Chương V

khoan bằng động cơ đáy

Bắt đầu từ những năm 30 của thế kỷ trước, song song với phương pháp khoan rôto, người ta còn áp dụng những phương pháp khoan khác, trong đó có phương pháp khoan bằng động cơ đáy.

Trong phương pháp khoan bằng động cơ đáy, động cơ truyền chuyển động cho choòng khoan có thể là Tuốc Bin khoan trục vít hay động cơ điện. Động cơ này lắp ngay bên trên choòng khoan. Trong quá trình khoan bằng động cơ đáy, cột cần khoan không quay và tạo điều kiện làm việc nhẹ nhàng cho chúng.

A - Khoan tuốc bin

Trong nhiều hướng khoan bằng động cơ đáy, hướng khoan Tuốc Bin là được sử dụng rộng rãi nhất.

Năm 1923 Kỹ sư Liên Xô Kapenciusnhikov đã để nghị dùng động cơ chìm để quay choòng khoan. Năm 1924 Tuốc Bin của Kapenciusnhikov đã được sử dụng để khoan giếng đầu tiên trên thế giới. Tuốc Bin này chỉ có một tầng, có hộp giảm tốc. Nó không được sử dụng rộng rãi vì trong Tuốc Bin một tầng chất lỏng chảy với tốc độ cao. Dòng chảy với tốc độ cao mang theo các hạt cát làm cho cánh Tuốc Bin rất chóng mài mòn.

Năm 1934, Kỹ sư Sumilôp đã để nghị dùng kiểu Tuốc Bin mới gồm nhiều tầng. Trong một Tuốc Bin có tới 100 - 150 tầng, cho phép tăng công suất lên 10 - 20 lần, hạ thấp tốc độ quay xuống nhờ vậy mà không cần hộp giảm tốc nữa. Tốc độ chảy của nước rửa giảm nên cánh Tuốc Bin ít bị mài mòn.

Từ năm 1940 - 1941. ở Ba Cu bắt đầu sử dụng Tuốc Bin khoan trong thực tế. Năm 1944 khoan Tuốc Bin bắt đầu sử dụng rộng rãi trong các mỏ dầu. Sau chiến tranh thế giới lần thứ 2 khoan Tuốc Bin là một trong những phương pháp khoan chủ yếu ở Liên Xô.

Ngày nay cấu trúc Tuốc Bin khoan càng ngày càng hoàn thiện và người ta đã chế tạo nhiều loại Tuốc bin có đặc tính kỹ thuật khác nhau.

5.1 Ưu nhược điểm, nguyên lý làm việc và cấu trúc của Tuốc Bin khoan.

5.1.1.Ưu nhược điểm của Tuốc Bin khoan

So với phương pháp khoan rôto khoan Tuốc Bin có những ưu điểm sau.

1. Trong khoan Tuốc Bin cột cần khoan không quay. Do đó trong quá trình làm việc cột cần khoan chịu tải nhẹ hơn. Hiện tượng mỏi sinh ra do tải trọng động đặc biệt là ứng suất uốn sẽ có giá rất nhỏ hay bị triệt tiêu dẫn đến sự cố về đứt cần khoan thưa hơn. Cho phép khoan ở những độ sâu lớn hơn.

2. Cột cần khoan không quay sẽ giảm được sự mài mòn cho các bộ phận của cột cần khoan và các chi tiết quay của thiết bị trên mặt.

3. sử dụng Tuốc Bin khoan để khoan định hướng dễ hơn và năng suất hơn.

Nhược điểm:

1. Đặc tính của Tuốc Bin là làm việc với số vòng quay lớn, nên cần phải sử dụng những loại choòng có khả năng chịu được những vòng quay như thế. Đối với choòng chóp xoay, chúng làm việc với tải trọng lớn và số vòng quay giảm. Do đó loại choòng này không thoả mãn với điều kiện trong khoan Tuốc Bin. Thời gian làm việc bị rút ngắn do sự mài mòn nhanh nhất là ổ tựa.

2. ở một số đất dẻo, đòi hỏi mômen phá đá lớn, rất nhiều các loại Tuốc Bin thông thường không đạt được những momen như vậy.

3. Vùng làm việc ổn định của số vòng quay ở Tuốc Bin hẹp. Nếu ra ngoài giới hạn này có thể đưa đến ngừng Tuốc Bin.

4. Trong khoan Tuốc Bin công suất thuỷ lực của máy bơm lớn hơn rất nhiều so với khoan rôto. Trong khoan rôto, công suất thuỷ lực chủ yếu tiêu thụ trong hệ thống tuần hoàn. Nhưng trong khoan Tuốc Bin ngoài thành phần điện, công suất bơm còn cung cấp cho Tuốc Bin và cho choòng phá đá. Do đó đòi hỏi những thiết bị bơm có công suất lớn và còn sử dụng những thành phần cấu tạo trong hệ thống tuần hoàn bảo đảm an toàn trong điều kiện làm việc áp suất lớn của Tuốc Bin . Thông thường khả năng làm việc của bơm giới hạn chiều sâu làm việc của tuốc bin

5. Những chỉ tiêu cho việc bảo dưỡng, bảo quản, sửa chữa Tuốc Bin đưa đến việc tăng giá thành khoan Tuốc Bin.

5.1.2. Nguyên lý làm việc của tuốc bin khoan.

Tuốc Bin dùng cho khoan là Tuốc Bin dọc nhiều tầng giống nhau, vỏ của Tuốc Bin được nối với phần dưới của cột khoan, trục của tuốc bin nối với choòng khoan.

Mỗi một tầng Tuốc Bin gồm 2 phần chính (hình 1).

Hình 1

Phần quay được nối với trục goị là rôto. Phần đứng yên nối với vỏ gọi là stato, stato gồm vòng thép (1), trong đó có các cánh uốn cong (5). Mép trong của các cánh được liên kết với nhau bằng vòng (3) Rôto gồm vòng (2),các cánh (6) được uốn cong theo chiều ngược với cánh Stato. Các mép ngoài của cánh được gắn với nhau qua mép (4). Giữa rôto và stato có khoảng hở để rôto quay tự do.

Trong cánh quạt của Tuốc Bin , năng lượng thủy lực của dòng nước rửa được chuyển hoá thành cơ năng để quay trục có mang theo choòng khoan. Dung dịch khoan đi qua các rãnh các cánh palét uốn cong của đĩa stato. Dòng dung dịch đó nó tiếp tục đổi hướng. Khi ra khỏi stato vận tốc tuyệt đối 0 được coi là bằng vận tốc tuyệt đối vào các rãnh của các cánh palét uốn cong của đĩa rôto 1 ( 0= 1). Khi vào rôto dòng dung dịch tác dụng xuống các cánh uốn cong của rôto là cho đĩa rôto quay. Khi vào rôto chất lỏng tham gia hai chuyển động.

- Vận tốc tương đối quay theo đĩa rôto

- Vận tốc tương đối theo hướng của palét uốn cong. Thành phần làm quay Tuốc Bin khoan, véc tơ của vận tốc tuyệt đối tiếp tục đổi hướng và ra khỏi rôto là 2 với vận tốc này dòng dung dịch vào trong rãnh của đĩa Stato ở tầng tiếp theo. ở đây quá trình lại được lặp lại.

5.1.3 Cấu trúc của Tuốc Bin khoan.

Trong khoan thường sử dụng các loại Tuốc Bin: Đơn và Nối

5.1.3.1. Tuốc Bin đơn.

Tuốc Bin đơn được tạo thành bằng vỏ Tuốc Bin (1) và nó gắn chặt với đĩa Stato của Tuốc Bin. ở phía bên trong có trục Tuốc Bin (2) gắn với đĩa rôto. Để treo trục bên trong Tuốc Bin nhờ ổ tựa dọc (5) với loại ma sát trượt kim loại trên cao su hay cao su trên cao su. Do dạng của ổ tựa này nên người ta vẫn gọi là ổ tựa răng lược. Để giữ không cho dung dịch khoan xâm nhập vào ổ tựa răng lược ở một số cấu trúc của Tuốc Bin ổ tựa được lắp ở phần dưới.

Để tránh bị cong trục tuốc bin người ta lấy 2 hay 3 ổ tựa ngang (6). Các ổ tựa này được lắp ở khoảng cách tương đối bằng nhau và giữa chúng là các tầng Tuốc Bin .

ở phần trên của Tuốc Bin có đầu nối chuyển tiếp để nối với phần dưới của cột cần khoan. Phía dưới có đế (7). Đế (7) này nó bịt kín giữa thân tuốc bin và trục nhờ đệm bịt kín (15) bên trong đế. Trong khi vặn đế vào đế Tuốc Bin, đế ép chặt vòng thép bên ngoài của đĩa stato để gắn chặt chúng với vỏ Tuốc Bin. ở phần trên trục Tuốc Bin có ren. Ren này được vặn chặt vào ốc (9). Nó ép chặt các vành thép bên trong của đĩa rôto vào trục tuốc bin, ốc hãm (10) để giữ ốc (9). Phần dưới của trục có 2 lỗ thoát (11) để liu thông dung dịch xuống choòng khoan. Tuốc Bin đơn thường dùng là loại T12M

5.1.3.2. Tuốc Bin nối.

Trong một số trường hợp khi khoan qua các tầng đất đá dẻo, momen quay của Tuốc Bin không đủ để thực hiện quá trình phá đá, hay ở các giếng khoan sâu, lưu lượng dung dịch nhỏ, do đó giá trị của momen và công suất không đáp ứng cho quá trình khoan.

Để thu được momen quay và công suất lớn của Tuốc Bin mà không thay đổi đường kính của chúng. Chúng ta chỉ giải quyết bằng cách tăng số tầng của chúng lên. Do đó cần phải chế tạo những Tuốc Bin dài, người ta cũng đã chế tạo những Tuốc Bin đến 150 tầng đĩa.

