Забойные гидравлические двигатели
В настоящее время отечественными машиностроительными заводами выпускаются четыре вида гидравлических забойных двигателей:
- турбинные забойные двигатели (турбобуры) различного конструктивного исполнения (Т);
- винтовые забойные двигатели типа Д (ВЗД);
- турбинно-винтовые забойные двигатели (ТВЗД).
- агрегаты РТБ (реактивно-турбинные буры и роторно-турбинные буры), комплектуемые серийными турбинными или винтовыми забойными двигателями.
Основным разработчиком забойных гидравлических двигателей является ОАО НПО "Буровая техника" – ВНИИБТ. В связи с постоянным совершенствованием конструкций и улучшением технологии изготовления забойных двигателей приводимые
характеристики могут незначительно отличаться. Заводами изготавливаются следующие основные типы гидравлических забойных двигателей:
1.Турбинные забойные двигатели (турбобуры) (Т):
- односекционные бесшпиндельные типа Т12;
- односекционные бесшпиндельные унифицированные типа ТУ-К;
- секционные бесшпиндельные типа ТС;
- секционные шпиндельные унифицированные типа ТСШ1; 2Т-К; ЗТ-К;
- секционные шпиндельные для бурения алмазными долотами типа ТСША;
- секционные шпиндельные с наклонной линией давления, со ступенями гидродинамического торможения типа АГТШ;
- с плавающими статорами типа ТПС;
- редукторные типа ТР;
- турбинные отклонители типа ТО;
- турбобуры-отклонители с независимой подвеской валов турбинной секции типа ТО2;
- шпиндель-отклонитель типа ШО1;
- для отбора образцов пород (керна) — колонковые трубодолота типа КТД;
- керноприемное устройство типа УКТ.
2. Винтовые забойные двигатели (ВЗД):
- односекционные типа Д, Д1;
- секционные типа ДС, ДЗ;
- секционные с полым ротором, с торсионом типа Д2, ДГ.
3. Турбинно-винтовые забойные двигатели (ТВЗД):
- модульные турбинно-винтовые низкооборотные двигатели типа ТНВ;
- универсальные типа ТПС-У; - унифицированные модульные типа 2ТУ-КД.
4. Роторно-турбинные и реактивно-турбинные буры типа РТБ:
- роторно-турбинные буры типа IРТБ ;
- реактивно-турбинные буры типа IIРТБ,
Турбинные забойные двигатели (турбобуры) выпускаются с турбинами:
- металлическими цельнолитыми (отливка в земляные формы);
- металлическими, составными точного литья (ТЛ);
- пластмассовыми, составными (металлические ступицы и пластмассовые проточные части);
с опорами:
- скольжения (резинометаллическими);
- качения (шаровыми, в т. ч. как с уплотнениями, так и без них - проточные).
Турбобуры
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:
1) расход промывочной жидкости не может быть увеличен из – за возрастания давления в циркуляционной системе и на выкиде бурового насоса;
2) диаметр турбобура ограничен размером ствола скважины4
3) 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.