Агрегат реактивно-турбинный Советский патент 1982 года по МПК E21B4/02 

(54) АГРЕГАЧ РЕАКТИВНО-ТУРБИННЫЙ

Изобретение относится к бурению скважин большого диаметра, а имен- v но к ре актив но-турбинным агрега.там

Известны агрегаты реактивно-турбинного бурения, включающие турбобуре, с перевод ни к aivM вала и долота. При реактивно-турбинном бурении скважин большого диаметра долота совершают вращение вокруг оси агрегата. Простота осуществления реактивно-турбинного способа, возможность использования серийных забойных двигателей, долот, бурильных труб обеспечивают широкое распространение способа РТБ в различных областях народного хозяйстваГ }.

Однако агрегаты РТБ имеют высокую частоту вращения долот, приводящую к их преждевременному износу.

Отсутствие запаса реактивного момента, необходимого для преодоления в переносном вращении сил инерции массы агрегата, момента сил трения в вертлюге и сопротивления ,агрегата и колонны труб в жидкости, заполняющей ствол, приводит к ограничению осевых нагрузок на долота, а следовательно, и к снижению производительности при бурении и к перерасходу долот.

Эти недостатки определяются тем, что из-за отсутствия достаточных сил гидравлического сопротивления вращению подвижных частей турбобура (вала ипереводника ) и долота, последнее вращается с частотой, близкой к частоте холостого вращения (сопротивление жидкости вращению долот невелико, особенно долот малого

10 размера). Приработе турбобуров в таком режиме реактивный момент агрегата невелик и часто бывает недьстаточным для устойчивого вращения агрегата. Значительно снизить частоту

15 вращения долот путем увеличения нагрузки на забой невозможно,так как при увеличении нагрузки на забой реактивный момент увеличивается, но соответственно увеличивается и

20 со1 отивление переносному вращению агрегата.

Известен также агрегат реактивно-турбинный, включающий турбобуры, соД1ержаздие статоры и роторы, пере25водники валов и долота, наружные поверхности валов турбобуров имеют продольные лопастй| 2J.

Сопротивление жидкости вращению в нем долота и особенно переводника

30 с лопастями влияет на величину и характер изменения полного реактивно го момента на забойном агрегате. Бла годаря этому еще до соприкосновения долота с забоем удается преодолеть инерцию агрегата и закручиваемой им жидкости. Наличие сил сопротивления жидкости позволяет сместить режим максимума забойной мощности к тормозному режиму турбины и реализовать на бурение повышенную величину вращающего момента. Связанная с этим возможность повы шения осевой нагрузки и ограничения скорости вращения долота способствует увеличению производительности до-, лот агрегета. Однако величина сопротивления пер водника с продольными ребрами вращению в жидкасти невелика и не может обеспечить оптимальную частоту враще ния долота и величину реактивного мо мента. Величина сопротивления ограничена габаритами рёбер (длина ребер определяется длиной переводника вала а ширина зависит от диаметра перевод ника и долЬта). . Цель изобретения - повышение эффективности работы агрегата за счет обеспечения возможности увеличения осевой нагрузки на долота. Поставленная цель достигается тем, что в агрегате реактивно-турбин ном, включающем турбобуры, содержащие статоры и роторы, ,переводники валов, долота, внутренняя поверхность переводников валов выполнена в виде винтовой поверхности, направление подъема которой противоположно направлению .профиля лопаток роторов турбобуров. На фиг. 1 изображен реактивно-тур бинный агрегат, общий вид на фиг.2разрез А-А на фиг.1; на фиг.З - номограмма совместной работы турбобура и узла для гидpaвJШчecкoгo сопротивления. Реактивно-турбинный агрегат включает турбобуры 1, содержащие статоры и роторы, к валам которых через переводники 2 прикреплены долота 3. Внутренняя поверхность переводников выполнена в виде винтовой поверхности 4, направление подъема которой противоположно направлению профиля лопаток роторов и представляет собой узел для гидравлического сопротивления. На фиг. 3 изображены в систеие-.координат Mj(p(N)-n, где крутящий момент на валу турбобура, N - мощность, п - частота вращения вала турбобура, следующие характерис тики; турбобура 5, узла для гидравлического сопротивления 6 , турбобура с узлом для гидравлического сопротивления 7... Реактивно-турбинный агрегат работает следующим образом. Агрегат спускают к забою (долота отстоят от забоя на 1-3 м) и под давлением подают рабочую жидкость в турбобуры 1. Валы турбобуров переводники 2 вала и долота 3 начинают вращаться вокруг собственных осей. Если узла дл гидравлического сопротивления нет, то каждое долото агрегата вращается с частотой равной частоте холостого вращения Пу (.кривая 5 на фиг.З). Наличие узла для гидравлического сопротивления Сего характеристика - кривая 6,1 , выполненного в виде винтовой поверхности, уменьшает частоту вращения долота до величины Иу/2 {кри- (кривая 7)- Этоуменьшение частоты происходит в основном за счет того, что направление подъема винтовой поверхности 4 переводника 2 противоположно направлению профиля лопаток роторов, т.е. поток рабочей жидкости, протекающий по внетреннему каналу переводника вала воздействует на винтовую поверхность и стремится вращать переводник вала в направлении, обратном направлению-вращения роторов турбобура и долота. При угле подъема винтовой поверхности 4 в пределах 30-50 получается оптимальное соотношение между величинами тормозного момента и величиной перепада давления рабочей жидкости в переводнике вала турбобура. Таким образом, еще до соприкосновения долот с забоем на корпусе агрегата появляется реактивный момент, равный по величине моменту М Сесли в агрегате К турбобуров суммарный реактивный момент равен k-Mo)- Под действием этого момента агрегат преодолевает свою инерцию и начинает вращаться вокруг собственной оси. Далее опускают агрегат до соприкосновения долот с забоем и начинают бурение. Режим максимальной мощности на долоте, определяющий рациональный режим бурения, характеризуется частотой вращения долота п ,значительно меньшей, чем номинальная частота Пр турбобура без тормозного узла. Момент Мр, соответствующий максимальной мощности больше номинального момента Мр турбобура. Следовательно, на всем диапазоне изменения момента на долоте от -до на корпусе агрегата, кроме реактивного момента, развиваемого за счет загрузки долота осевой нагрузкой действует также дополнительный реактивный момент обратный по знаку, но равный по величине моменту, развиваемому на узле для гидравлического сопротивления, что позволяет больше нагружать долота осевой нагрузкой без боязни остановить вращение агрегата.

Таким образом, применение в реактивно-турбинном агрегате переводника вала, внутренняя поверхность которого Еьшолнена в виде винтовой поверхности, направление подъема которой противоположно направлению профиля лопаток роторов турбобура, позволит снизить частоту вращения долот и повысить производительность труда за счет увеличения реактивного момента и осевой нагрузки на забой.

Особенно эффективно применять предлагаемый агрегат при бурении штыревыми долотами, так как при сниженных частотах вращения долот уменьшатся сколы штырей и увеличится проходка на долото.

Формула изобретеняя

Агрегат реактивно-турбинный, включающий турбобуры, содержащие ста

торы и роторы, переводники валов, долота, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности работы агрегата за счет обеспечения возможности увеличения осевой нагрузки на долота, внутренняя поверхность переводников выполнена в виде винтовой поверхности, направление подъема которой противоположно направлению профиля лопаток ро,торов.

Источники информации, гфинятые во внимание при экспертизе

фиг2