Турбобур ЗТСШ1-195. Курсовая работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

Несмотря на сокращение объема буровых работ в последние годы, доля турбинного способа бурения по-прежнему составляет более 75% общего объе-ма. В связи с этим внимание к турбобуру как объекту дальнейшего совершен-ствования сохраняется и в настоящее время.
На данный момент глубины скважин увеличиваются, возрастают нагрузки, действующие на бурильную колонну и турбобур в частности. Возникает необ-ходимость увеличения надежности турбобура.
Как объект исследований был выбран турбобур 3ТСШ1-195, серийно вы-пускаемый Кунгурским машиностроительным заводом и являющийся основ-ным гидравлическим забойным двигателем, применяемым для бурения нефтя-ных и газовых скважин.
В данной работе рассматривается причины выхода из строя резинометалличе-ской пяты турбобура (РМП), а также предложены мероприятия по продлению ее срока службы.
НАЗНАЧЕНИЕ, КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
Турбобур ЗТСШ1-195 представляет собой 3-х-секционный гидравлический забойный двигатель, осевая опора которого вынесена в отдельный узел -шпиндельную секцию.
В шпиндельной секции устанавливается 25-ступенчатая резинометалличе-ская осевая опора-пята непроточного типа, воспринимающая гидравлическую нагрузку (определяемую перепадом давления на турбине и долоте) и нагрузку массы вращающихся деталей турбобура (валы, система роторов), а также ре-акцию забоя. Преобладающей нагрузкой является гидравлическая. В шпин-дельной секции установлены две радиальных нижних опоры для снижения ам-плитуды радиальных колебаний долота.
В каждой турбинной секции устанавливается цельнолитые турбины и ра-диальные опоры.
На валах шпиндельной и турбинной секции детали крепятся с помощью полумуфт на малоконусной резьбе с внутренним упорным торцем.
Соединение валов шпиндельной и турбинных секций осуществляется с
помощью конусно-шлицевых полумуфт (верхней и нижней).
По числу секций турбобуры подразделяются на односекционные, в которых турбина и опорная пята расположены в одном корпусе, и многосекционные, состоящие из нескольких турбинных секций и шпинделя с осевой опорой.

Резинометаллический подшипник состоит из нескольких ступеней. Каждая ступень имеет подпятник, который представляет собой металлический обод с резиновой облицовкой, укрепляемый в корпусе, и стальной диск, расположен-ный на валу турбобура. Резиновая облицовка одного из элементов радиально-го или осевого подшипника обеспечивает его работу со смазкой буровым рас-твором. Резинометаллические опоры турбобуров в зависимости от условий эксплуатации имеют работоспособность в пределах 50—150 ч.
АНАЛИЗ УСЛОВИЙ И РЕЖИМА ЭКСПЛУАТАЦИИ ТУРБОБУРА
Для эффективного использования турбобура его диаметр и тип следует выби-рать в зависимости от конкретных условии бурения. Наружный диаметр турбо-бура должен быть на 25— 30 мм меньше диаметра долота. Требования к харак-теристике турбобура и числу его секций определяются условиями обеспечения не-обходимого режима работы долота.
Режим эксплуатации турбобура зависит от многих факторов: физико-механические свойства проходимых пород (в первую очередь их абразивность), тип породоразрушающего инструмента, свойства промывочной жидкости, кри-визна скважины, условия залегания горных пород, глубина бурения и т.д.
В качестве примера турбинного бурения можно привести ряд скважин,
расположенных на Вать-Еганском месторождении города Когалыма Тюменской
области.
ТЕХНОЛОГИЯ РЕМОНТА ТУРБОБУРОВ

Ремонт турбобура может быть различный в зависимости от степени износа и повреждения его деталей. К капитальному обычно относят ремонты, связан-ные с заменами на 30% ступеней турбин, вала или корпуса. К среднему ремон-ту относятся ремонты, когда заменяются быстроизнашивающиеся или сравни-тельно не дорогие детали турбобура (осевые и радиальные опоры). В текущий ремонт включаются лишь затраты на ревизию и проверку турбобура и очистку его от шлама. Во всех случаях открепляются резьбовые соединения, поэтому может измениться характеристика турбобура.
Если по каким-либо причинам невозможно доставить турбобур в мастер-скую, его необходимо распрессовать при помощи буровой лебедки. В против-ном случае буровой раствор высохнет и образует корку между статорами и корпусом, что сделает невозможной его разборку даже с применением паровых или нефтяных ванн.
Ниже представлена технология ремонта турбобура, где более подробно рассмотрен ремонт вала.

