Принцип действия и устройство турбобура

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.

А) Б)

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.