Особенности режима бурения турбинным способом

Основные положения. Турбобур - это забойный гидравлический двигатель, предназначенный для бурения скважин в различных ге­ологических условиях. В рабочих колесах турбобура гидравлическая энергия бурового раствора, движущегося под давлением, превра­щается в механическую энергию вращающегося вала, связанного с долотом.

Основная часть турбобура - турбина, состоящая из большого числа (более сотни) совершенно одинаковых ступеней. Каждая ступень турбины, в свою очередь, состоит из двух частей: враща­ющейся, соединенной с валом турбобура, называемой ротором, и неподвижной, закрепленной в корпусе турбобура, называемой статором (рис. 7.3). Статор 1 представляет собой гладкое стальное кольцо, на внутренней поверхности которого имеются изогнутые лопатки 3. Концы лопаток соединяются внутренним ободом 4. Ротор состоит из кольца 6 и лопаток 2, подобных лопаткам статора, но обращенных выпуклостью в другую сторону. Наружные концы ло­паток ротора соединены ободом 5. Между статором и ротором имеет­ся зазор, обеспечивающий свободное вращение ротора в статоре.

Теория малогабаритных турбин для бурения нефтяных и га­зовых скважин создана советским инженером П. П. Шумиловым. Основные условия построения турбин турбобуров следующие. Для получения необходимой мощности и приемлемого для бу­рения числа оборотов турбина должна быть многоступенчатой. Все ступени турбины должны быть совершенно одинаковыми

Сила, действующая на лопатку ротора

Рис. 7.3. Действие турбины:

/ - статор; 2 - лопатки ротора; 3 - лопатки статора; 4 - обод статора; 5 - обод ротора; 6 - кольцо ротора

и обеспечивать пропорционально числу ступеней увеличение мощ­ности и скорости вращения инструмента.

Для получения наименьшего износа турбинных лопаток рото­ры турбины выполняют с тем же профилем, что и статоры турби­ны, лишь с поворотом лопаток в противоположную сторону.

Перепад давления на турбине должен быть в пределах, допуска­емых насосными установками, применяемыми при бурении глубо­ких скважин, и для избежания толчков давления в системе не должен существенно изменяться при изменении режима работы турбины.

П. П. Шумилов установил следующие основные закономернос­ти, характеризующие влияние количества промывочной жидкости на работоспособность турбины.

1. Скорость вращения турбины пропорциональна количеству прокачиваемой жидкости:

где п 19 п 2 - скорости вращения; (}, () 2 - количество прокачива­емой жидкости; т.е. при увеличении количества прокачиваемой жидкости, например в три раза, число оборотов турбины увели­чивается также в три раза, и наоборот.

2. Перепад давления на турбине пропорционален квадрату ко­
личества прокачиваемой жидкости:

где Р\, Р^ - давления на турбине; т.е. при увеличении количества Прокачиваемой жидкости, например в два раза, давление на тур­бине увеличивается в четыре раза, и наоборот.

3. Вращающий момент турбины, как и перепад давления, про­
порционален квадрату количества прокачиваемой жидкости:

где А/ ь Л/ 2 , - вращающие моменты турбины.

4. Мощность турбины пропорциональна кубу количества прока­чиваемой жидкости:

где 7У Ь Л/2 - мощности турбины; т.е. при увеличении количества прокачиваемой жидкости, например в два раза, мощность турби­ны увеличивается в восемь раз, и наоборот. При бурении турбобуром энергия, предназначенная для раз­рушения породы, подводится к забою потоком промывочной жид­кости. Генератором гидравлической энергии являются буровые насосы, преобразующие механическую энергию привода в гид­равлическую энергию потока промывочной жидкости. Часть энер­гии потока теряется на преодоление гидравлических сопротивле­ний в нагнетательной линии, бурильных трубах, замках, долоте и затрубном пространстве. Оставшаяся часть энергии использует­ся в турбине турбобура для преобразования в механическую энер­гию, которая при помощи долота затрачивается на бурение.П. П. Шумилов показал, что наибольшую гидравлическую мощ­ность на турбине турбобура при неизменном максимальном давле­нии на выкиде буровых насосов, можно получить при следующем условии:

Давление на выкиде

Так как в процессе бурения скважины гидравлические со­противления в бурильных трубах, замках и кольцевом простран­стве беспрерывно возрастают, то для обеспечения равенства (7.1) необходимо было бы, по мере углубления скважины, непрерывно снижать подачу насосов и, соответственно, изменять характерис­тику турбобуров таким образом, чтобы перепад давления на тур­бине, несмотря на уменьшение расхода жидкости, протекающей через нее, остался постоянным.

Практически характеристики турбобура можно изменять только ступенчато, применяя на различных участках скважины турбобу­ры различных типов. Производительность буровых насосов регули­руется также только ступенчато путем смены цилиндровых втулок. Основная задача проектирования режима турбинного бурения как раз и заключается в установлении режима работы буровых насо­сов, подборе типов турбобуров и осевой нагрузки на долото для различных участков ствола скважины таким образом, чтобы полу­чить наиболее высокие качественные и количественные показате­ли бурения.

Осевая нагрузка выбирается в зависимости от твердости прохо­димых пород. При бурении в твердых породах бурильщик в целях повышения эффективности работы долота увеличивает нагрузку, а при бурении в мягких породах - уменьшает. В то же время неза­висимо от бурильщика частота вращения долота в первом случае уменьшается, а во втором -- увеличивается, что и требуется для достижения хороших показателей работы долота.

Характеристика турбобуров. Во время бурения турбобуром час­тота вращения долота непрерывно меняется в зависимости от на­грузки на забой и крепости проходимых пород. Таким образом, зависимость между крутящим моментом, приложенным к долоту, и скоростью вращения вала турбобура обратно пропорциональ­ная: чем больше нагрузка на долото, тем меньше скорость враще­ния вала, и наоборот, уменьшение нагрузки ведет к увеличению скорости вращения (рис. 7.4).

Отрезок ОА представляет собой крутящий момент, развиваемый турбобуром при скорости вращения вала, равной нулю, т.е. при тор­можении. Этот момент называется тормозным моментом, и по ве­личине он наибольший. С уменьшением крутящего момента часто­та вращения вала увеличивается, и когда крутящий момент станет равным нулю, т.е. нагрузки не будет, частота вращения вала ста­нет максимальной. Максимальная частота вращения вала называет­ся скоростью вращения на холостом ходу. Она изображена отрезком ОБ, равным 1200 об/мин. При режиме работы турбобура, характеризу­емым тонкой В, частота вращения вала составляет 800 об/мин, а раз­виваемый им крутящий момент 1 Н м. С изменением скорости вращения вала п меняется не только крутящий момент А/, но и другие показатели работы турбобура: v (КПД) и мощность N.

.

