ТУРБОБУР-ОТКЛОНИТЕЛЬ

Полезная модель относится к техническим средствам бурения, в частности к турбобурам-отклонителям, применяемым для привода породоразрушающего инструмента при проводке наклонно-направленных скважин.
Известен турбобур-отклонитель, (см. Забойные двигатели и запасные части. Каталог. М. «Недра», 1980 г., с.125, рис.42) включающий турбинную и шпиндельную секции, соединенные искривленным переводником и механизмом передачи вращающего момента и осевой нагрузки от вала турбинной секции валу шпиндельной секции, выполненным в виде торцовых кулачковых полу муфт, работающих в буровом растворе. Между полумуфтами для передачи осевой нагрузки установлен шар.
Недостатком известного турбобура-отклонителя является низкий ресурс работы кулачковой полумуфты и шарового соединения из-за быстрого износа в буровом растворе, и сложность при сборке, из-за необходимости совмещения центра шара с точкой перекоса осей шпиндельной и турбинной секций.
Известен турбобур-отклонитель, (см. Забойные двигатели и запасные части. Каталог. М. «Недра», 1980 г. с.136, рис.46), включающий турбинную секцию с независимой подвеской (осевым подшипником) и шпиндельную секцию. Секции соединены искривленным переводником и механизмом передачи вращающего момента, выполненным в виде торцовых кулачковых полумуфт, работающих в буровом растворе. Осевая нагрузка от вала турбинной секции не передается валу шпиндельной секции, а замыкается на независимой подвеске. Кулачковые полумуфты в этом исполнении также имеют ограниченный ресурс из-за износа в буровом растворе трущихся поверхностей.
Известен турбобур-отклонитель (см. заявку на изобретение, RU95116864 (51) 6 Е21В 7/08, Авторы: Литвяк В.А.; Шумилов В.П.; Ларченко
Н.И.; Евдокимов М.А.; Агеев А.И. Дата публикации 1997.10.27), который принят за прототип. Турбобур-отклонитель включает турбинную и шпиндельную секции, соединенные искривленным переводником и оснащенные опорно-центрирующими элементами, механизм передачи вращающего момента и осевой нагрузки от вала турбинной секции валу шпиндельной секции. Механизм передачи вращающего момента и гидравлической нагрузки турбины выполнен в виде упругого стержня, размещенного внутри вала турбинной секции, и жестко соединен с ним и с валом шпиндельной секции. В месте соединения упругого стержня с валом турбинной секции, между валом и корпусом турбинной секции расположена дополнительная радиальная опора, которая сокращает плечо изгиба вала турбинной секции и снижает нагрузку радиальных опор, что увеличивает надежность и долговечность турбинной секции и в целом конструкции турбобура-отклонителя.
Недостатки прототипа заключаются в том, что при работе на верхних значениях угла изгиба отклонителя наблюдаются поломки упругого стержня. Также данная конструкция не позволяет использовать серийно выпускаемые турбинные секции, требует изготовления специального полого вала турбины.
Кроме того, к недостаткам описанных устройств, в т.ч. прототипа, относится отсутствие возможности регулирования угла искривления турбобура-отклонителя, т.к. нерегулируемые изогнутые резьбовые переводники, соединяющие корпуса привода и шпинделя, не дают возможности оперативного переключения угла искривления и управления траекторией бурения одним турбобуром без его разборки.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является создание турбобура-отклонителя, обладающего высокими показателями эксплуатационных свойств и надежности, и обеспечивающего бурение различных интервалов скважины с заданной кривизной траектории, с регулируемым углом искривления, позволяющим в условиях буровой переключать значения угла изгиба турбобура-отклонителя.
