Забойные двигатели
При углублении скважины порода может разрушаться долблением, сверлением или (и) истиранием (последний случай – разновидность предыдущего). Каждому из этих видов разрушения соответствуют основные методы бурения: ударное, вращательное, ударно-вращательное (практически неприменяемое) и дробовое (применяется редко) бурение.
Наибольшее применение получило вращательное бурение. При этом способе цилиндрический ствол формируется непрерывно вращающимся долотом. Разбуренные частицы в процессе бурения также непрерывно выносятся на поверхность циркулирующим буровым раствором (газом, газированной жидкостью). При вращательном бурении долото внедряется в породу в результате одновременного действия осевого усилия (нагрузки), направленного перпендикулярно к плоскости забоя, и окружного усилия от вращающего момента.
Различают: роторное бурение, – когда двигатель, приводящий во вращение долото на забое при помощи колонны бурильных труб, находится на поверхности; турбинное бурение и бурение с использованием электробура, – когда двигатель расположен у забоя скважины, над долотом. Поток бурового раствора, кроме известных функций, выполняет функции источника энергии.
Роторное и турбинное бурение являются основными способами проводки скважин и используются повсеместно. Особенно широко используется турбинный способ бурения в России.
Забойные гидравлические двигатели
В основе турбинного бурения лежит применение забойного турбинного гидравлического двигателя. Гидравлическим двигателем принято называть машину, которая преобразовывает энергию потока жидкости (бурового раствора) в механическую энергию ведомого звена – вала или штока.
По принципу действия различают гидравлические двигатели объемного (гидростатического) типа и гидродинамические двигатели.
Объемные двигатели работают под действием гидростатического напора в результате наполнения жидкостью рабочих камер и перемещения вытеснителей. Под вытеснителем понимается рабочий орган, непосредственно совершающий работу под действием на него давления жидкости. Конструктивно вытеснитель может быть выполнен в виде поршня, пластины, зуба шестерен или ротора. В объемных гидравлических двигателях ведомое звено может совершать как циклическое возвратно-поступательное или возвратно-поворотное, так и непрерывное движение.
Объемные двигатели характеризуются тремя основными признаками:
а) наличием рабочих камер, которые периодически сообщаются со входом или выходом машины, при этом жидкость наполняет каждую камеру или выталкивается из нее;
б) изменением давления в рабочей камере от начального до конечного постепенно из-за изменения объема камеры или скачкообразно вследствие сообщения камеры с выходом;
в) несущественной зависимостью усилий на рабочих органах двигателя от скорости движения жидкости в камерах.
Гидродинамические двигатели (турбины) функционируют при изменении момента количества движения жидкости в рабочих органах машины. В этом типе гидравлических двигателей ведомое звено совершает только вращательное движение.
Гидродинамические двигатели характеризуются также тремя особенностями:
а) рабочие органы двигателя выполнены в виде лопаточного аппарата, состоящего из статора и ротора, обтекаемого жидкостью;
б) в каналах двигателя циркулирует непрерывный поток жидкости;
в) взаимодействие между лопаточным аппаратом и жидкостью носит гидродинамический характер.