Шпиндель забойного двигателя

Изобретение относится к буровой технике, а именно к забойным двигателям для бурения скважин. Шпиндель включает корпус, дроссель и вал со сквозным осевым каналом, установленный в корпусе с возможностью осевого перемещения в пределах гарантированного люфта. Между тремя уплотненными радиальными опорами установлены две секции многоступенчатой пяты для восприятия осевой нагрузки сверху вниз и снизу вверх. Каждая ступень пяты состоит из дисков с подводящими гидравлическими каналами и проточных подпятников, резиновые элементы которых имеют кольцевые камеры, образующие с дисками упорные гидростатические подшипники. Дроссель выполнен сменным и установлен в осевом канале вала. Диаметр проходного канала дросселя для создания перепада давления подбирается в соответствии с ожидаемой гидравлической нагрузкой на осевую опору в пусковом режиме работы двигателя. На наружной поверхности вала выполнены глухие продольные пазы, гидравлически сообщающие раздельно полость над верхней радиальной опорой с кольцевыми камерами верхней секции пяты и полость над средней радиальной опорой с кольцевыми камерами нижней секции пяты. Полость над нижней радиальной опорой гидравлически сообщена с осевым каналом вала ниже дросселя. 3 ил., 2 табл.

 

Изобретение относится к буровой технике, а именно к забойным двигателям для бурения скважин.

Известен шпиндель забойного двигателя, включающий верхнюю и нижнюю радиальные опоры и расположенную между ними многоступенчатую резинометаллическую пяту (Балденко Д.Ф., Балденко Ф.Д., Гноевых А.Н. Одновинтовые гидравлические машины: в 2-х т. - М.: ООО "ИРЦ Газпром" - 2007. - Т.2. Винтовые забойные двигатели. С.79-80).

Недостатком устройства является высокий момент трения в резинометаллических парах пяты, особенно в момент запуска двигателя (момент страгивания вала). При высокооборотном бурении в результате гидродинамического эффекта момент трения существенно снижается. В настоящее время основной объем буровых работ выполняется при средних и низких частотах вращения вала двигателя, гидродинамический эффект при которых существенно ниже, чем при высоких частотах вращения.

Известен шпиндель забойного двигателя, включающий многорядную осевую опору качения, момент трения в которой кратно ниже, чем в резинометаллической пяте. Однако в процессе изнашивания момент трения в опоре монотонно растет и стремится по величине к моменту трения резинометаллической пяты, работающей при гидродинамическом режиме трения (Балденко Д.Ф., Балденко Ф.Д., Гноевых А.Н. Одновинтовые гидравлические машины: в 2-х т. - М.: ООО "ИРЦ Газпром" - 2007. - Т.2. Винтовые забойные двигатели. С.81-84 и 292-297).

Недостатками многорядной осевой опоры качения являются нестабильность ее работы, низкая долговечность и высокая жесткость конструкции (неспособность демпфировать колебания нагрузки).

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является шпиндель забойного двигателя, имеющий осевую гидростатическую опору (пяту), гидростатический эффект в которой создается за счет перепада давления на долоте. Шпиндель забойного двигателя включает вал со сквозным осевым каналом, установленный в корпусе с возможностью осевого перемещения в пределах гарантированного люфта на радиальных опорах и на расположенной между ними многоступенчатой пяте, состоящей из дисков с подводящими гидравлическими каналами и проточных подпятников, резиновые элементы которых имеют кольцевые камеры, образующие с дисками упорные гидростатические подшипники (Авт. свид. СССР №415348, М.кл. E21B 3/12. Шпиндель забойного двигателя / А.Н.Попов, А.И.Спивак, Г.И.Васильев, Б.Н.Трушкин, Н.М.Филимонов, Е.В.Столяров, М.К.Латыпов. Заявлено 17.05.1972 г., заявка №1785223/22-03. Прототип). В пусковом режиме работы забойного двигителя на пяту действует гидравлическая нагрузка сверху вниз, а при установившемся режиме работы осевая нагрузка на породоразрушающий инструмент может превысить гидравлическую, и результирующая нагрузка на пяту будет действовать снизу вверх. При этом переключение направления действия гидростатического эффекта осуществляется за счет шариков, размещенных в полостях подводящих каналов дисков. Гидростатические осевые подшипники имеют высокую грузоподъемность и износостойкость и сочетают в себе достоинства как резинометаллических подшипников, работающих в режиме жидкостного трения, так и подшипников качения.

