Осындай жоспарлық мәліметтерге сүйене отырып, ұңғымаларды бұрғылау, соның ішінде гидравликалық түптік қозғалтқыштарға жататын « Т12М3Б – 240 турбобұрғысын дипломдық жобамда қарастыруды актуалды » - деп таптым [1].

Жобаның зерттеу объектісі гидравилкалық түптік қозғалтқыштар. Ал зерттелетін бұйымы ретінде Т12М3Б – 240 турбобұрғысын алдық.

Т12М3Б – 240 бір секциялы турбобұрғысы тереңдігі жоғары емес тік және көлбеу ұңғымаларды бұрғылауға арналған.

Егер қисаю қарқыны жоғары көлбеу ұңғымаларды бұрғылау керек болса, онда сатыларының саны 30, ұзындығы 3-4м бір секциялы турбобұрғылар қолданылады. Т12 түріндегі турбобұрғылау бір-бірінен турбиналары сатыларының саны және тіректерімен ерекшеленеді.

Жобаның мақсаты турбобұрғының конструкциясын жеңілдету және жұмыс жасау ұзақтығын арттыру.

Осы мақсатқа жету үшін қойылатын негізгі талаптарға мыналарды жатқызуға болады:

- турбобұрғылардың конструкциялық сипаттамаларын қарастыру;

- прототип ретінде таңдалынған турбобұрғыны зерттеу;

- таңдалынған турбобұрғының мүмкіншіліктерін қарастыру;

- өнертабыстарға сараптамалар жасау;

- таңдалынған өнертабыстың жұмыс істеу принциптері мен конструкциясына шолу.

1 Техникалық бөлім

1.1 Турбобұрғымен бұрғылау тәсілінің пайда болуы және оның жетістіктері

Бұрғылау тәсілдерінің пайда болуының алғашқы кезеңдерінде олардың көптеген кемшіліктері бар екендігі анықталған. Бұл ұзын штанга (баған) немесе арқан арқылы ұңғыма түбіндегі қашауды жер бетінде тұрып, әрекетке келтіру еді.Сол кезеңдерде бұрғылау штангалары сынып, әлсіз арқандар үзіліп, апаттық жағдайларға байланысты бұрғылау жұмыстары ұзақ уақытқа тоқтап қалатын болған. Кейін келе айналмалы бұрғылау тәсілі пайда болған кезде де осы кемшіліктер қайталап тұрды. Бұл жағдайлар ғалымдарды қашау жетегін қалайда болмасын ұңғыма түбіне түсіру жолдарын қарастыруға мәжбүр еткен.

1890 жылы инженер-технолог К.Г. Симченко әлемде бірінші турбобұрғы жобасын жасаған. Бірақ бұл жоба өндірісте қолдану дәрежесіне жеткізілмеген. Осыдан көп өтпей орыс инженері Вольский бұрғылау таранын ойлап тауып өндірісте қолданды. Бұл түптік қозғалтқыш тереңдігі 300м ұңғымада пайдаланып, оның басқа бұрғылау тәсілдерінен айтарлықтай тиімді екендігі байқалған. Вольскийдың бұрғылау аспабы ұңғыманы соққылап бұрғылайды және қашаудың соққылау жиілігі минутына 500-600 болған. Бұл, әрине, сол кездердегі үлкен жетістік болатын. Бірақ оның кейбір бөлшектерінің сенімсіздігі, конструкциясының жетілмегендігі оны өндірісте кеңінен қолдануға мүмкіндік бермеген.

ХХ-ғасырдың басында соққылама тәсілінің орнына айналмалы бұрғылау тәсілі келді. Ұңғымалардың тереңдігі анағұрлым өсті. Ұңғымаларды айналмалы тәсілмен бұрғылау көптеген технологиялық өзгерістерге алып келді – ұңғыма түбі бұрғылау сұйығымен тазаланатын болды, бұрғылау жылдамдығы да айтарлықтай көтерілді, жаңа қашау түрлері қолданыла бастады. Бакуде С.М.Киров жетекшілігімен соққылама бұрғылау тәсілі толығымен айналмалы бұрғылау тәсілдеріне ауыстырылды.