Поставленная задача решается за счет того, что в известном турбобуре-отклонителе, включающем турбинную и шпиндельную секции, соединенные искривленным переводником и оснащенные опорно-центрирующими элементами, механизм передачи вращающего момента и осевой нагрузки от вала турбинной секции валу шпиндельной секции, у которого, в месте его соединения с валом турбинной секции, расположена дополнительная радиальная опора, содержащая вращающуюся и неподвижную части, согласно изобретению, неподвижная часть дополнительной радиальной опоры установлена внутри искривленного переводника, а вращающаяся часть дополнительной радиальной опоры выполнена за одно целое с полу муфтой вала турбины.
Кроме того, в турбобуре-отклонителе, согласно изобретению, вращающаяся часть дополнительной радиальной опоры снабжена износостойким покрытием.
Кроме того, в турбобуре-отклонителе, согласно изобретению, механизм передачи вращающего момента и осевой нагрузки от вала турбинной секции валу шпиндельной секции, выполнен в виде карданного вала с маслонаполненными шарнирными муфтами.
Кроме того, в турбобуре-отклонителе, согласно изобретению, шарнирные муфты выполнены с шаровым зацеплением.
Кроме того, в турбобуре-отклонителе, согласно изобретению искривленный переводник снабжен переключателем угла искривления.
В предлагаемой полезной модели установка неподвижной части дополнительной радиальной опоры внутри искривленного переводника по сравнению с прототипом позволяет сократить плечо изгиба вала турбинной секции и снизить нагрузку радиальных опор, что повышает надежность и долговечность турбинной секции.
В предлагаемом техническом решении в отличие от прототипа выполнение вращающейся части дополнительной радиальной опоры за одно целое с полумуфтой вала турбины дополнительно позволяет сократить плечо
изгиба вала турбинной секции и снизить нагрузку радиальной опоры, что также увеличивает надежность и долговечность турбинной секции и конструкции турбобура-отклонителя в целом.
Кроме того, предлагаемая конструкция, по сравнению с прототипом, не требует специального полого вала турбины и позволяет использовать серийно выпускаемые турбинные секции, что удешевляет конструкцию при сохранении ее свойств.
Износостойкое покрытие вращающейся части дополнительной радиальной опоры уменьшает люфт в радиальной опоре, повышает долговечность турбинных ступеней, устраняет взаимное касание статоров и роторов турбинной секции при работе турбобура-отклонителя и уменьшает их износ, что повышает долговечность и стабильность энергетической характеристики на протяжении периода эксплуатации предлагаемого турбобура-отклонителя.
В предлагаемой полезной модели выполнение механизма передачи вращающего момента и осевой нагрузки от вала турбинной секции валу шпиндельной секции в виде карданного вала с шарнирными муфтами, по сравнению с используемым в прототипе упругим стержнем, расширяет рабочий диапазон угла изгиба отклонителя и темп набора кривизны траектории скважины по сравнению с прототипом, повышает его долговечность при работе на верхних значениях угла изгиба отклонителя, т.к. при верхних значениях угла изгиба отклонителя (более 1°÷1,5°) наблюдаются поломки упругого стержня. Шарнирные муфты при работе в герметизированных кожухах обеспечивают высокую долговечность и надежность, т.к. защищены от агрессивных компонентов бурового раствора.
В предлагаемой полезной модели шарнирные муфты выполнены с шаровым зацеплением, обеспечивающим плавность работы и сводящим до минимума динамические нагрузки в механизме передачи вращающего момента при изогнутом положении отклонителя.
То, что в предлагаемом техническом решении искривленный переводник снабжен переключателем угла искривления, дает возможность в условиях буровой регулировать угол изгиба турбобура-отклонителя и оперативно управлять траекторией бурения турбобуром без его разборки или замены.
Таким образом, выполнение турбобура с указанными отличительными признаками в совокупности с известными позволит при минимальной длине турбобура получить высокоэффективный управляемый привод при бурении различных интервалов скважины с заданной кривизной траектории.
На фиг.1 показан пример исполнения турбобура-отклонителя согласно изобретению.
