Турбинный способ бурения. Многоступенчатые турбобуры

03.11.2013 | Автор: admin

Турбобур — забойный гидравлический двигатель, предназначенный для бурения скважин в различных геологических условиях. В рабочих колесах турбобура гидравлическая энергия бурового раствора, движущегося под давлением, превращается в механическую энергию вращающегося вала, связанного с долотом.

Основная часть турбобура — турбина (рис. 8.1), состоящая из большого числа (более сотни) совершенно одинаковых ступеней. Каждая ступень турбины, в свою очередь, состоит из двух частей:

Рис. 8.1. Действие турбины:

I — статор; 2 — лопатки ротора; 3 — лопатки статора; 4 — обод статора; 5 — обод * ротора; 6 — кольцо ротора: Рх — сила, действующая на лопатку статора; Р2 — сила, действующая на лопатку ротора

вращающейся, соединенной с валом турбобура и называемой ро — ‘ тором, и неподвижной, закрепленной в корпусе турбобура и на — | зываемой статором.

Во время бурения турбобуром частота вращения долота непре — 5 рывно меняется в зависимости от нагрузки на забой и крепости проходимых пород. !

Зависимость между крутящим моментом, приложенным к долоту, и скоростью вращения вала турбобура обратно пропорцио — нальна: чем больше нагрузка на долото, тем меньше скорость вращения вала, и наоборот, уменьшение нагрузки ведет к увеличе-‘ нию скорости вращения.

Различные условия, в которых работают турбобуры, привели к • необходимости создания нескольких конструктивных разновидностей турбобуров.

Номенклатура и основные параметры серийно выпускаемых турбобуров регламентированы требованиями ГОСТ 26673—85 «Тур — бобуры. Основные параметры и размеры».

Номенклатура, основные параметры, комплектность и технологические требования винтовых забойных двигателей регламентированы ТУ 366425-00147074-001-98 «Двигатели винтовые! забойные» и СТП ВНИИБТ 1018-99 «Двигатели винтовые забойные».

В настоящее время отечественными машиностроительными заводами выпускаются гидравлические забойные двигатели четырех видов:

. турбинные забойные двигатели (турбобуры) различного конструктивного исполнения типов Т и А;

. редукторные турбинные забойные двигатели типа ТР (турбобуры редукторные);

. винтовые забойные двигатели типа Д;

. турбинно-винтовые забойные двигатели типа ТВД.

Каждый типоразмер турбобура, винтового и турбинно-винтового двигателей имеет свои характерные конструктивные особенности, отличается размерами и комплектацией, которые приводятся в паспортах, технических описаниях и инструкциях по сборке и эксплуатации, поставляемых заводами-изготовителями потребителям в комплекте с изделиями.

Отечественной промышленностью освоено производство турбобуров следующих типов:

1) односекционные:

. бесшпиндельные типа Т12;

• бесшпиндельные унифицированные типа ТУ-К;

. со вставным шпинделем типа ТВШ;

• с независимым креплением роторов типа ТНК;

• для бурения скважин большого диаметра типа ТБД$

2) секционные:

• бесшпиндельные типа ТС;

• шпиндельные типа ТСШ;

• шпиндельные унифицированные типов ТСШ1, 2Т-К и ЗТ-К;

• шпиндельные типов ТСША и ТДШ для бурения алмазными долотами;

• шпиндельные типа АШ с наклонной линией давления;

• шпиндельные типа АГТШ со ступенями гидродинамического торможения;

3) с плавающими статорами типа ТПС;

4) с независимой подвеской валов секций типа ТНБ;

5) термостойкие турбобуры типа ТТА для скважин с температурой до 240 °С;

6) редукторные турбобуры типов ТР, ТРМ и ТСМ;,

7) малогабаритные турбобуры типов ТГ, ТШ и ТВ 1 для бурения и ремонта скважин;

8) турбинные отклонители типа ТО;

9) турбобуры-отклонители с независимой подвеской валов турбинных секций типа Т02 для бурения боковых стволов из старых скважин;

Ю) шпиндель-отклонитель типа Ш01;

11) турбодолота колонковые типа КТД для отбора керна;