Коэффициент полезного действия турбобура изменяется следу­ющим образом. При тормозном режиме, т.е. при частоте враще­ния? равной нулю, КПД турбобура также равен нулю. С увеличе­нием частоты вращения КПД возрастает, затем, достигнув своего максимального значения, с дальнейшим увеличением частоты вра­щения начинает уменьшаться и при режиме холостого хода вновь становится равным нулю. Соответственно изменению величины КПД изменяется и величина мощности турбобура (рис. 7.5). Режим работы турбобура, при котором его КПД достигает своего макси­мального значения, называется оптимальным. Частота вращения вала на оптимальном режиме примерно в два раза меньше скоро­сти вращения вала турбины на холостом ходу, а крутящий момент в два раза меньше тормозного момента.

В отличие от крутящего момента, мощности и КПД, перепад давления Р на турбине с изменением частоты вращения вала поч­ти остается неизменным. При переходе от режима холостого хода к тормозному перепад давления на турбине несколько увеличива­ется (10... 15 %).

Все изложенное выше относится к работе турбобура на одина­ковом количестве прокачиваемой через него рабочей жидкости. Построение для данного типа турбобура (при (? = сош!) зависи­мости N. Р, v, Мот числа оборотов вала п называется его рабочей характеристикой. Рабочие характеристики для каждого типа тур­бобура, при одном и том же количестве прокачиваемой жидко­сти, различны, их строят на основе стендовых испытаний. Рабочая характеристика турбобура позволяет правильно подобрать режим его работы при данной подаче буровых насосов.

Конструкция многоступенчатых турбобуров. Различные условия, в которых работают турбобуры, привели к необходимости со­здания нескольких конструктивных разновидностей турбобуров. Турбобуры выпускаются: односекционные бесшпиндельные, одно-секционные шпиндельные, двухсекционные шпиндельные, трех-секционные шпиндельные (табл. 7.1).

Таблица 7.1 Технические характеристики основных турбобуров

Тип турбобура	Число турбинных секций, шт.	Число ступеней турбины, шт.	Расход жидкости (вода), л/с	Максимальная мощность на валу турбины, кВт	Вращающий момент на валу при максимальной мощности, кН м	Число оборотов вала в минуту при минимальной мощности, об/мин	Перепад давления на турбине при максимальной мощности, МПа	Масса турбобура, кг 1
Т12МЗЕ-172				40,5	0,64		3,0
Т12МЗБ-195				58,8	0,83		3,5
Т12МЗБ-240				136,1	1,96		4,0
Т12РТ-240				136,1	1,96		4,0
А6Ш				32,4	0,69		4,0	1600**
А7Ш				103,0	1,86		8,2	2600**
А9Ш				132,4	3,0		6,8	3920**
ТС4А- 104,5				14,7	0,15		4,5
ТС4А-127				25,7	0,34		5,0
ЗТСШ1-172				51,5	0,98		6,0
ЗТСШ1-195				55,2	1,28		3,5
ЗТСШ1-195ТЛ				62,5	1,72		3,0
ЗТСША-195ТЛ				114,0	1,91		6,5
ЗТСШ1-240				110,3	2,64		5,5
А6ГТШ		342/90*		31,6	1,20		5,6
А7ГТШ		382/146*		58,8	1,86		7,2
А9ГТШ		340/130*		75,0	3,06		5,8
ТПС-172				-	2Д		6,57
ЗТСШ1М1-195				-	2,875		5,97

* В числителе указано общее ней гидротормоза.

** Без массы шпинделя.

При этом в турбинных секциях могут быть установлены метал­лические цельнолитые турбины, металлические составные турби­ны с проточной частью, выполненной методом точного литья, составные турбины из металлических ступиц и пластмассовых про­точных частей, резинометаллические радиальные опоры, шаро­вые радиальные опоры.

В шпиндельных секциях могут использоваться резинометалли­ческие или шаровые опоры.

Применяются турбобуры нескольких типов.

1. Турбобуры типа Т12 (Т12МЗЕ-172; Т12МЗБ-195; Т12МЗБ-240; Т12РТ-240) применяют для бурения верхних интервалов скважин шарошечными долотами и комплектования реактивно-турбинных агрегатов для бурения стволов большого диаметра методом реак­тивно-турбинного бурения (рис. 7.6).

Диски ротора 12 совместно со втулкой нижней опоры 20 и дву­мя втулками 13 средней опоры вала, упором 18, дисками 6 и кольца­ми 7 пяты зажимаются на валу 75 роторной гайкой 5. При этом для совпадения промывочных окон на упоре и валу турбобура упор 18 фиксируется шпонкой 19. Для предохранения роторной гайки от самоотвинчивания предусмотрен обжимающий колпак 3, закреп­ляемый контргайкой 2.

Герметизация диаметральных зазоров между внутренней поверх­ностью дисков роторов и поверхностью вала в целях предупрежде-

6 7 8 9 10 11 12 13 1415 \\\ I / I / / / /

Рис. 7.6. Односекционный турбобур:

I - переводник; 2 - контргайка; 3 - колпак; 4, 9, 16 - регулировочные кольца;
5 - роторная гайка; 6 - диск; 7 - кольцо; 8 - подпятник; 10 - втулка;

II - диск статора; 12 - диск ротора; 13 - втулка средней опоры вала;
14 - средняя опора; 75 - вал; 77 - уплотнительное кольцо; 18 - упор;

19 - шпонка; 20 - нижняя опора; 21 - ниппель; 22 - переводник

ния шламования, обеспечивается установкой в верхней и нижней части вала втулок Юс уплотнительными кольцами 77, что значи­тельно облегчает разборку турбобура при его ремонте.

Для бурения верхних ин­тервалов глубоких нефтяных и газовых скважин, имеющих диаметры 394...920 мм и бо­лее, применяют реактивно-турбинные агрегаты, у кото­рых два турбобура размещены параллельно и жестко соеди­нены между собой (для буре­ния скважин диаметром 1730... 2660 мм созданы и применяются в горнорудной промышленности агрегаты, укомплектованные тремя и даже четырьмя турбобурами). Агрегат (рис. 7.7) состоит из следующих деталей: перевод­ника 7 для соединения агре­гатов бурильной колонной; защитного кожуха 2; травер­сы 3 с ниппелями, к которым подвешены турбобуры 4\ гру­зов 6, предназначенных для утяжеления агрегата; верхне­го и нижнего хомутов 5; переводников 7, с помощью которых к каждому турбобуру присоединяется трехшарошеч-

ное долото 8. Вращаясь от вала турбобуров, долота получают дополнительное переносное движение вокруг оси агрега-

та, вращающегося либо только за счет сил реакции забоя, либо за счет сил реакции забоя и принудительного вращения агрегата с поверхности через бурильную колонну.Выбуренная порода выносится циркулирующим потоком бу­рового раствора, подаваемого в бурильную колонну, и реактив­но-турбинным бурением. Для бурения скважин с помощью РТБ используют стандартные буровые установки требуемой грузоподъ­емности.

