Турбобуры. Назначение, типы, конструктивные особенности.

В турбинном бурении наибольший крутящий момент обусловлен только сопротивлением породы вращению долота (труб и механизмов между долотом и турбобуром в случае их установки). Максимальный крутящий момент в трубах, определяемый расчетом турбины (значением её тормозного момента) не зависит от глубины скважины, скорости вращения долота, осевой нагрузки на долото и механических свойств проходимых горных пород.

Практика применения турбобуров показывает, что стойкость труб при этом способе бурения примерно в 10 раз превышает стойкость труб в роторном бурении. В турбинном бурении коэффициент передачи мощности от источника энергии к долоту значительно выше, чем в роторном.

Современный турбобур должен обеспечивать следующие характеристики и функции:

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

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

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

4. Наработку на отказ не менее 300 ч.

5. Долговечность не менее 2000 ч.

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

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

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

9. Возможность введения в буровой раствор различных наполнителей и добавок.

10. Возможность осуществления промывки ствола скважины без вращения долота.

11. Возможность проведения замеров траектории ствола скважины в любой точке вплоть до долота без подъема бурильной колонны.

12. Стопорение выходного вала с корпусом в случае необходимости и освобождение от стопорения.

13. Гашение вибраций бурильного инструмента

14. Экономию проведённых затрат на 1 м проходки скважины по сравнению с альтернативными способами и средствами бурения.

Целесообразно иметь возможно меньшее количество типов турбобуров одинакового диаметра. В начале 50-х годов в связи с возрастанием глубин скважин стали стремиться к увеличению числа ступеней турбины для снижения частот вращения долот. Появились секционные турбобуры, состоящие из двух-трёх секций, собираемых непосредственно на буровой. Секции свинчивались с помощью конической резьбы, а их валы соединялись сначала конусными, а затем конусно-шлицевыми муфтами. Осевая опора секционного турбобура устанавливалась в нижней секции. В дальнейшем с целью упрощения эксплуатации турбобуров осевая опора была вынесена в отдельную секцию - шпиндель. Это усовершенствование позволило производить смену на буровой наиболее быстроизнашиваемого узла турбобура - его опоры.

Резинометаллическая пята, хорошо работающая при использовании в качестве бурового раствора воды или буровых (глинистых) растворов с относительно низким содержанием твердой фазы, а также при невысоких значениях перепада давления на долоте, в случае применения утяжеленных или сильно загрязненных буровых растворов существенно искажала выходную характеристику турбобура, что снижало эффективность способа бурения, поэтому в конце 50-х годов были начаты интенсивные исследования по разработке опоры качения турбобура.

В начале 60-х годов Р.А. Ионнесяном и соавторами была создана упорно-радиальная шаровая опора турбобура серии 128 000, представляющая собой многоступенчатый шарикоподшипник двухстороннего действия.

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, что привело к созданию ряда новых направлений в конструировании турбобуров:

· с системой гидродинамического торможения;

· многосекционных;

· с высокоциркулятивной 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 приставкой.

Существует следующие виды турбобуров:

- Секционные унифицированные шпиндельные турбобуры

- Высокомоментные турбобуры с системой гидроторможения

- Многосекционные турбобуры

- Турбобур с независимой подвеской

- Турбобур с плавающим статором

- Турбобур с редуктором-вставкой

 

Появились также гидравлические забойные двигатели объемного типа - винтовые.