Показа тели	ТІ2МЗЕ- 172	ТІ2МЗБ-1 195	ТІ2РТ- 240	А6Ш I	Т ПС — 172	ЗТСШ1 — 172	А7ГТШ	ЗТС111- 195	ЗТСШ- І95ТЛ	А9ГТШ	ЗТСШ1- 240
Бурение верхних интервалов скважин и шахтных ствол он агрегатами РТБ	Бурение вертикальных и наклонно направленных нефтяных и газовых скважин	Бурение вертикальных и наклонно направленных нефтаных и газовых скважин
Наружный диаметр корпуса, мм	172	195	240	164	172	172	195	195	195	240	240
Предельное отклонение, мм	-1,0	-1,15	-1,15	-1,0	-1,0	-1,0	-1,15	-1,15	-1,15	-1,15	-1,15
Длина, мм (предельное отклонение ±2%)	7940	8060	8210	17 250	26 250	25 400	24 950	25 700	25 700	23 290	23 225
Число секций, всего	!	1	1	3	4	4	4	4	4	4	4
В том числе: турбинных	1	1	1	2	3	3	-*	3	3	—	3
с турбинами и решетками гидродинамического торможения							3			3
1 шпиндельных	—	—	— —	1	1	1	1	1	1	1	_и

/ Число ступеней в 1 турбобуре: I турбин	106	105	104	212	426	336	228	330	318	210	315
решеток гидродинамического торможения (предельное отклонение ±2%)							114			99
Присоединительная резьба по ГОСТ 5286: к бурильной колонне	3-147	3-147	3-189	3-121	3-121	3-121	3-147	3-147	3-І47	3-171	3-171
к долоту	3-117	3-117	3-171	3-117	3-117	3-171	3-117	3-117	3-І 17	3-152	3-152
Расход жидкости плотностью 10* кг/м3 (вода) (?, л/с (предельное отклонение ±5%)	28	45	55	20	25	25	30	30	40	45	32
Момент силы на выходном валу, Н м: на тормозном режиме, Мл	1373	2 120	4 099	1 125	3 394	2 344	3 660	2215	2 960	3900	5 300

Показа тель	Т12МЗЕ- 172	ТІ2МЗБ- !95	ТІ2РТ- 240	А6Ш	тпс- 172	ЗТСШІ- 172	А7ГТШ	ЗТС111- 195	ЗТСШ- І95ТЛ	А9ГТШ	ЗТСШ1- 240
Бурение верхних интервалов скважин и шахтных стволов	Бурение вертикальных и наклонно направленных нефтяных и газовых	Бурение вертикальных и наклонно направленных нефтяных и газовых
	агрегатами РТБ		скважин			скважин
на рабочем ре	687	1 060	2049	563	1 570	1 172	1 800	1 061	1 480	1 950	2 650
жиме, Л/р (пре
дельное отк
лонение ±5%)
Частота враще
ния выходного
вала, об/мин: на режиме хо	1 400	1 200	1 170	940	800	1 000	800	620	650	530	890
лостого хода,
на рабочем ре	700	580	690	400	400	560	350	385	320	250	445
жиме, Яр
Перепад давления, МПа: на режиме хо	2,75	2,1	6,6	4,9	3,5	7,6	* 11,5	4,8	3,6	9,7	4,0
лостого хода,
АРх
на рабочем ре	3,5	2,9	8,1	4,2	4,8	9,1	10,5	5,3	4,0	8,4	5,5
жиме, Дрр
1 на тормозном	3,2	2,6	7,3	3,4	4,6	8,4	8,5	5,1	3,3	7,2	4,9
\| режиме, &р,	1	1									_______

КПД, %, не менее	50	50	69	38	55	39	26	50	40 1	31	61 \|
Масса т, кг, не более	I 057	і 440	800	2 095	3 325	3 530	4425	4 790	4 325	6 125	5 975 1
Назначенный ресурс, ч, не менее	800	800	800	800	900	800	800	800	900	800	900
Установленный срок службы, лет, не менее	3	3	3	3	3	3	3	3	3	3	3
Установленная безотказная наработка, ч, не менее: турбинной секции	30	30	30	240	300	200	240	240	240	240	200
шпиндельной секции	—	—	—	60	150	55	70	80	80	60	60

Показатели	ТІ2 МЗЕ- 172	ТІ2 МЗБ- 195	Т12 МЗБ- 240	Т12Р Т-240	ТВШ- 240	ТНК- 240
Наружный диаметр корпуса, мм	172	195	240	240	240	240
Длина, мм	7940	8060	8180	8210	8210	8 500
Масса, кг, не более	1 057	1 440	2 030	2017	2017	2 200
Число секций, всего	1	1	1	I	1	1
В том числе: турбинных	1	1	1	1	1	1
с турбинами и решетками гидродинамического торможения				♦
шпиндельных	—	—	—	—	1	1
Число ступеней в турбобуре, в том числе: турбин	106	105	104	104	89	100
решеток гидродинамического торможения
Число осевых опор: в турбинной секции	13	18	18	12	12	12
в шпиндельной секции	—	—	—	—	—	—
Присоединительная резьба (ГОСТ 5286): к бурильной колонне	3-147	3-147	3-171	3-189	3-189	3-189
к долоту	3-117	3-117	3-152	3-171	3-171	3-171
Расход жидкости (воды), л/с	25 …28	30…45	50…55	50…55	50	44
Число радиальных опор: в турбинной секции	2	2	2	2	3	—