Айналмалы бұрғылау тәсілінің негізгі кемшілігі, ол да ұңғыма түбіндегі қашауды ұзын бұрғылау тізбегі көмегімен жер бетінде орналасқан жетекпен айналдырады. Бұл жағдайда бұрғылау тізбегіне әртүрлі бағытта өзгермелі күштер әсер етеді. Оның әсерінен бұрғы тізбегі деформацияға ұшырайды: айналу моментінің әсерінен бұрғылау құбырлары бұралады, салмағы және басқа да қарсылықтар әсерінен оның жоғарғы ұшы созылып, төменгі бөлігі өстік салмақ әсерінен сығылады. Барлық ұзындығы бойынша айналатын болғандықтан ұңғыма қабырғасына, жоғарыда орналасқан шегендеу тізбегіне үйкеліп қажалады. Егер бұл күштердің шамасы шекті шамадан асып кетсе бұрғы тізбегі бұралып, немесе созу күшінен үзіліп кетуі апаттық жағдайға алып келеді. Сонымен қатар ұзын бұрғылау тізбегін ұңғымада айналдыру, қашаудың қарсылықтарын жеңу үшін жоғары қуат керек болады.

Сондықтан қашаудың айналдыру жетегін ұңғыма түбіне түсіріп бұрғылау тәсілін табу мәселесі ғалымдарды көптеген жылдар бойы ойландырып келді. Оның шешімін тек қана 1923 жылы инженер А. А. Капельюшников таба алды. Турбобұрғы деп аталатын турбиналы қозғалтқыш бұрғы тізбегінің төменгі ұшына жалғанып бұрғылау сұйығының көмегімен қашауды айналдырады.

1924 жылы Капельюшниковтың турбобұрғысымен әлемде бірінші рет ұңғыма турбобұрғы тәсілімен бұрғыланды және мұнай ұңғымаларын жаңа тәсілмен бұрғылауға жол салынды.

Бұл турбобұрғы сұйық ағысының көмегімен әрекетке келетін бір сатылы турбинадан тұрды. Турбина жабық қораппен қапталған тіректі шарикті подшипникке ілінген. Турбинаның білігіне тісті қосылыс арқылы планетарлық тісті редуктор жалғанған. Редуктор бір, екі, үш ярусты болды. Ол әдетте үш ярусты етіп жасалынды. Редуктор білігінің соңына қашау жалғанады. Мұндай редуктор турбина білігінің 2000-2500 айн/мин, айналу жиілігін 15-30 айн/мин дейін бәсеңдетіп қашауға береді. Тісті редуктордың қаптамасына май толтырады.

Бұл турбобұрғылардың біріншіден, конструкциясы күрделі, редуктордың жұмыс ресурсы төмен, екіншіден, жұмыс өнімділігі айтарлықтай жоғары болмады.

Сондықтан 1934 жылдың екінші жартысында оларды ротор тәсілі толығымен ығыстырып шығарып, өндіріске тиімсіз етіп шығарды. Ротор тәсілінің дамуы жаңа, жасақтары қатты қорытпалы тістермен бекітілген шарошкалы қашаулардың сапалы және беріктігі жоғары бұрғылау құбырларының және қуаты анағұрлым жоғары бұрғылау жабдықтарының шығарыла бастауынан болды. Осылардың барлығы қашауға берілетін қуатты арттырып бұрғылау көрсеткіштерін көтеруге мүмкіндік жаратты. Капельошников турбобұрғысының турбинасының қуаты 7-10 ат күшінен аспады, каналдарындағы ағыс жылдамдығы өте жоғары болды. Бұрғылау сұйығы құрамында көптеген түрпілі заттар болғандықтан турбинаның каналдары 3-4 сағат ішінде кеңейіп турбобұрғының қуаты күрт төмендеп кететін болған.