2. Турбобуры секционные типа ТС (ТС4А-104,5; ТС4А-127; ТС5Е-
172; ТС5Б-195; ТС5Б-240; ЗТС5Е-172; ЗТС5Б-195; ЗТС5Б-240) при­
меняют для бурения глубоких скважин шарошечными долотами.
Турбобуры состоят из двух или трех турбинных секций, соединен­
ных в один турбобур.

Вращающий момент от валов верхних секций к валам после­дующих секций передается через муфты валов (конусно-фрикци­онные и конусно-шлицевые). По корпусу секции соединяются пе­реводниками на замковой резьбе. Нижние секции аналогичны по конструкции односекционным турбобурам типа Т12, за исклю­чением верхней части вала, которая представляет собой конус­ную поверхность, сопрягаемую с полумуфтой, предназначен­ной для соединения с валом второй секции турбобура. Верхние и средние турбинные секции одинаковы по конструкции и отли­чаются от нижних отсутствием осевой опоры и конструкцией вала.

Нижнюю секцию турбобуров можно применять для бурения как самостоятельный турбобур, для чего на корпус для соединения с бурильными трубами следует навинчивать переводники.

3. Турбобуры типа КТД (колонковое турбодолото) предназна­
чены для отбора образцов породы (керна) при бурении скважин.
Выполняются с наружным диаметром 240, 195 и 172 мм (КТДЗ-
240-269/4В; КТД4С-195-214/60; КТД4С-172-190/40). Колонковое
турбодолото КТДЗ-240-269/4В по конструкции аналогично тур­
бобуру типа Т12 и отличается от него тем, что имеет полый вал,
в котором помещается грунтоноска и узел для ее крепления.

Колонковые турбодолота КТД4С-172-190/40 и КТД4С-195-214/60 состоят из двух секции. Валы секции турбодолот полые, имеют в срав­нении с валами турбобуров больший наружный диаметр и соеди­няются между собой полыми конусно-шлицевыми полумуфтами.

Конструкция колонковых турбодолот предусматривает приме­нение съемной грунтоноски, обеспечивающей отбор керна без подъема бурильных труб до полной обработки бурильной головки. Для этого в верхней части грунтоноски имеется бурт для захвата ее ловителем (шлипсом), спускаемым в бурильную колонну при по­мощи специальной лебедки.

4. Турбобуры секционные шпиндельные (ЗТСШ-172; ЗТСШ-195;
ЗТСШ-195Л; ЗТСШ-215; ЗТСШ-240), а также турбобуры шпиндель­
ные унифицированные (ЗТСШ1-172; ЗТСШ1-195; ЗТСША-195ТЛ;

ЗТСШ1-240Ш) состоят из трех турбинных и одной шпиндельной секции. Они позволяют: бурить шарошечными долотами с обыч­ной схемой промывки, гидромониторными и алмазными долота­ми (турбобур ЗТСША-195ТЛ); изменять секционность турбобуров в зависимости от условий бурения; производить смену отработан­ных шпинделей без разборки секций; увеличивать величину вра­щающего момента при снижении числа оборотов за счет примене­ния тихоходных турбин, выполненных методом точного литья (тур­бобур ЗТСШ-195ТЛ).

В каждой турбинной секции размещено около 100 ступеней тур­бины, по четыре радиальные опоры и по три ступени предохрани­тельной осевой пяты, которая применяется для устранения опас­ности соприкосновения роторов и статоров турбины из-за износа шпиндельного подшипника в процессе работы.

Созданием шпиндельного турбобура был решен ряд задач, свя­занных с улучшением энергетических характеристик и эксплу­атационных качеств турбобура, значительно уменьшены утечки жидкости из-под ниппеля при увеличенных перепадах давления на долото, повышена прочность валов.

На полом валу шпинделя 20 (рис. 7.8) установлены две ради­альные резинометаллические опоры 10 со втулками опор 9 (цен­трируемыми в верхней опоре подкладными втулками 8} и 25 сту­пеней непроточной осевой опоры, каждая из которых состоит из диска 75, внутреннего и наружного колец 16, 18 и непроточных резинометаллических подпятников 77. Весь пакет деталей, вклю­чая упорную, дистанционную и промежуточную втулки 27, 13 и 14, закрепляется на валу гайкой 6, колпаком 5, контргайкой 4 и кре­пится в корпусе 19 посредством переводника нижней секции 7 и ниппеля 23 с использованием регулировочных колец 3, 7, 22.

На верхней части вала шпинделя установлена конусно-шлице-вая муфта 2, имеющая промывочные окна для протока рабочей жидкости во внутреннюю полость вала и затем к долоту, присо­единяемому к шпинделю через переводник 24. Для облегчения раз­борки шпинделя в процессе ремонта в верхней и нижней его час­тях установлены втулки 77 с уплотнительными кольцами 72, обес­печивающими герметизацию диаметральных зазоров между валом и закрепленным на нем пакетом деталей.

Установка в шпинделе осевой опоры качения (как жесткой, так и амортизированной -- шпиндель типа ШШО) вместо рези-нометаллической опоры скольжения позволяет турбобуру воспри­нимать более высокие осевые нагрузки и эффективно работать при более низких числах оборотов.

Широко применяются шпиндели типа ШФД с лабиринтными дисковыми уплотнениями. Они предназначены для турбинных сек­ций серийных турбобуров. За счет частичной изоляции картера осе­вой опоры от поступления бурового раствора, содержащего твер-

Рис. 7.8. Шпиндель:

1 - переводник нижней секции; 2 - конусно-шлицевая муфта; 3, 7, 22 - регули­ровочные кольца; 4 - контргайка; 5 - колпак; 6 - гайка; 8, 9, 11, 13, 14, 21 - втулки; 10 - резинометаллические опоры; 12 - ушютнительные кольца; 15 - диск; 16, 18 - кольца; 17 - подпятник; 19 - корпус; 20 - вал шпинделя; 23 - ниппель; 24 - переводник

дые абразивные частицы, значительно увеличен моторесурс шпин­деля. Изоляция обеспечивается оборудованием верхней части вала шпинделя лабиринтным уплотнением и установкой между этим уплотнением и уплотнением картера осевой опоры дренажной втулки, отверстия которой сообщаются с затрубным простран­ством.

В шпинделях типа ШГД осуществлена полная герметизации картера осевой опоры от поступления бурового раствора, при этом картер осевой опоры заполнен смазкой. Надежная гермети­зация картера осевой поры обеспечивается тем, что на гермети­зирующие уплотнения не действует перепад давлений, срабаты­ваемый в насадках долота. Герметизирующие уплотнители уста­новлены сверху и снизу картера осевой опоры. Конструкция шпин­деля допускает произведение дозаправки или полной смены смаз­ки на буровой, для чего верхняя и нижняя части картера имеют заправочные втулки.