ТУ- 240К	2ТУ- 240К	ТС4А- 104,5	ТС4А- 127	ТС5Е- 172	ТС5Б- 195	ТС5Б- 240	ЗТС5Б- 240	зтсш- 172
240	240	104,5	127	172	195	240	240	172
8400	15 800	12 775	13 635	15 340	14035	15 030	21 715	25 270
2470	—	630	1 090	2 150	2 425	3 730	5 827	5 385
!	2	3	3	2	2	2	3	4
1	2	3	3	2	2	2	3	3
—1	■*“				—			" ‘
	__			__		,	_	1
107	243	212	240	212	177	210	316	327
—	—	—	—	—	—	—	—	—

—	—	20	15	18	25	18	—	—
—		—	—		—	—	—	25
3-171	‘5-171	3-76	3-101	3-121	3-147	3-171	3-171	3-121
3-152	3-152	3-76	3-88	3-121	3-121	3-147	3-147	3-121
45 …55	35… 45	8…9	12…13	20… 22	25… 28	38…40	36… 38	18…20
—	—	3/1/3	з/1/з	4/2	3/2	3/2	—	4

Показатели	Т12 МЗЕ- 172	ТІ2 МЗБ- 195	ТІ2 МЗБ- 240	ТІ2Р Т-240	ТВШ- 240	ТНК- 240
в шпиндельной секции	—	—	—	—	—	—
Момент силы на выходном валу, Н • м: на тормозном режиме	1 100 1 373	1 700 2 120	4 000 4 800	4 000 5 100	3 280	4 240
на рабочем режиме	550 687	850 1 060	2000 2 400	2000 2 550	1 650	2 120
Частота вращения выходного шиш, об/мин: в режиме холостого хода	1 250 1400	1 200 1 320	1320 1450	1 3 зб 1 530	1 330	1070
в рабочем режиме	625 700	580 660	660 725	660 760	665	370
Перепад давления, МПа: в режиме ХОЛОСТО’ го хода	2,75	2,1	4,0	3,8	—	—
в рабочем режиме	3,5	2,9	4,5	5,4	3,5	4,1
КПД, %, не менее	50	50	—	69	69	—

Показатели	ЗТСШ- 195	зтсш- 195ТЛ	зтсш- 240	ЗТСШІ- 172	ЗТСШІ- 195	ЗТС1Ш- 195ТЛ
Наружный диаметр корпуса, мм	195	195	240	172	195	195
Длина, мм	23 550	26 110	23 550	25 400	25 700	25 700
Масса, кг, не более	4 470	4410	5 980	3 530	4 740	4 325 .
Число секций, всего	4	4	4	4	4	4
В том числе: турбинных	3	3	3	3	3	3
с турбинами и решетками гидродинамического торможения
шпиндельных	1	I	1	1	1	!

ТУ*	2ТУ-	ТС4А-	ТС4А-	ТС5Е-	ТС5Б-	ТС5Б-	ЗТС5Б-	3TCLU-
240К	240К	104,5	127	172	195	240	240	172
—	—	—	—	—	—	—	—	2
3 360	4 530	300	700	1 420	2000	4 600		1 760
5 020	7500	400	800	1 680	2 600	5 200	—	2 180
1 680	2 270	150	350	710	1 ООО	2 300	3060	880
2510	3 750	200	400	840	1 300	2600	3410	1 090
1 130	875	1740	1300	1 ООО	1 100	1 000		900
1 380	I 130	I960	1650	1 100	1 230	1050	—	1 000
565	440	870	740	500	550	500	480	690
690	565	980	800	550	620	980	500	740
4,1	4,8	4,5	5,0	3,5	4,0	4,5	6,5	4,3
6,1	7,9	5,5	6,0	4,5	5,0	5,0	7,2	5,4
63	—	—	—	—	—	—	—	—

