Устройство и принцип работы турбобура. Характеристика «турбобур-долото-забой». Определение момента затяжки деталей.

Турбобур - забойный двигатель, приводимый в движение потоком промывочной жидкости, нагнетаемой в скважину буро­выми насосами. Турбобур вращает долото, а бурильные трубы при этом не вращаются.

Турбобур состоит из большого количества одинаковых гидра­влических ступеней. Каждая ступень состоит из не­подвижного колеса - статора с лопатками (направляющего ап­парата) и вращающегося с валом колеса - ротора с лопатками (рабочего колеса). Все колеса статора закреплены в корпусе, а колеса роторов на валу турбины.

Промывочная жидкость поступает сверху сначала в верхний статор, затем в верхний ротор, далее в следующий статор и, пройдя попеременно через все статоры и роторы, через специаль­ные отверстия вала и долота поступает на забой.

В статоре создается закрутка потока и увеличивается скорость жидкости. В роторе кинетическая энергия потока жидкости, закрученного в статоре, превращается в механическую энергию вращения вала.

Основные требования, предъявляемые к турбобуру, заклю­чаются в следующем.

1. Для получения высокой мощности и оптимального числа оборотов вала при относительно малых скоростях промывочной жидкости в межлопаточных каналах, во избежание быстрого износа, турбина должна выполняться многоступенчатой.

2. В целях унификации ступени турбины должны быть одина­ковыми.

3. Профили лопаток статоров и роторов должны быть одина­ковыми, но направленными в противоположные стороны (зеркаль­ное отображение).

1 - корпус; 2 - вал; 3 - статор; 4 - ротор; 5 - диск; 6 - подпятник; 7, 8, 9 - радиальные опоры (верхняя средняя нижняя); 10 - нипель; 11 - переводник корпуса; 12 - предохранительный переводник вала; 13 - полумуфта.

Наиболее распространенным турбобуром является Т12М3. Верхний конец его присоединяется на резьбе к нижнему концу колонны бурильных труб. На нижний конец турбобура навинчивают долото, приводимое турбобуром во вращение.

Промывочная жидкость, поступающая в верхнюю часть турбо­бура, движется через отверстия (окна) в дисках подпятников; часть ее проходит по смазочным канавкам резино­вой обкладки подпятников, смазывая и охлаждая их. Далее промывочная жидкость попадает в гидравлический двигатель - турбину, затем в нижнюю внутреннюю полость вала и после прохода промывочных отверстий долота на забой скважины. Турбина многоступенчатая. Количество ступеней 120. Каж­дая ступень состоит из неподвижного и вращающегося дисков - статора и ротора. Статоры закреплены в корпусе, а роторы на валу турбобура. Вся система статоров, подпятников и про­межуточных опор зажата в корпусе ниппелем со значительным осевым усилием; в результате на торцах этих деталей создаются силы трения, обеспечивающие неподвижность деталей относительно корпуса. Ниппель является также нижней радиальной опорой турбобура, поэтому внутренняя поверхность ниппеля покрыта резиной. На поверх­ности резины сделаны продольные канавки для охлаждения про­мывочной жидкостью поверхности трения. Внутри ниппеля вра­щается втулка, посаженная на вал турбобура.

Ниппель подвергается действию двух противоположных кру­тящих моментов, реактивного момента статора (последний вра­щается против часовой стрелки, а вал по направлению часовой стрелки) и момента сил трения в нижней резиновой опоре (по часовой стрелке). Так как первый значительно больше второго, то для предупреждения самоотвинчивания ниппеля направление резьбы должно быть правым.

Для уменьшения прогибов вала, устанавливают две средние опоры. Эти опоры, как и нижняя, покрыты резиной, имеющей канавки для промывки. Втулки средних опор и роторы турбины посажены на вал без шпонок.

Крепление роторов, передающих крутящий момент валу, а также вращающихся деталей подпятников (колец и дисков), втулки нижней опоры, упора и втулок средних опор производится роторной гайкой. Неподвижность этих деталей на валу обу­словлена силами трения на торцах, возникающими при затяжке роторной гайки. Единственной деталью, которая устанавливается на валу на маленькой шпонке, является упор, так как имеет окна, соответствующие окнам на валу турбо­бура.

Упор представляет собой втулку, устанавливаемую над втул­кой нижней опоры. Упор имеет шпоночную канавку и конический участок с окнами, совпадающими «по положению с окнами вала турбобура.

Во избежание самоотвинчивания роторной гайки, верхняя ее часть имеет снаружи коническую поверхность с шестью продольными прорезями. На коническую поверхность роторной гайки надевается колпак, затяги­ваемый контргайкой; что создает обжимающее усилие, заставляющее витки резьбы роторной гайки плотно прижаться к виткам резьбы вала. Положение контргайки фиксируется предохранительной шайбой.

Осевой разбег в собранном тур­бобуре, т. е. возможное перемещение вала с собранными на нем деталями относительно кор­пуса с зажатыми дисками статоров и подпятников; может равняться 0-2 мм.

Для присоединения турбобура к бурильной колонне служит переводник, который нижней частью присоединяется на цилин­дрической резьбе к корпусу турбобура, а верхним концом с замко­вой резьбой к колонне бурильных труб. Переводник, завинченный до упора в торец корпуса, образует внутри него ступеньку под посадку неподвижной системы деталей турбины. Дня присоединения к переводнику и ниппелю на концах корпуса имеются внутренние цилиндрические резьбы.

Основная нагрузка, воспринимаемая валом турбобура, может иметь направление как сверху вниз, так и снизу вверх. Усилие, направленное сверху вниз, определяется перепадом давления на турбине и собственным весом вала со всеми связанными с ним вра­щающимися деталями. Снизу вверх действует реакция забоя на долото, возникающая во время бурения и имеющая переменную величину.

Осевые усилия воспринимаются гребенчатой резиновой пятой, состоящей из 12 ступеней. Подпятник представляет собой сталь­ное кольцо Т-образного сечения, облицованное резиной на» двух параллельных и внутренней цилиндрической поверхностях. Резиновая обкладка снабжена радиальными и осевыми канавками, необходимыми для обильного смачивания (смазки) и охлаждения трущихся поверхностей глинистым раствором во время работы.

В наружной окружности подпятников имеются окна для про­хода основной части потока глинистого раствора. Подпятники устанавливают в корпусе турбобура и зажимают ниппелем вместе со статорами. Диски пяты изготовляют из качественных сталей. Их полированной поверхности придается высокая твердость.

Между верхним статором и нижним подпятником устанавли­вается регулировочное кольцо.

Вал турбобура является также валом турбины и рабочим шпинделем. Нижний конец его имеет коническую резьбу для присоединения к долоту. В нижней части 1вал имеет канал, соеди­няющийся при помощи трех окон, в которые входит глинистый раствор, с наружной поверхностью вала.

На валу имеется небольшая канавка под шпонку для упора. Втулки опор служат для предохранения вала от износа. На верхнем конце вала под роторную гайку нарезана левая цилин­дрическая резьба, что способствует ее самозатягиванию во время работы.