Многоступенчатый безредукторный турбобур

Многоступенчатый безредукторный турбобур

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СССР

М 50755

Класс 5 а, 14.„

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зарегистрировано в Бюро изобретений Госплана при СНК СССР

fl. П, Шумилов, P. А. Иоаннесян, Э. М. Тагиев, М. Т. Гусман и

П. С. Дроботов.

Многоступенчатый безредукторный турообур.

Заявлено 21 января 1939 года в НКНП за Ае 21270.

Опубликовано 30 апреля 1941 года.

В связи с переходом к бурению скважин большой глубн11ы ос-.рым становится вопрос о системе привода бурового инструмента. В настоящее Bippмя скважины глубиною 2000 — 3000 м уже не являются необычными. Наиболее глуоокие скважины достигают

4500 м, и эта глубина еще не является техническим пределом бурения.

Обычно применяемый способ так называемого роторно|го бурения заключается во вращении колонны буровых труб, несущей на конце буровой инструмент. При этом давление на долото создается преимущественно весом колонны труб, которые не только вращаются, но и подвергаются продольному изгибу. Вследствие этого колонна не остается прямой, а больше или меньше искривляется и уклоняется в сторону.

Эти соображения, а также целый ряд других заставляют разрешить задачу переноса д вигателя непосредствен но на забой с тем, чтобы KOJIQHна буровых труо оставалась не эращающейся и возможно освобожденной от продольного изгиба. Эта задача успешно была разрешена в турбобуре

Капелюшникова, имеющем одноступенчатую турбину, соединенную с буровым инструментом через редуктор.

Технические затруднения, связанные с нал|ичием редуктора, заставили перейTIH K турбобурам безредукторным, что оказалось возможным при применении м ногоступенчатых турбобуров, в которых число ступеней достигает нескольких десятков и даже сотен.

Предлагаемый многоступенчатый безредукторный турбобур состоит из большого числа реактивных турбинных Kолес, насаженных на общий вал, од новременно служащий шпинделем для бурового инструмента или непосредстэенно соединенный с этим инструментом. B целях удооства изготовления и для создания, по возможности, одинаковых усилий во всех частях турбобура, рабочие колеса в,"ех ступеней делаются одинаковыми. В целях упрощения изготовления д вигательной част и турбооура лопатки рабочего колеса имеют сечения, подобные сечениям лопаток направляющего аппарата.

Венцы лопаток рабочего колеса непосредственно закреплены на валу (шпинделе), который через шариковую пяту передает осевое „ àâ.ëåíèå на корпус турбобура. В целях изоляции кор59755 пуса статора с закрепленными на нем лопатками направляющего аппарата от переменного давления в опорном подшипнике давление от этого подшипника передается на корпус турбобура выше статора, Конструкция турбобура выполнена легко разборной, для чего в турбобуре предусмотрено закрепление ве|нцон направляющего аппарата посредством нажимного ниппеля, соединяемого с перевод ником.

Для ограничения боковых движений вал а турбобура служит верхний роликовый или иной подшипник. Внизу боковые движения вала ограничиваются посредством резинового направляющего подшипника. В виду того, что резиновый вкладыш подшипн|ика пюлучает радиальное сжатие, компенсация этого сжатия происходит за счет сжатия вкладыша в продольном напра)влении; это сжатие происходит втследств ие давления рабочей среды на торцевые поверхности вкладыша, для чего торцы резинового вкладыша оставляются отKpbITbIMH и подверженными действию рабочей жидкости.

На чертеже изображено примерное устройство предлагаемого турбобура в вертикальном ра зрезе.

На валу (шпинделе) 1 турбобура за- t креплен ротор 5, соста вленный из нужного числа отдельных венцов (колес), заключающих в себе лопатки рабочего колеса, закрепленные между внутренним и внешним ободом 6. Подобно этому, на неподвижном корпусе 2 закреплены венцы статора 8, образующего направляющий аппарат для рабочих колес турбины, Рабочая жидкость поступает к двигателю из канала Л, проходя через кольцевое пространство между трубой (переводником) 3 и корпусом 18 лубрикатора. Раоочая жидкость поступает в первый венец статора (направляющего аппарата); выйдя оттуда под определен ным углом, она вступает на лопатки первого венца ротора, откуда входит в статор второй ступени и г. д.

Воздействуя на лопатки рабочего колеса, жидкость создает определенный вращающий момент, под действием которого вал турбооура с закрепленным на нем буровым инструментом (долотом, шарошкой и т. п.) вращается и разбуривает пор оду забоя. Рабочая жидкость, выйдя из ротора последней ступени, через окна Б проходит в канал В в вале, откуда жидкость через буровой инструмент поступает на за бой и далее вытесняется на поверхность, вынося с собою разбурпваемую породу.

