Модульного турбогвинтового двигуна:

Монтаж цих компоновок може здійснюватися як в умовах цеху, так і безпосередньо на свердловині.

Модульні турбогвинтові двигуни органічно поєднують стабільність енергетичної характеристики в часі та високу жорсткість лінії моментів, що забезпечує досягнення вищих показників роботи доліт, ніж при використанні турбобурів або гвинтових двигунів.

Шляхом заміни гвинтового модуля на інший можна ступінчасто регулювати частоту обертання від 80 до 270 об/хв.

При інших рівних умовах турбогвинтові двигуни мають значно більший ресурс на відмову, ніж гвинтові двигуни.

При роботі на малоабразивній промивальній рідині ресурс турбогвинтових двигунів на відмову становить 400-500 год.

Висока надійність двигуна забезпечується використанням в його конструкції вузлів з'єднання торсіона з ротором гвинтового модуля і валом турбінної секції, пристрою для зменшення дії на опори двигуна неврівноваженої маси торсіона і гвинтового ротора та ін. Використовувані у турбінній секції робочі органи забезпечують високі енергетичні показники двигуна в цілому.

Модульні турбогвинтові двигуни випускають таких типів:

Модульні турбогвинтові двигуни типу ТВД. Випускають діаметрами 195 і 240 мм із урахуванням максимального вико­ристання уніфікації вузлів серійних турбобурів, високомоментної турбіни А7ПЗ і серійних гвинтових пар. Така компоновка двигуна забезпечує високі значення моменту сили на валу при відносно низькій швидкості його обертання. При цьому передбачається розвантаження гвинтового модуля на номінальному режимі роботи двигуна: модуль або підвищує, або поглинає момент сили тільки при подоланні пікового значення моменту на долоті або його перевантаженні. Це сприяє підвищенню безвідмовної роботи гвинтової пари.

Універсальні турбогвинтові двигуни типу ТПС-У з перетворювачами швидкості обертання. Випускають діаметрами 172 і 195 мм. Турбогвинтові двигуни цього типу комплектують взаємозамінними двома або трьома турбінними секціями з плаваючими статорами (ТПС), перетворювачем швидкості обертання вихідного вала (гвинтового модуля) та шпиндельною секцією з осьовою опорою.

Турбогвинтові двигуни ТПС-У забезпечують при постійній продуктивності бурових насосів ступінчасту зміну частоти обертання вихідного вала в діапазоні 80-400 об/хв залежно від конструктивного виконання гвинтових пар. Конструктивна схема цих двигунів дозволяє одержати практично постійну швидкість обертання вала при зміні осьового навантаження на долото в широких межах. Конструкція шпиндельної секції забезпечує роботу двигуна при бурінні гідромоніторними долотами з перепадом тиску в їх насадках 6-8 МПа.

Уніфіковані модульні турбогвинтові двигуни 2ТУ-240КД з покращеними енергетичними і експлуатаційними характе­ристиками. Комплектують взаємозамінними уніфікованими модулями. Нижня секція являє собою односекційний турбобур ТУ-240К. Середня секція двигуна конструктивно виконана аналогічно серійній з використанням турбін зменшеної висоти точного лиття (37/11-240ТЛ). Верхня секція двигуна є активним гальмівним модулем, що вміщує в одному корпусі турбінну частину і робочі органи гвинтового двигуна, які з'єднуються з допомогою знімного торсіона. Особливістю гальмівного модуля є його повна взаємозамінність із серійною секцією. Верхня секція також оснащена турбінами зменшеної висоти.

Турбогвинтові двигуни застосовують при температурах до 120 °С і промивальних рідинах густиною до 1700 кг/м³ та об'ємним вмістом вуглеводневих сполук до 5 %.

Турбогвинтові двигуни використовують для буріння вертикальних свердловин суцільним вибоєм та з відбором керна, а в компоновці зі шпинделем-відхилювачем – для проходження викривлених ділянок свердловин.

Основна особливість турбогвинтових двигунів полягає у можливості переходу гвинтової пари з режиму роботи двигуна (ДР) в насосний режим (НР) і навпаки. Це відбувається внаслідок зміни знаку перепаду тиску на гвинтовій парі. В режимі роботи двигуна джерелом механічної енергії є тиск, створений буровим насосом, а в насосному режимі – механічна енергія, що подається з вала турбінної секції.

На рисунку 1.30 показані деякі робочі характеристики турбогвинтового двигуна, одержані так само, як для гвинтового двигуна Д -195 та уніфікованої турбіни 26/16,5 -195.

М_ТГ, М_Г, М_Т – моменти турбогвинтового двигуна, гвинтової пари і турбінної секції; , , – перепади тиску на турбогвинтовому двигуні, гвинтовій парі і турбінній секції; – частота обертання холостого ходу турбогвинтового двигуна і гвинтової пари; – частота обертання, яка відповідає нульовому перепаду тиску на гвинтовій парі; ДР, НР – двигунний і насосний режими роботи гвинтової пари; А — область режимів турбогвинтового двигуна

Рисунок 1.30 – Залежності моменту турбогвинтового двигуна

При роботі турбогвинтового двигуна у режимі двигуна в близькій до холостого режиму гвинтової пари області А поєднуються переваги і зникають вади турбобура та гвинтового двигуна.

Момент на виході турбогвинтового двигуна створюється, в основному, турбінною секцією. Полегшений (в 5–10 разів) режим роботи гвинтової пари призводить до зменшення зносу та підвищення її ресурсу.

Для турбогвинтових двигунів характерна більша жорсткість (крутизна) моментної характеристики ( ) у порівнянні з турбобурами. Це забезпечує стійкішу роботу двигуна у лівій частині моментної характеристики . Однією з вад турбобура є можливість переходу з робочих швидкостей у зону високих аж до швидкостей холостого режиму. Особливість характеристики турбогвинтового двигуна при насосному режимі виключає таку можливість (рисунок 1.30).

При агрегатуванні турбогвинтових двигунів можуть бути використані відроблені гвинтові пари від вибійних гвинтових двигунів. Досвід їх випробування «ЗапСиббурНИПИ» (м.Тюмень, Росія) показав, що зношені гвинтові пари (для двигуна ДЗ-172 із зазорами в парі понад 0,8 мм) успішно застосовують як стабілізатор запобігання переходу на високі швидкості обертання.

Результати випробувань турбогвинтових двигунів із використанням турбобурів ТПС-172 і гвинтових пар від двигуна ДЗ-172 на площах Західного Сибіру показали, що найсприятливіші умови роботи двигуна створюються тоді, коли гвинтова пара розміщена між верхньою і середньою секціями турбобура.

До вад турбогвинтових двигунів слід віднести значну (у порівнянні із гвинтовими двигунами) довжину, що ускладнює їх використання при бурінні горизонтальних і сильновикривлених свердловин. Турбогвинтові двигуни характеризуються також низьким ККД (0,2 – 0,3).