Героторный забойный двигатель

 

Использование: бурение скважин на нефть и газ. Сущность изобретения: двигатель включает ротор, статор, торсион и опорный узел. Центральные части ротора и статора выполнены в виде прямозубого героторного механизма. Каждая концевая часть ротора и статора выполнена в виде винтового героторного механизма с длиной, равной полушагу винтовой линии статора,. Число зубьев и профили прямозубого и винтовых участков ротора и статора соответственно одинаковы. 2 ил. -S Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (!9) (!!) (я)5 Е 21 В 4/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

О

Ф ос (21) 4922771/03 (22) 28.03.91 (46) 07.02.93. Бюл. ¹ 5 (71) Камский научно-исследовательский институт комплексных исследований глубоких и сверхглубоких скважин (72) А.В.Вершинин, И.А.Коэубовский и В.А.Каплун (73) Камский научно-исследовательский институт комплексных исследований глубоких и сверхглубоких скважин (56) Авторское свидетельство СССР

N 346967, кл, Е 21 В 4/02, 1970, Авторское свидетельство СССР

N432269,,кл,,Е 21 В 4/02, 1972.

Новое поколение винтовых забойных двигателей. Рекламный проспект, Пермский филиал ВНИИБГ, 1988.

Гусман M,Т, и др. Забойные винтовые двигатели для бурения скважин, M.; Недра, 1981, с. 60 — 68, Изобретение относится к бурению нефтяных, газовых и геологоразведочных скважин, а именно — к забойным двигателям.

Известен забойный двигатель, включающий объемный двигатель и турбобур, кото.рый, с целью увеличения рабочего . вращающего момента, снабжен патрубком, гидравлически связывающим корпуса объемного двигателя и турбобура, валы которых кинематически связаны между собой, Недостатком данной конструкции является увеличение длины двигателя, что отрицательно сказывается на бурении наклонных и горизонтальных скважин.

Известен также винтовой забойный двигатель, который. с целью повышения эффективности его работы за счет увеличения (54) ГЕРОТОРНЫЙ ЗАБОЙНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ (57) Использование: бурение скважин на нефть и газ. Сущность изобретения: двигатель включает ротор, статор, торсион и опорный узел. Центральные части ротора и статора выполнены в виде прямозубого героторного механизма. Каждая концевая часть ротора и статора выполнена в виде винтового героторного механизма с длиной, равной полушагу винтовой линии етатора..

Число зубьев и профили прямоэубого и винтовых участков ротора и статора соответст.венно одинаковы. 2 ил. вращающего момента, содержит по меньшей мере два героторных механизма, каждый из которых содержит статор и ротор С наружной винтовой поверхностью, взаимодействующих между собой посредством винтовых поверхностей.

Недостатком данной конструкции является незначительное повышение момента, возникающее от суммирования героторных механизмов двигателей. Например. по условию максимального совмещения, героторные механизмы двигателей Д-240, Д1-127 и

Д1-54 дают увеличение момента на 25,5% . (1200+ 300+ 6 кгм = 1506 кгм, или 25,5% по сравнению с двигателем Д-240).

Известен также опытный образец винтового забойного двигателя ДЗ-195 проиэ1794176 водства Пермского филиала ВНИИБТ, содержащий ротор, статор, торсион, опорный узел, в котором(по сравнению с Д2-195), для повышения рабочего момента была увеличена длина пары ротор-статор примерно на .

1 шаг. В результате момент вырос в среднем в 1,6 раза, но и длина двигателя увеличилась на 1200 мм, или почти на 20 », а перепад рабочего давления увеличился в 1,65 раза при том же расходе бурового раствора.

Таким образом, к недостаткам серийных винтовых двигателей относится невозможность значительного повышения вращающего момента и снижения скорости . вращения оборотов при сохранении радиальных и линейных размеров рабочих пар.

Цель изобретения — повышение эффективности работы героторного забойного двигателя за счет увеличения вращающего момента и снижения скорости вращения без увеличения радиальных и линейных размеров его рабочей пары.

Указанная цель достигается тем, что центральные части ротора и статора.выполнены в виде прямозубого героторного механизма, а каждая концевая часть ротора и статора выполнены в виде винтового героторного механизма с длиной, равной полушагу винтовой линии статора, причем числа зубьев и профили прямоэубого и винтовь|х участков ротора и статора соответственно одинаковы, Увеличение крутящего момента предлагаемого двигателя по сравнению с винтовым объясняется тем, что в прямоэубом героторном механизме количество камер высокого давления равно количеству камер низкого давления по всей длине прямозубого участка, что и обеспечивает удвоение вращающего момента по сравнению с винтовой парой той же длины. B винтовом двигателе количество камер высокого давления в пределах шага винтовой линии статора изменя. ется от максимума (равного числу зубьев статора Zz) до нуля, а количество камер низкого давления изменяется от нуля до максимума (равного Zz). Равное же количество камер высокого и низкого давлений наблюдается только в сечении пары ротор-статор, расположенном на расстоянии Т/2 (полушага винтовой линии статора) от торца статора. Данное свойство винтового двигателя и позволило использовать две его рабочие пары длиной по Т/2 в качестве распределительных устройств для подвода и отвода рабочей жидкости в прямоэубом героторном механизме.

