Комплексная модернизация турбобуров 3ТСШ1-195 и ТРМ-195-Дипломная работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

В данном дипломном проекте предложена комплексная модернизация турбобуров 3ТСШ1-195 и ТРМ-195.
Цель модернизации: 1) обеспечение работы с низкооборотными и среднеоборотными шарошечными долотами; 2) обеспечение работы с низко-оборотными и среднеоборотными алмазными долотами; 3) переход на низ-колитражный режим бурения.
Ожидаемый эффект от модернизации достигается за счет: 1) увеличения наработки на отказ составных частей турбобура; 2) обеспечения работы тур-бобура от одного бурового насоса.
Технические решения подкрепляются графической частью проекта в объеме 10 листов формата А1, пояснительной запиской с обзором и анали-зом научно–технической информации и патентов, энергетическими, эксплуа-тационными и технико – экономическими расчетами, а также оценкой техно-логической и экологической безопасности.
К гидравлическим забойным двигателям относятся турбобуры различ-ных конструкций, винтовые двигатели и турбовинтовые двигатели. Основ-ными разработчиками гидравлических забойных двигателей являются ОАО НПО «Буровая техника» (б. ВНИИБТ и Пермский филиал ВНИИБТ).
Номенклатура и основные параметры серийно выпускаемых турбобу-ров регламентированы требованиями ГОСТ 26673–85 «Турбобуры. Основ-ные 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 с тем же названием.
В настоящее время отечественными машиностроительными заводами выпускаются гидравлические забойные двигатели четырех видов:
турбинные забойные двигатели (турбобуры) различного конструктив-ного исполнения типов Т и А;
редукторные турбинные забойные двигатели типа ТР (турбобуры ре-дукторные);
винтовые забойные двигатели типа Д;
турбинно-винтовые забойные двигатели типа ТВД.
Каждый типоразмер турбобура, винтового и турбовинтового двигате-лей имеют свои характерные конструктивные особенности, отличаются раз-мерами и комплектацией, которые приводятся в паспортах, технических опи-саниях и инструкциях по сборке и эксплуатации, поставляемых заводами-изготовителями потребителям в комплекте с изделиями.
Для обслуживания гидравлических забойных двигателей создано спе-циальное оборудование, устанавливаемое в цехах буровых и ремонтных предприятий.
По конструкции турбобуры делятся на односекционные, многосекцион-ные, высокомоментные, редукторные, шпиндельные и укороченные.
Односекционные турбобуры Т12МЗ изготовляют диаметрами 240, 212, 195 и 172 мм с числом ступеней 100—120, собранных в одном корпусе. Они снабжены резино-металлической пятой, расположенной в верхней части. Ре-зиновые подпятники выполняются либо приваренными к металлическим дис-кам, либо в виде сменных резиновых вкладышей. Для ориентированного ис-кривления при бурении наклонных скважин применяют более короткие од-носекционные турбобуры с числом ступеней 30—60.
Многосекционные турбобуры типа ТС состоят из двух и более последо-вательно соединенных между собой секций, каждая из которых собирается в отдельном корпусе вместе со своим валом и имеет 100 и более ступеней. Валы секций соединяются конусно-шлицевыми муфтами при свинчивании корпусов секций. Свинчиваются секции в вертикальном положении на буро-вой над устьем скважины.
У секционного турбобура одна общая осевая опора располагается в нижней секции. Конструкция резинометаллической пяты такая, как и у одно-секционных турбобуров. Конструктивно нижняя секция отличается от одно-секционного турбобура тем, что корпус в верхней части снабжен переводником с конической резьбой, а на верхней части вала имеется соединительная полумуфта. По-ложение роторов относительно статоров регулируется с помощью кольца, установленного между турбиной и осевой пятой.
Статоры в корпусе закрепляются с помощью ниппеля. У турбобуров ТС5Б-9", ЗТС5Б-9", ТС4А-5", ТС4А-4" ниппель имеет цилиндрическую резьбу. Секцион-ные турбобуры других типов имеют коническую соединительную резьбу. Для создания необходимого натяга для сжатия статоров применяют ре-гулировочные кольца.
В средних и верхних секциях турбобуров нет осевых пят. Положение вала с роторами относительно корпуса со статорами определяется регулиро-вочным кольцом, устанавливаемым между соединительным переводником и дисками статора.
Крепления статоров в корпусах верхней и средних секций осуществля-ется затяжкой конического резьбового соединения через регулировочные кольца. В турбобурах ТС4А-5" и ТС4А-4" применяется цилиндрическая резьба.
Шпиндельный турбобур был разработан с целью уменьшения потерь бурового раствора через нижний подшипник—ниппель—при бурении с гид-ромониторными долотами, для которых необходимо большое давление рас-твора при выходе его из вала турбобура. Для этого к нижней части турбо-бура присоединяется на резьбе отдельная секция — шпиндель, имеющая осе-вую пяту и радиальные подшипники, сконструированные так, чтобы снизить утечку раствора через зазоры между валом и подшипником корпуса.
