Метод разработки бурение, страница 27

Турбодолото представляет собой забойный двигатель для бу­рения скважин с отбором образцов породы (кернов). Это односек-ционный турбобур с полым валом, внутри которого размещена колонковая труба — грунтоноска для приема выбуренного керна (рис. VI.2). Грунтоноска в верхней части снабжена головкой 1 с конусной посадочной поверхностью, которой она садится в опору, закрепленную в корпусе, благодаря чему грунтоноска остается неподвижной при вращении вала. Клапан 2 служит для перепуска жидкости из колонковой трубы 3 по мере входа в нее керна и предохраняет от утечки раствора через колонковую трубу, чтобы не разрушать керн.

При наполнении трубы керном его отрывают с помощью кер-норвателя 4, находящегося в нижней части трубы. Кернорватель имеет клиновидные зубья, укрепленные на шарнирах. При входе керна в трубу зубья прижимаются к нему заостренными концами. При подъеме грунтоноски зубья принимают горизонтальное поло­жение, врезаясь в керн и отрывая его от забоя, перекрывают от­верстие в колонковой трубе, не допуская выпадения керна.

С турбодолотами используют алмазные или четырехшарошеч-ные долота, разбуривающие забой по кольцу с образованием в се­редине керна. Такие долота называются бурильными голов­ками.

Турбобур для забуривания наклонных скважин размещается в скважине под определенным углом к вертикали. Чтобы угол был возможно большим, турбобур должен иметь небольшую длину. Поэтому пользуются укороченными турбобурами с числом ступе­ней 30—60. Конструктивно они аналогичны турбобурам типа 12МЗК, но без средней опоры, так как при небольшой длине в ней нет необходимости. Лопатки турбины имеют больший угол и дру­гую форму для развития значительной мощности.

Такой турбобур соединяется с бурильной колонной с помощью кривого переводника, у которого оси верхней и нижней резьб вы­полнены под углом. Благодаря небольшой длине турбобур хорошо вписывается в искривленный ствол скважины. Мощность коротких турбобуров невелика, ввиду чего эффективность их низкая при бу­рении скважин, где необходим набор кривизны на большой длине. Для этого используют секционные турбобуры большей мощности.

Основные данные турбобуров приведены в табл. VI. 1.

Характеристика турбобура

Рабочая характеристика турбины турбобура определяется час­тотой вращения вала п (в об/мин), вращающим моментом на валу турбобура М (в Нм), мощностью N (в кВт), развиваемой турбо­буром, перепадом давления Ар (в Па) и гидравлическим коэффи­циентом полезного действия г\ в зависимости от количества буро­вого раствора Q (в м³/с), прокачиваемого через турбину. В про­цессе бурения вследствие изменения момента сопротивления на долоте и количества прокачиваемого раствора все параметры так­же меняются. Вращающий момент на валу турбины возникает в результате взаимодействия потока жидкости с лопатками ротора и статора.

Движение жидкости в канале турбины между двумя соседними лопатками определяется ее осевой скоростью и частотой вращения

ротора относительно статора. Сило­вое воздействие потока жидкости на лопатки ротора связано с измене­нием ее скорости в каналах тур­бины. Для обеспечения протекания жидкости через турбины с опреде­ленной скоростью надо на входе в турбину иметь необходимый на­пор. Количество энергии, передавае­мой лопаткам ротора, зависит от конструктивных параметров тур­бины, расхода жидкости Q, ее плот­ности р и частоты вращения ро­тора п. На рис. показана характе­ристика    турбины    турбобура  при   постоянном расходе жидкости. В рабочей зоне

турбобура перепад давления АР меняется незначительно, крутящий момент М — от максимального значения в процессе торможения М_т при частоте вращения п_т = 0 до /И_х = 0 при холостом ходе п_х. Режим макси­мальной мощности называется экстремальным. Гидравлический коэффициент полезного действия

где N_T— мощность турбины, кВт.

Другими словами, Г|щах пропорционален мощности N. Так как перепад давления не постоянен при переменных режимах, макси­мумы мощности и к. п. д. не совпадают. Режим максимального к. п. д. называется оптимальным.