Многоступенчатый безредукторный турбобур

СССР М 5 ласс 5 а, 14 НИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ юро арегисврирова 1 усман и, П, Шумилов гиев,ый турбобур ногоступен НП за21270,1 года. чатую турбину, соединенную с буровым инструментом через редуктор. Технические затруднения, связанные с наличием редуктора, заставили перейти к турбобурам безредукторным, что оказалось возможным при применении многоступенчатых турбобуров, в которых число ступеней достигает нескольких десятков и даже сотен.Предлагаемый многоступенчатый безредукторный турбобур состоит из большого числа реактивных турбинных колес, насаженных на общий вал, одновременно служащий шпинделем для бурового инструмента или непосредстэенно соединенный с этим инструментом. В целях удооства изготовления и для создания, по возможности, одинаковых усилий во всех частях турбобура, рабочие колеса всех ступеней делаются одинаковыми, В целях упрощения изготовления двигательной части туроооура 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 давление на корпус турбобура. В целях изоляции корВ связи с переходом к бурению скважин большой глуби 11 ы острым становится вопрос о системе привода бурового инструмента. В настоящее время 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 роторного 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 двигателя непосредственно на забой с тем, чпобы колонна буровых труо оставалась не эращающейся и возможно освобожденной от продольного изгиба, Эта задача успешно была разрешена в турбобуре Капелюшникова, имеющем одноступенепений Госплана при СНК СССРпуса 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 венцон направляющего аппарата посредством нажимного ниппеля, соединяемого с переводником.Для ограничения боковых движений вала турбобура служит верхний роликовый или иной подшипник. Внизу боковые движения вала ограничиваются посредством резинового направляющего подшипника. В виду того, что ревиновый вкладыш подшипника получает радиальное сжатие, компенсация этого сжатия происходит за счет сжатия вкладыша в продольном напра)влении; это сжатие происходит вследстВие давления рабочей среды на торцевые поверхности вкладыша, для чего торцы резинового вкладыша оставляются открытыми и подверженными действию рабочей жидкости.На чертеже изображено примерное устройство предлагаемого турбобура в вертикальном разрезе.На валу (шпинделе) 1 турбобура за-креплен ротор 5, составленный 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 определенным углом, она вступает на лопатки первого венца ротора, откуда входит в статор второй ступени и г. д. Воздействуя на лопатки раоочего колеса, жидкость создает определенный вращаюгций момент, под действием которого вал турбооура с закрепленным на нем буровым инструментом (долотом, шарошкой и т, п,) вращается и разбуривает породу 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 поверх. ность, вынося с собою разбуриваемую породу,Лопатки венцов рабочих колеси направляющих аппаратов выполняются в виде винтовых поверхностей со входными углами, выбираемыми в определенных пределах, так, что врагцающий момент и коэфициент полезного 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 упрогцения изготовления лопатки венцов направляющего аппарата делаются того же профиля, что и лопасти рабочего колеса. Вследствие этого венцы направляющего аппарата могут изготовляться на тех же станках и теми же фрезами, что и венцы рабочего колеса, что ведет к упрощению и удешевлению производства турбобуров.Венцы 5 - 6 ротора свободно, но с возможно малым зазором (скользящая посадка) насажены 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) зажимается 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 за. креплены и венцы статора. Первый венец статора своим торцем вверху упиже 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 внутреннем 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 внутренней расточке корпуса 18 луорикатора. Торцевая гайка 27 ограничивает движение поршня вверх, а пробка 20закрывает отверстие для заливки мас.ла при зарядке лубрикатора.Как указывалось, вверху боковыеперемещения 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, особенно сажи, входящей в состав резины, В виду этого подшипники, очень рается в выступ корпуса 2. Последний же венец внизу зажат торцем ниппеля 4, соединяющегося с корпусом 2 винтовой нарезкой или иным соответствующим способом, Таким образом, на корпус и соединенный с ним ниппель передается реактивный момент, возникающий 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 навинчепа гайка 17 или иной закрепляющий, орган. Через торец этой гайки осевое 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 двигательной части турбобура. Нижний торец 12 корпуса 12 опирается на заточку в торце корпуса 2. Так 1 им образом все осевое давление передается на верхнюю часть корпуса 2 и дальше 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 турбобу.рах осевое давление так или иначе воздействовало назатяжку 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. Такаятуго насаженные на вал на дневной поверхности, 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 обаторца подшипника. Этот перепад, достигающий величины порядка 8 - 10 атм воздействует на открытые тор.цы 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 противо- давлении обратного столба той же жидкости, поднимающейся на дневную поверхность, Рабочая жидкость, дойдя до переводника, оотекает камеру лубрикатора и через каналы 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 криволиней,ности создает вращающий момент относительно оСи шпинделя, на котором закреплены венцы лопаток ротора, Шпиндель приводится во вращение так же, как и соединенный с зим 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,Давление потока на лопасти венцовротора и на шпиндель, с которым венцы соединены, воспринимается опорным подшипником (пятой) и передается вышеописанным способом на буровые трубы. Последние, таким образом, всегда растянуты в противоположность трубам при роторном бурении, которые Обязательно должны быть продольно натружаемы без наличия в них какой- либо 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. Объективным показателем режима работы турбобура и взаимодействия его с породой забоя является снижение величины перепада давления (напора), что обнаруживается по показаниям манометров на трубах подачи прямой и обратной и по давлению на пяту, что может быть измерено по,показаниям приборов, включенных между колонной труб и поддержива 1 ощей ее конструкцией на вращательном столе. Если на трубе подачи включен расходомер, то по совюстному показанию всех этих приборов легко следить за режимом работы турбобура и регулИровать ее.Предлагаемый турбобур может быть изменяем в своих деталях без изменения, однако, его сущности. Так, например, вместо шарикового опорного 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 соединения ротора турбины с приводным инструментом (долото и т, п.), венцы статора которого зажаты между упором в корпусе и торцем нажимного ннппеля, с воспринимающим осевое давление подшипником (пятой), расположенным поверх двигательной части бура, отличающийся тем, что, с целью изоляции ста 1 тора от переменного давления в опорном подшипнике (пяте), втулка, передающая///.;4.рР л,гав р П. В. НикитинМ 66519, Зак,3916 - 450 Отв. реТип. Сов, пе коп. сплан да/вле/ние от пяты на переводник, расположена выше муфты, соединяющей корпус бура с переводником.2. Турбобур по п, 1, отличающ и й с я тем, что, с целью создания возможности беспрепятственной выемки турбинной части со стороны бурового инструмента без разборки верхней части бура, применен ниппель 4, соединяемый с переводником 3 и упи; ,рающийся торцем в торец последнего венца лопаток ста/тора 8.3. Турбобур по пп. 1 и, 2, отличаю щийся тем, что, с целью компенсацни сжатия резинового направляющего подшипника в радиальном направлении, торцы подшипника для созда/н/ия,давления и сжатия в продольном направлении оставлены открытыми,4. Турбобур 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.