Un turboforaj este un tip de unealtă de foraj , un motor hidraulic de foraj în care energia hidraulică a fluxului de fluid de foraj ( nămol de foraj ) este convertită în energie mecanică de rotație a unui arbore conectat la o unealtă de tăiat rocă (burghiu). Corpul de lucru în care energia este convertită este o turbină axială cu mai multe trepte.
Primul model industrial de turbodrill a fost inventat și fabricat în 1922-1923. în Uniunea Sovietică M. A. Kapelyushnikov , S. M. Volokh și N. A. Korneev. Era un turboforator cu angrenaj cu o turbină într-o singură treaptă, care permitea forarea puțurilor de petrol fără rotirea țevilor de foraj. Cu toate acestea, datorită durabilității scăzute a unei turbine cu o singură treaptă și a unui reducător de viteze, turboforinatorul Kapelyushnikov a fost inferior în ceea ce privește indicatorii tehnici și economici față de metoda de foraj rotativ, care se dezvolta rapid la acea vreme. Până în 1933, forarea cu turbine în URSS a fost aproape complet înlocuită cu forarea rotativă. În același timp, experiența valoroasă a primei forări cu turbină, care a dovedit fezabilitatea și utilitatea transferului motorului pentru a roti burghiul pe fundul puțului, a demonstrat o serie de avantaje importante față de metoda rotativă: o creștere semnificativă. la vitezele de foraj, posibilitatea de a foraj puțuri direcționale, o scădere bruscă a accidentelor cu țevi de foraj și altele.De aceea, în 1934, a fost creată o organizație specială de proiectare în țară - Biroul Experimental de Foraj cu Turbine (EKTB), specialiști de frunte. dintre care sunt P. P. Shumilov, R. A. Ioannesyan , M. T. Gusman și E. I. Tagiyev, implicați activ în îmbunătățirea proiectelor de turboforatoare. Dezvoltarea ulterioară a tehnologiei de foraj cu turbine a urmat calea creării de turboforatoare fără angrenaje echipate cu turbine de tip axial în mai multe etape. Utilizarea acestor turboforatoare a făcut posibilă construirea pe scară largă a puțurilor verticale și direcționale în Ural-Volga, Siberia de Vest și alte regiuni de petrol și gaze ale țării. Turboforatoarele moderne utilizate la forarea sondelor de petrol și gaze au fost dezvoltate în anii 60 - 90 la Institutul de Cercetare Științifică a Tehnologiei de Foraj (VNIIBT). Lucrarea s-a desfășurat în două divizii. Laborator de turboforatoare cu cuplu mare sub îndrumarea profesorului R. A. Ioanesyan - Yu. R. Ioanesyan, V. S. Lapovok, B. V. Kuzin, D. G. Malyshev și alții M. Nikitin, G. A. Lyubimov, V. P. Shumilov, B. D. Malkin, A. I. A. etc.
Turboforina conține o carcasă, un arbore de turbină, un arbore de rulment axial cu o cavitate cilindrică internă, rotoare de turbină montate în serie pe arborele turbinei și statori de turbină în carcasă , rulmenți radiali, o piuliță a arborelui turbinei, un rulment axial, un mamelon, cel puțin un canal care asigură conexiunea hidraulică între cavitatea ultimului rotor al turbinei și cavitatea cilindrică internă a arborelui suport axial. Arborele turbinei și arborele suportului axial sunt legate între ele prin intermediul unui filet, iar forța de torsiune pentru rotirea acestei conexiuni este mai mare decât forța de torsiune pentru rotirea piuliței arborelui turbinei. [unu]
Deoarece turboforama este instalată direct deasupra sculei de tăiere a rocii, sursa de energie și cuplu este presiunea fluxului de fluid care se mișcă sub presiunea pompei de suprafață.
Fluxul de fluid de foraj prin garnitura de foraj este introdus în prima etapă a turboforghiului. În statorul primei trepte, se formează direcția fluxului de fluid, adică fluidul, trecând prin canalele statorului, capătă o direcție. Astfel, statorul este aparatul de ghidare al turbinei.
Fluxurile de fluid din canalele statorului intră în palele rotorului la un unghi dat și exercită o forță asupra rotorului, drept urmare energia fluidului în mișcare creează forțe care tind să rotească rotorul conectat rigid la arborele turbinei. Fluxul de fluid din canalele rotorului din prima treaptă intră în paletele de ghidare a etapei a doua, unde direcția de curgere a fluidului este formată din nou și este alimentată către paletele rotorului de a doua etapă. De asemenea, se generează un cuplu pe rotorul celei de-a doua etape.
Ca urmare, lichidul, sub acțiunea energiei presiunii, trece prin toate etapele turbinei turboforurului și este alimentat printr-un canal special către unealta de tăiere a rocii. La turboforatoarele cu mai multe etape, cuplurile tuturor etapelor sunt însumate pe arbore. În timpul funcționării turbinei se creează un moment reactiv pe statoarele fixate nemișcați în corpul turboforurului, care este egal ca valoare, dar opus ca direcție. Momentul de reacție prin corpul turboforghiului este transmis țevilor de foraj și le răsucește la un anumit unghi, în funcție de rigiditatea și lungimea garniturii de foraj.