Шпиндельные турбобуры изготовляют диаметрами 240, 195, 185, 172 и 164 мм. Шпиндель состоит из вала, укрепленного в корпусе на двух ради-альных подшипниках. Для восприятия осевых нагрузок служит резиноме-таллическая пята, которая состоит из набора стальных дисков и резиноме-таллических подшипников, чередующихся между собой. Корпус шпинделя присоединяется к нижней турбинной секции через переводник, а вал — через муфту так же, как секции соединяются между собой.
В настоящее время конструкции секционных турбобуров унифициро-ваны, и они могут использоваться со шпинделем как одно- или многосекци-онные.
Турбобуры с предельными турбинами типа А отличаются от ранее описанных тем, что их турбины имеют изменяющуюся характеристику при постоянном расходе жидкости. Эти турбины сконструированы так, что пере-пад давления на турбине уменьшается в зависимости от нагрузки на долото и изменяющегося при этом тормозного момента. В них использованы так называемые высокоциркулятивные турбины, постоянный перепад на кото-рых поддерживается с помощью перепускного клапана, через который часть жидкости сбрасывается в затрубное пространство, минуя турбобур. Этим достигается стабильный режим работы турбины при переменном расходе жидкости.
Эти турбобуры отличаются от ранее описанных еще и тем, что в них вместо резино-металлических опор и подшипников применены шарикопод-шипники. Пята этого турбобура расположена в нижней части и выполнена в виде десятирядного шарикоподшипника. Эти подшипники работают в среде бурового раствора, поэтому для предохранения подшипника от попадания в него крупных абразивных частиц установлены защитные сальники. Турбины расположены в верхней части с промежуточными шариковыми радиальными подшипниками, через которые протекает буровой раствор. Подшипники применяют без сепараторной конструкции.
Крепление турбин, корпусов и соединение валов аналогично описан-ным выше. Конечно, работоспособность шарикоподшипников в среде буро-вого раствора небольшая, так как происходит их сильный абразивный износ.
Турбобуры типа А изготовляют диаметрами 240, 195 и 164 мм следу-ющих шифров; А9К5Са, А7Н4С и А6КЗС с числом ступеней до 240. В ниж-ней секции устанавливают 11О ступеней, а остальные — в верхней.
Для улучшения условий работы долота и обеспечения повышенного крутящего момента при увеличении нагрузки на долото при бурении турбо-буры типа А7Н могут использоваться с редукционным клапаном, устанавли-ваемым непосредственно над турбобуром или на некотором расстоянии от него.
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 3Т-К;
шпиндельные типов ТСША и ТДШ, для бурения алмазными долотами;
шпиндельные типа АШ с наклонной линией давления;
шпиндельные типа АГТШ со ступенями гидродинамического тормо-жения.
3 С плавающими статорами типа ТПС.
4 С независимой подвеской валов секций типа ТНБ.
5 Термостойкие турбобуры типа ТТА.
6 Редукторные турбобуры типов ТР, ТРМ и ТСМ.
7 Малогабаритные турбобуры типов ТГ, ТШ и ТВ1 для бурения и ре-монта скважин.
8 Турбинные отклонители типа ТО.
9 Турбобуры-отклонители с независимой подвеской валов турбинных секций типа ТО2 для бурения боковых стволов из старых скважин.
10 Шпиндель-отклонитель типа ШО1.
11 Турбодолота колонковые типа КТД для отбора керна.
12 Керноотборное устройство типа УКТ.

На основе изучения и анализа научных публикаций и патентов веду-щих предприятий, ОАО НПО «Буровая техника» - ВНИИБТ, ООО «Велл Процессинг», а также главного научного сотрудника ВНИИБТ д.т.н. С. Л. Симонянца предлагаю следующую комплексную модернизацию серийного трехсекционного шпиндельного турбобура 3ТСШ1-195 и редукторного тур-бобура ТРМ-195 для совершенствования технологии и технических средств турбинного бурения.
Проектирование новой низколитражной турбины на основе высокомо-ментной турбины ТВМ-195. Расчет параметров производится при расходе бурового раствора 24 л/с. Определяются основные геометрические и кинема-тические параметры новой турбины. Полученные энергетические параметры обеспечивают работу с низкооборотными и среднеоборотными шарошечны-ми долотами. Для обеспечения работы с алмазными долотами модернизиро-ванный турбобур оснащается редуктором-вставкой. Новая турбина также повышает наработку на отказ в 2-3 раза по сравнению с серийной турбиной 26/16,5-195.
С целью повышения эксплуатационных показателей турбобура предла-гаю провести модернизацию турбобура на основе технологии апгрейда пу-тем замены и комбинирования осевых опор и шпиндельной секции (в част-ности рассмотрение ШС-195, ПУМ-195) для применения шарошечных и ал-мазных долот.
В результате анализа достижений научно-технического прогресса и практики турбинного бурения, а также зарубежного опыта, доказана акту-альность и возможность реализации низколитражного режима бурения, ра-боты с низкооборотными и среднеоборотными долотами, проведена ком-плексная модернизация турбобуров 3ТСШ1-195 и ТРМ-195 с целью обеспе-чения оптимальных энергетических и эксплуатационных характеристик.
Выявлена экономическая эффективность данной модернизации.