ТУРБОБУР ТПВ 195 С ПЛАВАЮЩИМ ВАЛОМ-Курсовая работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

ТУРБОБУР ТПВ 195 С ПЛАВАЮЩИМ ВАЛОМ-Курсовая работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин
2 Устройство и принцип работы

2.1 Устройство турбобура

Турбобур ТПВ-195, состоит из турбинной и шпиндельной секций. Верхним переводником турбобур соединяется с бурильными трубами, а к переводнику вала шпинделя присоединяется долото. Бурильные трубы и долото соединяются с турбобуром посредством замковых резьб. Рабочий орган турбобура многоступенчатая турбина осевого типа преобразует энергию потока промывочной жидкости в механическую энергию вращения вала. Гидравлическую нагрузку и силу тяжести вращающихся деталей, а также реакцию забоя воспринимает расположенная в шпиндельной секции непроточная, многорядная осевая опора. Турбинная и шпиндельная секции турбобура соединены между собой также посредством замковых резьб, а валы посредством конусно-шлицевых муфт.

2.2 Устройство турбинной секции

В турбинной секции (рисунок 2.1) на вал устанавливается многоступенчатая турбина, резинометаллические радиальные опоры 6. Предохранительные пяты, состоящие из подпятников 2, колец пяты 21, дисков пяты 23 и колец 16 и 17, предназначаются для предотвращения посадки (жесткого соприкосновения) статоров на роторы, которая может произойти при недостаточно качественной регулировке осевых зазоров в турбине, при износе осевой опоры в шпиндельной секции сверх допустимой величины или другим причинам. Крепление деталей на валу секции осуществляется с помощью полумуфты 8 через регулировочное кольцо 7. Вал с набранными и закрепленными на нем деталями вставляют в корпус 1 и крепят соединительным переводником 12 и нижним переводником 13. Изменением высоты С1 нижнего регулировочного кольца 22 устанавливают необходимое расстояние К1 от нижнего торца верхней полумуфты до уступа замковой резьбы на соединительном переводнике. Размер К1 устанавливается равным 317 ± 0,5 мм. Последующим выбором высоты H1 верхнего регулировочного кольца 11 обеспечивают сжатие системы статоров в корпусе.

1 - вал секции; 2 - подпятник; 3 - кольцо; 4 - ротор; 5 – статор; 6 - опора радиальная; 7 - кольцо регулировочное; 8 - полумуфта; 9 - полумуфта верхняя; 10 -корпус секции; 11 - кольцо регулировочное; 12 - переводник соединительный; 13 - переводник нижний; 14 - кольцо упорное; 15 - втулка средней опоры; 16, 17, 18, 19 - кольца; 20 - втулка; 21 - кольцо пяты; 22 - кольцо; 23 - диск пяты; 24 - втулка
Рисунок 2.1 - Турбинная секция турбобура

2.3 Принцип работы

Энергия, необходимая для его работы, доставляется потоком жидкости, подаваемой по трубам, установленными на поверхности насосами. Турбобур опускают в скважину на бурильной колонне, которая по мере углубления скважины наращивается с поверхности новыми бурильными трубами. В качестве гидравлического двигателя в турбобуре применяют многоступенчатую осевую турбину.
Мощность и крутящий момент на валу турбобуров суммируются из мощности и момента каждой ступени, вследствие чего для получения необходимых параметров турбобура турбина его выполняется многоступенчатой, т.е. состоит из значительного числа отдельных последовательно расположенных в осевом направлении ступеней.
При бурении турбобуром энергия, предназначенная для разрушения породы, подводится к забою потоком промывочной жидкости. Генератором гидравлической энергии являются буровые насосы, преобразующие механическую энергию привода в гидравлическую энергию потока промывочной жидкости. Часть энергии потока теряется на преодоление гидравлических сопротивлений в нагнетательной линии, бурильных трубах, замках, долоте, затрубном пространстве. Оставшаяся часть энергии используется в турбине турбобура для преобразования в механическую энергию, которая при помощи долота затрачивается на бурение.
Так как в процессе бурения скважины гидравлические сопротивления в бурильных трубах, замках и кольцевом пространстве беспрерывно возрастают, то для обеспечения равенства необходимо было бы, по мере углубления скважины, непрерывно снижать подачу насосов и, соответственно, изменять характеристику турбобуров таким образом, чтобы перепад давления на турбине, несмотря на уменьшение расхода жидкости, протекающей через нее, остался постоянным.
Практически характеристики турбобура можно изменять только ступенчато, применяя на различных участках скважины турбобуры различных типов. Производительность буровых насосов регулируется также только ступенчато путем смены цилиндровых втулок. Основная задача проектирования режима турбинного бурения как раз и заключается в установлении режима работы буровых насосов, подборе типов турбобуров и осевой нагрузки на долото для различных участков ствола скважины таким образом, чтобы получить наиболее высокие качественные и количественные показатели бурения.
Осевая нагрузка выбирается в зависимости от твердости проходимых пород. При бурении в твердых породах бурильщик в целях повышения эффективности работы долота увеличивает нагрузку, а при бурении в мягких породах - уменьшает. Соответственно частота вращения долота в первом случае уменьшается, а во втором - увеличивается, что и требуется для достижения хороших показателей работы долота.
В процессе эксплуатации турбобуров по мере износа осевой опоры происходит посадка ротора турбины на статор, что существенно снижает безотказность забойного двигателя. Конструкции турбобуров с «плавающими» рабочими органами выгодно отличаются тем, что гидравлическая нагрузка с ротора передается на корпус через дополнительную опору.
Предложен вариант конструкции турбобура с «плавающим» валом, в котором, на профильном шестигранном валу размещается втулка с закрепленными на ней 20-30 комплектами турбины с дополнительными осевыми опорами. Это существенно повышает надежность турбобура.
Гидравлические двигатели, в которых используется кинетическая или скоростная энергия потока жидкости, называют турбинами. В турбинах работа совершается главным образом в результате изменения количества движения жидкости.


2.3.1 Турбина

В турбобурах применяют многоступенчатые осевые турбины лопастного типа.
Каждая ступень турбины, в свою очередь, состоит из двух частей: вращающейся, соединенной с валом турбобура, называемой ротором, и неподвижной, закрепленной в корпусе турбобура, называемой статором (рисунок 2.2).
Статор 1 представляет собой гладкое стальное кольцо, на внутренней поверхности которого имеются изогнутые лопатки 3. Концы лопаток соединяются внутренним ободом 4. Ротор состоит из кольца 6 и лопаток 2, подобных лопаткам статора, но обращенных выпуклостью в другую сторону. Наружные концы лопаток ротора соединены ободом 5. Между статором и ротором имеется зазор, обеспечивающий свободное вращение ротора в статоре.
Для получения необходимой мощности и приемлемого для бурения числа оборотов турбина должна быть многоступенчатой. Все ступени турбины должны быть совершенно одинаковыми и обеспечивать пропорционально числу ступеней увеличение мощности и скорости вращения инструмента.

Заключение

Несмотря на исследования и разработку технических средств новых методов бурения, способ проводки скважины забойными гидравлическими двигателями благодаря простоте решений и надежности технических средств будет и далее являться основным методом бурения в нашей стране. Поэтому совершенствование комплекса оборудования и технологии турбинного бурения должно исходить из потенциальных возможностей, присущих этому методу.
Данная курсовая работа посвящена турбобуру с плавающим валом ТПВ 195. Были рассмотрены его назначение, устройство и принцип работы, эксплуатация, а также проведены проверочные расчеты базовых деталей.