Бірақта, ұңғымаларды турбобұрғы тәсілімен бұрғылау көптеген артықшылықтарына байланысты оның конструкциясын жетілдіру бағытында ғылыми зерттеу жұмыстары тоқтаған емес.

1934 жылы Бакуде турбобұрғымен бұрғылау конструктивтік-зерттеу мекемесі ұйымдастырылды. Бұл кеңсенің міндеті қуаты жоғары турбобұрғыларды жасап шығару еді.

1935-36 жылдары турбиналық бұрғылау мекемесінің адамдары Шумилов, Иоаннесян, Тагиев және Гусман алдыңғы турбобұрғылардың барлық жетістіктерін ескеріп жаңа турбобұрғы ойлап шығарды. Бұл әлемде бірінші рет ұңғымаларды қашаудың 600 айн/мин айналу жиілігінде бұрғылау мәселесін шешті. Әуелі қашаудың 50-100 айн/мин айналу жиілігі шекті болып есептелетін болатын.

Жаңа турбобұрғы, Капельошников турбобұрғысынан редуктордың жоқтығымен ерекшеленеді. Бұл ұңғыма түбіне берілетін қуатты 10-15 есе арттыруға мүмкіндік берді. Қашауға берілетін қуат көп сатылы турбиналар көмегімен берілетін болғандықтан оның каналдарындағы ағыс жылдамдығы 50-60м/с-тан 8-12 м/с дейін төмендеген.

Көп сатылы турбобұрғылармен 1935-36 жылдары өндірісте алғашқы жүргізілген бұрғылау жұмыстары жаңа конструктивтік шешімдердің дұрыс екендігін дәлелдеді [2].

1935-1942 жылдары көпсатылы турбобұрғыларының 14 конструкциясы жасалып өндірістік сынаудан өткен. Осының негізінде бұрғылаудың барлық талаптарын қанағаттандыратын Т14 турбобұрғысы дүниеге келді.

Көп сатылы тұрбобұрғылар өндіріске 1940-1941 жылдары Бакуде енгізілді. Содан бастап мұнай және газ ұңғымаларын турбобұрғымен бұрғылау тәсілі барлық мұнай өндіру аудандарында кеңінен қолдана бастады [3]. Әсіресе турбобұрғы тәсілі терең ұңғымаларды бағыттап бұрғылауда кең өріс алды.

1943 ж. бағыттап бұрғылау тәсілі Краснокамскиде, 1945-1946 жылдары Азнефть, брогнефть және Куйбышев нефть аймақтарында кеңінен қолдана бастады.

1950 ж. турбобұрғымен бұрғылау көлемі бұрынғыға қарағанда 12 есе өсті. Қазіргі кезде турбобұрғылардың көптеген түрлері шығарылған. Олардың жұмыс және гидравликалық сипаттамалары әртүрлі болғанымен, барлығы Т14 турбобұрғысы негізінде дүниеге келген түптік қозғалтқыштар.

Жалпы алғанда, турбобұрғы тәсілін қолдану бұрғылау жылдамдығын бірнеше есе арттыру, бұрғылау жұмыстарының нарқын айтарлықтай төмендетуге мүмкіндік берді.

Қазіргі таңда турбиналық техника саласындағы жетілдірулермен И.М. Губкина атындағы РГУ мұай және газ саласының ғылыми – конструкторлық ұйымы, ООО «ВНИИБТ-БИ», ЗАО «НГТ», ООО «Бурсервис», ООО "ГЗД Технология".Шетелде - Smith Neyrfor, Halliburton америкалық кәсіпорырдары айналысады [23]. Осы кәсіпорындардың турбобұрғыларының техникалық сипаттамаларын техникалық және есептеу бөлімдерінде салыстыра қарастырамыз.