Турбобур

 

Использование: в горном деле при проходке наклонно направленных скважин. Сущность изобретения: турбобур включает многоступенчатую осевую турбину, статоры которой закреплены в корпусе, а роторы - на валу, осевые и радиальные опоры. Корпус имеет одну либо две диаметрально противоположных лыски или окна, расположенные параллельно оси корпуса по его длине. Турбобур может быть снабжен отклонителем, при этом продольная ось среднего сечения лысок или окон расположена в плоскости искривления отклонителя. 1 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, а именно к забойным гидравлическим двигателям, применяемым для вращения буровых долот и коронок.

Известен турбобур, содержащий корпус с шарнирными секциями, размещенными между ступенями турбины, и вал в виде отдельных частей, соединенных карданными валами через шарниры Гука (авт.св. СССР N 275917). Недостатком данного устройства является сложность конструкции, высокая цена изделия и низкая надежность при работе в абразивной среде бурового раствора.

Известно также устройство для бурения наклонных стволов, содержащее забойный двигатель и расположенную над ним бурильную трубу эллиптической фоpмы, что позволяет отклонять двигатель в продольной плоскости трубы, проходящей через малую ось ее поперечного сечения [1] Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является обычный серийный турбобур, содержащий многоступенчатую осевую турбину, статоры которой закреплены в корпусе, а роторы на валу, осевые и радиальные опоры [2] Недостатком указанных устройств является то, что они могут работать только на участках с малым темпом нарастания (сброса) зенитного угла скважины (менее 2^о на 10 м проходки ствола). Относительно длинная и жесткая компоновка забойного двигателя не вписывается в ствол скважины с меньшим радиусом поворота.

Изобретение направлено на решение задачи по повышению эффективности бурения участков скважины, где осуществляется интенсивный набор или сброс кривизны. При осуществлении изобретения обеспечивается бурение с интенсивностью набора зенитного угла ствола скважины в 4-10^о на 10 м проходки при габаритной осевой длине забойного двигателя до 10 м.

Для этого в турбобуре, содержащем ступени давления осевой турбины, статоры которой закреплены в корпусе, а роторы на валу, осевые и радиальные опоры, корпус имеет по крайней мере одну продольную лыску или окно. Кроме того, при снабжении турбобура отклонителем, продольная ось среднего сечения лыски или окна расположена в плоскости искривления отклонителя.

Выполнение продольной лыски или окна в корпусе турбобура позволяет увеличить гибкость компоновки и существенно улучшить вписываемость машины в искривляющийся стол скважины, причем в определенной плоскости, проходящей через главную ось корпусами продольную ось среднего сечения лыски или окна.

Применение в компоновке отклонителя позволяет интенсифицировать набор зенитного угла и уменьшить радиус поворота ствола, причем максимальный результат достигается при совпадении плоскости искривления отклонителя с продольной осью среднего сечения лыски или окна. Еще лучший результат достигается при использовании двух противоположно расположенных лысок или окон, продольные оси которых располагаются в плоскости искривления отклонителя.

На фиг.1 изображен общий вид турбобура с продольными лысками на корпусе; на фиг.2 то же, с продольными окнами на корпусе; на фиг.3 сечение по А-А на фи.1; на фиг.4 сечение по Б-Б на фиг.2.

Турбобур содержит корпус 1, в котором неподвижно закреплены статоры 2 ступеней давления осевой турбины и вал 3 с неподвижно закрепленными на нем роторами 4 ступеней давления осевой турбины. Вал 3 фиксируется в корпусе 1 посредством осевых 5 и радиальных 6 опор. Нижняя часть вала 3 присоединена к долоту или бурильной головке (на чертеже не показаны). Корпус 1 имеет две продольные лыски 7 (фиг.1) или два продольных окна 8 (фиг.2), продольные оси среднего сечения которых расположены в плоскости чертежа и отклонителя 9, который соединен с верхней частью корпуса 1.

В том случае, кода в корпусе 1 выполняются одно или два окна 8 (фиг.4) необходимо обеспечить герметичность наружной цилиндрической поверхности статоров 2 (фиг.2). Для этого торцовые поверхности сопрягаемых элементов статоров шлифуются и притираются, после чего они стягиваются осевым усилием, гарантирующим контактные нагрузки в 2000 3500 кГ/см² и выполняют функцию неподвижного торцового уплотнения, рассчитанного на восприятие внутреннего давления до 10 МПа (рабочий перепад давления в турбине турбобура до 7 МПа на самой верхней ступени, далее он уменьшается).

Над отклонителем 9 устанавливается специальная жесткая труба (на чертеже не показана) такой длины и такого диаметра, чтобы ее вписываемость в заданный радиус поворота была бы такой же, как и у корпуса 1 турбобура, ориентированного в стволе таким образом, чтобы выпуклая внутренняя часть ствола скважины (на участке крутого поворота) соприкасалась бы с наружной поверхностью лыски 7 корпуса 1 или статоров 2 ступеней давления турбины, которые выступают из окна 8 корпуса 1. Далее крепятся трубы бурильной колонны (не показаны).

Работа турбобура осуществляется следующим образом.

Турбобур спускается до забоя скважины и ориентируется в необходимом азимутальном положении, затем начинается бурение. Конструкция корпуса 1 с лысками 7 или окнами 8 позволяет обеспечить без осложнений прохождение турбобура через участок резкого изгиба ствола скважины за счет его вписываемости в дугу поворота.

Формула изобретения

1. ТУРБОБУР, содержащий многоступенчатую осевую турбину, статоры которой закреплены в корпусе, а роторы - на валу, осевые и радиальные опоры, отличающийся тем, что корпус имеет одну либо две диаметрально противоположные лыски или окна, расположенные параллельно оси корпуса по его длине.

2. Турбобур по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен отклонителем, а продольная ось среднего сечения лыски (лысок) или окна (окон) расположена в плоскости искривления отклонителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4