Лопатки венцов рабочих колес и направляющих аппаратов выполняются в виде винтовых поверхностей со еходными углами, выбираемыми в определенных пределах, так, что врашающии момент и коэфициент полезногп,действия турбобура получаются наибольшими, возможными для данных условий и параметров. Имея в виду, что рабочая жидкость в каждом колесе проходит сравнительно короткий путь по лопастям, последние делаются возможно более простого очертания, допускающего их изготовление на обычном фрезерном станке без каких-либо дополнительных приспособлений. В целях еще большего упрощения изготовления лопатки венцов направляющего аппарата делаются того же профиля, что и лопасти рабочеro колеса.

Вследствие этого венцы направляющего аппарата могут изготовляться на тех же станках и теми же фрезами, iT0 и венцы рабочего колеса, что ведет к упрощению и удешевлению производства турбобуров.

Венцы 5 — 6 ротора свободно, но с возможно малым зазором (скользящая по садка) на сажены на тело шпинделя 1 и на закрепленную в нем шпонку 15. Каждый веиец 5 — 6 рабочего. колеса чередуется с венцом 7 — 8, насаженным на тело неподвижной части корпуса 2. Нижний венец ротора торцем обода упирается в выступ 1 шпинделя 1; верхний венец (венец первой ступени) зажима ется гайкой 9, создающей осевое продольное зажатие всех венцов ритора. Таким образом, вращающий момент, создаваемый потоком в каждом венце ротора, кроме шпонки, передается на шпиндель еще в двух местах: внизу на выступ шпинделя и вверху — на закрепленную на шпинделе гайку. Подобрано этому закреплены и венцы статора. Первый венец статора своим торцем вверху упи59755 же уплоанительная прокладка 31 имеется между. стенкой внутренней расточки корпуса 12 и втулкой 10 вала (шпинделя). Из проведенных испытаний оказалось, что при больших применяющихся в турбобурах давлениях наиболее целесообразным оказалось сальниковое уплотнение из Ч-образных резиновых колец, зажатых между двумя прокладками — верхней клиновой прокладкой 31 и нижней желобчатой подушкой 31", покоящейся на в нутреннем выступе корпуса 12 подшипника. Продольное зажатие сальника осуществляется гайкой 11.

Опорный подшипник 25 и все его составные части работают в масляной ванне, образованной корпусом 18 лубрикатора. Неизбежные утечки масла, главным образом, через неплотности сальника компенсируются при опускании поршня 19, скользящего во внутре нней расточке корпуса 18 луорикатора. Торцевая гайка 27 ограничивает движение поршня вверх, а пробка 20 ! закрывает отверстие для заливки масла при зарядке лубрикатора.

Как указывалось, вверху боковые перемещения ротора турбобура воспринимаются радиальным подшипником, помещенным в ванне опорного подшипника. Внизу радиальные перемещения шпинделя воспринимаются резиновым или иным упругим подшипником 23. Во изоежание истирания и повреждения тела шпинделя оно в области подшипника защищено нижней втулкой 21, аналогичной верхней втулке 10. Резиновый подшипник-вкладыш 23 закреплен в гильзе 22, соединяющейся с телом ниппеля 4 нарезкой или иным подходящим способом. При смене сработанного подшипника достаточно отвинтить гильзу 22 и вынуть весь подшипник целиком.

Опыт показал, что при большом абсолютном давлении, при котором приходится работать резиновому подшипнику, последний получает весьма большие радиальные сжатия. Эти деформации происходят вследствие уплотнения внутренних пор в материале подшипника и, в частности,,вследствие уплотнения наполнителей резины, осп1 бенно сажи, входящей в состав резины. В виду этого подшипники, очень рается в выступ корпуса 2. Последний же венец внизу зажат торцем н иппеля 4, соединяющегося с корпусом 2 винтовой нарезкой или иным соответствующим способом. Таким образом, на корпус и соединенный с ним ниппель передается реактивный момент, в о зникающий в венцах статора, численно равный вращающему моменту., возникающему в роторе. Так как корпус 2 соединен с переводником 3, а последний — с колонной буровых труб, то в последних во все время работы турбобура имеется скручивающий момент, равный вращающему моменту турбобура. Окончательно этот скручивающий момент воспринимается системой закрепления буровых труб на поверхности.

Осевое давление, возникающее при протекании потока по лопаткам венцов ротора, воспринимается шпинделем 1, на верхнем конце которого навинчеиа гайка 17 или иной закрепляющий . орга н. Через торец этой гайки ".=åâîå давление передается на верхнюю шайбу 13 шарикового подшипника 25.

Дальше давление передается через нижнюю шайбу 14 и подушку 26 на обойму 24 радиального подшипника и на его корпус 12.

Последний в нижней своей пасхи имеет каналы Г для прохода рабочей жидкосги (глинистого раствора) к д вигательной части турбобура. Нижний торец 12 корпуса 12 опирается на заточку в торце корпуса 2. Таким образом все о сево е давление передается на верхнюю часть корпуса 2 и дальи е на соединенный с ним переводник 3, не воздействуя каким-либо образом на нижнюю часть корпуса и на статзр.