Nếu chế tạo những Tuốc Bin có độ dài quá lớn, gây khó khăn cho việc nâng thả và sử dụng nó ở giếng khoan, trong khâu lắp ráp vận chuyển và bảo quản. Để giải quyết những khó khăn trên, người ta đã chế tạo loại Tuốc Bin nối. Cấu trúc của nó có từ 2 - 4 đoạn và được nối với nhau tào thành Tuốc Bin nối. Mỗi một đoạn là một Tuốc Bin đơn có ít nhiều thay đổi về mặt cấu trúc.

Vỏ của từng đoạn Tuốc Bin được nối với nhau bằng ren. Các đoạn phần trên không có đế và thay vào đó là những đoạn nối

Để nối các trục của các đoạn Tuốc Bin có ba phương án cấu trúc.

a. Các trục được nối với nhau bằng khớp nối có rãnh (then hoa).

Trong phương án này, ở các đoạn Tuốc Bin có ổ tựa chính lắp ở phía trên. Các ổ tựa của các đoạn Tuốc Bin ở phía trên làm việc suốt thời gian với chịu tải có hướng từ trên xuống. Do đó các chi tiết của ổ tựa cũng bị mài mòn đi rất nhanh và các chi tiết của khớp nối có rãnh cũng bị mòn nhanh, nên loại này sử dụng hạn chế.

b. Các trục của các đoạn Tuốc Bin được nối với nhau bằng khớp ma sát.

Hình 4

Trong quá trình nối vỏ lại với nhau thì đầu nối đực và đầu nối cái nó sẽ ép chặt lại với nhau và Tuốc Bin được gắn chặt với nhau qua chúng.

c. Các trục của các đoạn Tuốc Bin nối với nhau qua khớp nối kép.

Loại khớp nối này vừa kết hợp khớp nối ma sát hình nón cụt côn rãnh.

5.1.3.3. Tuốc Bin có trục Spenden.

Trong Tuốc Bin khoan dù đơn hay nối, thành phần chịu mòn nhiều nhất là ổ tựa chính (ổ tựa răng lược). Khi cần sửa chữa hay thay thế ổ tựa, phải tháo toàn bộ Tuốc Bin, việc này phải đưa vào xưởng, mất nhiều thời gian. Để tránh phải vận chuyển và việc tháo lắp Tuốc Bin, người ta đã chế tạo được Tuốc Bin có lắp trục Spenden.

Spenden là trục có lắp sẵn ổ tựa chính có cấu trúc độc lập và lắp ở phía dưới Tuốc Bin đơn hay đoạn dưới của Tuốc Bin nối. Chúng được lắp với nhau bằng khớp nối ma sát hay khớp rãnh . Trong trường hợp mòn ổ tựa chính thì chúng ta chỉ việc thay trục Spenden ngay tại miệng lỗ khoan. Qua việc dùng Spenden có thể giảm được độ mất dung dịch ở đế.

5.2. Chuyển vận của dung dịch bên trong Tuốc Bin .

Sự chuyển vận của dung dịch khoan qua lỗ thoát nước giữa các mạng palét của đĩa rôto và stato là một hiện tượng phức tạp. Nghiên cứu quá trình chuyển vận của nó nhằm xác định bằng lý thuyết các giá trị của các thông số hoạt động của Tuốc Bin khoan, chúng ta cần một số giả thiết nhằm đơn giản hoá.

- Chúng ta coi rằng dung dịch khoan có độ lưu thông tuyệt đối, các lực cản do độ nhớt là không đáng kể.

- Lưu lượng của dung dịch khoan qua các rãnh thoát nước của đĩa rôto và Stato là không đổi Q = Const.

- Chúng ta xem rằng dòng dung dịch chuyển vận giữa khoảng không gian của hai mặt trụ đồng tâm. Dung dịch cũng chảy thành từng lớp hình trụ đồng tâm. Giả thuyết này cho phép áp dụng định luật cular về máy thuỷ lực.

- Độ hở giữa đĩa rôto và Stato nhỏ.

5.2.1. Đường kính lý thuyết của tuốc bin khoan.

Để nghiên cứu hoạt động của Tuốc Bin khoan, ta hãy tách một lớp hình trụ trung bình của dòng dung dịch. Lớp dung dịch này chuyển vận ở đường kính lý thuyết (Dlt) hay đường kính trung bình của Tuốc Bin. một tia dung dịch của mặt trụ nói trên được coi là một tia trung bình hay một tia tương đương có vận tốc chuyển động trung bình và không thay đổi theo thời gian. Và chúng ta giả thiết rằng các tia dung dịch tương đương này chuyển động trong các khoảng không gian giữa mạng palét uốn cong và nó có hiệu quả như những tia thật chuyển động tại các điểm khác nhau của rãnh thoát nước.

Hình 5

Mặt cắt dọc của một Tuốc Bin .

Như vậy đường kính lý thuyết nằm giữa đường kính ngoài và trong của mạng phalet. Đường kính lý thuyết có thể tính bằng 2 cách.

1. Đường kính trung bình giữa đường kính ngoài và đường kính trong.

dlt = Dn + Dt 2 (1)

2. Đường kính mà nó chia tiết diện vành xuyến giới hạn giữa Dn và Dt thành hai phần bằng nhau.

4.(Dn2 - dlt2) = 4.(dlt2- Dt2) Từ đó rút ra

dlt = 2D2n +D2t2 (2)

5.2.2: Hệ số sử dụng của tuốc bin khoan. (hệ số giảm rãnh thoát nước Strangular)

Hiện diện của palét trong mạng của đĩa rôto và stato làm giảm diện tích rãnh thoát nước của dung dịch. Chúng ta gọi H hệ số sử dụng của Tuốc Bin là tỷ số giữa diện tích thật của rãnh thoát nước Ac và diện tích rãnh thoát nước trong điệu kiện không có hiệu diện của cánh palét.

H = AcA'c (3)

Diện tích A'c được tính bằng công thức: A'c = .dlt .h

h - là chiều cao ngang của rãnh palét: h = 12 .(Dn- Dt)

Ac - Diện tích thật của rãnh thoát nước: Ac = A'c- AP

Trong đó AP là diện tích của các cánh palét

AP = Z. hsin = .dlt t .h . sin

t- là bước của palet.

Ac =  dlt .h -  dlt .h sin

Ac = A'c (1 - tsin )

H = Ac A'c = 1 - tsin (4)

Z = dltt

Hình 6

5.2.3: Các tam giác vận tốc

Dung dịch khoan sau khi đi qua rãnh thoát nước của đĩa Stato. Trong thời điểm dung dịch ra khỏi đĩa Stato, hướng của dòng dung dịch tiến tới hướng của palét ở rìa ra. Hay nói cách khác giá trị của góc thuỷ lực tl gần bằng giá trị của góc cấu trúc c , chế độ thuỷ không sóc.

tl = c

ở rãnh thoát nước của đĩa rô tơ, một phần tử nước tham gia 2 chuyển động tương đối

- u: Vận tốc tương đối chuyển động theo đĩa rôto

- : Vận tốc tương đối chuyển động theo hướng palét.

Tổng hợp của 2 chuyển động trên chúng ta được vận tốc tuyệt đối C.

ở mỗi điểm của rãnh thoát nước tương ứng với một điểm của tam giác vận tốc. Với mục đích nghiên cứu sự chuyển vận của dung dịch bên trong Tuốc Bin. Nhằm xác định các thông số hoạt động của Tuốc Bin chúng ta lấy 4 điểm đặc trưng nằm ở rìa ra và rìa vào của đĩa Stato và đĩa rôto của một tia dung dịch trung bình chuyển động ở đường kính lý thuyết vào Tuốc Bin .

Hình 7

Chúng ta hãy xem khoảng cách giữa hai đĩa rôto và Stato là không đáng kể, vì vậy chúng ta xem rằng.

- Tất cả các hiện tượng xảy ra ở rìa vào rôto trùng với các hiện tượng xẩy ra ở rìa ra Stato.

- Tất cả các hiện tượng xảy ra ở rìa ra rôto trùng rìa vào Stato.

Như vậy tại hai điểm A và B của tia dung dịch trung bình chảy ở đường kính lý thuyết chúng ta vẽ được hai tam giác vận tốc.

Như vậy: Tam giác vận tốc rìa vào rôto trùng tam giác vận tốc rìa ra Stato.

Tam giác vận tốc rìa ra rôto trùng tam giác vận tốc rìa vào Stato. Như vậy chúng ta có thể vẽ tổng hợp các tam giác vận tốc tại bốn điểm đặc trưng dưới dạng: (hình vẽ bên)

Hình 8

C1 = C , C2 = C0 , w1 = w 0

u1 = u , u2 = u0 , w2 = w0

Từ các tam giác vận tốc chúng ta rút ra được các công thức sau đây.

Vì cùng chung tốc độ quay nên:

u1= u2 = u

C1z = C2z = w1z = w2z = Cz

C1u= Cz cotg1 (5)

C2u= - (Cz cotg2 - u) = u - Cz cotg2 (6)

Các giá trị C1u , C2u quyết định đến các thông số hoạt động của Tuốc Bin.

5.2.4 Định luật của euler về Tuốc Bin dọc

theo định lý thứ hai của enuler, lực tác dụng lên các cánh cong palét gây nên momen quay của trục tuốc bin lớn được xác định bằng công thức:

F = Q.g (C1u - C2u )

Như vậy momen quay của Tuốc Bin với số tầng là k sẽ là.

