Керноотборный турбобур Советский патент 1993 года по МПК E21B4/02 

Изобретение относится к горному делу, в частности к забойным двигателям для бурения с отбором керна.

Целью изобретения является повышение энергетических характеристик керноот- борного турбобура с полым валом за счет расширения проточной части турбины без уменьшения диаметра керна и как следствие рост показателей бурения и выхода керна.

Были проведены исследования, имеющие целью установить оптимальные значения величины Кв и Кн.

Для проведения исследований были изготовлены ступени турбин с различными соотношениями

Дк |/ -Дв „

jr- - Чв - Кн

ДвДт

см. фиг.2)

Испытания проводились на турбинном стенде(при отработке пяти ступеней турбин

каждой модификации). Исследования выявили, что зависимости КПД от Кв и Кн подчиняются противоположным закономерностям. С ростом значений Кв (в результате увеличения диаметра керна Дк или уменьшения диаметра вала Дв) и уменьшением значений Кн (в результате уменьшения диаметра вала Дв при Дт cos f) величина КПД растет.

Вместе с тем известно, что с уменьшением диаметра керна Дк, т.е. с ростом коэффициента кернования Кв, процент выхода керна снижается, т.е. прослеживаются противоположные тенденции влияния Дк и Кв на КПД и вынос керна.

Зависимость выноса керна от значений Кв, полученных в результате обработки статистических данных, приведена на графике (фиг.З), на котором даны также кривые зависимости КПД турбины от значений К„ и Кв.

00

о

со ел

ы

Как видно из графика, область значений Кн и Кв, оптимальных по величинам К ПД и выноса керна, лежит между 0,45 и 0,5, т.е. отвечает условиям:

0,45 Кв Кн 0,5 или

0,45

Дк Дв Дв Дт

0,5.

При определении из этого выражения Дв при заданных Дк и Дт, например, для керно- отборного турбобура, предназначенного для скважин диаметром 190 мм, т.е. Дк 40 и Дт 172д получаем

40 Дв

ж

172

АЖГхТ72 82,9

Полученное дробное значение диаметра керна Дв 82,9 неприемлемо для реального конструирования, где желательно, чтобы диаметры таких деталей, как вал, не только имели круглую величину (83 или 88 мм), но и были кратны пяти (80 или 85),

Несложные подсчеты показывают, что полученная зависимость приводится в соответствие с требованиями реального производства при корректировке значений К8 и К н не более, чем на 4%.

Для того, чтобы привести полученное выше выражение 0,45 Кв Кн 0,5 в соответствие с требованиями реального конструирования, нами в это выражение введен коэффициент моделирования а, причем а 1 ±0,04 или 0,96 а 1,04.

Введя коэффициент моделирования а в выражение 0,45 Кв Кн 0,5, запишем:

0,45 КВ х - Кн х а 0,5. а

0, ха 0,5, Дв а Дт

кратных пяти, введен коэффициент моделирования а 1 ±0.04 или 0,96 а 1,04, т.е.:

0,45 frx-l xa Дв а Дт

0,5.

Поставленная цель достигается тем, что в керноотборном турбобуре с полым валом, внутри которого размещен съемный кер- ноприемник, и с бурильной головкой с кер- нообразующим отверстием, отношения диаметров кернообразующего отверстия и вала, вала и турбобура равны и лежат в пределах 0,45 - 0,5, т.е. отвечают соотношению Д

0,45

- Дв а Дт

ха 0.5

причем 0,96 а 1,04, где Дк - диаметр кернообразующего отверстия;

Дв - наружный диаметр вала.

0

5

0

Дт - наружный диаметр турбобура;

а - коэффициент моделирования.

На фиг.1 изображен керноотборный турбобур, продольный разрез; на фиг.2 - то же, поперечный разрез; на фиг.З - приведены результаты стендовых исследований зависимости энергетических характеристик турбобура от значения коэффициентов и кернования..

Устройство содержит корпус 1 и полый вал 2, между которыми смонтирована многоступенчатая турбина 3. Внутри вала размещен съемный керноприемник 4, в который поступает керн, образуемый коронкой 5. Соотношения наружных диаметров турбобура Дт, его вала Дв и кернообразующего отверстия Дк соответствуют закономерности

Дк v 1 Дв

- - х - - --

0,45

Дв

Дт

х а 0,5

где а 1 ±0,04 или 0,96 а 1,04.

Керноотборный турбобур-работает следующим образом. После спуска турбобура

на забой, промывки забоя и скважины, через трубы сбрасывают съемный керноприемник 4, который устанавливается в полом валу 2 турбобура. При включении циркуляции промывочная жидкость движется через

турбину 3. Благодаря расширенной по сравнению с предыдущими моделями прочной части турбины, гидравлические потери снижены, а КПД - повышен, что предопределяет при том же расходе потока или при том

же перепаде давления передачу на бурильную головку 5 повышенного вращающего момента. Это приводит к более устойчивой работе турбобура, росту механической скорости пр оходкй и, как следствие, улучшению выхода керна.

Техническим преимуществом технического решения является повышение его энергетических характеристик за счет расширения проточной части турбины без

уменьшения диаметра керна.

Общественно полезным преимуществом керноотборного турбобура является снижение затрат времени и средств на раз- буривание месторождений.

Формулаизобретения

Керноотборный турбобур с полым валом, внутри которого размещен съемный керноприемник, и с бурильной головкой с кернообразующим Отверстием, отличающ и и с я тем, что, с целью повышения его энергетических характеристик за счет расширения проточной части турбины без уменьшения диаметра керна, отношения диаметров кернообразующего отверстия и

вала, вала и турбобура равны и лежат в пределах 0.45 0.5, т.е. отвечают соотноше1 нию

0.45

.0.5

Дп а Дт

причем 0.96 а 1,04,

где DK - диаметр кернообрэзующего отверстия:

DR - наружный диаметр вала;

DT -наружный диаметр турбобура;

а - коэффициент .моделирования.

Использование: бурение скважин на нефть и газ. Сущность изобретения: турбобур содержит корпус 1 и полый вал 2, между которыми смонтирована многоступенчатая турбина 3. Внутри вала размещен сьемный керноприемник 4, в который поступает керн, образуемый коронкой 5. Соотношения наружных диаметров турбобура Дт, его вала Дв и кернообразующего отверстия Д« соответствуют закономерности 0,45 х - 4п а Дв а дт 0,5, где Дк - диаметр кернообразующего отверстия; Дв - наружный диаметр вала турбобура; Дт - наружный диаметр корпуса турбобура, а - коэффициент моделирования, причем 0,96 а 1,04. 3 ил.