Недостатками прототипа являются зависимость гидростатического эффекта от перепада давления на долоте и невозможность регулировать избыточное давление в гидростатических подшипниках в соответствии с ожидаемой гидравлической нагрузкой на пяту. Наличие песка в промывочной жидкости делает ненадежным переключение направления гидростатического эффекта с помощью шариков. Кроме того, для создания существенного гидростатического эффекта необходим весьма высокий расход промывочной жидкости через опоры шпинделя, которая не участвует в промывке забоя скважины. Это отрицательно влияет на показатели работы долот. Последний вывод был сделан на основе стендовых испытаний гидростатического подшипника, результаты которых будут рассмотрены при описании работы предлагаемого шпинделя.

Изобретение решает техническую задачу обеспечения гидростатического эффекта в осевой опоре шпинделя в соответствии с ожидаемой гидравлической нагрузкой на нее независимо от перепада давления на породоразрушающем инструменте, улучшения пусковой характеристики забойного двигателя и повышения его износостойкости и коэффициента полезного действия путем снижения потерь на трение в пяте.

Указанная задача решается тем, что в шпинделе забойного двигателя, включающем вал со сквозным осевым каналом, установленный в корпусе с возможностью осевого перемещения в пределах гарантированного люфта на радиальных опорах и на расположенной между ними многоступенчатой пяте, состоящей из дисков с подводящими гидравлическими каналами и проточных подпятников, резиновые элементы которых имеют кольцевые камеры, образующие с дисками упорные гидростатические подшипники, согласно изобретению вал установлен на трех уплотненных радиальных опорах, а осевая пята разделена средней радиальной опорой на нижнюю и верхнюю секции для восприятия осевой нагрузки на вал сверху вниз и снизу вверх соответственно, на наружной поверхности вала выполнены глухие продольные пазы, гидравлически сообщающие раздельно полость над верхней радиальной опорой с подводящими каналами дисков верхней секции пяты и полость над средней радиальной опорой с подводящими каналами дисков нижней секции пяты, в осевом канале вала установлен сменный дроссель для создания перепада давления между полостью над верхней радиальной опорой и полостью над нижней радиальной опорой в соответствии с ожидаемой гидравлической нагрузкой на пяту в пусковом режиме забойного двигателя, при этом полость над нижней радиальной опорой гидравлически сообщена с осевым каналом вала ниже дросселя.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый шпиндель отличается от него тем, что вал установлен на трех уплотненных радиальных опорах, а осевая пята разделена средней радиальной опорой на нижнюю и верхнюю секции для восприятия осевой нагрузки на вал сверху вниз и снизу вверх соответственно, на наружной поверхности вала выполнены глухие продольные пазы, гидравлически сообщающие раздельно полость над верхней радиальной опорой с подводящими каналами дисков верхней секции пяты и полость над средней радиальной опорой с подводящими каналами дисков нижней секции пяты, в осевом канале вала установлен сменный дроссель для создания перепада давления между полостью над верхней радиальной опорой и полостью над нижней радиальной опорой в соответствии с ожидаемой гидравлической нагрузкой на пяту в пусковом режиме забойного двигателя, при этом полость над нижней радиальной опорой гидравлически сообщена с осевым каналом вала ниже дросселя.

Предлагаемый шпиндель забойного двигателя показан на фиг.1, 2, и 3.