зтс Ш1-240	ЗТ105К	2TI95K	ЗТ195К	ЗТСША- 195ТЛ	А6Ш	А7Ш	A9LLI	А7Ш2
240	105	195	195	195	164	195	240	195
23 825	12 700	18170	25 850	25 870	16800	17600	16550	17425
6 200	578	3 225	4 500	4 750	2065	3 135	4405	3 200
4	4	3	3	4	3	3	3	3
3	3	2	3	3	2	2	2	2
—						—
1	1	1	1	1	1	1	1	1

Показатели	ЗТСШ- 195	ЗТСШ- 195ТЛ	ЗТСШ- 240	ЗТСШ1- 172	ЗТСШ1- 195	ЗТСШІ- І95ТЛ
Число ступеней в турбобуре, в том числе: турбин	285	327	318	336	306	318
решеток гидродинамического торможения
Число осевых опор: в турбинной секции	—	—	—	3	3	3
в шпиндельной секции	25	25	25	25	25	25
Число радиальных опор: в турбинной секции	3	4	3	4	г 4	4
в шпиндельной секции	2	2	2	2	2	2
П рисоеди 11 ител ьная резьба (ГОСТ 5286): к бурильной колонне	3-147	3-147	3-171	3-121	3-і 47	3-147
к долоту	3-121	3-121	3-147	3-І 17	3-І 17	3-117
Расход жидкости (воды), л/с	22…24	40…45	32…34	20…25	30…35	40…45
Момент силы на выходном валу, Н м: на тормозном режиме	2 600 3 100	3 600 4600	5 000 5 700	2 000 3 200	2 600 3 600	2600 3600
на рабочем режиме	1 300 1 550	1 800 2 300	2500 2 850	і 000 1 600	1 300 1 800	1 300 1 800
Частота вращения выходного вала, об/мин: в режиме холостого хода	970 1 060	690 780	840 900	1 010 1 260	800 935	800 940
в рабочем режиме	725 770	350 390	420 450	500 630	400 480	400 460

зтс Ш1-240	ЗТ105К	2TI95K	3TI95K	ЗТСША- І95ТЛ	А6Ш	А7Ш	А9Ш	А7Ш2
300	303	330	495	327	212	232	210	210

3	—	—	—	3	1		—	1
1	10	25	25	25	1	1	1	25
3	—	—	—	4	4	5	4	4
2	—	—	—	2	2	2	2	2
3-171	3-88	3-147	3-147	3-147	3-121	3-147	3-171	3-147
3-152	3-76	3-117	3-117	3-117	3-117	3-117	3-152	3-117
40…45	8… 12	30…32	26…30	24…30	20…25	30	45	30
3 500		340	3 800	4 140	1 360	3 800	6 200
4 400	—	760	4 320	5510	2 160	—	—	—
1 750	1 500	170	1 900	2 070	680	1 900	3 100	1 680
2 200	1 900	381	2 160	2 755	1 200	—	—	—
	1 270	960	730	1 180	1060	1 200	1 100
—	1 920	I 020	960	1 450	1 330	—	—	—
195	640	480	410	580	485	520	420	520
220	960	510	480	730	550	—	—	—

Показатели	Т12МЗЕ- 172	Т12МЗБ- 195	Т12МЗБ- 240	Т12РТ- 240	твш- 240	ТНК-240
Перепад давления, МПа: в режиме холостого хода		5,0	3,0	5,0		6,0	3,5	3,5
в рабочем режиме		6,0	4,0	5,5		9,5	5,0	5,0
КПД, %, не менее	—	—	—	50	50	40

Показатели	А9Ш2	А6ГТШ	А7ГТШ	А9ГТШ	ТПС- 105	ТПС-172
Наружный диаметр корпуса, мм	240	164	195	240	105	172
Длина, мм	15 675	24430	24 950	23 290	15 600	26 250
Масса, кг, не более	4 405	2 908	4422	6 155	756	3 325
Число секций, всего		3	4	4		4	4	4
В гом числе: турбинных		2	2	2		2	3	3
с турбинами и решетками гидродинамического торможения
шпиндельных		1	1	1		1	1	1
Число ступеней в турбобуре, в том числе: турбин		186	252	232		210	414	426
решеток гидродинамического торможения				146		130
Число осевых опор: в турбинной секции		1	1			—	—	—
в шпиндельной секции		1	1	1		1	25	25

ТУ240К	2ТУ 240К	ТС4А- 104,5	ТС4А- 127	ТС5Е- 172	ТС5Б- 195	ТС5Б- 240	ЗТС5Б 240	зтсш- 172
2,0	4,5	6,3	7,3	6,5	5,5	8,2	6,8	7,2
2,5	10,2	7,1	9,8	10,5	4,3	—	—	—
69	35	55	55	—	38	—	—	—