 В основу конструкции резиновых опор турбобура были положены сооб-ражения о механизме работы резиноподшипника на промывочных жидкостях, содержащих значительное количество абразивных частиц (0,5-10%).
 Если обе трущиеся поверхности – металлические, твердые частицы внед-ряются и в ту и другую поверхности, причем величина внедрения пропорцио-нальна силе прижатия частицы к поверхностям.
Если одна из трущихся поверхностей эластична, абразивная частица лег-ко внедряется в нее, не вызывая остаточных деформаций на резиновой обклад-ке. Сила нажима вдавленной частицы на металлическую поверхность опреде-ляется упругостью резиновой обкладки и не зависит от нагрузку на опору. Следовательно, соприкасающаяся с резиной металлическая поверхность изна-шивается в несколько раз меньше, чем при контакте двух металлических по-верхностей.
В резинометаллических опорах скольжения рабочая поверхность одного из элементов трения выполнена из резины. Взаимодействие высокоэластичной резины с твердым телом характеризуется весьма значительной площадью при малой нагрузке. Этим в первую очередь и объясняется износоустойчивость ре-зины по отношению к образивной среде и способность РМП работать на водя-ной смазке, когда контактирование трущихся поверхностей становится неиз-бежным из-за малой толщины рабочего слоя. Возникающие при этом зацеп-ления неровностей рабочих поверхностей не приводят к существенному износу и заеданию, как это наблюдается в металлических подшипниках, а сопровож-дается лишь некоторым увеличением трения. Высокой эластичностью резины объясняются и другие важные свойства резинометаллических опор, в частно-сти, слабая чувствительность к небольшим дефектам, допущенным при изго-товлении и сборке опорного узла, а также амортизационные свойства. Основ-ным объектом исследований в области опор турбобура является его пята - наиболее тяжело нагруженный узел всей конструкции.
Ступень пяты турбобура (рисунок ) состоит из обрезиненного подпят-ника 2, соединенного с корпусом турбобура, металлического диска 1 и кольца пяты 3, вращающихся вместе с валом 4.
Осевые нагрузки через одну из сторон диска передаются на соответству-ющую торцовую резиновую пяты. Поперечные нагрузки, действующие на верхнюю часть вала, воспринимаются кольцами пяты, которые опираются на внутренюю радиальную поверхность подпятника.


Изнашивание деталей пяты турбобура – подпятников, дисков и распор-ных колец – вызвано воздействием на них абразива, содержащегося в буровой жидкости, а также вибрационным и ударным характером нагрузок. Вредное влияние на резину этих факторов усиливается в условиях повышенных забой-ных температур, снижающих прочность резины. Действие абразива становится более интенсивным при вибрации поверхностей трения.
Износ дисков пяты.

Характер износа дисков пяты зависит как от технического состояния дру-гих деталей и узлов турбобура, так и от таких факторов, как кривизна ствола скважин, режим бурения, тип и качество промывочной жидкости, конструкция низа бурильной колонны, производительность буровых насосов и др.
Осевой износ дисков может быть одно- и двусторонним. В случае преоб-ладания на долоте нагрузки от гидравлического перепада давления в турбобу-ре и долоте диск пяты изнашивается только снизу, а для других условий нагружения – с двух сторон. Для Западной Сибири характерен односторонний износ дисков пяты.
В процессе проработки ствола скважины и в начальный период работы долота на забое, соответствующей стадии приложения к нему относительно ма-лых осевых нагрузок, имеет место односторонний износ дисков пяты. В после-дующем, по мере увеличения осевой нагрузки на долото, диск пяты будет под-вергаться износу и с другой стороны, как только изменится направление дей-ствующей на него осевой нагрузки. Следовательно, установив, с какой стороны изношен диск пяты, можно определить преобладающее направление действия нагрузки, передаваемой диском пяты подпятником или наоборот – подпятни-ком диску пяты. Следует отметить, что возможен некоторый износ и верхней стороны пяты вследствие периодического контакта соударений последнего с подпятником из-за осевой вибрации бурильного инструмента, обусловленного динамикой работы шарошечного долота на забое скважины. Величина осевого износа стороны диска пяты, соударяющегося с подпятником из-за вибрации забойного инструмента, как правило, принимает наибольшие значения для крайних дисков в комплекте пяты, контактирующих с первыми и последними с самыми нижними и самыми верхними) подпятниками.

Износ подпятников.

В подпятнике подвержены износу и разрушению резиновая обкладка, а износу и деформации – стальной остов по внутреннему диаметру.
Подпятники подвергаются сильному эрозионному воздействию потоком промывочной жидкости, протекающей через их промывочные каналы и окна. Нередко в месте расположения промывочных каналов поток промывочной жидкости вызывает отрыв резины от металлического остова подпятника со всеми вытекающими отсюда последствиями. Наиболее сильно эрозии подвер-гаются проточные пяты, устанавливаемые в турбинные секции.
В качестве повышения износостойкости и к.п.д. пяты турбобура предло-жены: подбор новых материалов для элементов трения пяты; защита пяты тур-бобура от попадания абразивных частиц; применение «плавающей» пяты; ослабление вредного влияния динамических нагрузок; упрочнение поверхно-стей трения и улучшение качества резины и т.д.