На фиг.1 шпиндель изображен в состоянии при отсутствии реакции забоя скважины, а также в случаях, когда осевая нагрузка на долото меньше гидравлической нагрузки на вал, и вал находится в крайнем нижнем положении.

На фиг.2 шпиндель показан в состоянии, когда нагрузка на долото больше гидравлической нагрузки на вал 2, и он находится в крайнем верхнем положении.

На фиг.3 показано упрощенное устройство шпинделя для случая, когда он предназначен только для эксплуатации при нагрузках на долото меньших, чем гидравлическая нагрузка на вал, например, при эксплуатации с долотами, оснащенными алмазно-твердосплавным вооружением.

Шпиндель содержит корпус 1, вал 2 со сквозным осевым каналом и сменный дроссель 3. Диаметр d проходного канала дросселя 3 согласован с ожидаемой гидравлической нагрузкой на осевую опору шпинделя в режиме холостого хода (пуска двигателя). Осевая опора вала разделена на две секции. Нижняя секция предназначена для восприятия нагрузки сверху вниз и размещена между нижней 4 и средней 5 уплотненными радиальными опорами вала 2, а верхняя секция размещена между средней 5 и верхней 6 уплотненными радиальными опорами вала 2 и предназначена для восприятия нагрузки снизу вверх. Каждая секция представляет собой многоступенчатую гидростатическую пяту. Нижняя секция состоит из закрепленных на валу дисков 7, в которых выполнены подводящие каналы 8, выход из которых направлен вниз, и закрепленных в корпусе подпятников 9. Верхняя сторона каждого подпятника снабжена резиновыми элементами с гидростатическими кольцевыми камерами 10. Проточность подпятников обеспечивается сквозными отверстиями 11.

Верхняя секция пяты также состоит из закрепленных на валу дисков 12, в которых выполнены подводящие каналы 13, выход из которых направлен вверх, и закрепленных в корпусе подпятников 14. Нижняя сторона каждого подпятника снабжена резиновыми элементами с гидростатическими кольцевыми камерами 15. В теле всех подпятников, кроме верхнего, выполнены сквозные отверстия 16.

Диски отделены друг от друга втулками 17, при этом герметичность стыков обеспечивается затяжкой резьбового соединения вала 2 с полумуфтой 18. В верхних втулках каждой секции выполнены окна 19 и 20 для ввода жидкости в продольные глухие пазы 21 и 22. Паз 21 обеспечивает подвод жидкости к подводящим каналам 8 дисков нижней секции пяты, а паз 22 - к подводящим каналам 13 дисков верхней секции пяты. Полость над нижней радиальной опорой 4 сообщена окнами 23 с осевым каналом вала 2 ниже дросселя.

Шпиндель выполнен с первоначальным осевым люфтом h. Когда вал 2 находится в крайнем нижнем положении (см. фиг.1), люфты h между дисками 12 и подпятниками 14 и отверстия 16 в подпятниках обеспечивают подвод жидкости к полости над средней радиальной опорой с минимальным гидросопротивлением.

Когда нагрузка на долото больше гидравлической нагрузки на вал 2, то он находится в крайнем верхнем положении (см. фиг.2). В этом случае люфты h между дисками 7 и подпятниками 9 и отверстия 11 обеспечивают гидравлическое сообщение полости над средней радиальной опорой с осевым каналом вала 2 через окна 23 ниже дросселя 3.

Упрощенный шпиндель содержит только нижнюю секцию пяты (фиг.3). В этом случае шпиндель включает корпус 1, вал 2 и дроссель 3 с проходным диаметром d. Осевая опора вала (пята) размещена между уплотненными радиальными опорами 4 и 5 вала 2. Каждая ступень пяты состоит из закрепленных на валу дисков 7, в которых выполнены подводящие каналы 8, выход из которых направлен вниз, и закрепленных в корпусе подпятников 9. Верхняя сторона каждого подпятника снабжена резиновыми элементами с гидростатическими кольцевыми камерами 10, а нижняя сторона подпятников - резиновыми элементами обычных резинометаллических подшипников. В теле подпятников выполнены сквозные отверстия 11. Шпиндель выполнен также с первоначальным осевым люфтом h. Ступени пяты разделены втулками 17. В верхней втулке выполнено окно 19 для подвода жидкости через продольные пазы 21 к подводящим каналам 8. Полость над нижней радиальной опорой 4 сообщена окнами 23 с осевым каналом вала 2 ниже дросселя 3.

