Агрегат реактивно-турбинный

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<щ977670

Союз Советских

Социалистических

Республик (63) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 100781 (21) 3315301/22-03

И11 М. Кл.

Е 21 В 4/02 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет—

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 30.13 82. Бюллетень ¹ 44

Дата опубликования описания 3011.82 (53) УДК 622.243 ° .92.05(088.8) В.А.Высоцкий, С.И.Кереже, В.И.Либерман, А.Н.Прткщ„. и A.é.Ðûáàëêà .

Ц I,,-)

Всесоюзный ордена Трудового Красного Знамени .: научно-исследовательский институт буровой техники (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) АГРЕГАТ РЕАКТИВНО-ТУРБИННЫЙ

Изобретение относится к бурению скважин большого диаметра, а именно к реактивно-турбинным агрегатаМ

Известны агрегаты реактивно-турбинного бурения, включающие турбобуры,с переводниками 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 PTB в различных областях народного хозяйства 1).

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 труда при бурении и к перерасходу долот.

Эти недостатки определяются тем, что из-эа отсутствия достаточных сил гидравлического сопротивления

5 вращению подвижных частей турбобура (вала.и переводника ) и долота, последнее вращается с частотой, близкой к частоте холостого вращения (сопротивление жидкости вращению долот невелико, особенно долот малого размера). При работе турбобуров в таком режиме реактивный момент агрегата невелик и часто бывает недостаточным для устойчивого вращения агрегата. Значительно снизить частоту

15 вращения долот путем ув ичения нагрузки на забой невозможно,так как при увеличении нагрузки.на забой реактивный момент увеличивается, но соответственно увеличивается и сопротивление переносному вращению агрегата.

Известен также агрегат реактивно-турбинный, включающий турбобуры, содержащие статоры и роторы, переводники валов и долота, наружные поверхности валов турбобуров имеют продольные лопаетй 2).

Сопротивление жидкости вращению в нем долота и особенно переводника

З0 с лопастями влияет на величину и

977670 характер изменения полного реактивного 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

10 вращающего момента.

Связанная с: этим воэможность повышения осевой нагрузки и ограничения скорости вращения долота способствует увеличению производительности до-. лот агрегета.

Однако величина сопротивления пере водника с продольными ребрами вращению в жидкости невелика и не может обеспечить оптимальную частоту вращения долота и величину реактивного мо-20 мента. Величина сопротивления ограничена габаритами ребер (длина ребер определяется длиной переводника вала, а ширина зависит от диаметра переводника и долота) ., 25

Цель изобретения — повышение эффективности работы агрегата за счет обеспечения возможности увеличения осевой нагрузки на долота.

Поставленная цель достигается тем, что в агрегате реактивно-турбинном, 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-тур40

1 бинный агрегат, общий вид, на фиг.2разрез A-А на фиг.1; на фиг.3 — номограмма совместной работы турбобура и узла для гидравлического сопротивления.

4$

Реактивно-турбинный агрегат включает турбобуры 1, содержащие статоры и роторы, к валам которых через переводники 2 прикреплены долота 3.

Внутренняя поверхность переводников 2 выПолнена в виде BHHToBQA поверхности 4, направление подъема которой противоположно направлению профиля лопаток роторов и представляет собой

° ° эел для гидравлического сопротивения. На фиг. 3 изображены в систее-.координат N}

Реактивно-турбинный агрегат рабо тает следующим образом. 65

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 для, гидравлического сопротивления нет, то каждое долото агрегата вращается с частотой равной частоте холостого вращения и (кривая 5 на фиг.3). Наличие узла для гидравлического сопротивления (его характеристика — кривая б), выполненного в виде винтовой поверхности, уменьшает частоту вращения долота до величины И /2 (кри- (кривая 7). Это уменьшение 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 подьема 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 Ио(если в агрегате K турбобуров суммарный реактивный момент равен М-Мо). Под действием этого момента агрегат преодолевает свою инерцию и начинает вращаться вокруг собственной оси.

Далее опускают агрегат до сопри косновения долот с забоем и начинают бурение.

Режим максимальной мощности на долоте, определяющий рациональный режим бурения, характеризуется частотой вращения долота n, значительно меньшей, чем номинальная частота

n+ турбобура без тормозного узла.

Момент Ио, соответствующий максимальной мощности больше номинального момента М турбобура. Следовательно, на всем диапазоне изменения момента на долоте от М=0:до М=М на коро пусе агрегата, кроме реактивного момента, развиваемого эа 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 беэ боязни остановить вращение агрегата.

977670 бурение.

М., "Нед(прототип). фиг.2

Таким образом, применение в реактивно-турбинном агрегате переводника вала, внутренняя поверхность которого выполнена 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 проход- I5 ка на долото.

Формула изобретения

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, направ-, ление подъема которой противоположно направлению профиля лопаток роторов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе I

1. Реактивно-турбинное

Труды ВНИИБТ, вып. <У111, ра", 1967, с.52.

2. Там же, с.24,. рис.З

977670

N p(A)Jr

Составитель A.Ñåðãà÷åâ г

Техред Т.Маточка . Корректор Г.Огар с

Редактор Н.Кешеля

Заказ

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

9148/41 Тираж 623 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по,делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5