Un turbotaladro es un tipo de herramienta de perforación , un motor hidráulico de fondo de pozo en el que la energía hidráulica del flujo de fluido de perforación ( lodo de perforación ) se convierte en energía mecánica de rotación de un eje conectado a una herramienta de corte de roca (broca). El cuerpo de trabajo en el que se convierte la energía es una turbina axial multietapa.
El primer modelo industrial de turboperforadora se inventó y fabricó en 1922-1923. en la Unión Soviética M. A. Kapelyushnikov , S. M. Volokh y N. A. Korneev. Era una turboperforadora con engranajes con una turbina de una sola etapa, que permitía perforar pozos de petróleo sin rotar las tuberías de perforación. Sin embargo, debido a la baja durabilidad de una turbina de una etapa y un reductor de engranajes, el turboperforador Kapelyushnikov era inferior en términos de indicadores técnicos y económicos al método de perforación rotativa, que se estaba desarrollando rápidamente en ese momento. En 1933, la perforación con turbina en la URSS fue reemplazada casi por completo por la perforación rotatoria. Al mismo tiempo, la valiosa experiencia de la primera perforación con turbina, que demostró la factibilidad y utilidad de trasladar el motor para rotar la barrena al fondo del pozo, demostró una serie de ventajas importantes sobre el método rotatorio: un aumento significativo en velocidades de perforación, la posibilidad de perforar pozos direccionales, una fuerte disminución de accidentes con tuberías de perforación y otros Por lo tanto, en 1934, se creó una organización de diseño especial en el país: la Oficina Experimental de Perforación de Turbinas (EKTB), los principales especialistas de los cuales son P. P. Shumilov, R. A. Ioannesyan , M. T. Gusman y E. I. Tagiyev, que participan activamente en la mejora de los diseños de turbodrills. El desarrollo posterior de la tecnología de perforación con turbina siguió el camino de la creación de turboperforadoras sin engranajes equipadas con turbinas de tipo axial de etapas múltiples. El uso de estos turboperforadores hizo posible llevar a cabo la construcción a gran escala de pozos verticales y direccionales en Ural-Volga, Siberia Occidental y otras regiones de petróleo y gas del país. Los turboperforadores modernos utilizados en la perforación de pozos de petróleo y gas se desarrollaron en los años 60 y 90 en el Instituto de Investigación Científica de Tecnología de Perforación de toda la Unión (VNIIBT). El trabajo se llevó a cabo en dos departamentos. Laboratorio de turboperforadoras de alto par bajo la dirección del profesor R. A. Ioanesyan - Yu. R. Ioanesyan, V. S. Lapovok, B. V. Kuzin, D. G. Malyshev y otros M. Nikitin, G. A. Lyubimov, V. P. Shumilov, B. D. Malkin, A. I. Ageev, etc.
La turboperforadora contiene una carcasa, un eje de turbina, un eje de cojinete axial con una cavidad cilíndrica interna, rotores de turbina montados en serie en el eje de turbina y estatores de turbina en la carcasa , cojinetes radiales, una tuerca de eje de turbina, un cojinete axial, un niple, al menos un canal que proporciona conexión hidráulica entre la cavidad del último rotor de turbina y la cavidad cilíndrica interna del eje de soporte axial. El eje de la turbina y el eje del soporte axial están conectados entre sí por medio de una rosca, y la fuerza de torsión para girar esta conexión es mayor que la fuerza de torsión para girar la tuerca del eje de la turbina. [una]
Dado que la turboperforadora se instala directamente sobre la herramienta de corte de roca, la fuente de energía y torsión es la presión del flujo de fluido que se mueve bajo la presión de la bomba de superficie.
El flujo de fluido de perforación a través de la sarta de perforación se alimenta a la primera etapa de la turboperforadora. En el estator de la primera etapa, se forma la dirección del flujo del fluido, es decir, el fluido, al pasar por los canales del estator, adquiere una dirección. Así, el estator es el aparato guía de la turbina.
Los flujos de fluido desde los canales del estator ingresan a las palas del rotor en un ángulo dado y ejercen una fuerza sobre el rotor, como resultado de lo cual la energía del fluido en movimiento crea fuerzas que tienden a girar el rotor conectado rígidamente al eje de la turbina. El flujo de fluido de los canales del rotor de la primera etapa ingresa a las paletas de guía de la segunda etapa, donde se forma nuevamente la dirección del flujo de fluido y se alimenta a las palas del rotor de la segunda etapa. También se genera un par en el rotor de la segunda etapa.
Como resultado, el líquido, bajo la acción de la energía de la presión, pasa por todas las etapas de la turbina de la turboperforadora y se alimenta a través de un canal especial a la herramienta de corte de rocas. En las turboperforadoras de etapas múltiples, los pares de torsión de todas las etapas se suman en el eje. Durante el funcionamiento de la turbina, se crea un momento reactivo en los estatores fijos inmóviles en el cuerpo de la turboperforadora, que es de igual valor, pero de dirección opuesta. El momento de reacción a través del cuerpo de la turboperforadora se transmite a las tuberías de perforación y las retuerce hasta cierto ángulo, según la rigidez y la longitud de la sarta de perforación.