5. Турбобуры секционные с наклонной линией давления (А6КЗС; А7Н4С; А9К5Са; А6ГТ; А7ГТ; А9ГТ), а также турбобуры секцион­ные унифицированные с наклонной линией давления (А7Ш; А9Ш; А7ГТШ; АЗГТШ) состоят из двух или трех турбинных и одной Шпиндельной секций. В данных турбобурах используется турбина с наклонной линией давления, а в турбобурах А7ГТШ, А9ГТШ для снижения разгонных оборотов дополнительно устанавливаются решетки гидродинамического торможения.

Применение в турбобурах опор качения и турбин, перепад давления на которых при постоянном расходе жидкости умень­шается от холостого к тормозному режиму, дает возможность работать на низких оборотах, улучшает запуск турбобура на вы-сокоабразивных и утяжеленных глинистых растворах, обеспечи­вает способность турбобура работать на повышенных нагрузках на долото.

Недостатком турбобуров с наклонной линией давления явля­ется возможность резкого увеличения перепада давления на тур­бобуре при снижении нагрузки на долото в процессе бурения. Поэтому применение турбобуров данного типа рекомендуется с ис­пользованием дизельного привода на буровых насосах (учитывая более мягкую его характеристику по сравнению с электроприво­дом). При использовании ступеней гидродинамического торможе­ния можно получить скорость вращения вала турбобура, равную 250...300 об/мин.

Базовые детали турбобуров секционных унифицированных с наклонной линией давления в габаритных размерах унифициро­ваны с деталями турбобуров типа ЗТСШ1. Выпускаются также тур­бобуры шпиндельные с независимой подвеской вала турбинной секции (А6Ш; А6ГТШ; А7ШГ; А7ГТШМ; А9ШГ). Отличительной особенностью этих турбобуров является то, что вал в турбинной секции подвешен на отдельном шарикоподшипнике со специаль­ными фонарями для протока промывочной жидкости.

6. Турбобуры с «плавающими статорами» (ЗТСШ1М1-195; ТПС-172) обладают следующими особенностями: каждый статор такого турбобура имеет свободу перемещения и с помощью шпонки, за­ходящей в специальный паз корпуса, запирается от проворота под действием собственного реактивного момента. Каждый ротор пред­ставляет собой и пяту для соответствующего статора, который не имеет приставочных дистанционных колец. Такое исполнение сту­пени турбины, с одной стороны, позволяет до максимума увели­чить средний диаметр турбины, а с другой - до минимума сокра­тить осевой люфт в ступени. Тем самым в корпусе стандартной длины удается разместить число ступеней турбин в 1,4 раза боль­ше, чем у серийных турбобуров.

Отсутствие взаимосвязи между осевыми люфтами турбины и осевой опоры шпинделя позволяет исключить из практики тур­бинного бурения торцовый износ лопаточных венцов турбин и повысить межремонтный период работы шпинделей.

Турбобуры этого типа состоят из трех турбинных секций и шпин­деля с двумя вариантами осевой опоры: подшипник типа ШШО и резинбметаллическая пята.

Редукторный турбобур. Главным недостатком турбобуров явля­ется их быстроходность. Это ограничивает возможность их исполь­зования в сочетании с долотами для низкооборотного бурения

Таблица 7.2 Технические характеристики редукторных турбобуров

Примечание. Передаточное число редуктора-вставки 3,67.

(до 200 об/мин). Редукторный турбобур лишен этого недостатка (табл. 7.2).

После многолетних работ коллективом сотрудников Пермского филиала ВНИИБТ был создан турбобур ТРМ-195. В основу конст­рукции турбобура положен агрегатный метод создания машин, поэтому он состоит из трех основных частей - турбобура, редук­тора-вставки и шпинделя.

Первая (турбобур) и третья (шпиндель) были рассмотрены выше, поэтому остановимся на редукторе-вставке (рис. 7.9). Он состоит из корпуса 3, передачи 6, размещенной в маслонапол-ненной камере 5, которая ограничена кожухом 7, системы мас-лозащиты с уплотнениями (верхним 4 и нижним 8), ведущего 2 и ведомого 11 валов вставки. Каждый из валов 2 и 11 установлен на двух опорах: сферической 7 и радиальной 10, связанной с корпу­сом 3 упругим элементом 9. При этом сферические опоры 7 уста­новлены на обоих валах со стороны передачи 6, а уплотнения 4 и 8 размещены соответственно на валах 2 и 11 ближе к сферической опоре 7.

В редукторном турбобуре редуктор-вставка устанавливается между турбобуром и шпинделем. Ведущий вал 2 вставки соединен с ва­лом турбобура, а ведомый вал 11 - с валом шпинделя.

Частота вращения и крутящий момент с вала турбобура переда­ются через ведущий вал 2 на передачу 6, в которой происходит Уменьшение частоты вращения и увеличение крутящего момента. Вращение с измененными параметрами через ведомый вал 11 пе­редается на вал шпинделя и далее - на долото. Буровой раствор обтекает маслонаполненную камеру 5 по кольцевому зазору между корпусом 3 и кожухом 1.

В 1975 г. Специальное конструкторско-технологическое бюро Погружного электрооборудования (Харьков), Могилевский маши-

ностроительный институт и ВНИИБТ провели совместные рабо-ты по созданию редукторов-вставок с принципиально новыми редуцирующими узлами - синусошариковыми.

На основании проведенных работ были созданы синусошари-ковые вставки, принятые к серийному производству: РСШ127-5 РСШ190-1,75; РСШ190-2; РСШ190-5. В обозначениях принят о: - редуктор-вставка, С - синусная, Ш -- шариковая, 127 или 190 - диаметр в мм; 1,75; 2; 5 - передаточное число (отношение частоты вращения ротора электродвигателя к частоте вращения долота). Синусошариковые редукторы-вставки широко использу­ются при бурении электробурами.

В настоящее время промышленностью освоены и изготавлива­ются редукторы-вставки двух типов, со­зданные на базе:

зубчатых редуцирующих узлов для тур­бобуров;

синусошариковых редуцирующих уз­лов для электробуров.

Правила эксплуатации турбобуров. Каждый новый турбобур, получаемый с завода, перед отправкой на буровую проходит проверку в турборемонтном цехе предприятия бурения (экспедиции). Проверяются крепления гайки, перевод­ника, ниппеля и вращение вала. Турбо­буры снабжаются предохранительным колпаком на валу и заглушкой в пере­воднике во избежание засорения и пор­чи турбины во время транспортировки и хранении.

