностью 10–12 л. с. и имел многоярусный планетарный редуктор. Вследствие недостаточной мощности и несовершенства конструкции турбобур Капелюшникова не нашел применения.

В 1934–1935 гг. был создан работоспособный многоступенчатый турбобур конструкции П. П. Шумилова, Р. А. Иоаннесяна, И. Э. Тагиева и М. Т. Гусмана. Преимущества этой модели турбобура заключаются в следующем: 1) снижена скорость движения потока рабочей жидкости, что резко повысило мощность и моторесурс турбины, 2) снижено число оборотов ротора турбины, что исключило необходимость в редукторе – уязвимом месте турбобура Капелюшникова. После некоторого усовершенствования конструкции турбобуров, шарошечных долот и буровых насосов турбинное бурение в ряде случаев доказало свое преимущество перед роторным и получило широкое применение во многих районах.

Т

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

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.