Турбобур-отклонитель предназначен для бурения наклонно-направленных скважин и содержит турбинную 1 и шпиндельную 2 секции. Турбинная секция содержит корпус 3 и вал 4. В корпусе 3 установлены статоры 5 турбины, на валу установлены роторы 6 турбины. Шпиндельная секция 2 содержит корпус 7 и вал 8 шпинделя, а также искривленный переводник 9, установленный между корпусами 3 и 7 турбинной 1 и шпиндельной 2 секций. Внутри искривленного переводника 9, установлен механизм передачи вращающего момента 10, соединенный с валом 4 турбинной секции конусно-шлицевой муфтой, состоящей из полумуфт 11 и 12. Вал 4 опирается через втулки 13 на радиальные опоры 14, установленные в корпусе 3 турбинной секции. В искривленном переводнике 9 установлена дополнительная радиальная опора 15. Полумуфта 11 на поверхности, контактирующей с дополнительной опорой 15, снабжена износостойким покрытием.
Механизм передачи вращающего момента 10 от вала 4 турбинной секции валу 8 шпиндельной секции, выполнен в виде карданного вала с шарнирными муфтами 16. Шарнирные муфты 16 выполнены с шаровым зацеплением. Искривленный переводник 9 снабжен переключателем 17 угла искривления. Присоединение турбобура-отклонителя к бурильным трубам
(на фиг.1 не показано) осуществляется через переводник 18. Долото (на фиг.1 не показано) навинчивается на вал 8 шпинделя.
Турбобур работает следующим образом.
С помощью переводника 18 турбобур подсоединяется к бурильным трубам и спускается в скважину. При включении буровых насосов буровой раствор из бурильных труб (на фиг. не показаны) поступает в турбобур, вал 4 которого приводится во вращение и вращает вал 8 шпинделя 2 с долотом (на фиг. не показано). При контакте долота с забоем скважины начинается бурение. Там где требуется изменение направления бурения, с помощью искривленного переводника 9 и переключателя 17 устанавливается необходимый угол искривления турбобура-отклонителя. При этом плоскость искривления турбобура-отклонителя ориентируют в необходимом направлении бурения. Там где не требуется изменение направления бурения, переключатель 17 угла искривления устанавливается на ноль, и турбобур становится прямым. Допускается вращение бурильной колонны одновременно с вращением турбобура-отклонителя.
В искривленном положении турбобура-отклонителя на валу 4 возникают перекашивающая сила Р, передаваемая от долота и вала 8 шпинделя. Поскольку полумуфта 11, опирается на дополнительную радиальную опору 15, установленную в переключатель 17 угла изгиба отклонителя, то линия действия силы Р проходит через опору 15. При этом плечо действия перекашивающей силы Р сокращается до ноля, уменьшаются нагрузки в опорах 14 и 15 вала 4 турбинной секции, уменьшаются изгибающие нагрузки на самом валу и увеличивается ресурс турбобура-отклонителя в целом.
Износостойкое покрытие полумуфты 11, трущееся по поверхности дополнительной радиальной опоры, предохраняет от преждевременного износа и люфта в дополнительной опоре, что также способствует повышению долговечности и надежности турбобура-отклонителя.
Выполнение механизма передачи вращающего момента и осевой нагрузки от вала 4 турбинной секции 1 валу 8 шпиндельной секции 2 в виде карданного вала с шарнирными муфтами 16 с шаровым зацеплением также сокращает перекашивающие усилия. Переключатель 17 угла искривления позволяет на буровой регулировать угол изгиба турбобура-отклонителя и оперативно управлять траекторией бурения турбобуром без его разборки или замены.
После того как достигнуты параметры заданной траектории скважины, подачу бурового раствора в турбобур прекращают, и турбобур поднимают на поверхность, где проверяют его техническое состояние и при необходимости отправляют в ремонт.
Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет при минимальной длине турбобура получить высокоэффективный управляемый привод при бурении различных интервалов скважины с заданной кривизной траектории с высокими показателями надежности и долговечности.