Агрегат реактивно-турбинный

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ н 11977670 Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик) М. Кл,Е 21 В 4/02 с присоединением заявки Йо -(23) Приоритет -Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийОпубликовано 30.11.82, Бюллетень Мо 44Дата опубликования описания 301182 53) УДК 622.243.92.05(088.8) В.А.Высоцкий, С.М.Кврвжв, В.И.Либврман, А.Н.Прткщ.и А.А.РыбалкаЦ У3Всесоюзный ордена Трудового Красного Знамени,;научно-исслвдоватвльский институт буровойтехники(54) АГРЕГАТ РЕАКТИВНО-ТУРБИННЫЙ Изобретение относится к бурвнию скважин большого диаметра, а именно к реактивно-турбинным агрвгатаМИэввстны агрегаты рвактивно-турбинного бурения, включающие турбобуры,с пврвводниками вала и долота. При реактивно-турбинном бурении скважин большого диаметра долота соввршают вращение вокруг оси агрегата. Простота осуществления рвактивно-турбинного способа, возможность использования сврийных забойных двигателей, долот, бурильных труб обеспечивают широкое распространение способа РТБ в различных областях народного хозяйства 1.Однако агрегаты РТБ имеют высокую частоту вращвния долот,. приводящую к их преждевременному износу.Отсутствие запаса реактивного момента, необходимого для прводолвния в переносном вращении сил инврции массы агрегата, момента сил трения в ввртлюгв и сопротивлвния агрегата и колонны труб в жидкости, эаполняющвй ствол, приводит к ограничвнию осевых нагрузок на долота, а следовательно, и к снижению производитвльности труда при бурении и к перерасходу долот. Эти недостатки определяются твм,что из-эа отсутствия достаточныхсил гидравлического сопротивления 5 вращению подвижных частей турбобу. ра (вала.и пврвводника ) и долота,последнее вращается с частотой, близкой к частоте холостого вращения(сопротивлвнив жидкости вращению долот невелико, особенно долот малогоразмера). При работе турбобуров втаком режиме реактивный момент агрегата невелик и часто бывает нвдостаточным для устойчивого вращения агрегата, Значитвльно снизить частоту 15 вращения долот путем ув, ичвния нагрузки на забой нввозможно,так какпри увеличении нагрузки.на забойреактивный момвнт увеличивается,но соответственно увеличивается исоФротивлвнив переносному вращениюагрегата.Иэввствн также агрегат реактивно-турбинный, включающий турбобуры,соДержащие статоры и роторы, переводники валов и долота, наружные повврхности валов турбобуров имеютпродольные лопаетй 21.Стзпротивлвнив жидкости вращениюв нвм долота и особенно первводника З 0 с лопастями влияет на величину ихарактер 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 гормоэному режиму турбины и реализовать на бурение повышенную величину 10 вращающего момента. Связанная с: этим воэможность повышения осевой нагрузки и ограниченияскорости вращения долота способствует увеличению производительности до-.лот агрегета,Однако величина сопротивления пере водника с продольными ребрами вращению в жидкости невелика и не.можетобеспечить оптимальную частоту вращения долота и величину реактивного мо мента. Величина сопротивления ограничена габаритами ребер длина реберопределяется длиной переводника вала,а ширина зависит от диаметра переводНа фиг. 1 изображен реактивно-тур 401 бинный агрегат, общий вид, на фиг.2 разрез А-А на фиг,1; на фиг.З - но" мограмма совместной работы турбобураи узла для гидравлического сопротивления. 45Реактивно-турбинный агрегат вклю. чает турбобуры 1, содержащие статоры и роторы, к валам которых через переводники 2 прикреплены долота 3. Внутренняя поверхность переводников 2 выПолнена в виде винтовой поверхности 4, направление подъема которой противоположно направлению профиля лопаток роторов и представляет собойэел для гидравлического сопротивения. На фиг. 3 изображены в систее .координат МК(М)-п, где И - крутящий момент на валу турбобур 1, И - мощность, п - частота вращения вала турбобура, следующие характеристики: турбобура 5, узла для гид равлического сопротивления б , турбобура с узлом для гидравлического сопротивления 7.Реактивно-турбинный агрегат рабо тает следующим образом. 65 ника и долота) ., 25Цель 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 роторыпереводники валов, долота, внутренняя поверхность переводников валов выполнена в виде винтовой поверхности, направление подъема которой противоположно направлению, профиля лопаток роторов турбобуров,Агрегат спускают к забою (долота отстоят от забоя на 1-3 м) и под давлением подают рабочую жидкость в турбобуры 1, Валы турбобуров:, пере- водники 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 1,кривая 5 на фиг.З). Наличие узла для гидравлического сопротивления 1 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 К 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 соприкосновения долот с забоем и начинают бурениеРежим максимальной мощности на долоте, определяющий рациональный режим бурения, характеризуется частотой вращения долота и, значительно меньшей, чем номинальная частота п 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 нагрузкойдействует также дополнительный реактивный моментобратный 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.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 реактивногомомента 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" 15 ка на долото.формула изобретенияАгрегат реактивно-турбинный включающий турбобуры, содержащие стаИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе(прототип) торы и роторы, переводники валов,долота, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения эффективности работы агрегата за счет обеспечения возможности увеличения осевой нагрузки на долота, внутренняяповерхность переводников выполненав виде винтовой поверхности, направ-,ление подъема которой противоположно направлению профиля лопаток роторов.