M = k.Qgret (C1u-C2u ) (7)

Trong đó: ret = bán kính lý thuyết của Tuốc Bin

, Q tỷ trọng và lưu lượng của dung dịch.

Nếu chúng ta biết được lưu lượng dung dịch là Q, vận tốc quay u

Công suất hiệu dụng của Tuốc Bin sẽ là.

N = .M = Uret .k.Qg.ret. (C1u- C2u)

N = k.Qgu(C1u- C2u) (8)

áp suất bên trong Tuốc Bin được biểu diễn dưới dạng chiều cao thuỷ lực hay chiều cao thực.

Hthực = NQ = 1Q.k.Qg.u.(C1u- C2u)

Hthực = kg.u.(C1u -C2u) (9)

áp suất tiêu thụ bên trong Tuốc Bin phụ thuộc vào số tầng Tuốc Bin k, vận tốc quay u và hiệu vận tốc C1u - C2u

5.3. Đặc tính lý thuyết của Tuốc Bin

(Đặc tính bên trong hay đơn giản của Tuốc Bin ).

Qua đặc tính lý thuyết làm việc của Tuốc Bin khoan, chúng ta hiểu rằng đó là sự biến thiên các thông số hoạt động của chúng như mômen, công suất, áp suất, hiệu suất với số vòng quay, trong điều kiện lưu lượng Q không đổi. Trong khi nghiên cứu đặc tính lý thuyết, chúng ta bỏ qua ảnh hưởng của các ổ tựa của Tuốc Bin.

Chúng ta thay C1u, C2u ở công thức (5), (6) vào công thức tính M (7)

M = k.Qg .ret (C2 cotg - u +Cz cotg 2 )

Nếu như trong thời gian hoạt động trục Tuốc Bin không chịu tải, lục đó momen của Tuốc Bin bằng không. Từ công thức trên chúng ta có

Cz cotg1 - Ukt + Czcotg 2 = 0

Ukt = Czcotg1 + Czcotg 2

Và biểu thức tính momen sẽ là.

M = Qgret(Ukt - U) = k QgretUkt (1- UUkt)

Nếu như chúng ta thay U = 2retn và Ukt = 2retnkt

Vào công thức trên chúng ta thu được

M = K.Qg.2.r2et - nkt (1 - nnkt)

Trong trường hợp Tuốc Bin ngừng quay cho chịu tải lớn n = 0

Momen Tuốc Bin sẽ bằng momen hãm.

Mf = K.Qg 2.r2et .nkt

Thay giá trị momen hãm vào công thức tính momen, chúng ta có

M = Mf(1 - nnkt )

Hàm số M = M (n) là một hàm tuyến tính

n = 0  M = Mf

n = nkt  M = 0

Công suất của Tuốc Bin :

N = . M = 2n.M

N = 2 Mf(n - n2nkt )

Hàm N = N(n) là một hàm parabol bậc 2

Tại điểm n = 0

n = nkt  N = 0

Giá trị số vòng quay tối ưu n0 mà tại đó N đạt giá trị cực đại sẽ là .

dN dn = 0 1 - 2n0nkt = 0

Từ đó chúng ta suy ra: n0 = nkt2

Momen tương ứng với số vòng quay này, thay n0 vào M chúng ta thu được :

M0 = Mf2

Giá trị công suất cực đại N0 sẽ là.

N0 = M0.0 = Mf22.nkt2 = 2Mf.nkt

Chúng ta xem đồ thị biến thiên công suất.

Hiệu suất của Tuốc Bin chúng ta xem bằng hiệu suất thuỷ lực :

t = th = NNth = NPt .Q

Trong đó:

Pt - áp suất tiêu thụ trong Tuốc Bin thông thường không thay đổi theo số vòng quay.

Pt = const

Q - lưu lượng bơm.

Tích Pt .Q = const

Như vậy biến thiên t = f(n) chủ yếu biến thiên theo N

và chúng ta vẽ được đồ thị dạng parabol giống N

5.4. Các thông số làm việc của Tuốc Bin khoan

5.4.1. Phân loại Tuốc Bin khoan.

Một trong những chỉ tiêu phân loại Tuốc Bin khoan đó là hệ số tuần hoàn :

 = C1u - C2uU

(ở trong chế độ làm việc tối ưu) người ta phân loại Tuốc Bin theo  như sau :

1)  < 1 Tuốc Bin tuần hoàn thấp

2)  =1 Tuốc Bin tuần hoàn bình thường

3)  > 1 Tuốc Bin tuần hoàn cao

Và Tuốc Bin đối xứng nếu như trắc diện của cánh palét của đĩa Stato giống trắc diện của cánh palét đĩa rôto.

Các tam giác vận tốc của một tia dung dịch trung bình, chuyển động ở mặt trụ có đường kính bằng đường kính lý thuyết được xác định qua các biểu đồ sau:

Hình 10

Thay đổi giữa hiệu suất của Tuốc Bin, áp suất đối với 3 loại Tuốc Bin như sau:

Loại Tuốc Bin có hệ số  > 1 là loại Tuốc Bin chậm .

 <1 là loại Tuốc Bin cao tốc .

Trong khoan thông thường chúng ta hay sử dụng loại Tuốc Bin  = 1

5.4.2. Xác định các thông số hoạt động của Tuốc Bin

thông thường ( = 1)

Chúng ta vẽ các tam giác vận tốc cho một tia dung dịch trung bình chuyển vận ở mặt trụ có đường kính bằng đường kính lý thuyết nằm giữa rãnh thoát nước của hệ palet.

ở loại Tuốc Bin thông thường  = 1 hướng của véctơ vận tốc 1 và C2 song song với trục của Tuốc Bin. Tuốc bin làm việc trong chế độ tối ưu (công suất cực đại) .

u1 = u2 = u0

Hình 12

Từ tam giác vận tốc trên chúng ta thu được W1 = C2 = Cz

C1u = u0, C2 u = 0

Vậy: U0 = C1u = Cz cotg1

mặt khác U0 = det . n0 , cân bằng hai phương trình ta có :

n0 = Cz  det . cotg1

Nếu chúng ta thay công thức : Cz = QAc 0

Trong đó 0 là hiệu suất thể tích của tuôc bin: 0 = QthQ

Qth -là lưu lượng thực tế truyền qua tuốc bin .

Q - là lưu lượng truyền xuống tuốc bin khi chưa bị mất mát qua các khe hở giữa các tầng tuốc bin .

Ac - là diện tích thực của rãnh thoát nước :

Ac = A'c H = det . h . h.

Và nếu chúng ta thay Ac vào công thức trên đây ta thu được: n0 = c0tg h.(det)2.h . 0 Q

Từ công thức : M0 = Mf2 = k2 Q2g . det2 nkt; (nkt = 2n0)

M0 = k . c0tg2g h .h 02c  Q2

Trong đó c là hiệu suất cơ học của tuốc bin, do mất năng lượng ở các đĩa tuốc bin và ổ tựa.

Công suất cực đại của tuốc bin.

N0 = M0 0 = det¬. n0M0 = k. 1g (cotg h.det.h )20.c.Q3.

N0 = k.1g. cotg h..det.h2 0.c.Q3. 

Từ công thức:

Pt = N0 t.Q

Pt = k. 1g. cotg h..det.h2 20th . Q2

Trong đó:

th - Hiệu suất thuỷ lực

t - Hiệu suất tuốc bin. t = 0.c.th

Các hệ số của tuốc bin.

An = k.cotg h.(det)2.h . 0 ; và Ap = k. 1g. cotg h..det.h2 20th

AM = k.cotg 2ghh .20. c

AN = k. 1g. cotg h..det.h2 20th

Các thông số hoạt động của tuốc bin sẽ là:

n0 = An.Q

M0 = AM. Q2

N0 = AN. Q3

Pt = AP. Q2

Kết luận: Muốn tăng các thông số hoạt động của tuốc bin: Cần tăng k Số tầng của tuốc bin, tăng lưu lượng bơm Q. Khi tăng Q mômen và áp suất sẽ tăng theo bình phương và công suất Q tăng theo lập phương.

§3: Xác định các thông số chế độ khoan cơ học tối ưu trong trường hợp bỏ qua sự tổn thất năng lượng ở ổ tựa chính.

Mômen ở choòng khoan được tính bằng công thức:

Mc = G.Mr

G - Tải trọng đáy đặt lên choòng.

Mr - Mô men riêng biểu diễn sự tăng mômen ở choòng khi tải trọng tăng 1 đơn vị (Mr = 515KG.m/tấn).

Nếu chúng ta bỏ qua sự tổn thất năng lượng ở ổ tựa chính thì toàn bộ công suất của tuốc bin sẽ cung cấp cho choòng phá đá

Nt = Nc  2n.Mf (1-n nkt ) = 2nG.Mr

Chúng ta rút ra G = Mf Mr (1 - n nkt )

Chúng ta cũng có thể vẽ được sự biến thiên của G = G(n)

Tại điểm n = 0 G có giá trị cực đại

Hình 13

G = Gmax tải trọng hãm tuốc bin:

Gmax = MfMr

Công thức G = Gmax(1 - nnkt )

Tại điểm n = nkt G = 0

Vì vậy ta vẽ được đồ thị biến thiên G = G(n) như trên

Số vòng quay tối ưu đã xác định :

Nếu chúng ta thay n0 vào công thức tính G

chúng ta có G0 = Gmax2 = Mf2Mr = M0Mr = Am kQ2Mr

Nếu chúng ta biểu diễn phương trình G0= f (Mr) với các giá trị khác nhau của Q ta sẽ có đồ thị sau:

Hình 14

Kết luận : với một Mr xác định nếu chúng ta tăng lưu lượng thì tải trọng đặt lên choòng cũng sẽ tăng lên.

