8.2 Вибійні двигуни

Для буріння нафтових і газових свердловин застосовують гідравлічні та електричні вибійні двигуни, які перетворюють відповідно гідравлічну енергію промивальної рідини або електричну енергію в механічну на вихідному валу двигуна.

Гідравлічні вибійні двигуни випускають двох типів:

1 Гідродинамічного – турбобури;

2 Гідростатичного – гвинтові двигуни.

3 Електричні вибійні двигуни одержали назву електробурів.

Турбобур – вибійний гідравлічний двигун, в якого гідравлічна енергія потоку промивальної рідини перетворюється в механічну роботу вихідного валу, до якого приєднується долото. Як гідравлічний двигун у турбобурі використовується багатоступінчаста осьова турбіна.

У практиці буріння використовують такі турбобури:

1 Односекційні типу Т12;

2 Секційні;

3 Шпіндельні;

4 Високомоментні (з похилою лінією тиску);

5 Колонкові (для буріння з відбором керна);

6 Для буріння похилих свердловин;

7 Редукторні;

8 Реактивно-турбінні бури (РТБ).

Односекційні турбобури застосовуються при бурінні вертикальних і похилих свердловин невеликої глибини. Для буріння похилих свердловин застосовують також укорочені турбобури.

Секційні турбобури типу ТС складаються з двох і більше секцій, які з’єднані між собою послідовно з допомогою конічних муфт.

Шпіндельні турбобури дозволяють значно зменшити втрати промивальної рідини і покращити енергетичні характеристики турбобура, оскільки в них осьова опора винесена в окрему нижню секцію-шпіндель.

Високомоментні турбобури дозволяють одержати при постійній витраті промивальної рідини ріст перепаду тиск із збільшенням частоти обертання валу турбобура.

Колонкові турбобур. дозволяють відбирати керн більшого діаметра, при кращих експлуатаційних показниках, завдяки збільшенню крутного моменту на валу.

Редукторні турбобури типу ТР забезпечують передачу зменшеної частоти обертання і підвищеного крутного моменту.

Реактивно-турбінні бури (РТБ) використовуються для буріння свердловин великого діаметра (від 394 до 2600мм).

Гвинтові вибійні двигуни. За принципом дії гвинтові двигуни належать до об’ємних роторних машин. Основними елементами робочих органів таких машин є:

1 Статор-корпус з порожнинами, що прилягають кінцями до камер високого і низького тисків.

2 Ведучий ротор-гвинт, крутний момент якого передається виконавчому механізму.

3 Замикачі гвинтової поверхні, що призначені для герметизування робочих органів і запобігання перетікання рідини із камери високого тиску в камеру низького тиску.

Основними вузлами вибійного гвинтового двигуна є: гвинтова пара, двошарнірний вал, шпіндель і з’єднувальні перевідники. У компоновку над двигуном встановлюють переливний клапан для полегшення заповнення бурильної колони промивальною рідиною при її спуску в свердловину. Основним робочим органом двигуна є гвинтова пара, яка складається із статора і ротора, що являє собою зубчату пару внутрішнього зачеплення з гвинтовими зубами. Статор являє собою металеву трубу, до внутрішньої поверхні якої привулканізована гумова обкладка, що має десять гвинтових зубів лівого напрямку, обернених до ротора.

Електробури. Це вибійний буровий двигун, який перетворює електричну енергію в механічну на вихідному валу. Електробур складається з електродвигуна, шпінделя і системи захисту цих механізмів від проникнення промивальної рідини.

Електродвигун являє собою високовольтну, трьохфазну, асинхронну маслонаповнену машину з короткозамкнутим ротором. Він монтується в трубних секціях, з’єднаних одна з одною з допомогою конічної різьби. У корпусі статора запресовані пакети магнітопровідної сталі, що чергуються з пакетами немагнітопровідної сталі. Вихідні кінці обмоток, які закладені в пазах статора, приєднані до кабеля, через який підводиться струм до електродвигуна.

Буріння з допомогою електробурів має ряд переваг порівняно з використанням інших вибійних двигунів:

1. Незалежність потужності і частоти обертання вала електробура від кількості і властивостей промивальної рідини.

2. Можливість вести контроль за роботою долота на вибою і попереджувати аварії з ним.

3. Можливість автоматизувати процес буріння при найкращому використанні потужності.

4. Використання спеціальної апаратури при бурінні похило-направлених свердловин.

5. Використання будь-яких видів промивальних рідин і циркуляційних агентів.

До недоліків застосування електробурів належать:

• необхідність джерела постачання електроенергією і спеціального обладнання;

• недосконалість системи струмопідводу, що призводить до частих пробоїв в ізоляції;

• неможливість регулювання частоти обертання внаслідок жорсткої характеристики двигуна;

• застосовують електробури при невисоких вибійних температурах

• необхідність застосування спеціальних бурильних труб;

• великі втрати напруги в системі струмопроводу.