турбобур

Формула изобретения

Турбобур, включающий корпус, установленный в корпусе с образованием кольцевого пространства вал, размещенные в кольцевом пространстве турбины, радиальные опоры, многорядный упорно-радиальный шарикоподшипник с внутренними и наружными обоймами и соединительную муфту, отличающийся тем, что турбобур выполнен из одной или нескольких турбинных и шпиндельной секции, при этом внутренние обоймы шарикоподшипника турбинных и шпиндельной секций размещены на валу, а наружные установлены в корпусе, в нижней части каждого из валов секций выполнен глухой осевой канал, полость которого сообщена с полостью кольцевого пространства радиальными каналами выше места установки шарикоподшипника, причем валы турбинных секций выполнены с дополнительными радиальными каналами, сообщающими полость осевого канала и полость кольцевого пространства ниже места установки шарикоподшипника.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области буровой техники, а именно к турбобурам.

Аналогом заявляемого изобретения является секционный шпиндельный турбобур [1] а наиболее близкий [2] отличающийся от предыдущего тем, что валы турбинных секций опираются на собственные подшипники, воспринимающие гидростатическую нагрузку от турбин; опора шпинделя воспринимает в этом случае только реакцию забоя. Этот турбобур может быть собран на буровой в любом количестве секций; регулировка и взаимная пригонка последних не требуется, поскольку соединительные муфты (обычно квадратные) допускают осевое смещение.

Однако турбобур по [2] присущи недостатки. Во-вторых, подшипники, размещенные в турбинных секциях, стоят на пути потока рабочей жидкости; в существующих конструкциях она обтекает их по кольцевому пространству либо между подшипником и корпусом, либо между подшипником и валом. При этом приходится уменьшать либо диаметр вала, либо радиальный габарит подшипника, что ухудшает показатели прочности. Во-вторых, реакция забоя, действующая на опору шпинделя, не уравновешивается в этом турбобуре нагрузкой от турбин. Надо упомянуть и о том, что шпиндели (как в этом, так и в других турбобурах) склонны к самоотвинчиванию во время бурения ввиду наличия на корпусе правого момента, не уравновешенного левым (реактивным) моментом от статоров турбин, которых в шпинделе нет.

Изобретение имеет целью устранить указанные недостатки.

Устранение первого из них достигается тем, что рабочая жидкость обтекает подшипник, занимающий все кольцевое пространство между валом и корпусом, по центральному каналу внутри вала. Этот канал может быть выполнен путем сверления на необходимую глубину; возможно также использовать в качестве заготовки вала толстостенную трубу.

Второй недостаток устраняется тем, что в шпинделе размещается некоторое количество турбин. Они создают гидростатическую нагрузку, частично или полностью уравновешивающую реакцию забоя, а также реактивный момент на корпусе, препятствующий самоотвинчиванию. Фактически шпиндель превращается при этом в односекционный турбобур, который в известных случаях может использоваться отдельно; верхнюю часть такого шпинделя целесообразно по возможности унифицировать с верхней частью турбинной секции.

Изобретение поясняется на фиг. 1 и 2.

На фиг. 1 изображена турбинная секция, включающая корпус 1, вал 2, радиальные опоры 3, турбины, состоящие из статоров 4 и роторов 5, зажатых соответственно в корпусе (переводниками 6 и 7) и на валу (полумуфтой 8), и многорядный упорно-радиальный шарикоподшипник 9, перед которым размещен фонарь 10 с отверстиями, совпадающими с радиальными отверстиями 11 в валу, ведущими в центральный канал 12; под подшипником, в утолщенной части вала, имеется еще одно радиальное отверстие 13. Вал заканчивается полумуфтой 14.

На фиг. 2 изображен шпиндель. До подшипника включительно его конструкция аналогична турбинной секции, дальше начинаются различия: второе радиальное отверстие в валу отсутствует; под подшипником установлен резинометаллический подпятник 15, служащий одновременно сальником, далее одна или несколько радиальных опор 3, корпус заканчивается ниппелем 16, а выступающая из него часть вала 17 переводником 18 к долоту.

Работа турбобура. Над шпинделем устанавливается одна или несколько турбинных секций. Поступающая в них рабочая жидкость, направляемая лопатками статоров 4 на лопатки ротором 5, приводит во вращение вал 2, затем через фонаpь 10 и отверстие 11 поступает в центральный канал 12 вала, откуда выходит через отверстие 13 и направляется в следующую турбинную секцию и т. д. и, наконец, в шпиндель. Там все происходит аналогично вплоть до поступления жидкости в центральный канал вала 17; далее жидкость через долото (на чертеже не показано) поступает на забой скважины.