5.4.3. Các thông số của tuốc bin ở chế độ động học giống nhau

Nếu như hai tuốc bin có cùng loại tam giác vận tốc ở đường kính lý thuyết tương ứng với công suất cực đại. Chúng ta nói rằng những tuốc bin này hoạt động trong chế độ động học tương tự. Các hệ số An ,Am , AN , AP giống nhau. Chúng ta có các biểu thức sau đây:

n01n02 = Q1Q2

M01M02 = k1k2 .12.(Q1Q2)2

N01N02 = k1k2 .12.(Q1Q2)3

Pt1Pt2 = k1k2 .12.(Q1Q2)2

Tầm quan trọng của các biểu thức trên đây là trong trường hợp chúng ta biết thông số hoạt động của tuốc bin (với cùng một số tầng K1 , Q1, 1) thì chúng ta có thể xác định thông số cho cùng tuốc bin ấy hay một tuốc bin khác cùng seri với điều kiện khác (K2, Q2 , 2).

- ảnh hưởng của lưu lượng Q đến các thông số làm việc của tuốc bin từ công thức trên chúng ta có thể rút ra cho một tuốc bin:

n01n02 = Q1Q2

M01M02 = (Q1Q2)2

N01N02 = (Q1Q2)3

Pt1Pt2 =(Q1Q2)2

Kết luận: Đối với cùng một tuốc bin, nếu ta tăng Q lên hai lần, số vòng quay tăng lên hai lần, momen và áp suất tăng lên bốn lần và công suất tăng lên tám lần .

5.5. Liên quan giữa các thông số cấu trúc và các thông số hoạt động của tuốc bin khoan.

Một trong những tiêu chuẩn để đánh giá khả năng hoạt động của tuốc bin khoan là hệ số động học C. Hệ số này là tỷ số giữa momen và số vòng quay trong chế độ làm việc tối ưu với công suất lớn nhất:

C = M0n0

Nếu chia công thức M0 cho n0 ta được:

C = 2g.d2et.k..Q

Hệ số C càng lớn thì tuốc bin càng tốt, càng phù hợp với quá trình khoan. Tức là số vòng quay càng bé và momen càng phải lớn.

- Theo công thức trên, muốn tăng C cần phải tăng det . Nhưng det giới hạn bởi đưòng kính giếng khoan. Trong khi chọn tuốc bin chúng ta chọn đường kính tuốc bin lớn nhất cho phép và tránh kẹt cố, bảo đảm lưu thông dung dịch bên ngoài tuốc bin và thành lỗ khoan.

- Tăng K tức là tăng số tầng tuốc bin lên thì C tăng lên. Trong thực tế phương án này sử dụng rất nhiều.

- Tăng Q dẫn đến tăng C, nhưng Q giới hạn bởi điều kiện khoan. Trong trường hợp hai tuốc bin có cùng seri, thông số hoạt động của nó sẽ phụ thuộc vào K và vào Q.

Dưới đây sẽ trình bày hai trường hợp phản ánh ưu điểm trong việc dùng tuốc bin có số tầng k lớn.

a) Nếu như hai tuốc bin có cùng seri, nhưng có số tầng k1và k2 khác nhau. Và hai tuốc bin cũng cần phải bảo đảm cùng momen quay bằng nhau. M01 = M02

M01M02 = k1k2Q21Q22 Q1Q2 = k1k2

n01n02 = Q1Q2 =k1k2

N01N02 = k1k2Q31Q32 = k1k2

Pt1Pt2 = k1k2Q21Q22 = 1

Chúng ta xem rằng một tuốc bin đơn có số tầng là kđ và một tuốc bin nối có số tầng là kn : kn= 2 kđ.

ở tuốc bin nối sẽ thu được các thông số sau đây:

Mođ = Mon ,Qn = 0,7Qđ ,n0n = 0,7nođ

Non = 0,7 N0đ , Ptn =Pođ

Trong trường hợp muốn thu được cùng momen, ở tuốc bin nối Q, N, n thu được khoảng 70% ở tuốc bin đơn.

Giảm Q và n là một điều kiện thuận lợi cho công tác khoan. Giảm Q đưa đến giảm áp suất ở hệ thống tuần hoàn, dẫn đến giảm áp suất ở bơm mà vẫn giữ được momen quay, nhất là ở những giếng khoan có chiều sâu lớn.

b) Hai tuốc bin cùng seri nếu có cùng công suất. N01= N02.

Q1Q2 = 3k2k1

n01n02 =3k2k1

M01M02 =k1k2Q21Q22 =3k1k2

Pt1Pt2 = k1k2Q21Q22 = 3k1k2

Trong điều kiện một tuốc bin nối kn= 2kđ :

N0n= Nođ ,Qn =0,795 Qđ , non = 0,795 nođ

M0n=1,26 M0đ , P¬tn= 1,26 Ptđ .

Kết luận: Các kết quả trên cho ta thấy rằng , hai tuốc bin có cùng một công suất. ở tuốc bin nối sử dụng một lưu lượng Q với 20% bé hơn tuốc bin đơn. Momen lớn hơn 20%, số vòng quay giảm 20%.

5.6. Tải trọng dọc tác dụng xuống ổ tựa chính của tuốc bin khoan

ở ổ tựa chính của tuốc bin tác dụng một lực dọc tổng hợp F0 bao gồm:

- GH : Lực thuỷ lực do tổn thất áp lực ở ổ tựa chính ở đĩa rôto và choòng khoan, hướng tác dụng từ trên xuống

- Gq : Trọng lượng của phần quay bao gồm trục tuốc bin, đĩa rôto, choòng khoan hướng tác dụng của Gq là từ trên xuống. 

- Phản tải đáy G, hướng tác dụng từ dưới lên trên  chúng ta có thể viết được công thức:

F0 = (G'th + Gq - G)

Nếu G'th + Gq>G thì F0 có hướng từ trên xuống 

G'th + Gq<G thì F0 có hướng từ dưới lên 

Để xác định G'th ta có thể sử dụng công thức tương đối:

G'th = 4det2(P0+Pt+Pc)

Trong đó: det - đường kính lý thuyết của tuốc bin.

P0, Pt ,Pc - tổn thất áp lực ở ổ tựa, tuốc bin choòng khoan. Bởi vì rằng P0, Pt ,Pc tỷ lệ thuận với  và bình phương Q do đó G'th bằng :

G'th = a0Q2

Trong đó: a0 là hệ số tỷ lệ thuận, giá trị của nó phụ thuộc vào loại tuốc bin và loại choòng sử dụng.

Nếu chúng ta ký hiệu: G'th + Gq = Gth thì công thức F0 sẽ là :

F0 = Gth¬ - G

Dưới tác dụng của tải trọng chiều trục ở ổ tựa chính, do ma sát giữa các đĩa đứng yên và di động của ổ tựa, tại đây sẽ sinh ra một momen cản và giá trị của nó được xác định bằng công thức:

Mô = rô Fô = rô |Gth - G|

Trong đó: ô - hệ số ma sát ở ổ tựa

rô - bán kính ma sát ở ổ tựa

Các đĩa đứng yên và các đĩa di động của ổ tựa răng lược trong khi quay chúng trượt trên mặt hình vành xuyến. Đường kính trung bình ma sát của mặt này đựơc xác định bằng công thức:

rô= 23 r3n-r3tr2n-r2t

Trong đó: . rn , rt - bán kính trong và ngoài của bề mặt ma sát.

Những nghiên cứu thí nghiệm đã chỉ ra rằng, hệ số ma sát, ô trong ổ đĩa không phải là một hằng số. Giá trị của nó phụ thuộc vào tải trọng riêng: Pr = Fô .Atx phụ thuộc số vòng quay, chất lượng dung dịch, phụ thuộc vào bề mặt ma sát.

Sự thay đổi của  so với p tải trọng riêng được biểu thị ở đồ thị trên, trong điều kiện dung dịch khoan và nước. Trên đồ thị chúng ta nhận thấy răng khi khoan bằng dung dịch sét với một tải trọng riêng không đổi thì  sẽ giảm dần khi p tăng lên. Với một số vòng quay không đổi thì ta nhận thấy rằng  sẽ giảm đi khi p tăng lên đến một giới hạn nào đó p tiếp tục tăng thì  cũng có chiều hướng tăng lên. Và giới hạn này cũng khác nhau với số vòng quay khác nhau. Với n càng lớn thì giới hạn này sinh ra ở tải trọng riêng càng lớn.

Chúng ta có thể giải thích hiện tượng này như sau: Khi tải trọng riêng tương đối nhỏ, thì ở trong các mặt tiếp xúc thể hiện một chế độ ma sát lỏng như vậy hệ số ma sát sẽ tỷ lệ nghịch với tải trọng riêng. Bề mặt gồ ghề của cao su sẽ giảm đi khi tải trọng riêng tăng lên và hệ số ma sát sẽ giảm đi.

Trong thời điểm trong đó tải trọng riêng tăng lên do tăng tải trọng ở ổ tựa và trên bề mặt ma sát sẽ xuất hiện những phân tử rắn chứa trong dung dịch khoan và chế độ ma sát ở đây sẽ chuyển sang nửa lỏng và nửa rắn. Do đó hệ số  sẽ tăng lên .

Hệ số ma sát lớn nhất khi n = 0, hệ số ma sát càng lớn khi trong dung dịch chứa hàm lượng rắn càng nhiều, nhất là ở dung dịch làm nặng và các chất có độ mài mòn lớn trong dung dịch.

5.7.- Đặc tính làm việc tổng hợp của tuốc bin.

Đặc tính làm việc của tuốc bin còn gọi là đặc tính ngoài biểu diễn sự biến thiên các thông số làm việc của tuốc bin, M , N, t ,Pt theo số vòng quay trong điều kiện Q không đổi.

