Турбинный способ роторный с взд

Особенности турбинного способа бурения скважин

Турбинное бурение скважин представляет собой вид вращательного бурения, где породоразрушающий инструмент вращается трубобуром – гидравлическим забойным двигателем. Применяется для композиционных материалов твердого и сверхтвердого характера. Турбобур подбирается в зависимости от типа бурения скважины:

• с повышенным расходом жидкости;
• с подавлением вибрации долота;
• с большим запасом вращающего момента.

Данный метод применяется для осуществления бурения нефтяных, разведывательных и газовых скважин, так как имеет свои преимущества:

• большая механическая скорость;
• скорость бурения наклонных скважин аналогична вертикальным;
• постоянные усовершенствования.

К недостаткам можно отнести тот факт, что при высокой скорости уменьшается проходка долота. Для того, чтобы увеличить длину рейса, приходится снижать обороты. Тем не менее, характеристики турбин регулярно подвергаются изменениям, что повышает эффективность всей установки. В частности:

• значительно улучшились показатели КПД;
• понизились частоты вращения на разгоне;
• понизился перепад давления в трубобурах;
• улучшились показатели стойкости.

В целом, турбинное бурение активно применяется в добыче нефтяных, газовых залежей, а также в ряду других разведывательных и эксплуатационных скважин. Чаще всего этот способ применяется для бурения наклонных скважин.

Особенности турбинного режима

Равно как и любой другой способ, особенности турбинного режима бурения также существуют.

Основной задачей при проведении проектирования режима трубинного бурения является:

• настройка работы насосов;
• подбор буров.

Кроме этого, исходя из типа грунта подбираются подходящие долота.

Их корректный выбор очень важен, так как от его правильности зависят показатели бурения качественного характера, а также количественный результат турбинного режима.

Турбинный способ бурения скважин, по сравнению с роторным, гораздо более эффективен, так как коэффициент передачи мощности от источника энергии к долоту в нем на порядок выше. Это позволяет ощутимо повысить производительность и, соответственно, ускорить некоторые этапы работы.

Допускает использование любых промывочных жидкостей, что также снимает определенные ограничения. С точки зрения безопасности, турбинное бурение несет меньшую опасность и менее вредит здоровью персонала.

Правильный подбор долот и режимов работ – это залог эффективного бурения. Крайне важно найти наиболее оптимальные характеристики, которые позволят максимально рационально задействовать как временные, так и топливные и энергетические ресурсы.

При турбинном режиме бурения грамотный подход играет решающую роль. В противном случае, данный способ может оказаться менее эффективным, чем роторный.

Технология турбинного бурения нефтяных скважин

Турбинное бурение нефтяной скважины – один из наиболее эффективных способов провести забойные работы. В целом, сам принцип бурения ничем не отличается от других – точно также различные слои грунта бурятся с помощью соответствующих долот, а сам забой продувается или промывается.

Важно отметить, что осевая нагрузка на породоразрушающий инструмент подбирается в зависимости от твердости пород, однако частота вращения также должна корректироваться: чем тверже порода, тем меньше оборотов.

Так, турбинный способ бурения характерен тем, что его колона сама не вращается. Вместо этого она перенимает реактивный крутящий момент, производимый двигателем. По сути, такая колона служит средой передачи гидравлической энергии, которая и приводит в действие бур.

Различается и расположение забойного двигателя. Турбинный метод бурения подразумевает, что турбобур находится прямо над долотом и выполняет функции преобразователя гидравлической энергии в механическую. Первая появляется за счет потока бурового раствора, который проходит через все ступени гидравлической турбины.

Рабочие характеристики турбобура определяются:

• КПД;
• крутящего момента;
• перепада давления.

В зависимости от режима бурения, различают следующие турбобуры:

• односекционные, бесшпендельные;
• односекционные, шпендельные;
• духсекционные;
• трехсекционные.

Внутри секций могут находиться металлические составные или же цельнолитые турбины. Роме этого, присутсвуют резинометаллические опопры. Иногда они заменяются шаровыми.

Контроль за работой во время забоя производится с помощью манометра и индикатора веса. Важно следить, чтобы при постоянной подаче насосов в турбобуре перепад давления не менялся, или же менялся незначительно. Любые изменения, выходящие за пределы нормы, сигнализируют о возникновении неполадок в процессе работы. К примеру, повышение давления может провоцироваться засоренностью каналов турбины.

Гидравлическая турбина турбобура

Гидравлическая трубина является движущим узлом установки.Любая из её ступеней узла состоит из:

• ротора – вращающаяся часть, соединена с валом;
• статора – неподвижная часть, соединена с корпусом.

