Проектирование характеристики турбобура
Для эффективного применения турбобура необходимо правильно спроектировать его энергетическую характеристику. При этом следует руководствоваться следующими общими положениями.
1. Надежный контроль за режимом работы турбобура в процессе бурения возможен при режиме, когда механическая скорость проходки максимальная. Как правило, этот режим совпадает с экстремальным режимом работы турбобура или располагается в непосредственной близости в правой зоне кривой мощности. Таким образом, все расчеты характеристики турбобура имеет смысл вести для экстремального режима работы или режимов, близких к нему.
2. Следует помнить, что при недоиспользовании крутящего момента турбобура долота отрабатываются на излишне высоких частотах вращения. Это приводит к недобору проходки за рейс долота, и поэтому запас крутящего момента не должен быть излишне большим.
3. При турбинном бурении гидравлическая мощность, которую можно сработать в гидромониторных насадках долота, всегда намного меньше той, которую можно использовать при роторном способе бурения. Поэтому турбинное бурение предпочтительнее применять в разрезах, сложенных достаточно крепкими породами.
При бурении в мягких и пластичных породах необходимо в первую очередь думать об очистке вооружения долота, что обеспечивается правильными и несимметричным расположением промывочных каналов долота. Вполне удовлетворительная очистка вооружения шарошек достигается при сработке в долоте перепада давления 5 МПа.
4. При турбинном бурении целесообразно использовать осевые нагрузки на долото, составляющие 60-80% тех, которые имеют место при роторном способе бурения аналогичных разрезов.
5. Использование одной и той же энергетической характеристики турбобура в разных по буримости разрезах, например в кварцитах и мягких глинистых сланцах, заведомо ставит турбинный способ бурения в невыгодные условия. Поэтому тип сборки турбобура в каждом конкретном случае должен соответствовать физико-механическим свойствам проходимых пород, гидравлической программе бурения и возможностям применяемого бурового оборудования. Формирование необходимой характеристики осуществляется за счет использования различного соотношения турбин и решеток ГТ.
История создания винтовых двигателей.Для бурения нефтяных и газовых скважин являлись многоступенчатые турбобуры.
Именно широкое распространение турбинного способа бурения обеспечивало ускоренное разбуривание нефтегазоносных площадей Урало-Поволжья и Западной Сибири и тем самым позволило получать высокие темпы роста добычи нефти и газа.
Однако с увеличением средних глубин скважин и по мере совершенствования породоразрушающего инструмента и технологии роторного способа бурения в отечественной нефтяной промышленности с каждым годом росла тенденция отставания проходки за рейс долота - показателя, определяющего технико-экономические показатели бурения.
В связи с этим перед специалистами и организаторами бурения в нашей стране встал вопрос о создании техники для низкооборотного бурения.
1. Характеристики двигателя должны обеспечивать:
высокий уровень крутящего момента (ЗкНм и более для долот диаметрами 215-243мм);
частоту вращения выходного вала в диапазоне 100-200 и 500-800 о/мин соответственно для шарошечных и алмазных долот;
высокий КПД двигателя для эффективного использования гидравлической мощности насосов;
пропорциональную зависимость между расходом бурового раствора и частотой вращения, а также между крутящим моментом и перепадом давления с целью эффективного управления режимом бурения.
2. Рабочие органы и другие узлы двигателя должны быть выполнены в износо-и термостойком исполнении, обеспечивающем использование бурового раствора любой плотности и вязкости, в том числе с содержанием тампонирующих материалов.
3. Конструктивная компоновка двигателя и проектные запасы прочности его узлов должны обеспечивать:
стойкость двигателя, достаточную для стабильной работы с современными шарошечными и алмазными долотами;
возможность искривления корпуса двигателя при наклонно направленном бурении;
возможность установки на корпусе двигателя опорно-центрирующих элементов при проводке наклонно направленных и горизонтальных скважин.
4. Диаметральные и осевые размеры двигателя должны обеспечивать: проведение буровых работ долотами различного диаметра, включая малогабаритные;
эффективную проводку наклонно направленных и горизонтальных скважин; использование стандартного ловильного инструмента.
Анализ конструкций и характеристик забойных гидравлических двигателей различного типа показывает, что ни один из них не отвечает в полной мере всем перечисленным требованиям; в большей степени указанным требованиям соответствуют ВЗД с многозаходными винтами.
Принцип действия ВЗД.
Винтовые двигатели относятся к объемным роторным гидравлическим машинам.
Согласно общей теории винтовых роторных гидравлических машин элементами рабочих органов (РО) являются:
1) статор двигателя с полостями, примыкающими по концам к камерам высокого и низкого давления;
2) ротор-винт, носящий название ведущего, через который крутящий момент передается исполнительному механизму;
3) замыкатели-винты, носящие название ведомых, назначение которых уплотнять двигатель, т.е. препятствовать перетеканию жидкости из камеры высокого давления.