Đặc tính tổng hợp khác với đặc tính trong của tuốc bin là có đề cập đến sự mất mát của công suất ở ổ tựa chính, năng lượng tiêu thụ ở choòng.

M - mômen do tuốc bin sinh ra bằng tổng mômen tiêu thụ ở choòng và ở ổ tựa chính.

Mt= Mô+ Me

Mô men tiêu thụ ở choòng bằng Me = G.Mr

Mr: momen riêng phá đá . Momen ở tuốc bin sẽ là:

Mt =  rô|Gth - G| + GMr

Với mục đích nghiên cứu dễ dàng đặc tính ngoài của tuốc bin khoan chúng ta coi  = const. Để xác định biến thiên của momen ở choòng khoan và ở ổ tựa chính theo số vòng quay n, chúng ta cần nghiên cứu mấy tình huống của tuốc bin trong quá trình làm việc

1. Tuốc bin quay ở bên trên đáy lỗ khoan (không chịu tải )

Trong trường hợp này G1 = 0 MC1 = 0

Mt1= Mô1 =  rô. Gth

Số vòng quay của tuốc bin trong trường hợp này gọi là số vòng quay khởi động nkđ.

Do momen cảm kháng ở ổ tựa chính. nkđ < nkt .

2. Choòng khoan làm việc ở đáy với tải trọng choòng nhẹ hơn tải trọng thuỷ lực G2< Gth ta có: Mc2= G2Mr

Mô2 = rô(Gth - G2).

Mt2= rô(Gth- G2) + G2Mr n2 neđ

3. Tải trọng choòng bằng tải trọng thuỷ lực: G3 = Gth

Mô3=0 ,Mc3=Gth.Mr

Mt3= Mc3= GthMr n3= nth số vòng quay thuỷ lực.

4) Choòng khoan làm việc với tải trọng choòng lớn hơn tải trọng thuỷ lực G4> Gth.

Momen ở choòng sẽ là: Mc4= G4. Mr.

Mô4 =  rô (G4- Gth)

Momen ở tuốc bin sẽ là:

Mt4= G4Mr + rô(G4- Gth)

Bởi vì Mt4 >Mt3 do đó n4 <Nth

So sánh hai trường hợp (1) và (3) thì chúng ta thấy rằng:

Nếu Mt>rô thì sẽ xảy ra Mt3 > Mt1 thì Nth < nkđ.

Trường hợp Mr < rô thì sẽ xảy ra ngược lại.

Chúng ta vẽ đồ thị biến thiên M = f(n) trong trường hợp Mr > rô

Trong khoảng 2 : 0 <G2<Gth. Nếu G2tăng dần từ 0 đến Gth thì số vòng quay cũng giảm dần từ nktđến nth. Và momen choòng cũng tăng từ Mt1 đến Mt3. Trong khi đó momen ổ tựa giảm dần từ Mt1 đến 0.

Trong trường hợp 4: G4> Gth nếu G4càng tăng thì cả Mô4 và Mc4đều tăng và số vòng quay sẽ giảm đi.

Momen truyền xuống choòng khoan bằng hiệu giữa momen do tuốc bin sinh ra trừ đi momen cảm kháng ở ổ tựa:

Mc= Mt - Mô= Mt-  rô .

Mc= Mt-   rô (Gth - G)

Mr.G = Mt  rôGth  rô G

G( Mr  rô ) = Mt  rô G

G = nhân hai vế với Mr ta có.

Mc = Mf(1 - nnkt )  rô Gth  Phương trình cơ bản của đặc tính tổng hợp

Dấu ở phía trên tương ứng trong trường hợp G <Gth

Dấu ở phía dưới tương ứng trường hợp G >Gth

+) ở phương trình trên khi tuốc bin hoạt độ ng bên trên đáy lỗ khoan.

Mc= 0 n = nkt tương ứng trường hợp G = 0 <Gth

Mf(1 - nktnkđ ) -  rô Gth = 0

1 - nkđnkt =  rô GthMf nkđnkt = 1 - rôGthMf

(*) Trong trường hợp G = Gth tương ứng với trường hợp 3 n = nth

Mc= Mt

Mc = Mf(1 - nthnkt ) MrGthMf = 1 = nthnkt

ở phương trình Mc nếu chúng ta bỏ qua tổn thất ở ổ tựa chính thì đặc tính ngoài sẽ biến thành đặc tính trong:

Mc= Mf(1 - nnkđ )

b) Nghiên cứu sự biến thiên của công suất theo số vòng quay.

Công suất của tuốc bin được tính bằng công thức:

N = .M = 2n.M

Nc = 2 .n.MrMr rô [Mf (1- nnkt rôGthm ]

Nc = 2 Mr Mr rô [ Mf(n -n2nkt ) MrôGthm]

Tiêu hao công suất ở ổ tựa chính được tính bằng công thức sau :

Nô= Nt- Nc

Biểu diễn bằng đồ thị biến thiên giữa công suất của tuốc bin, choòng khoan và ổ tựa trong trường hợp Mr >rô

5.8. Quan hệ giữa tuốc bin, hệ thống tuần hoàn và thiết bị bơm.

Trong khoan tuốc bin , các thông số làm việc của nó phụ thuộc nhiều nhất là liều lượng dung dịch, vào khả năng thiết bị bơm và hệ thống tuần hoàn của dung dịch.

5.8.1. Tạo công suất thuỷ lực cực đại cho tuốc bin khoan.

Trong điều kiện áp suất ở bơm không đổi Pb= const

Nếu chúng ta tăng lượng Q quá lớn thì tổn thất áp lực ở hệ thống tuần hoàn sẽ tăng lên và áp suất cung cấp cho tuôc bin sẽ giảm đi. Ngược lại nếu chúng ta giảm Q quá bé thì tổn thất áp suất ở hệ thống tuần hoàn cũng bé và áp suất cung cấp cho tuốc bin cũng hạn chế. Như vậy phải tồn tại một Qotối ưu, tại đó công suất thuỷ lực cung cấp cho tuốc bin có giá trị lớn nhất .

Công suất cung cấp cho tuốc bin được tính bằng công thức :

Nct= N0 - Nth= Pb. Q - Pth. Q . (1)

Tổn thất thủy lực trong hệ thống tuần hoàn được xác định bằng công thức .

P th- (B . L + A )  Q 2 (2)

Trong đó B là hệ số tổn thất lực phụ thuộc vào chiều dài cần khoan.

B = Qtc + ađn l + avx + apt.

A. là hệ số tổn thất thuỷ lực không phụ thuộc vào chiều dài cần :

A = Qbm + Q cn lcn+ ac

Công thức Nct chúng ta có thể viết dưới dạng:

Nct= Pb. Q - (BL + A)  Q3 (3)

Nếu như chúng ta biểu diễn phương trình trên dưới dạng đồ thị.

Với Q<Q0 hay Q >Q0thì Nct<Nct0. Hình 18

Với Q = Qmax Nct= 0 bởi vì toàn bộ công suất thuỷ lực của bơm tiêu thụ ở hệ tuần hoàn .

Lưu lượng Q0 được xác định trong điều kiện cực đại của Nct

d. Nctd. Q = d dQ [Pb.Q - (B . L - A)  Q 3] = 0 (4)

[Pb- 3 (B . L + A)  Q30 = 0

Q0 = Pb3(B.L + A) (5)

áp suất ở tuốc bin sẽ là;

Pct0= Pb- (B. L +A )  Q20= Pb- (B. L + A)  Pb 3(B. L + A ) = 23 Pb.

Pct0= 23 Pb. (6)

Nct= 23 Nb. (7)

Để tận dụng hết khả năng của bơm thì áp suất tiêu thụ thực tế ở tuốc bin Pt phải bằng áp suất cung cấp cho tuốc bin Pc.

Có nghĩa là áp suất do bơm cung cấp phải tiêu thụ hoàn toàn ở tuốc bin

Pt0= Pct0

Ap k0 .  Q2= Pcto = 23 PbApKo  . Pb 3 (B.L + A ) = 23 Pb.

k0 = B. L + Ac Ap (8)

Vì vầy để tiêu thụ công suất mà bơm cung cấp cho tuôc bin thì tuốc bin phải có số tầng là k0.

Thông thường chúng ta khoan các tuốc bin với số tầng đã được chế tạo sẵn .

Vì thế chiều sâu có thể khoan trong điều kiện Pt = 23 Pb.

Từ công thức trên chúng ta thu được.

B. L + A = k0Ap 2

L = ko . Ap-2A 2B (9)

Chúng ta hãy biểu diễn phương trình (5) và (8). tức là Q0= f(L) và

ko= f(L). chúng ta sẽ thu được đồ thị sau:

Từ đồ thị trên chúng ta đi đến kết luận.

- Chiều sâu của lỗ khoan càng lớn thì số tầng tuốc bin phải tăng và lưu lượng của tuốc bin cần phải giảm xuống.

Chúng ta có thể tính được giá trị công suất thủy lực tiêu thụ ở tuốc bin .

Nct0= Pct0. Q0= 23 Pb Pb 3 (B. L + A)

Nct0 = 23 Pb 3 (B. L +A ) (10)

ở biểu thức trên chúng ta nhận thấy rằng : muốn tăng Nt0 có hai cách:

1 - Tăng Pb tức là tăng áp suất làm việc của bơm.

2 - Giảm A và B tức là sử dụng cần khoan với đường kính lớn, độ dày thành bé, đầu nối rộng.

Phương pháp hữu hiệu nhất để tăng Nt0vẫn là tăng áp suất máy bơm.

