Устройство и принцип работы турбобура. Характеристика «турбобур-долото-забой». Определение момента затяжки деталей

Турбобур — забойный двигатель, приводимый в движение потоком промывочной жидкости, нагнетаемой в скважину буро­выми насосами. Турбобур вращает долото, а бурильные трубы при этом не вращаются.

Турбобур состоит из большого количества одинаковых гидра­влических ступеней. Каждая ступень состоит из не­подвижного колеса — статора с лопатками (направляющего ап­парата) и вращающегося с валом колеса — ротора с лопатками (рабочего колеса). Все колеса статора закреплены в корпусе, а колеса роторов на валу турбины. В статоре создается закрутка потока и увеличивается скорость жидкости. В роторе кинетическая энергия потока жидкости, закрученного в статоре, превращается в механическую энергию вращения вала.

1 – вал; 2 – втулка нижней опоры; 3 – упор; 4 – ротор; 5 – статор; 6 – средняя опора; 7 – втулка средней опоры; 8 – подпятник; 9 – диск пяты; 10 – кольцо пяты; 11 – роторная гайка; 12 – колпак; 13 – контргайка; 14 – регулировочное кольцо.

Рисунок турбобур Т12М3.

Наиболее распространенным турбобуром является Т12М3. Верхний конец его присоединяется на резьбе к нижнему концу колонны бурильных труб. На нижний конец турбобура навинчивают долото, приводимое турбобуром во вращение.

Промывочная жидкость, поступающая в верхнюю часть турбо­бура, движется через отверстия (окна) в дисках подпятников; часть ее проходит по смазочным канавкам резино­вой обкладки подпятников, смазывая и охлаждая их. Далее промывочная жидкость попадает в гидравлический двигатель — турбину, затем в нижнюю внутреннюю полость вала и после прохода промывочных отверстий долота на забой скважины. Турбина многоступенчатая. Количество ступеней 120. Каж­дая ступень состоит из неподвижного и вращающегося дисков — статора и ротора. Статоры закреплены в корпусе, а роторы на валу турбобура. Вся система статоров, подпятников и про­межуточных опор зажата в корпусе ниппелем со значительным осевым усилием; в результате на торцах этих деталей создаются силы трения, обеспечивающие неподвижность деталей относительно корпуса. Ниппель является также нижней радиальной опорой турбобура, поэтому внутренняя поверхность ниппеля покрыта резиной. На поверх­ности резины сделаны продольные канавки для охлаждения про­мывочной жидкостью поверхности трения. Внутри ниппеля вра­щается втулка, посаженная на вал турбобура.

Характеристика турбобура

Графическая характеристика турбобура – зависимость мощности, момента, к.п.д. и перепада давления от частоты вращения ротора при постоянном расходе жидкости. Число оборотов турбины в режиме максимальной мощности равно половине числа оборотов холостого хода.

n_P=n_{ХОЛ.ХОД}/2

Вращающий момент турбины достигает максимальной величины при полном торможении, где М_Р – вращающий момент при N_МАХ

М_Т = 2М_Р

Оптимальный режим турбобура достигается при максимальном к.п.д.. Экстремальный режим при наибольшей мощности.

Момент затяжки статорной системы

М_З = М_Т+М_Р, М_Р – момент трения в резьбовой части ниппеля

М_Р=Q_З×(d_СР/2)×tg(j+r), Q_З – осевое усилие затяжки

Q_З = F×s_СМ,

F – площадь торца ступицы статора или подпятника

s_СМ – напряжение смятия на торцах ступицы статора или подпятника

d_СР – средний диаметр резьбы ниппельной части турбобура

j - угол подъема витков

tgj = S/p×d_СР, S – шаг резьбы.

j = arctg(S/p×d_СР)

r - угол трения

f – коэффициент трения; r = arctg(f/cosb),

b - половина угла при вершине резьбы; М_Т – момент трения на торце резьбового конца ниппеля

М_Т = Q_З×f×r_СР, r_СР – средний радиус трения; r_СР = (2/3)×((R³₁-R³₂)/(R²₁-R²₂))