Эта особенность предлагаемого турбобура является особо важной. Во всех существовавших до сих пор турбобурах осевое давление так или иначе воздействовало:на за тяжку венцов статора, вследствие чего последняя могла получать расстройства. Предлагаемая в настоящем турбобуре система передачи осевого давления, полностью устраняет его влияние на затяжку венцов статора.

Между торцевыми выступами корпуса 12 и переводника 3 заложена уплотнительная прокладка 28. Такая

59755 туго насаженные на вал на дневной псверхности, при атмосферном давлении оказывались недопустимо свободными на глубине нескольких соТ метров, где давление раоочей жидкости не могло быть уравновешено внутренним давлением в порах резины. В целях компенсации этой радиальной усадки резинового подшипника используется пе° репад давлений, действующих на оба торца подшипника. Этот перепад, достигающий величины порядка 8 — 10 атм., воздействует на открытые торцы подшипника и создает продольное его сжатие, отчего радиальная усадка уменьшается.

Работа турбобура происходит следующим образом. Рабочая жидкость, в данником случае глинистый раствор, подается по колонне буровых труб под давлением, достаточным для совершеБия работы в турбобуре, при противодавлении обратчого столба той же жидкости, поднимающейся на дневную п ове рхность. Рабочая жидкость, дойдя до переводника, оотекает камеру лубрикатора и через ка|налы в корпусе подшипника поступает на лопатки первого венца, статора, первого венца ротора, вторых венцов статора и ротора и т. д. При проходе через венцы ротора рабочая жидкость, воздействуя на лопатки, вследствие их криволин ей;ности создает вращающий момент относительно оСи шпинделя, на котором закреплены венцы лопаток ротора.

Шпиндель приводится во вращение так же, как и соединенный с ним буровой инструмент (долото, шарошка и т. п.).

Соприкасаясь с породой забоя, буровой инструмент, действуя на породу с известным давлением, разбуривает ее, причем мука и обломки разбуриваемой породы уносятся на дневную поверхность током рабочей жидкости, которая по выходе из последнего венца ротора поступает в окно шпинделя и дальше по внутреннему его каналу к бурозому инструменту, Да вле ние потока на лопасти венцов ротора и на шпиндель, с которым венцы соединены, воспринимается опорным подшипником (пятой) и пере дается вышеописанным способом на буровые трубы. Последние, таким образом, всегда растянуты в противоположность трубам при роторном бурении, которые

6бязательно должны быть продольно нат ружаемы без наличия в них какойлибо растягивающей силы. Вследствие этого колонна буровых труб при турбинном бурении, как бы она ни была велика, не получает продолиного изгиба, отчего скважины при турбинном бурении получаются исключительно п,рямыми.

Регулирование осадки колонны буровых труб с насаженными на их конце турбобуром производится с дневной поверхности. ORектив ным показателем режима работы турбобу ра и взаимодействия его с породой забоя является снижение величи|ны перепада давления (напора), что обнаруживается по показаниям манометров на трубах подачи прямой и обратной и по давлению на пяту, что может быть изм ере но по,показаниям лрибо ров, включенных между колонной труб и поддерживающей ее конструкцией на вращательном столе. Если .на трубе по дачи включен расходомер, то по совместному показанию всех этих приборов легко следить за режимом работы турбобура и регулИровать ее, Предлагаемый турбобур может быть изменяем в своих деталях без измене ния, одна ко, его сущности. Так, например, вместо шарикового опор ного подшипника, может быть употреблена пята скользящего трения типа Митчеля.

Точно так же может быть целесообразно изменена система опор, заделок, соединений и уплотнений отдельных частей.

Предмет изобретения.

1. Многоступенчатый безредукторный турбобур для непосредственного соеди нен ия ротора турбины с приводным HHOTpvMBHTQM (долото и т. п.), венцы статора которого зажаты ме жду упором в корпусе и торцем нажимного ннппеля, с воспринимающим осевое давление подшипником (пятой), расположенным поверх двигательной части бура, отличающийся тем, что, с целью изоляции ставора от переменного давления в опорном подшипнике (пяте), втулка, передающая

59755

Отв. редактор П. В. Никитин

Тип. «Сов. печ,», М 66519. Зак, № 3916 †4

Бена 35 коп.

Госпланиздат давление от пяты на переводник, расположена выше муфты, соединяющей корпус бура с переводником.

2. Турбобур по п. 1, отли ча юшийся тем, что, с целью создания возможности бе спрепятственной выемки турбинной части со стороны бурового инструмента без разборки верхней ч асти бура, применен ниппель 4, соединяемый с переводником 3 и упи; ,рающийся торцем в торец послед него венца лопаток статора 8.

3. Турбобур по пп. 1 и, 2, отдича ю шийся тем, что, с целью компенсации сжатия резинового направляющего подшипника в радиальном направлении, торцы подшипника для создания,давления и сжатия в продольном направлении оставлены открытыми.

4. Турбо бур по пп. 1 — 3, о т лича ющий с я тем, что резиновый направляющий подшипник помещен во вкладыше, вставляемом и закрепляемом в ниппеле со стороны бурового инструмента.