Каждый турбобур имеет заводской паспорт в одном экземпляре и вклад­ную карточку, представляющую собой учетную карточку работы и ремонта тур­бобура. Паспорт турбобура хранится на ремонтной базе бурового предприятия, а вкладная карточка в период его пребы­вания на буровой - у бурового мастера. Во время нахождения турбобура в ремон­те карточка сдается на базу или завод. Турбобуры необходимо перевозить на специальных лафетах или автомашинах, оборудованных подъемными устройства­ми для погрузки и выгрузки. При разгруз­ке турбобуры нельзя сбрасывать, так как от сильного удара может погнуться вал

турбобура. Перед спуском в скважину нового или поступившего из ремонта турбобура следует проверить его работу на поверхности. Для этого турбобур соединяют с ведущей трубой и проверяют плав­ность его запуска при производительности насосов, соответствую­щей нормальному режиму его работы.

Запускают буровые насосы при открытой пусковой задвижке. Затем задвижку постепенно перекрывают и следят за давлением на манометре. Хорошо собранный и отрегулированный турбобур запускается при давлении до 2 МПа. Проверяют также осевой люфт вала, герметичность резьбовых соединений и отсутствие биения вала. Все данные опробования заносятся в буровой журнал. Если при опробовании обнаруживаются дефекты, турбобур в скважину не спускают.

В отдельных случаях, при отсутствии запасного турбобура, не вращающийся на поверхности турбобур все же спускают в сква­жину. Он может работать после того, как дана некоторая осевая нагрузка на долото. Если опущенный на забой турбобур работать все же не начинает, то его следует вращать («расхаживать») рото­ром, сохраняя нагрузку на забой. «Расхаживание» разрешается ве­сти не более 20...30 мин. Контроль за нормальной работой турбо­бура на забое осуществляется на буровой по показаниям маномет­ра и индикатора массы (веса).

При постоянной производительности насосов перепад дав­ления в турбобуре с изменением режима его работы почти не меняется. Резкое снижение или повышение давления на нагне­тательной линии указывает на ненормальную работу турбобура. О неполадках в турбобуре можно также судить по уменьшению принимаемой турбобуром осевой нагрузки и резкому снижению скорости бурения (если это не вызвано износом долота). Для не­прерывного контроля за скоростью вращения вала турбобура в про­цессе бурения скважин рекомендуется использовать турботахометр.

Снижение давления в нагнетательном трубопроводе вызывает­ся уменьшением количества жидкости, поступающей в турбобур. Причиной этого могут быть:

неисправность буровых насосов (нарушение герметичности поршней, уплотнений клапанов, засасывание насосом воздуха, за­сорение приемной сетки, уменьшение числа ходов насоса и т.д.);

утечки в резьбовых соединениях бурильных труб и переводников.

Для проверки герметичности колонны бурильных труб сле­дует при их подъеме через каждые пять-шесть свечей прокачи­вать буровой раствор. Повышение давления при прокачивании Указывает на течь в одной из свечей, поднятой в последней партии. Если в трубах течи не обнаруживается, то проверяют турбобур (возможны течи в переводнике турбобура). Резкое внезапное падение давления (почти до нуля) показывает, что произошла авария с переводником турбобура, срыв резьбы замков или труб.

Давление чаще всего повышается из-за засорения каналов тур. бины турбобура. Для предотвращения этого при бурении и опро­бовании турбобуров устанавливают фильтры. Когда буровой раствор загрязнен, частицы шлама после прекращения циркуляции выпа­дают из бурового раствора и осаждаются на турбине. Если при вклю­чении насоса полностью закрыть пусковую задвижку, то шлам (вы­буренная порода) забьет турбобур.

Полностью закрывать задвижку следует после промывки в тече­ние 5... 10 мин. Аналогичное засорение турбины шламом произой­дет, если во время бурения после выключения насоса сразу от­крыть пусковую задвижку. При этом возникает обратная цирку­ляция и осаждающийся на забой шлам засасывается в турбобур. Особенно часто это явление встречается при использовании воды в качестве промывочной жидкости. Для избежания засорения турбо­бура необходима тщательная промывка перед остановкой насосов.

Очень часто бывают случаи, когда давление в нагнетательной линии не падает, а турбобур «не принимает» нагрузку. Причиной этого может быть заклинивание шарошек долота, большая сработ-ка опор долота или неисправность турбобура. Чтобы выяснить при­чину ненормальной работы турбобура, поднимают бурильную ко­лонну.

Турбины турбобура выходят из строя главным образом вслед­ствие механического износа наружных, внутренних и торцовых поверхностей. Предупреждение износа турбин является одним из важнейших условий обеспечения эффективности работы турбобура.

После каждого рейса при подъеме турбобура необходимо про­верять его осевой люфт. Для этого вал турбобура опирают на стол ротора, у торца ниппеля на валу наносят риску, затем тур­бобур приподнимают и на валу точно так же наносят вторую риску. По расстоянию между рисками определяют величину осе­вого люфта, которую после каждого долбления заносят в суточ­ный рапорт и передают по вахте. Допустимая величина осевого люфта неодинакова для турбобуров различных типов (от 3 до 8 мм).

Не более чем через каждые два рейса в зависимости от условий бурения необходимо проверять и подкреплять машинными ключа­ми резьбы ниппеля и переводника.

По конструкции турбо­буры делятся на односекционные, многосекцион­ные, высокомоментные, редукторные, шпиндель­ные и укороченные.

Односекционные турбобуры Т12МЗ (рис. XIII.5) изготовляют диа­метрами 240, 212, 195 и 172 мм с числом ступеней 100-120, собранных в одном корпусе. Они снаб­жены резинометаллической пятой, расположен­ной в верхней части. Ре­зиновые подпятники вы­полняются либо прива­ренными к металличе­ским дискам, либо в виде сменных резиновых вкла­дышей.

Для ориентирован­ного искривления при бурении наклонных скважин применяют бо­лее короткие односекци­онные турбобуры с чис­лом ступеней 30-60.

Рис.5. Односекционный турбобур.

1-вал; 2-втулка ниппеля; 3-шпонка; 4-упорная; 5, 10, 11-регулировочные кольца, 6-ротор; 7-статор; 8, 9-радиальная опора; 12, 13-диск и кольцо пяты; 14-подпятник; 15-гайка ротора; 16-колпак; 17-контргайка; 18-корпус; 19-втулка; 20, 22-переводники; 21-ниппель.

Многосекционные тур­бобуры типа ТС (рис.6) состоят из двух и более последовательно соединенных между со­бой секций, каждая из которых собирается в от­дельном корпусе вместе со своим валом и имеет

100 и более ступеней. Валы секций соединяются конусно-шлицевыми муфтами при свинчивании корпусов секций. Свинчи­ваются секции в вертикальном положении на буровой над устьем скважины.