Для того, чтобы их лопатки меньше подвергались износу, их делают одинаковыми по профилю, но располагают их так, чтобы они были направлены в различные стороны.

Важно помнить, что необходимо постепенно понижать подачу буровых насосов для сохранения перепада давления в турбине.

Процесс бурения

Источник

1.3.1 Турбинное бурение

При турбинном способе бурения бурильная колонна не вращается, а воспринимает реактивный крутящий момент от забойного двигателя и служит каналом для подачи гидравлической энергии на забой. Вращение долоту передается от вала турбины, приводимого в движение потоком бурового раствора, т.е. при турбинном способе работает один канал передачи мощности на забой. В отличие от роторного бурения, где при постоянном n может в широких пределах изменяться М и соответственно нагрузка на долото G, при турбинном бурении n существенно изменяется с изменением G и M.

Турбобур располагается непосредственно над долотом и является машиной, преобразующей гидравлическую энергию потока бурового раствора в механическую энергию, необходимую для вращения долота. Движущий узел турбобура – гидравлическая турбина, состоящая з множества одинаковых по конструкции элементов, называемых ступенями. Буровой раствор проходит последовательно через все ступени, и создаваемые вращающие моменты ступеней суммируются.

Под характеристикой турбины турбобура понимают зависимость ее мощности N, вращающего момента М, коэффициента полезного действия (КПД) , перепада давленияот частоты вращения валаn при заданном количестве Q прокачиваемого через нее бурового раствора. Частота вращения вала соответствует частоте вращения ротора турбины, а вращающий момент равен сумме моментов всех ступеней М = zm.

Мощность на валу

,

где m – момент одной ступени.

Мощность N может определяться по расходу Q и перепаду давления , где— перепад давления в одной ступени, т.е.

.

Корпус турбобура через переводник присоединяется к бурильной колонне, а она через ведущую трубу и вкладыши ротора передает реактивный крутящий момент на застопоренный стол ротора. При большой глубине при искривленном стволе скважины весь реактивный момент или его значительная часть передается на стенки скважины. Во избежание отвинчивания резьб турбобура под действием крутящих моментов все резьбовые соединения следует закреплять с надлежащим моментом. На вал турбобура навинчивают переводник, калибратор и долото.

Рабочая характеристика турбобура

В отличие от турбины рабочая характеристика турбобура учитывает затраты мощности на трение в опорах турбобура и дает, таким образом, возможность определить крутящий момент, мощность на долоте в зависимости от расхода, частоты вращения, осевой нагрузки на долото. Она зависит также от типа и состояния опор турбобура, свойств бурового раствора.

Для удобства пользования и наглядности рабочую характеристику турбины турбобура представляют в графическом виде.

Поскольку не учитывается потеря мощности в подшипниках, при отсутствии нагрузки на валу турбина будет вращаться с максимальной частотой nx. При создании на валу сопротивления вращению частота вращения снижается пропорционально приложенному крутящему моменту. При полной остановке вала (n=0) момент достигает максимального значения, называемого тормозным моментом Мт. Значение крутящего момента на валу турбины при частоте вращения вала 0 3 / 8 3 4 5 6 7 8 > Следующая > >>

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Источник

Турбобур

Турбобур — многоступенчатая гидравлическая турбина. К валу турбины присоединяется долото, каждая ступень состоит из диска и ротора.

Турбобур — многоступенчатая гидравлическая турбина.

К валу турбины присоединяется долото, каждая ступень состоит из диска и ротора.

Конструкция турбобура:

• корпус,
• турбинный вал,
• осевая опора,
• статоры,
• радиальные опоры,
• канал.

Осевой и турбинный валы турбобура соединены с помощью резьбы.

Статор жестко соединен с корпусом турбобура.

Поток бурового раствора в статоре меняет свое направление и поступает в ротор, отдавая часть мощности на вращение лопастей ротора.

Принцип действия турбобура

Турбобур устанавливается непосредственно над бурильным элементом (породоразрушающим), из-за этого источником энергии для него является давление потока жидкости.

Поток жидкости подается в первую ступень турбобура через бурильную колонну, после чего в статоре формируется направление потока жидкости.

Таким образом, статор — направляющий аппарат турбины.

Жидкость под действием давления проходит через все ступени турбобура (его турбины), создавая реактивный момент.