5.8.2. Tạo momen quay cực đại cho tuốc bin.

5.8.2.1. Trường hợpPb = const.

Trong trường hợp khoan ở những giếng khoan có chiều sâu lớn, nhất là trong điều kiện các tầng đất đá giữa. Để đạt được hiệu quả cao trong khoan tuốc bin, cần thiết phải bảo đảm momen quay ở choòng khoan có giá trị lớn.

Chúng ta giả thiết rằng áp suất làm việc ở bơm không đổi, tức là ở một thời điểm nào đó của quá trình khoan. Pb = const . Chúng ta sẽ xác định một giá trị của lưu lượng Q0 mà ở đó chúng sẽ cung cấp cho tuốc bin momen quay lớn nhất Mct0có nghĩa là chúng ta sẽ xác định một giá trị của lưu lượng Q0 mà ở đó chúng sẽ cung cấp cho tuốc bin momen quay cực đại. Như chúng ta đã biết ở phần trên, ở chế độ công suất cực đại của tuốc bin, thành phần vận tốc:

C1u = u và C2u= 0 (11).

M = k. Q. g rct(C1u - C2u. ) (12).

Thay (11) vào (12) ta được: M= k. Q.g rct.u (13)

Công thức tổn thất áp suất bên trong tuốc bin:

Pt = Hth .  = K. ug (C1u -C2u) = k. . u2 g (14).

u = g. Ptk. (15)

Thay (15) vào (13) chúng ta thu được.

M = k g rctQ. Pt (16).

áp uất cung cấp cho tuốc bin:

Pct= Pb- (B. L + A ) . Q2. (17).

Thay (17) vào (16). chúng ta thu được:

M= k g .rct . PbQ2 - (BL + A) .Q4) (18).

Biểu diễn của hàm số: M = f(Q) chúng ta được đồ thị là:

Điều kiện xác định Q0. d. M d. Q = 0 .

2. P0Q - 4 (A. L + B)  . Q03 = 0 (19).

Q0= Pb 2(A. L +B) .  (20).

áp suất cung cấp cho tuốc bin sẽ là:

Pct0 = Pb (A. L + B)  Q02 = Pb - (A. L + B ) . Pb2 (A. L + B)

Pct0 = 12 Pb (21)

Nct = 12 P (22).

Như vậy chúng ta đi đến kết luận: để thu được momen cực đại ở tuốc bin Pct0 = 12 Pb hay Nt0 = 12 Nb

Để tuốc bin tiêu thụ hết công suất do bơm cung cấp : Pt0 = Pct0

Apk0  Q2= Pb 2  Ap h0 Pb (A. L + B ) 2 = Pb 2 /

Từ đây chúng ta rút ra:

k0= B. L + A Ap (23).

Từ công thức (20) và (23) chúng ta cũng nhận thấy rằng chiều sâu l càng lớn thì Q0 càng giảm và k0 càng tăng.

b). Trong trường hợp công suất bơm không đổi. Nb = const .

Nếu ở biểu thức (18) chúng ta thấy Pb= Nb Q .

Biểu thức của momen sẽ trở thành

M = k g rct. NbQ - (A. L + B)  Q4 (24)

Với N0= const

dM dQ = 0 Nb- 4(B. L + A )  Q03 = 0

Q0= 3Nb4. (B. L + A) (25)

Nếu chúng thay Q0vào công thức sau :

Nt0= N0- Nth =Nb - (B. L + A)  Q03 = Nb- (B. L + A )  Nb 4 (B L + A)

Nct0 = 34 Nb (26)

Ptc0 = 34 Pb (27).

Từ công thức (6) , (21) , (27) chúng ta rút ra rằng để sử dụng một cách hợp lý thiết bị bơm, tuốc bin khoan phải sử dụng ít nhất1/2áp suất bơm. Chiều sâu làm việc càng tăng, do khả năng giới hạn của bơm, lưu lượng dung dịch càng giảm đi, số tầng của tuốc bin cũng dần dần tăng lên. Chúng ta cũng sẽ sử dụng từ tuốc bin đơn sang tuốc bin nối từ hai đến ba đoạn.

5.9. Chọn chế độ thuỷ lực cho tuốc bin

ở phần trên chúng ta đã nghiên cứu việc xác định lưu lượng bơm tối ưu trong điều kiệnP0= const và L = const

Nhưng thực tế công suất của bơm không thay đổi Nb = const và chiều sâu giếng tăng dần từ nhỏ tới lớn.

Như vậy công suất của bơm được tính bằng công thức:

Nb = Nt+ Nth= PtQ+ Pth Q. (1)

N0 = Ap . . Q3 + (BL + A).  Q3

Qnax = Nb (B. L + A + Ap). (2)

Chúng ta cũng xác định được một lượng tối thiểu Qmin cần thiết để nâng hạt mùn khoan lên mặt:

Q min =  4 (Dc2- D2) Vmin (3).

Như vậy lưu lượng Q chọn nằm trong khoảng:

Qmin<Q < Q nax (4)

Chiều sâu làm việc giới hạn với một giá trị của lưu lượng Q từ công thức (1) ta rút ra:

L = Nb- (Ap +A)  Q3 B. . Q3 (5).

Chúng ta sẽ vẽ đồ thị biến thiên giữa Nb, Q, Pb, Pt, P0, n, N theo chiều sâu.

Giữa hai chiều sâu liên tục Q1 không đổi, nếu l tăng lên thì áp suất ở bơm sẽ tăng lên tiến đến giá trị cực đại Pbmax . Tương ứng vớiđường kính Xi lanh ¬1. Và công suất cũng tăng lên tiến dần đến giá trị cực đại của bơm.

Để giảm công suất của bơm thì trong khoảng L 1 L2 ta phải giảm lưu lượng bơm Q2 < Q1thì lập tức công suấttại bơm cũng sẽ giảm xuống Nbgiảm và áp suấtở bơm cũng giảm xuống. Trong quá trình khoan vớiQ = Q2= const từ L1 L2. Thì công suấtcủa bơm cũng tăng dàn đến Nb max và áp suấtở bơm cũng tăng dần đến giới hạn Pbmax.

Và tương tự như thế từ L2 L3

Trong điều kiện trong các khoảng Q không đổi thì các thông số hoạt động của tuốc bin Pt0, Nt0, nt0. sẽ không đổi.

5.10. ảnh hưởng của độ mài mòn các chi tiết của tuốc bin đến các thông số hoạt động của tuốc bin.

5.10.1 Mòn ở đĩa statơ và rô tơ.

Các đĩa statô và rôtơ của tuốc bin bị mài mòn do các thành phần chất rắn chữa trong dung dịch. Do ma sát giữa các đĩa statơ và rôtơ trong quá trình làm việc. Do tuốc bin làm việc với thời gian tương đối lớn . Đĩa rôtơ và statơ bị mài mòn nhất là ở các mặt dưới của rìa ra, làm thay đổi góc cấu trúc c dẫn đến thayđổi góc thuỷ

Sự tăng lên của góc csẽ làm giảm ctg  c và dẫn đếnM0giảm , N0 giảm

M0 = k ctg  2g. H . h 02 c Q 2

N0= K. 1g ctg H. dlth 2 30 c Q3

Sự mài mòn ở mặt trên hay mặt dưới của đĩa rôtơ hay statơ sẽ làm tăng thêm độ hở dọc của tuốctbin. Tạo nên những vùng quẩn của dung dịch khoan - Do đó sự mất mát áp suất ở tuốc bin tăng lên . Đồng thời nó cũng tăng góc thuỷ lực th và dẫn đến Momen và công suất giảm .

5.10.2. ảnh hưởng của độ mài mòn ở các ổ tựa .

Sự mài mòn ở các đĩa di động ở ổ tựa chính đưa đến việc xuất hiện sự không đông đều trên bề mặt tiếp xúc với phần có bọc cao su của đĩa đứng yên, làm tăng thêm hệ số ma sát và làm tăng thêm tiêu thụ năng lượng ở ổ tựa. ở các đĩa đứng yên của các ổ tưạ, bọc cao su bị dứt bị nhổ hay bị phá huỷ khi chúng tiếp xúc với các sản phẩm dầu mỏ chứa trong dung dịch, kết quả là đưa đến sự giảm hiệu suất cơ khí của tuốc bin .

Các miếng cao su bị tách ra từ các đĩa đứng yên của ổ tựa chính nó đi vào các rãnh thoát nước của đĩa rôtơ và statơ gây ảnh hưởng xấu đến quá trình lưu thông của dung dịch khoan, có thể gây kẹt tuốc bin.

Trong trường hợp bọc lót ở đế tuốc bin bị mài mòn, đưa đến hiện tượng mất một phần lớn lưu lượng dung dịch ở đây. Do đó lưu lượng của dung dịchđi xuống choòng làm sạch đáy lỗ khoan bị giảm sút, làm quá trình làm sạch đáy lỗ khoan cũng bị hạn chế.

5.11. Vận hành tuốc bin khoan.

5.11.1. Công tác chuẩn bị tuốc bin trước khi khoan.

Bất kỳ là tuốc bin mới hay là tuốc bin vừa sửa chữa ở các xưởng tuốc bin, trước khi đưa ra sử dụng ở giếng khoan cần phải kiểm tra theo đúng các quy chuẩn. Trước khi thả xuống giếng khoan cũng cần phải xác định khả năng làm việc của tuốc bin tương ứng.

Trước khi đưa tuốc bin khoan tới các lỗ khoan, người ta tiến hành thử tuốc bin theo các quy chuẩn đơn giản và tổng hợp để tránh cho việc chuyên chở vô ích và phải thử ở lỗ khoan.

Để thử tuốc bin khoan theo quy chuẩn đơn giản, thông thường người ta sử dụng một thiết bị khoan cỡ nhỏ và phải có một máy bơm dung dịch bảo đảm một lưu lượng ít nhất từ 35 - 40 l/s với một áp suất 50 - 70 kG/cm2.