У секционного турбобура одна общая осевая опора распола­гается в нижней секции. Конструкция резинометаллической пяты такая, как и у односекционных турбобуров. Конструктивно нижняя секция отличается от односекционного турбобура тем,что корпус в верхней части снабжен переводником с конической резьбой, а на верхней части вала имеется соединительная полу­муфта. Положение роторов относительно статоров регулируется с помощью кольца, установленного между турбиной и осевой пятой.

Статоры в корпусе закрепляются с помощью ниппеля. У тур­бобуров ТС5Б-9", ЗТС5Б-9", ТС4А-5", ТС4А-4" ниппель имеет цилиндрическую резьбу. Секционные турбобуры других типов имеют коническую соедини­тельную резьбу. Для создания необходимого натяга для сжа­тия статоров применяют ре­гулировочные кольца.

В средних и верхних сек­циях турбобуров нет осевых пят. Положение вала с рото­рами относительно корпуса со статорами определяется регулировочнымкольцом,устанавливаемым между сое­динительным переводником и дисками статора.

Крепления статоров в кор­пусах верхней и средних сек­ций осуществляется затяжкой конического резьбового сое­динения через регулировочные кольца. В турбобурах ТС4А-5" И ТС4А-4" применяется ци­линдрическая резьба.

Рис. 7.Шпиндельный турбобур.

1-вал; 2-корпус;

3, 4-радиальные опоры;

5-подпятник; 6-диск пяты;

7, 8-гайка и контргайка;

9-нижняя полумуфта; 10-переводник.

Шпиндельный турбобур (рис.7) был разработан с целью уменьшения потерь бурового раствора через нижний подшипник – ниппель- при бурении с гидромониторными долотами, для которых необходимо большое давление раствора при выходе его из вала турбобура, для этого к нижней части турбобура присоединяется на резьбе отдельная секция- шпиндель, имеющая осевую пяту и ра­диальные подшипники, сконструированные так, чтобы снизить утечку раствора через зазоры между валом и подшипником корпуса.

Рис. 7 .Шпиндельный турбобур.

1-вал; 2-корпус; 3, 4-радиальные опоры; 5-подпятник; 6-диск пяты; 7, 8-гайка и контргайка; 9-нижняя полумуфта; 10-переводник.

Шпиндельные турбобуры изготовляют диаметрами 240, 195, 185, 172 и 164 мм. Шпиндель состоит из вала, укрепленного в корпусе на двух радиальных подшипниках. Для восприятия осевых нагрузок служит резинометаллическая пята, которая со­стоит из набора стальных дисков и резинометаллических под­шипников, чередующихся между собой. Корпус шпинделя при­соединяется к нижней турбинной секции через переводник, а вал через муфту так же, как секции соединяются между собой.

Турбобуры с предельными турбинами типа Л (рис.8) отличаются от ранее описанных тем, что их турбины имеют из­меняющуюся характеристику при постоянном расходе жидкости. Эти турбины сконструированы так, что перепад давления на турбине уменьшается в зависимости от нагрузки на долото и изменяющегося при этом тормозного момента. В них исполь­зованы так называемые высокоциркулятивные турбины, посто­янный перепад на которых поддерживается с помощью пере­пускного клапана, через который часть жидкости сбрасывается в затрубное пространство, минуя турбобур. Этим достигается стабильный режим работы турбины при переменном расходе жидкости.

Эти турбобуры отличаются от ранее описанных еще и тем, что в них вместо резинометаллических опор и подшипников применены шарикоподшипники. Пята этого турбобура располо­жена в нижней части и выполнена в виде десятирядного ша­рикоподшипника. Эти подшипники работают в среде бурового раствора, поэтому для предохранения подшипника от попада­ния в него крупных абразивных частиц установлены защитные сальники. Турбины расположены в верхней части с промежу­точными шариковыми радиальными подшипниками, через ко­торые протекает буровой раствор. Подшипники применяют без сепараторной конструкции.

Крепление турбин, корпусов и соединение валов аналогично описанным выше. Конечно, работоспособность шарикоподшип­ников в среде бурового раствора небольшая, так как происхо­дит их сильный абразивный износ.

Турбобуры типа А изготовляют диаметрами 240, 195 и 164 мм следующих шифров; А9К5Са, А7Н4С и А6КЗС с числом ступеней до 240. В нижней секции устанавливают ПОступеней, а остальные - в верхней.

Для улучшения условий работы долота и обеспечения повы­шенного крутящего момента при увеличении нагрузки на до­лото при бурении турбобуры типа А7Н могут использоваться с редукционным клапаном, устанавливаемым непосредственно над турбобуром или на некотором расстоянии от него.

Рис.8 .Турбобуры с предельными турбинами типа Л.

I, II- нижняя и верхняя секции; 1-вал; 2-упор; 3-ниппель;4-упорно-радиальный шарикоподшипник; 5-торцовый сальник; 6, 7-втулки; 8-ротор; 9-статор; 10-шаоиковые опоры; 11-гайки; 12-колпак; 13-контргайки; 14-полумуфты; 15-корпус; 16, 17-переводники.

Клапанная перепускная приставка (рис.9) имеет обрат­ный клапан, к которому пружиной прижата втулка. При умень­шении разности давления под клапаном и над клапаном втулка перемещается вниз и открывает боковое отверстие Л, сообщая внутреннюю полость труб с затрубным пространством. Если разности давлений нет, то втулка под действием нижней пру­жины поднимается вверх, перекрывает боковое отверстие, и весь буровой раствор поступает в турбобур.

Эти приставки могут работать при применении двигателей привода буровых насосов с регулируемой частотой вращения. В этом случае по мере торможения долота снижается перепад на турбине, а следовательно, и мощность. Двигатели насосав автоматически увеличивают частоту вращения и подачу насо­сов, что ведет к повышению крутящего момента, развиваемого турбобуром.

Рис.9.Клапанная перепускная приставка.

1-корпус;

3-поршень;

4-пружины;

5-переводник;

6-хвостовик;

В результате широкого внедрения турбинного бурения потребовалось создать турбобуры, способные удовлетворить всему многообразию условий строительства скважин и обеспечить дальнейший рост технико-экономических показателей бурения. Накопленный значительный опыт применения турбо­буров, изучение условий их эксплуатации и ремонта, а также конструктор­ские и исследовательские работы наряду с теоретической разработкой во­просов улучшения характеристики турбин, изучение влияния осевых зазоров на к. п. д. турбин и т. п. позволили создать нормальный ряд турбобуров, наиболее отвечающих повысившимся требованиям практики бурения.

Представляет собой гидравлическую турбину, приводимую в движение потоком промывочной жидкости. Основные детали: турбина, вал, опоры и корпус. Турбина – многоступенчатая, каждая ступень которой состоит из двух лопастных систем: неподвижной (статор) 2 и вращающейся (ротор) 1 см. рис. 1.