Проблема проводки верхних интервалов вертикальных скважин увеличенного и большого диаметра успешно решается с помощью разработанных во ВНИИБТ роторно-турбинных (диаметрами 394. 640 мм) и реактивно-турбинных (диаметрами 760. 5000 мм) буров (РТБ).

Эффективность применения РТБ повышается особенно в условиях, способствующих искривлению ствола; в разрезах с крутым падением пластов, переменными углами их залегания, частой перемежаемостью различных по твердости пород, включая крепкие и очень крепкие, закарстованностью, технологическими нарушениями и т. п., а также в условиях, осложненных сальникообразованием и прихватами бурильной колонны.

Наиболее важные показатели качества скважин большого диаметра — необходимая вертикальность и форма ствола — достигаются за один проход породоразрушающего бурового инструмента без использования сложных и громоздких КНБК и дополнительных проработок ствола, характерных для бурения другими известными техническими средствами.

Это позволяет осуществлять после окончания бурения беспрепятственный и безаварийный спуск в скважину обсадной колонны или крепи с минимальными затрубными зазорами.

Конструктивное устройство РТБ предусматривает возможность применения винтовых забойных двигателей и электробуров.

Бурение скважин большого диаметра с применением РТБ производится с помощью стандартных буровых установок соответствующего класса, в которых несколько изменяется подроторное основание и доукомплектовывается насосная группа дополнительными буровыми насосами требуемой производительности.

Роторно-турбинные буры 1РТБ-394; 1РТБ-445; 1РТБ-490; 1РТБ-590; 1РТБ-64 идентичны по конструкции и отличаются геометрическими размерами узлов и деталей и типоразмерами используемых турбобуров и долот.

Эти буры позволяют также забуривать новые стволы из скважин с искривлением более 3. 40, расширять и прорабатывать скважины с меньшей кривизной.

Роторно-турбинные буры требуют вращения ротором, в то время как в реактивно-турбинных бурах диаметром более 760 мм реактивные силы оказываются достаточными для их вращения.

Совмещая вращение долот вокруг их собственных осей с вращением последних вокруг оси РТБ, организуется специфика планетарного режима работы долота на забое и таким образом формируется скважина увеличенного диаметра.

Роторно-турбинные буры комплектуются турбобурами Т12МЗЕ-172; Т12МЗБ-195 и Т12РТ-240 (или типа ТВШ и ТНК).

Кроме того, в РТБ возможно применение верхних секций турбобуров типа ТС5Б или ЗТСШ со шпинделями и нижних секций турбобуров ТС5Б.

Они рассчитаны на использование долот диаметрами 190,5; 215,9; 244,5; 269,9 и 295,3 мм.

Роторно-турбинный бур (рисунок) состоит из двух турбобуров, соединенных с помощью грузов-утяжелителей, стяжек и траверсы в единую монолитную напряженную конструкцию.

По длине бур может иметь армированные ребра, которые калибруют ствол скважины, образуют его форму, а небольшой при этом зазор между поперечными габаритами бура и стенками скважины практически исключает образование резких перегибов и существенно ограничивает возможность искривления ствола.

На валы турбобуров наворачивают долота требуемого типоразмера в соответствии с характером проходимых пород.

Подводимый к буру буровой раствор распределяется в траверсе по турбобурам и приводит во вращение валы с долотами.

После запуска турбобуров, ротором приводят во вращение бурильную колонну, а вместе с ней и бур, и, опустив последний на забой, создают осевую нагрузку на долото и разрушают породу за счет планетарного движения бура.

В зависимости от характера разбуриваемых пород частота вращения бура составляет от 8. 10 до 90. 120 мин-1, а осевая нагрузка 80. 165 кН.

Эффективность выноса выбуренной породы при бурении роторно-турбинными бурами обеспечивается при расходах бурового раствора 50. 70 л/с.

В процессе бурения РТБ с породой контактируют периферийные рабочие элементы долот, определяя минимальную суммарную площадь контакта с породой, благодаря чему обеспечивается создание больших контактных напряжений при ограниченной осевой нагрузке, т. е. силового разрушения породы.

Сравнительно невысокие осевые нагрузки, приходящиеся на каждое долото, увеличивают продолжительность работы опор шарошек, а также обеспечивают вертикальность ствола скважины.

Основные конструктивные параметры роторно-турбинных буров типа 1РТБ и их энергетические характеристики при соответствующих расходах бурового раствора плотностью 1000 кг/м 3 (на воде) приведены в табл. 107.

Изготовитель: Кунгурский машиностроительный завод

617400 г. Кунгур-1 Пермской обл., ул. Просвещения, 11

Источник