Các bước kiểm tra như sau:

5.11.1.1. Kiểm tra sự khởi động của tuốc bin .

Tuốc bin được treo ở móc nâng của ròng rọc động và được nối với hệ thống tuần hoàn của dung dịch. Trước khi bắt đầu khởi động bơm cần phải mở hoàn toàn van xả của bơm dẫn ra thùng chứa dung dịch . Van xả được đóng lại từ từ và theo dõi đồng hồ đo áp lực. Trong điều kiện thông thường trục tuốc bin bắt đầu quay với áp suất10 - 15 kG/cm2. Trục tuốc bin cần phải quay với tốc độ nhanh dần đều và tránh giật cục. Sau khi tắt bơm cũng cần phải theo doĩ tốc độ dừng của tuốc bin, chúng dừng từ từ không đột ngột.

Trong khi kiểm tra nếu thấy áp suất tiêu thụ trong tuốc bin quá lớn so với hoạt động bình thường của tuốc bin với cùng lưu lượng và trục tuốc bin dừng đột ngột, chứng tỏ ma sát bên trong tuốc bin lớn, nhất là ở ổ tựa chính của nó. Trong trường hợp này cần phải tiến hành chạy rốt đa tuốc bin bằng cách quay trục tuốc bin nhờ bàn quay rôtơ trong khoảng 10 - 15 phút. Nếu như sau khi chạy rôđa tuốc bin vẫn không khởi động được thì cần đưa lại xưởng để sửa chữa.

Trong trường hợp áp suất tiêu hao bên trong tuốc bin thử lớn hơn áp suất hoạt động bình thường cuả nó với cùng một lưu lượng Q khoảng 15 - 20% . Điều nàychứng tỏ rằng đĩa statơ và rôtơ của tuốc bin bị mòn và tổn thất áp suất ở tuốc bin tăng lên.

Tuốc bin cũng cần gửi lại xưởng để sửa chữa.

5.11.1.2. Đo độ hở dọc của tuốc bin.

Phương pháp đo được tiến hành như sau: Tuốc bin treo ở Êlêvatơ và thả xuống cho đến khi đầu dưới của trục dựa hoàn toàn vào bàn quay rôtơ, lấy phấn đánh dấu ở mép dưới cùng của đế vào trục tuốc bin . Sau đó nâng tuốc bin lên khỏi bàn quay rôtơ và cũng ở mép dưới cùng của đế tuốc bin , đánh dấu phấn thứ 2 lên trục tuốc bin. Khoảng cách 2 đầu phấn đó chính là độ hở dọc của tuốc bin. ở một tuốc bin mới hay vừa sửa chữa xong, độ hở dọc không vượt quá 34mm. Trong trường hợp độ hở dọc của tuốc bin khá lớn, thì cần phải xác định nguyên nhân của nó. Nếu như đế tuốc bin, đầu nối, và ốc của trục đã vặn chặt thì nguyên nhân sẽ là do lắp ráp không tương ứng của ổ tựa chính.

5.11.1.3. Đo độ mất dung dịch ở để tuốc bin.

Người ta lắp một dụng cụ đo ở đế tua bin (hình vẽ dưới)

Trong trường hợp lượng dung dịch bị mất lớn hơn khoảng 25% lưu lượng ở bơm thì cần phải thay thế đế mới. Để nghiên cứu đặc tính hoạt động của từng loại tuốc bin, cần phải có một quy chuẩn tổng hợp để thử . ở quy chuẩn tổng hợp ngoài những đặc tính đo ở quy chuẩn đơn giản nó còn đo thêm những đặc tính làm việc của tuốc bin như:

Thay đổi M, N, của tuốc bin theo số vòng quay với lưu lượng và đặc tính khác nhau của dung dịch. Dựa vào cơ sở này để chúng ta xác định các thông số làm việc của tuốc bin ở giếng khoan. Bên cạnh thiết bị ở quy chuẩn đơn giản, quy chuẩn tổng hợp cần thêm

1 - Thân tua bin

2 - Đế

3- Trục

4 - Vỏ dụng cụ

5 - Bạc lót kín

6 - Đinh vít

7 - ống xả

- Một dụng cụ tạo tải trọng dọc.

- Dụng cụ đo và ghi các số đo. (Tải trọng, momen, công suất, số vòng quay, áp suất vv....).

Trong công tác vận chuyển tuốc bin, phải cẩn thận nhẹ nhàng, tránh va chạm đột ngột, ở hai đầu của tuốc bin phải có đầu bảo vệ. Trước khi thả tuốc bin xuống giếng khoan, cũng cần phải kiểm tra lại giống như ở quy chuẩn đơn giản. Nếu như ở trên mặt tuốc bin không thể khởi động được, ngay cả sau khi dùng bàn quay rôtơ để quay trục, thì tuốc bin ấy không được thả xuống giếng khoan nữa.

5.11.2. Hoạt động của tuốc bin trong giếng khoan.

Việc thả tuốc bin xuống giếng khoan được tiến hành với một tốc độ vừa phải. Cần phải theo dõi đồng hồ đo trọng lượng và khi chúng ta thấy đồng hồ đo trọng lượng giảm đi 2 - 3 vạch thì tuốc bin đã đến đáy. Ta tiến hành khởi động tuốc bin và mở rộng đường kính lỗ khoan theo đường kính thông thường của choòng.

- Để tránh và loại trừ vật ngoại lai có kích thước lớn lẫn lộn vào trong dung dịch và có thể đưa đến tình trạng tắc tuốc bin, ở đường ống xả của bơm hay phía dưới của cần chủ đạo và đầu nối trên của tuốc bin ngươì ta lắp các dụng cụ lọc.

Khi tuốc bin gần đến đáy thì vận tốc thả phải giảm dần. Khi tuốc bin gần đến đáy thì cho bơm khởi động. Van xả của bơm ra thùng dung dịch hoàn toàn ở trạng thái mở. Van xả này sẽ được đóng dần theo từng nấc và sẽ được đóng hoàn toàn sau khi bơm hoạt động trong khoản 5 - 6 phút.

Nếu thấy tuốc bin không hoạt động thì nên thả xuống choòngvới tải trọng bé để giảm độ chịu tải ở ổ tựa chính tại điều kiện nhẹ nhàng cho tuốc bin khởi động. Thỉnh thoảng để khởi động tuốc bin người ta cho choòng khoan vá chạm nhẹ ở đáy giếng khoan. Nhưng phương pháp này nguy hiểm dễ bị hỏng choòng khoan.

- Nếu như các trường hợp trên không thành công thì chúng ta tiến hành cho tuốc bin chạy rôđa bằng cách quay cột cần khoan nhờ bàn quay rôtơ trong khoảng 10 - 15 phút và tạo tải trọng cho choòng khoan. Sau khi cho chạy rôđa chúng ta sẽ kéo choòng lên cách đáy khoảng 10 - 30 m. ở khoảng cách này đường kính của choòng tương ứng với đường kính của giếng . ở tại điểm này cho tuốc bin khởi động. Nếu tuốc bin hoạt động thì cho tiến dần tới đáy và dùng choòng để mở rộng lỗ khoan đến đường kính bình thường . Sau đó tiếp tục khoan bình thường. Nếu tuốc bin không khởi động được thì phải kéo lên.

Trong thời gian khoan việc kiểm tra hoạt động của tuốc bin cần được theo dõi qua đồng hồ đo trọng lượng, đồng hồ đo áp suất. Chúng ta cũng biết rằng với tuốc bin thông thường, với một lưu lượng dung dịch không đổi thì tổn thất áp lực trong tuốc bin cũng khôngđổi Pt= const . Ngay cả khi chế độ khoan áp dụng có thay đổi . Việc tăng hoặc giảm áp suấtở bơm báo hiệu những hư hỏng ở bơm hay hệ thống tuần hoàn.

Thông thường chế độ làm việc của tuốc bin khoan được xác định qua việc chọn tải trọng đáy. ở các thời điểm làm việc ban đầu của choòng với nhiều

tải trọng đáy khác nhau. Chúng ta sẽ chọn tải trọng mà đảm bảo vận tốc cơ học lớn nhất.

Trước khi kéo choòng tiếp tục cho dung dịch tuần hoàn ít nhất khoảng 8  10 phút . Sau khi ngừng bơm tiến hành kéo choòng lên khỏi đáylỗ khoan. Van xả được mở chỉ sau khi dừng bơm từ 3 - 5 phút.

Chúng ta phải tiến hành như vậy để tránh cho mùn khoan ở khoảng không vành xuyến xâm nhập vào bên trong tuốc bin .

Như chúng ta biết rằng trong quá trình khoan, nếu như vì lý do nào đó mà ngừng bơm dung dịch. Dung dịch khoan có chứa mùn khoan ở khoảng không vành xuyến có tỷ trọng lớn hơn sẽ xâm nhập vào bên trong tuốc bin. Nếu như chúng ta cho bơm hoạt động trở lại đột ngột, mùn khoan trong tuốc bin sẽ làm ảnh hưởng xấu đến tuốc bin hay làm tắc tuốc bin.

Vì vậy quá trình khởi động phải tiến hành từ từ bằng cách đóng dần từng nấc van xả ở ống xả của bơm.

Sau khi kéo một choòng bị mòn, trước khi thả một choòng mới, tuốc bin sẽ cần phải kiểm tra lại. Đo độ hở dọc và ngang, kiểm ra trạng thái của các đầu ren nối. Nếu như độ hở dọc lớn hơn 3mm và độ hở ngang lớn hơn 2mm so với độ hở ban đầu, hoặc ren nối bị mòn, tuốc bin phải gửi về xưởng để kiểm tra sửa chữa.