тпс- 172У	тсш- 1М1- 195	тпс- 195М	ТО- 172	ТО- 195	то- 240	Т02- 172	тог- 195	Т02- 240	ТР2Ш- 195ТО
172	195	195	172	195	240	172	195	240	195
18300	25 800	18400	10745	9 660	10310	9715	ЮНО	Ш 170	10360
2 220	4 200	3 085	I 500	1 685	2 484	1 363	1 848	2 393	1 760
2	4	3	2	2	2	2	2	2	2
1	3	2	1	1	1	1	1	1	1
1	1	1	1	I	1	1	1	1
374	444	296	109	95	106		105	93	52

25	25	25	16	16	16		1 1	1 1	1 1
__

Показатели	А9Ш2	А6ГТШ	А7ГТШ	А9ГТШ	ТПС- 105	ТПС-172
Число радиальных опор: в турбинной секции	4	4	5	4	9	12
в шпиндельной секции	2	2	2	2	2	2
Присоединительная резьба (ГОСТ 5286): к бурильной колонне	3-171	3-121	3-147	3-171	3-88	3-122
к долоту	3-152	3-117	3-177	3-152	3-76	3-117
Расход жидкости (воды), л/с	45	20	30	" ? 45′	8… 12	25
Момент силы на выходном валу, Н • м: на тормозном режиме	—	1 710	3 800	6 200	293 652	3 580
на рабочем режиме	2 700	1 020	1 900	3 100	147 326	1790
Частота вращения выходного вала, об/мин: в режиме холостого хода	—	—	—	—	—	870 1
в рабочем режиме	420	325	300	325	_	530 1
Перепад давления, МПа: в режиме холостого хода	6,0	4,7	7,2	5,8	—	I 4,6 1
в рабочем режиме	—	—	—	—	—	6,3 J
КПД, %, не менее	—	—	29	31	—	55 \|

12) керноотборное устройство типа У КТ.

В табл. 8.1 приведены технические характеристики грубоб) по ГОСТ 26673—85, предназначенных для бурения вертикальні и наклонно направленных скважин.

тпс- 172У	тсш- 1М1- 195	тпс- 195М	ТО- 172	ТО- 195	то- 240	Т02- 172	тог- 195	Т02- 240	ТР2Ш- 195ТО
8	12	8	4	3	3	—	4	3	6
2	2	2	1	1	1	—	2	2	2
3-122	3-147	3-147	3-147	3-147	3-171	3-147	3-171	3-171	3-147
3-117	3-117	3-1 17	3-117	3-117	3-152	3-147	3-117	3-152	3-117
25	28	32	24…26	30…35	50…55	28	30	45	50…55
3400	3 575	3 115	1 300	1 620	4 080
—		—	1 540	2 180	4090	—	—	—	—
1 700	1 790	1 560	650	810	2 040	785	870	1 370	900
	—	—	770	1 090	2 450	—	—	—	1 300
740	690	790	730	1 340	1 320	1 320
—	—	—	960	1 450	1 540	1 450	—	—	—
370	350	400	410	670	660	660	515	420	320
—	—	—	480	715	780	725	—	—	340
6.5	4,0	3,5	3,8	3,3	4,1	—	—	—	3,3
7.0	4,4	3,8	4,4	4,3	4,6	3,9	3,6	3,0	4,3
—	—	—	—	—	—	—	—	—	—

Турбинные забойные двигатели выпускаются с турбинами:

• металлическими цельнолитыми отливкой в землю;

• металлическими составными точного литья (ТЛ);

• пластмассовыми составными, в которых металлические ступицы и пластмассовые проточные части.

Опоры турбобуров — скольжения (разнометаллические проточные) и качения (шаровые), в том числе проточные и непроточные с уплотнением различной конструкции.

В соответствии с требованиями ГОСТ 26673—85 предусмотрено изготовление турбобуров одно-, двух — и трехсекционных, шпиндельных и бесшпиндельных, с наружными диаметрами 172, 195 и 240 мм, предназначенных как для бурения вертикальных и наклонно направленных скважин, так и для комплектования реактивно-турбинных и роторно-турбинных буров типа РТБ.

За годы, прошедшие после принятия ГОСТ 26673—85, в конструкцию турбобуров внесено много усовершенствований и разработано значительное число новых типов и конструкций турбобуров (табл. 8.2).

Рубрика: Справочник бурильщика