Модульные турбинно-винтовые двигатели типа ТВД

Модульные турбинно-винтовые двигатели типа ТВД, разработанные ВНИИБТ, являются новой концепцией забойного привода породоразрушающего инструмента.
Они могут выполнять также функции забойного привода керноотборных устройств для бурения с отбором образцов породы (керна) и двигателя-отклонителя (при замене обычного шпинделя на шпиндель-отклонитель).
Эти двигатели выпускаются наружными диаметрами 195; 240 мм и применяются при бурении скважин в сочетании с шарошечными (всех типов и серий), лопастными и алмазными, в т. ч. армированными алмазнотвердосплавными пластинами (АТП), долотами и бурильными головками соответствующих диаметров, обеспечивающих минимальный технологически требуемый зазор между корпусом двигателя и стенками скважины.
Турбинно-винтовой забойный двигателькомпонуется из винтового модуля, турбинной секции и шпинделя.
Турбннно-винтовой двигатель типа ТВД (рисунок) представляет собой универсальный забойный двигатель, содержащий 3 основных узла:

• шпиндель с осевой опорой 1 (при необходимости - шпиндель-отклонитель),
• одну (при необходимости - 2 или 3) турбинные секции 2,
• винтовой модуль 3.

Конструктивно предусмотрены различные варианты агрегатирования вышеуказанных узлов в условиях как цеха по ремонту забойных двигателей, так и бурящейся скважины, благодаря чему бурение верхних интервалов скважин может осуществляться при относительно высокой частоте вращения долота - 6,3 с-1 (без использования модуля), а нижних интервалов - при сравнительно низкой частоте вращения - 1,25 с-1 (с применением модуля).

Двигатель типа ТВД-19'5 выполнен с учетом максимального использования унифицирования узлов серийных турбобуров, высокомоментной турбины А7ПЗ и серийных винтовых пар.
Такая компоновка двигателя обеспечивает высокие значения момента силы на валу при относительно низкой частоте его вращения.
При этом предусмотрена разгрузка винтового модуля на номинальном режиме работы двигателя: модуль либо повышает, либо поглощает момент силы только при преодолении пик момента на долоте или его перегрузке, что предопределяет значительное увеличение безотказной наработки винтовой пары.

По сравнению с известными в практике бурения турбобурами и винтовыми забойными двигателями турбинно-винтовой забойный двигатель типа ТВД обладает рядом принципиально важных достоинств:

• органично сочетает стабильность во времени энергетической характеристики, свойственную турбинному приводу, а также высокое соотношение М/n и высокую жесткость линии моментов, свойственную объемным гидромашинам.
• избавлен от недостатков турбобура (таких как относительно низкий момент силы на валу и "мягкость" линий моментов) и от недостатков винтового забойного двигателя (таких как низкий срок службы винтовой пары и отрицательное воздействие на долото поперечных колебаний, генерируемых близко расположенной к нему винтовой парой).
• высокая надежность двигателя обеспечена применением в его конструкции ряда оригинальных технических решений, обеспечивающих высокие эксплуатационные показатели. К этим решениям относятся: узлы соединения торсиона с винтовым ротором и валом турбинной секции; система, устраняющая негативное влияние силы, вызванной вращением неуравновешенной массы торсиона и винтового ротора, а также перекашивающего момента, действующего на последний. Часть этих технических решений запатентована в США, Франции, Германии, Канаде, Бразилии.

Условиями, ограничивающими применение двигателей типа ТВД, являются:

• температура бурового раствора более 120^оС;
• плотность бурового раствора более 1700 кг/м³;
• содержание в буровом растворе углеводородных соединений более 5 %.

Ввиду того, что современные долота имеют стойкость, превышающую 100 час, должна быть обеспечена и работоспособность двигателя, гарантирующая отработку не менее 3 таких долот. Такая гарантия обеспечивается при использовании турбинно-винтового двигателя, конструкция которого в целом и его узлов относительно отработаны.
Основные технические параметры двигателей типа ТВД приведены в табл. 106.