Техническая характеристика забойных двигателей

Характеристики	ТСШ-240	3ТСШ-195ТЛ	Д1-195
Наружный диаметр корпуса, м	0,240	0,195	0,195
Длина в сборе, м	23,3	25,7	6,5
Расход бурового раствора, м3/сек	0,032	0,040	0,025
Момент силы на выходном валу, Н · м в рабочем режиме в тормозном режиме	2500 5700	1750 3100	4500 10080
Частота вращения вала в рабочем режиме, об/мин	420	355	90
Перепад давления в рабочем режиме, МПа	5,0	3,0	4,0
КПД, % не менее	0,65	0,55	0,42
Наработка на отказ турбинной секции, ч	1200	400	180
Масса, кг	5980	4520	1080

3. Изучение конструкций забойных двигателей

В бурении на нефть и газ широкое при­менение нашли гидравлические забойные двигатели (ГЗД), приводящие долота во вра­щательное движение. С их помощью осуще­ствляется порядка 85 % всей проходки глубо­ких скважин в России. Немалый объем с ис­пользованием ГЗД осуществляется в ближ­нем и дальнем зарубежье.

Гидравлические забойные двигатели, по сравнению с другими, например, элект­рическими двигателями, оказались наибо­лее органичными в системе бурения сква­жин, где жидкость (буровой раствор), кроме носителя энергии, служит одновременно и для промывки забоя, и для выноса выбуренной породы, и для охлаждения долота, и для создания противодавления на пластовую жидкость, и для обеспечения устойчивости стенок скважины.

Создание гидравлического забойного привода, обеспечивающего эффективный процесс бурения, потребовало проведения большого объема научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. В резуль­тате этих работ появились турбобуры и вин­товые объемные двигатели, являющиеся эф­фективным буровым инструментом в совре­менном бурении.

3.1. Турбобуры

Практически осуществить турбинный привод долота при бурении удалось в 1923 г. М.А. Капелюшникову. Это был одноступен­чатый редукторный турбобур (рис. 1).

Рис. 1. Схема первого турбобура Капелюшникова

В 1932-1934 г.г. П.П. Шумилов предло­жил конструкцию редукторного турбобура с многоступенчатой турбиной, что позволило существенно облегчить условия работы тур­бины за счет снижения скорости жидкости в ее межлопаточных каналах.

В 1934-1936 г.г., развивая идею много­ступенчатой турбины, на ее базе был разрабо­тан и успешно испытан безредукторный тур­бобур. Эта работа под руководством П.П. Шу­милова была выполнена инженерами Р.А. Иоаннесяном, Э.И. Тагиевым и М.Т. Гусманом.

Гидравлические двигатели, в которых используется кинетиче­ская или скоростная энергия потока жидкости, называют турби­нами. В турбинах работа совершается главным образом в резуль­тате изменения количества движения жидкости.

В турбобурах применяют многоступенчатые осевые турбины лопастного типа. На рис. 2 схематично изображена одна сту­пень турбины турбобура, состоящая из статора и ротора.

Рис. 2. Схема ступени турбины турбобура:

1 – лопатка статора; 2 – лопатка ротора

Рис. 3. Турбобур секционный шпиндель­ный унифицированный типа ЗТСШ1:

1 – переводник к бу­рильным трубам; 2 – секция турбинная; 3 – секция шпиндельная; 4 – переводник вала

Рис. 4. Схема турбобура секционного шпиндельного А7Ш с наклонной линией давления:

а – секция турбинная; б – секция шпиндельная; 1 – переводник к бурильным трубам; 2 – верхняя полумуфта; 3 – статор; 4 - ротор; 5 – опора радиальная; 6 – вал; 7 – корпус; 8 – переводник нижний; 9 – полумуфта нижняя; 10 – перевод­ник верхний шпинделя; 11 – полумуфта шпинделя; 12 – опора радиальная; 13 – ­опора осевая шариковая; 14 – ниппель шпинделя; 15 – вал шпинделя; 16 – пере­водник нижний к долоту

Короткий редукторный турбобур (рис. 5) предна­значен для бурения наклон­ных и горизонтальных сква­жин различного назначения. В отличие от существующих турбобуров в нем применена специальная высокоскорост­ная турбина 3 с планетарной передачей 1 с передаточным отношением 1/6, что позволя­ет за счет редуцирования оборотов и мощности много­кратно снизить длину тур­бинной секции по сравнению с современными турбобурами. При этом все опорные узлы вала работают в масляной среде. Маслозащита работает исключительно надежно бла­годаря созданию постоянного перепада давления с помощью масляного насоса 2 на вра­щающиеся уплотнения" валов 4.

Рис. 5. Схема короткого редукторного турбобура

Рис. 6. Турбобур с маслонаполненным редуктором-вставкой:

I – турбинная секция (или модуль винтового двигателя); II, IV – узел опорный; III – редуктор-вставка; V – долото; 1 – входной вал; 2 – планетарная передача; 3 – корпус редуктора; 4 – вал выходной; а – раствор буровой; б - масло