Рисунок 1. Ступень турбины турбобура. (1 – ротор; 2 – статор)

Многоступенчатость турбобура объясняется тем, что ограничены значения трех следующих факторов, от которых в прямой зависимости находится крутящий момент:

расход промывочной жидкости не может быть увеличен из – за возрастания давления в циркуляционной системе и на выкиде бурового насоса;

диаметр турбобура ограничен размером ствола скважины4

частота вращения вала турбины, задается режимом бурения применительно к типу используемых долот и не может быть произвольно увеличена.

Большое число ступеней турбины при её малом диаметре (100 – 250 мм0, малом расходе жидкости (до 50 л/с) и частоте вращения вала (60 – 900 об/мин) позволяет создать довольно высокий (до 4 кН*м) крутящий момент. В разных моделях турбобуров применяется от 100 до 350 ступеней (укороченные, предназначенные для бурения в искривленных участках скважины, 30 – 60 ступеней, например Т12М3К – 215 бывает с 30 и 55 ступенями). При большом числе ступеней значительно увеличивается длина турбобура. Такие турбобуры для удобства изготовления и монтажа выполняют многосекционными (две – три секции).

По направлению течения жидкости в лопастных системах турбобур относится к прямоточным турбинам. Как в статоре, так и в роторе жидкость движется вдоль оси турбины.

Принцип действия

В статоре поток жидкости подготовляется для работы в роторе: скорость увеличивается и изменяет направление (см рис. 1). В каналах ротора, лопасти которого наклонены в противоположном направлении, скорость восстанавливается по величине и направлению. Затем жидкость входит в следующую ступень, где процесс повторяется.

При изменении скорости в межлопаточных каналах (и соответствующего импульса потока) возникает сила, с которой поток действует на лопасти, суммируясь во всех ступенях в общий крутящий момент. Крутящий момент в статоре (реактивный) воспринимается корпусом турбобура, жестко связанным с бурильной колонной. Равный, но противоположно направленный крутящий момент (активный), действующий в роторе, через вал турбобура передается долоту.

Устройство односекционного турбобура

Устройство односекционного турбобура показано на рис. 2.

Рисунок 2. Односекционный турбобур

1 и 24 – переводники; 2 – втулка корпуса; 3 – корпус; 4 – контргайка; 5 – колпак; 6 – роторная гайка; 7 и 10 – диски пяты; 8 – подпятник; 9 – кольцо пяты; 11 и 18 – регулировочные кольца; 12 и 17 – уплотнительные кольца; 13 – статор; 14 – ротор; 15 – втулка средней опоры; 16 – средняя опора; 19 – упор; 20 – шпонка; 21 – втулка нижней опоры; 22 – ниппель; 23 – вал

Он состоит из деталей двух систем: вращающейся – ротора и неподвижной – статора. К ротору относится вал с насаженными на нем рабочими (турбинными) колесами, вращающимися частями опор и крепежными деталями. Систему статора составляют корпус с переводником, направляющие колеса, неподвижные части опор и ниппель. Крепление деталей на валу и в корпусе – силами трения, действующими по торцам деталей при затяжке резьбовых соединений роторной гайки и ниппеля. Ротор фиксируется относительно статора при помощи осевой и радиальной опор. Для регулировки взаимного положения лопастных систем ротора статора служит кольцо, расположенное между статором и подпятником.

Выходные параметры турбобура: мощность на валу, крутящий момент, перепад давления в турбобуре – существенно зависят от расхода промывочной жидкости Qи частоты вращения вала машиныn. Зависимость крутящего момента М, мощности на валу N, перепада давления ΔР и коэффициента полезного действия η от частоты вращения n представляет собой рабочую характеристику турбины турбобура (рис. 3)

Рисунок 3. Энергетическая характеристика турбины турбобура.

Режим работы, соответствующий максимальной мощности на валу турбины при постоянном расходе промывочной жидкости, называется экстремальным.

Поскольку при работе турбобура часть мощности затрачивается на преодоление трения в опорах, а иногда и между статорами и роторами, внешняя характеристика турбобура будет отличаться от рабочей характеристики турбины. Внешняя характеристика турбобура отражает зависимость мощности и крутящего момента от частоты вращения вала турбобура с учетом потерь в опорах.

Турбобур – забойный двигатель гидрадинамического принципа действия использующий Е К потока. Турбина турбобура представлена лопаточным аппаратом состоящим из подвижного ротора и неподвижного статора. Между лопатками непрерывно циркулирует поток жидкости, который и заставляет вращаться ротор вместе с валом.

Характеристика «Т – Д -З»

1 G Д +Р> R З – работает верхняя опора

2 G Д +Р< R З – работает нижняя опора

3 G Д +Р= R З – режим плавающей пяты

Определение момента затяжки деталей турбобура

M Р – момент трения в резьбе

М т – момент трения на торцевой поверхности

М ТОР – тормозной момент турбобура

d CP – средний диаметр резьбы

j - угол подъема

r - угол трения

S – шаг резьбы

F – коэффициент трения стали по стали (0,2);

b - половина угла при вершине резьбы (30 0).

Рабочие параметры турбин:

М кр =Qr(C 1и -С 2и);

С 1и, С 2и – скорость на входе и выходе.

N гидравл =Mw;

7. Назначение, условия работы и классификация буровых насосов. Современные конструкции.

БН предназначен для нагнетания бур.раствора в скважину.

Требования к БН:

1) возможность регулирования подачи в пределах, обеспечивающих эффективность промывки;

2) мощность БН должна быть достаточной для промывки скв. и работы забойного двигателя;

3) обеспечение минимально возможных инерционных нагрузок и пульсаций давления;

4) долговечность узлов и деталей;

5) защита элементов приводной части от промывочной жидкости и грязи;

6) удобство в обслуживании и возможность быстрой замены изнашиваемых деталей;

7) возможность транспортирования и перемещения в собранном виде;

8) экономичность и безопасность в работе.

Классификация БН:

1) по приводной мощности:

а) малой мощности до 200 кВт:

б) средней 200 – 400 кВт:

в) большой свыше 400 кВт;

2) по принципу действия при вытеснении жидкости:

а) одностороннего (простого) действия;

б) двухстороннего (двойного) действия;

3) по числу цилиндров насоса:

а) двухцилиндрового;

б) трехцилиндрового.

В качестве буровых насосов применяются горизонтальные, поршневые насосы с двумя цилиндрами двойного действия (дуплексы) и тремя цилиндрами простого действия (триплексы).

Поршни бывают цельными и сборными.

Приводная часть.

Угол м/у эксцентриком у дуплекса 90 0 , а у триплекса 120 0 .

Преимущества 3-х цил. Перед 2-х цил.

1. Лучшая гидр. хар-ка, обусловленная меньшей неравномерностью подачи.

2. Проще конструкция гидравлической части (отсутствуют уплотнения штока и пара клапанов).

