Тема 5. Забойные двигатели. Классификация двигателей; принципиальная схема двигателя, рабочая характеристика, способы изменения рабочей характеристики

В основе бурения забойными двигателями лежит применение погружного двигателя. Гидравлическим погружным двигателем называют машину, которая преобразует энергию потока жидкости в механическую энергию, а электрическим погружным двигателем - электробур.

По принципу действия различают гидравлические двигатели объемного типа и гидродинамические двигатели.

Объемные двигатели действуют от гидростатического напора в результате наполнения жидкости рабочей камеры и перемещения вытеснителей. Объемные двигатели характеризуются тремя основными признаками:

а) наличие рабочих камер, которые периодический сообщаются со входом или выходом машины, причем жидкость наполняет каждую камеру или выталкивается из не;

б) изменением давления в рабочей камере от начального до конечного постепенно вследствие изменения объема камеры или скачкообразно в результате сообщения камеры с выходом;

в) несущественной зависимостью усилий на рабочих органах двигателя от скорости движения жидкости в камерах.

Гидродинамические двигатели (турбины) функционируют при изменение момента количества движения жидкости в рабочих органах машины. В этом типе гидравлических двигателей ведомое звено совершает вращательное движение. Гидродинамические двигатели характеризуются:

а) рабочие органы двигателя выполнены в виде лопаточного аппарата, состоящего из статора и ротора, обтекаемого жидкостью;

б) в каналах двигателя циркулирует непрерывный поток жидкости;

в) взаимодействие между лопаточным аппаратом и жидкостью носит гидродинамический характер.

В турбинном бурении наибольший крутящий момент обусловлен только сопротивлением породы вращению долота. В турбинном бурение коэффициент передачи мощности от источника энергии к долоту значительно выше, чем в роторном.

Турбобур - машина быстроходная. Поэтому большое значение имеют работы направленные на создание низкооборотных турбобуров, способные эффективно отрабатывать шарошечные долота.

Современный турбобур должен обеспечивать следующие характеристики и функции:

1. Достаточный крутящий момент при удельных расходах жидкости не более 0,07 л/с на 1 см2 площади забоя.

2. Устойчивую работу при частотах вращениях менее 7 с" для шарошечных и 7 - 10 с " для алмазных долот.

3. Максимально возможный КПД.

4. Обеспечение перепада давления на долоте не менее 7МПа.

5. Наработку на отказ не менее 300 ч.

6. Долговечность не менее 2000 ч.

7. Постоянство энергетической характеристики по меньшей мере до наработки на отказ.

8. Независимость энергетической характеристики от давления и температуры окружающей среды.

9. Возможность изменения реологических свойств бурового раствора в процессе долбления.

10.Возможность введения в буровой раствор различных наполнителей и

добавок.

11 .Возможность осуществления промывки ствола скважины без вращения долота.

12.Возможность проведения замеров траектории ствола скважины в

любой точке вплоть до долота без подъема бурильной колонны.

13. Стопорение выходного вала с корпусом в случае необходимости и

освобождения от стопорения.

14.Гашение вибрации бурильного инструмента.

15.Экономию проведенных затрат на 1 м проходки скважины по сравнению с альтернативными способами и средствами бурения. Понятно, что в одной конструкции все или большую часть этих требований воплотить очень сложно. В то же время целесообразно иметь возможно меньшее число типов турбобуров одинакового диаметра.

Дальнейшее совершенствование конструкций турбобура связано с появлением новых высокопроизводительных шарошечных долот с герметизированными маслонаполненными опорами. Для эффективной отработки этих долот требуются частоты вращения приблизительно 2,5-5 с" . Это привело к созданию ряда новых направлений в конструировании турбобуров: с системой гидродинамического торможения; многосекционных;

с высокоциркулярной турбиной и клапаном-регулятором расхода бурового раствора;

с системой демпфирования вибраций;

с разделенным потоком жидкости и полым валом;

с плавающей системой статора;

с тормозной приставкой гидромеханического типа;

с редукторной вставкой.