МНОГОСТУПЕНЧАТАЯ ОСЕВАЯ ОПОРА ТУРБОБУРА

Полезная модель относится к области бурения нефтяных и газовых скважин турбинным способом, а именно к турбобурам.
Известна многоступенчатая осевая опора турбобура, выполненная в виде размещенной на валу турбобура многорядной резино-металлической пяты, содержащей контактирующие между собой диски, подпятники и кольца. (Заявка №2002116563/20, опубл. 10.12.2002 г.). В известном устройстве подпятник выполнен в виде металлического остова с заглубленной в него резиновой обкладкой, а каждый диск изготовлен из упрочненной стали, например из стали 38Х2МЮА, подвергнутой глубокому каталитическому азотированию, или стали, закаленной до твердости 60...62 HRC.
Недостатком известной опоры является то, что вышеуказанные материалы не обеспечивают дискам высокой абразивной и коррозионной стойкости. Вместе с тем, элементы, составляющие осевую опору турбобура, находятся в жестких условиях абразивного износа, так как в рабочем растворе часто присутствуют песчаные и глинистые фракции. Твердые частицы бурового раствора, в том числе и забиваясь в резиновую обкладку подпятника, изнашивают торцевые поверхности дисков и внешнюю поверхность колец, контактирующую с внутренней поверхностью подпятников. Кроме того, водное окружение и химически активные вещества, содержащиеся в рабочем растворе, способствуют коррозионному износу этой поверхности. Все это приводит к снижению гарантированного ресурса эксплуатации элементов опоры и, как следствие, всего турбобура.
В процессе подъема турбобура из скважины на него действуют скручивающие моменты, которые способствуют повреждению резиновых обкладок подпятников, что также снижает срок службы турбобура.
Задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение, является увеличение безотказного срока службы рабочих элементов турбобура до уровня 300 часов и более, за счет обеспечения защиты поверхностей элементов осевой опоры от абразивного и коррозионного изнашивания.
Технический результат достигается тем, что в многоступенчатой осевой опоре турбобура, содержащей установленные на валу турбобура и контактирующие друг с другом металлические диски, подпятники и кольца, по меньшей мере часть торцевых поверхностей дисков и наружная поверхность колец выполнены с покрытием в виде слоя порошка, включающего частицы карбида вольфрама, диспергированные в сплаве кобальта
с хромом, нанесенного на поверхность методом высокоскоростного газопламенного или плазменного напыления.
Кроме того, внутренняя поверхность подпятников, контактирующая с кольцами, может быть выполнена либо с покрытием в виде слоя порошка, включающего частицы карбида вольфрама, диспергированные в сплаве кобальта с хромом, нанесенного на поверхность методом высокоскоростного газопламенного или плазменного напыления, либо с резиновой обкладкой.
Использование частиц карбида вольфрама, обладающих высокой твердостью (свыше 65 HRC), превышающей твердость абразивных частиц, для образования металлической матрицы покрытия позволяет создать слой из износостойкого материала, обеспечивающего желательную стойкость к абразивному износу. Для образования матрицы связки покрытия используется сплав кобальта с хромом, обеспечивающий покрытию коррозионную стойкость.
Таким образом, благодаря выбранному типу твердого материала на торцевых поверхностях дисков и наружных поверхностях колец эффективным, недорогим и надежным способом обеспечивается защитный слой с требуемым уровнем прочностных и коррозионных свойств.
Кроме того, антифрикционные свойства предлагаемого покрытия позволяют его использовать на внутренней поверхности подпятника вместо резиновой обкладки, что позволяет увеличить ресурс работы подпятников за счет снижения возможности их повреждения при подъеме турбобура из скважины.
Нанесение защитного слоя методом высокоскоростного газопламенного напыления обеспечивает высокие адгезионные характеристики с основным материалом направляющего аппарата, высокую плотность покрытия - 99,5% и, благодаря используемой (в методе высокоскоростного газопламенного напыления) низкой температуре газовой струи и отсутствию (в обоих методах) свободного кислорода, способствует низкому содержанию оксидов в покрытии, что повышает его коррозионную стойкость. Кроме того, такие методы позволяют нанести покрытие как на всю поверхность, так и на его часть, как на новую деталь, так и на эксплуатированную ранее для восстановления мест ее поверхности и продления срока эксплуатации.
На фиг.1 представлен продольный разрез турбобура; на фиг.2 - (увеличено) две ступени осевой опоры с выполнением подпятников с резиновой обкладкой; на фиг.3 - (увеличено) две ступени осевой опоры с выполнением подпятников с покрытием.
Турбобур - это забойный гидравлический двигатель, предназначенный для бурения скважин в различных геологических условиях. В рабочих колесах турбобура
гидравлическая энергия бурового раствора, движущегося под давлением, превращается в механическую энергию вращающегося вала, связанного с долотом.
Основная часть турбобура - турбина, состоящая из большого числа одинаковых ступеней, каждая из которых содержит соединенную с валом 1 вращающуюся часть - диск ротора 2 и закрепленную на корпусе 3 неподвижную часть - диск статора 4.
Осевая опора турбобура содержит установленные на валу 1 диски 5 и кольца 6, вставленные в подпятники 7, контактирующие своей наружной поверхностью с корпусом 3. Торцевые поверхности дисков 5 (по меньшей мере их часть, преимущественно в местах контакта с торцевыми поверхностями подпятника 7 и кольца 6) и внешняя поверхность кольца 6 выполнены с покрытием 8 в виде слоя порошка, включающего частицы карбида вольфрама, диспергированные в сплаве кобальта с хромом, нанесенного на поверхность методом высокоскоростного газопламенного или плазменного напыления. Частицы напыляемого порошка имеют размер от 5 до 40 микрон и образуются путем интенсивного перемешивания карбида вольфрама и материала связки с их дальнейшим спеканием, дроблением и сфероидизированием. С таким же покрытием может быть выполнена и внутренняя поверхность подпятника 7 со стороны кольца 6 (фиг.3). Возможно и широко известное выполнение подпятника с резиновой обкладкой (фиг.2).
Диски ротора 2 совместно с втулкой нижней опоры 9 и двумя втулками 10 средней опоры вала 1, упором 11, дисками 5 и кольцами 6 зажимаются на валу 1 роторной гайкой 12. Диски статора 4, средние опоры 13, регулировочное кольцо 14, определяющие положение ротора относительно статора в собранном турбобуре, и подпятники 7 закрепляются ниппелем 15 с использованием регулировочных колец 16 и 17. Корпус крепится к колонне бурильных труб через переводник 18, а на валу 1 турбобура имеется переводник 19, соединяемый с долотом.
При бурении турбобуром энергия, предназначенная для разрушения породы, подводится к забою потоком промывочной жидкости. При взаимодействии элементов осевой опоры с рабочим раствором покрытие 8, нанесенное на торцевые поверхности дисков 5, внешнюю поверхность колец 6 и внутреннюю поверхность подпятников 7, защищает эти поверхности от абразивного и коррозионного износа при взаимодействии с рабочей жидкостью, что позволяет использовать буровой раствор любой плотности и вязкости, в том числе с содержанием тампонирующих материалов.
Полезная модель, обеспечивая защиту поверхностей элементов осевой опоры от абразивного и коррозионного изнашивания, позволяет улучшить эксплуатационные характеристики турбобура, продлевая его срок службы.