3. Меньше масса насоса (у насосов большой мощности)

Недостатки :

1. Более сложная конструкция приводной части.

2. Увеличивается скорость перемещения поршня => а) повышается износ трущихся деталей, б) ухудшение гидравлической характеристики.

3. Необходимость установки подпорного насоса.

4. Необходимость смазывания поверхностей поршня и цилиндра (требует установки масляного насоса)

8 .Состав и схема расположения оборудования для очистки промывочной жидкости. Оценка эффективности работы.

Схема четырехступенчатой системы очистки бурового раствора.

Ступени очистки бур. раствора:

1. грубая очистка (сито)

2. тонкая очистка (основано на использовании центробежной силы) в два или три этапа (циклонные аппараты) на втором пескоотделители, на третьем илоотделители, на четвертом центрифуга.

Гидроциклон

В гидроциклон 1 бур раствор подается под давлением по питающей насадке 4. Наиболее крупные и тяжелые частицы отбрасываются при вращении центробежными силами во внешний поток раствора в пристенной зоне 2. Опускаясь по винтообразной траектории удаляются через шламовую насадку 3 в шламосборник. Восходящий поток очищенного бур раствора направляется по патрубку 5 в приемную емкость.

Оценить эффективность очистки бур раствора на каждой ступени можно при помощи следующих параметров: 1. Диаметр граничного зерна d; 2. Степень очистки:

;

где П ис – исходное кол-во г. п.; П о – очищенное кол-во.

9. Талевая система буровой установки. Состав и назначение отдельных узлов, конструкция элементов. Правила эксплуатации. Выбор талевого каната.

Талевая система буровых установок служит для преобразования вращательного движения барабана лебедки в поступательное перемещение крюка, на котором подвешена колонна, а также для уменьшения силы натяжения струн и конца каната, навиваемого на барабан лебедки, за счет увеличения скорости его

Турбобур (рис.2) представляет собой забойный гидравли­ческий агрегат с многоступенчатой гидравлической турбиной, приводимой в действие потоком бурового раствора, который закачивают в бурильную колонну с поверхности насосами.

Турбобур состоит из двух групп деталей: вращающихся и не вращающихся. Невращающуюся группу деталей составляют переводник 1, при помощи которого турбобур соединяется с бу­рильной колонной, цилиндрический корпус 2 с кольцами пяты 4, дисками статора 6, средней опорой и ниппелем 8. К вращаю­щейся группе деталей относится вал 3 с насаженными на нем дисками роторов 7 и пяты 5, закрепленными на валу при по­мощи шпонки, гайки и контргайки. Нижняя часть вала имеет отверстие внутри и боковые каналы для протока раствора к до­лоту и снабжено резьбой, которой через переводник присоеди­няется долото.

Турбина состоит из большого числа ступеней (100-350). Каждая ступень (Рис.3.) представляет собой два диска с лопатками: один диск - ротор - укреплен на валу турбобура, второй - статор. Лопатки статора и ротора расположены под углом друг к другу, вследствие чего поток жидкости, посту­пающий под углом из каналов статора на лопатки ротора, ме­няет свое направление и производит силовое воздействие на них. В результате этого создаются силы, стремящиеся повер­нуть закрепленный на валу ротор в одну сторону, а закреплен­ный в корпусе диск статора - в другую сторону. Далее поток раствора из каналов ротора вновь поступает на лопатки ста­тора ниже расположенной ступени, где вновь происходят изме­нение направления потока жидкости и подача его на лопатки ротора этой ступени. На роторе второй ступени также возни­кают силы, создающие активный крутящий момент, и т. д.

Рис.3. Ступень турбины турбобура.

А-внешний вид; Б-схема ступени; 1-статор; 2-ротор; 3-лопатки статора; 4-обод статора; 5-лопатки ротора.

Жидкость, поступающая в турбобур, про­ходит через все его ступени и подводится к В зависимости от требований бурения применяют турбобуры диаметром от 127 до 220 мм с числом ступеней от 25 до 350 и более. При большем числе ступеней для удобства перевозки и монтажа турбобур выполняется из отдельных секций (до че­тырех) длиной 6-10 м каждая, соединяемых между собой на буровой в один агрегат перед спуском в скважину.

Диски ротора и статора отливают из стали, ковкого чугуна или комбинируют из пластмассовых (капроновых, полипропиле­новых) венцов и стальных ступиц ротора и ободов статора. Профили лопаток статора и ротора обычно являются зеркальным отображением.

В турбобурах диаметром 170 мм и менее при­меняют безободные диски.

Ротор фиксируется в статоре посредством радиально-осевого и радиальных резинометаллических подшипников скольжения. В односекционных турбобурах и первых (нижних) секциях сек­ционных турбобуров используется различное расположениеопор.

Опора-пята, через которую передается осевая нагрузка от бурильной колонны долоту, в зависимости от конструкции рас­полагается в верхней или нижней частях турбобура. Резинометаллическая пята состоит из нескольких ступеней (рис.4). Каждая ступень имеет подпятник, который пред­ставляет собой металлический обод / с резиновой облицовкой 2, укрепляемый в корпусе, и стальной диск 3, сидящий на валутурбобура.

Рис. 4. Резинометаллическая пята.

Эластичная резиновая облицовка одного из элементов пяты или подшипника обеспечивает его работу при смазке буровым раствором и распределяет нагрузку по поверхности трения. Резинометаллические опоры турбобуров в зависимости от усло­вий эксплуатации имеют работоспособность в пределах 50-150 ч.

Пята, расположенная в верхней части турбобура, снабжа­ется каналами для протока раствора, а пята, расположенная в нижней части вала, не имеет каналов и служит лабиринтным уплотнением, препятствующим утечкам раствора в зазор между валом и ниппелем. При такой конструкции можно работать с некоторым перепадом давления в долотах без значительных утечек раствора через нижнее уплотнение. Валы верхних сек­ций имеют только радиальные опоры.

Ниппель, свинченный с корпусом турбобура, служит для зажатия дисков статора. Резиновая обкладка ниппеля является одновременно нижней радиальной опорой и сальником, уплот­няющим зазор между корпусом и валом турбобура.

Валы секций соединяются с помощью конусных фрикцион­ных или шлицевых муфт. Последний тип, более сложный в из­готовлении, приспособлен к условиям сильной вибрационной нагрузки при бурении крепких пород. Шлицы предназначены для предотвращения проворота муфты.

Активный крутящий момент, создаваемый каждым ротором, суммируется на валу, а реактивный момент, создаваемый на лопатках дис­ков статора, суммируется на корпусе турбобура. Эти оба мо­мента- активный и реактивный - равны по величине и про­тивоположны по направлению. Реактивный момент через кор­пус турбобура передается соединенной с ним бурильной ко­лонне, а активный - долоту.