Hoạt động không bình thường của tuốc bin bằng cách theo dõi các đồng hồ đo. Các trường hợp không bình thường của tuốc bin thường gặp trong thực tế.

5.11.2.1 Việc giảm áp suất ở bơm dung dịch:

Có liên quan đến việc giảm lưu lượng qua tuốc bin do đó M và N của tuốc bin cũng bị giảm . Việc giảm áp suất ở bơm do những nguyên nhân :

- Bơm bị hỏng: Pittong, sơ mi, si lanh, các supáp bị mòn Các suppap hoạt động không đồng bộ, tắc clabin ở đường ống hút. Khí hoá dung dịch khoan, số hành trình của bơm bị giảm do chùng dây côroa truyền từ động cơ đến bơm:

- Cột cần khoan bị rò: Ren không kín, cần bị rò.

Để phát hiện chỗ hở cần phải kéo lên để kiểm tra.

5.11.2.2 Tăng áp suất ở bơm: Tuốc bị bị tắc, tắc ở rãnh thoát nước cuả đĩa rôtơ, statơ, ở ổ tựa chính, ở các ống lọc.

5.11.2.3 Tuốc bin không nhận tải trọng đáy trong thời gian làm việc có nghĩa là khi kéo choòng lên khởi động thì tuốc bin hoạt động .

Có hoạt động thì vận tốc cơ học của choòng cũng rất bé.

* Nguyên nhân gây nên hiện tượng này là:

- Nguyên nhân do hỏng choòng : Thường gặp là các nón xoay bị kẹt, trong trường hợp này đòi hỏi momen quay choòng lớn và tuốc bin không đảm bảo được

- Nguyên nhân do tuốc bị bị hỏng:

* Hỏng ở ổ tựa chính, các mặt tiếp xúc cớ bọc cao su bị mòn bị rách hay bị dứt hay bị tách ra khỏi đĩa statơ do đó năng lượng tiêu hao ở đây rất lớn.

* Đế của tuốc bin hay ốc của rôtơ vặn không chặt, do đó các đĩa statơ bị quay dưới tác dụng của mômen phản, còn các đĩa rôtơ tạo nên một momen không thoả mãn để bảo đảm quá trình khoan .

* Đĩa của tuốc bin bị mòn, một phần lớn năng lượng sinh ra để thắng ma sát giữa các đĩa với nhau.

Mỗi một tuốc bin khoan cần phải kèm theo một lý lịch kỹ thuật theo dõi ,tất cả các số liệu liên quan đến sự kiểm tra và thử tuốc bin ở các quy chuẩn, ở giếng, làm việc của các tuốc bin ở giếng đều phải ghi lại .

5.12. Hoàn thiện tuốc bin khoan.

Sự phát triển của khoan tuốc bin di đôi với việc cải tiến những tuốc bin thông thường và chế tạo những loại tuốc bin mới để đáp ứng và phù hợp với yêu cầu khoan.

5.12.1. Cải tiến cấu trúc của tuốc bin thông thường.

5.12.1.1 Cải tiến các đĩa rôtơvà statơ.

Trong phương hướng này thì đĩa rôtơ và statơ được đúc trong một khuôn đặc biệt với độ chính xác cao. Các rìa của rôtơ và statơ hẹp và bề mặt của các cánh palít phẳng hơn so với tuốc bin thông thường. Do đó dòng dung dịch chảy qua các tầng trong tuốc bin dễ dàng hơn và hạn chế được dòng chảy quẫn trong tua bin. Hiệu quả là tăng được hiệu suấtcủa tuốc bin, tăng tuổi thọ của tuốc bin. Hạn chế được sự mài mòn do dung dịch khoan. Các đĩa statơ và Rơt đúc trong khuôn đặc biệt có chiều cao bé nên có thể lắp được nhiều tầng trong cùng chiều dài trục so với Tuabin khoan thông thường, do đó mà N tăng lên.

Vẫn trong phương hướng cải tiến các đĩa rôtơ và statơ người ta chế tạo các đĩa rôtơ và statơ bằng chất dẻo, không phải toàn bộ đĩa được chế tạo bằng chất dẻo mà chỉ một phần mạng các cánh palét còn các vòng thép thì vẫn chế tạo bằng thép để có khả năng liên kết với nhau. ở đĩa rôtơ thì vặn ốc, đĩa statơ thì vặn đế. Ưu điểm của loại tuốc bin này là chịu mài mòn caođối với dòng dung dịch mang theo các chất rắn mài mòn.

Nhược điểm:- Độ bến của nó giới hạn bởi điều kiện nhiệt độ nên không thể dùng để khoan ở chiều sâu lớn.

5.12.1.2. Cải tiến cấu trúc ổ tựa.

Trong tuốc bin khoan bộ phận chóng bị mòn nhất là ổ tựa chính. Vì vậy mọi giải pháp đều nhằm tăng tuổi thọ của ổ tựa chính.

- Dùng vật liệucó bề mặt tiếp xúc (cao su- thép) có chất lương tốt. Cao su phủ chế tạo bằng cao su chịu dầu. Điều này cũng cho phép sử dụng chất lỏng khoan loại nhũ tương ngược hoặc thuận.

- Chế tạo loại ổ tựa chiều trục trượt có vòng phủ cao su có thể tháo ra được. Trong trường hợp vòng phủ cao su bị mài mòn có thể tháo rađược và thay thế bằng vòng mới, như vậy kéo dài thời gian làm việc của ổ tựa .

- ở một số tua bin, ổ tựa chính lắp phần dưới Tuốc Bin ở trên đế, như vậy bảo đảm độ kín phần dưới TB và hạn chế sự mất mát dung dịch qua đế.

- ổ tựa chiều trục tiêu thụ năng lượng lớn. Vì vậy người ta chế tạo được những loại ổ tựa lăn nằm trong hộp kín được bôi trơn.

- Tuốc bin có trục spenden.

5.12. 2. Những cấu trúc khác của tuốc bin.

5.12.2.1 Tuốc bin kết hợp.

Tuốc bin kết hợp do việc dầu Pháp chế tạo. Tuốc bin này được lắp các đĩa rôtơ và statơ với cánh palétđặc biệt để giảm số vòng quay, kết hợpvới các đĩa rôtơ và statơ của TB bình thường.

Qua thay đổi tỷlệ của các đĩa rôtơ và statơ của 2 loại nói trên chúng ta có thể thu được TB hoạt động ổn định tương ứng với từng loại choòng và cấp đất đá.

5.12.2.2. Tuốc bin ó vỏ bên ngoài quay.

Tuốc bin có vỏ bên ngoài quay được sản suất tại Nga. Là một loại TB có số vòng quay bé. ở loại TB này thân bên ngoài TB quay và được nối với choòng và trục của TB không quay và nối với cột cần khoan. Dung dịch khoan đi qua trục rỗng của tuốc bin và xuống phần dưới của TB và được chia thành 2 phần.:

Một phần đi ngược lên giữa khoảng không gian giữa thân quay và trục trong đó có lắp các cánh rôtơ và statơ. Còn phần kia thì đi thẳng xuống choòng. Phần đầu tiên của dung dịch sau khi đi qua các tầng TB làm quay các đĩa rôtơ và đi ra ngoài khoảng không vành xuyến giữa TB và thành lỗ khoan nhập vào dòng dung dịch đi lên mặt đất.

Bở vì tải trọng thuỷ lực tạo nên do tổn thất áp suất trong TB có tác dụng ngược chiều với tải trọng do tổn thất thuỷlực ở choòng, vì vậy ổ tựa chính chịu tải trọng nhẹ hơn. Tiêu hao năng lượng ở ổ tựa giảm và tuổi thọ của nó dài hơn so với tuôc bin bình thường.

Ngược điểm: Phần dung dịch để chạy TB không thể phục vụ cho qúa trình rửa sạch đáy.

5.12.2.3 Động cơ đáy thể tích. (PDM - Dositive Displaycement mud Motor)

Thực tế khoan đã chỉ ra rằng, hiệu quả kinh tế và kỹ thuật khoan cao, khi số vòng quay của choòng nằm trong khoảng 150v/f. Để có được chế độ khoan như vậy (BHÈÈÁÔ) trong khoảng năm 1966 - 1969đã chế tạo được loại động có đáy thể tích D-170.

Động có này được tạo thành bằng statơ với các rãnh và răng hình xoắn ốc, về phía bên trong và được nối với phần dưới cột cần khoan qua đầu nối chuyển tiếp. Statơ có 10 răng xoắn ốc. Rôtơ ở phía ngoài, cũng có các răng hình xoắn ốc.

Số răng của rôtơ ít hơn của statơ 1 răng.Do hình dạng và số răng không bằng nhau của rôtơ và statơ nên rôtơ sẽ quay lệch trục so với sttơ. Vì thế để truyền chuyển động quay xuống choòng phải qua trục các đăng. Phía dưới của dộng có có lắp trục spenden. Phía bên trong rỗng để dẫn dung dịch xuống choòng và bên trong trục spenden có lắp ổ tựa chính loại bi cầu và cũng để bịt kin không cho dung dịch khoan xuống đế. Các răng hình xoắn ốc của rôtơ và statơ liên tiếp tiếp xúc với nhau và tạo những buồng kín theo từng bước rãnh. Khi bơm dung dịch khoan vào động cơ thì rôtơ sẽ chuyển động quay và nó sẽ trượt qua các răng của statơ và qua đó sẽ có sự tự đọng phân hố dòng .

Đặc tính làm việc của động có đáy thể tích.

Ưu điểm: - Cấu trúc đơn giản,  bé, vững chắc trong quá trính làm việc -

- Momen và công suấttăng với số vòng quay bé.