Фактически данная конструкция представляет собой прямозубый героторный механизм, у которого распределителем, подводящим поток бурового раствора к камерам высокого давления и отводящим ðàñтвор от камер низкого давления, являются концевые части ротора и статора. выполнен5 ные с винтовым профилем, причем эти концевые части создают добавочный момент вращения, т,е. они фактически представляют собой в сумме обычной одношаговый винтовой двигатель.

Сопоставление с прототипом показывает, что данный героторный забойный двигатель отличается тем, что центральные части ротора и статора выполнены в виде прямозубого героторного механизма, а каждая

15 концевая часть ротора и статора выполнена в виде винтового героторного механизма с длиной, равной полушагу винтовой линии статора, причем числа зубьев и профили прямозубого и винтовых участков ротора и

20 статора соответственно одинаковы.

Таким образом, предлагаемый героторный забойный двигатель соответствует критерию "новизна".

Сравнение данного решения не только

25 с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие эта решение от прототипа, что позволяет сделать вывод в соответствии

З0 критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 представлены продольное и поперечное сечения двигателя; на фиг. 2 представлены эпюры мгновенных вращающих моментов винтового трехшагового дви »5 гателя и двигателя с комбинированным винтом той же длины.

Двигатель (фиг. 1) представляет собой героторный механизм и состоит из статора

1 с внутренней обрезиненной поверхно40 стью и стального ротора 2. Сопрягаемые поверхности ротора и статора выполнены комбинированными, т.е. концевые части ротора и статора выполнены с винтовым Ilpoфилем и имеют длины по 0,5 Т, а

45 центральные части ротора и статора выполнены с прямоэубым профилем. Ротор 2 кинематически связан торсионом 3 с опорным узлом 4.

Двигатель работает следующим обра50 зом. Буровой раствор, поступая в винтовую часть двигателя, по камерам высокого давления направляется в прямозубую часть героторного механизма, где гидравлическая энергия преобразуется во вращение рото55 ра. Затем буровой раствор поступает во вторую винтовую часть двигателя и выбрасывается через отверстие в торсионе

3 в полость опорного узла 4, При движении раствора часть гидравлической энергии используется в винтовой части двигателя.

1794 1 76

На фиг, 2 представлены эпюры вращающих моментов обоих двигателей, причем площади эпюр указывают на суммарный крутящий момент, развиваемый двигателями, 5

Использование предлагаемого двигателя позволит значительно увеличить вращающий момент, снизить обороты двигателя и перепад рабочего давления бурового раствора или уменьшить линейные размеры 10 двигателя при том же вращающем моменте.

Например, серийный двигатель Д1-88 с комбинированной парой ротор-статор приобретает следующие показатели:

В связи с увеличением расхода рабочей жидкости в двигателе Д1-88К (одношаговым) по сравнению с серийным Д1-88 в 2 раза возможно применение комбинирован20 ральные части ротора и статора выполнены в виде прямозубого героторного механиз25 ма, а каждая концевая часть ротора и статора выполнены в виде винтового героторного механизма с длиной, равной полушагу винтовой линии статора, причем числа зубьев и профиля.прямозубого и винтовых участков

3î ротора и статора соответственно одинаковы, Формула изобретения

Героторный забойный двигатель, включающий ротор, статор, торсион и опорный узел, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности работы героторного забойного двигателя за счет увеличения вращающегося момента и снижения оборотов без увеличения радиальных и линейных размеров его рабочей пары, центных двухшаговых двигателей, в которых расход снижается до уровня серийного двигателя, без увеличения линейных и радиальных размеров.

Использование предлагаемого двигателя позволит увеличить, при сохранении радиальных и линейных размеров рабочей пары и некоторого усложнения технологии изготовления, вращающий момент в

1,5...1,8 раза при уменьшении скорости вращения в 1,2...2,6 раза и перепада давления в 1,5..2,5 раза, Это позволит использовать предложенные двигатели в сочетании с низкооборотными долотами, что повысит технико-экономические показатели бурения скважин за счет улучшения режима работы доло г.

1794176

Составитель В.Вершинин

Твхред M.Ìoðãåíòàë КоРРектоР Т. Ваш кович

Редактор Г.Федотов

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 529 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при,ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5