Особенности работы гидростатического подшипника в составе шпинделя забойного двигателя и подбор диаметра d проходного канала дросселя изучены экспериментально на стенде на базе станка ЗИФ-1200. Испытываемый подшипник включал диск 7 и подпятник 9 (см. фиг.1), по размерам соответствующие шпинделю диаметром 195 мм.

Опыты на стенде осуществлялись в следующей последовательности. Системой нагружения станка ЗИФ-1200 создавалась заданная осевая нагрузка F на подшипник, потом включался насос и создавалось заданное избыточное давление p на входе в подводящие каналы 8 диска 7, потом включалось вращение вала 2 с частотой вращения 67 об/мин. Измерялись крутящий момент (осциллографированием) и расход (Q) воды через подшипник. Все испытания проведены с промывкой водой. Осциллографирование позволило измерить крутящий момент в начале движения диска (момент страгивания) и в процессе его вращения. При обработке результатов измерений рассчитывались удельные моменты страгивания (Муд.с) и движения (Муд) как отношение измеренного момента к величина заданной осевой нагрузки (F). Кроме того, было рассчитано отношение (Мо) момента страгивания к моменту движения. Результаты опытов приведены в таблице 1.

Таблица 1
Результаты испытаний гидростатического подшипника
p, МПа F, кН Q, л/с Мс, Н·м M, Н·м Мо Mуд.с, Н·м/кН Mуд, Н·м/кН
0 2 0 73 36,50
1 4 0,2 33 20 1,65 8,25 5,00
1 5 0,1 68 45 1,51 13,60 9,00
1 6 0 98 76 1,29 16,33 12,67
1 7 0 127 106 1,20 18,14 15,14
1,5 4 1,8 3,5 2 1,75 0,88 0,50
1,5 5 0,8 18 10 1,80 3,60 2,00
1,5 6 0,3 44 35 1,26 7,33 5,83
1,5 7 0 79 67 1,18 11,29 9,57
2 4 3,5 2,2 2 1,10 0,55 0,50
2 5 2,3 3,6 3 1,20 0,72 0,60
2 6 1,1 9,7 6 1,62 1,62 1,00
2 7 0,6 28 24 1,17 4,00 3,43
2,5 4 6,4 2 0,50
2,5 5 4,1 3 0,60
2,5 6 2,4 3 0,50
2,5 7 1,6 10 1,43

Из таблицы 1 видно, что наличие давления в гидростатической камере, равного 1 МПа, кратно снижает удельный момент страгивания даже при отсутствии расхода воды. По мере роста давления p и снижения нагрузки F увеличивается расход воды через подшипник и имеет место дальнейшее снижение удельных моментов. Это связано с тем, что происходит раскрытие щели между контактирующими поверхностями дисков и подпятников и постепенное увеличение ее ширины и соответствующее увеличения расхода воды, в результате чего режим граничного трения (Q=0) постепенно заменяется жидкостным (Q>0). Давление p, необходимое для обеспечения заданного расхода Q воды, зависит только от нагрузки на пяту F. Соответствующее уравнение регрессии имеет вид

где Q - расход воды, л/с. Коэффициент детерминации R2=0,97.

Крутящий момент страгивания больше момента движения в 1,2…1,8 раз, поэтому при выборе параметров гидростатической опоры в дальнейшем использовались только характеристики, полученные при страгивании диска (вала). Из гидравлики известно, что только достаточный расход жидкости обеспечивает полный переход к жидкостному трению. Поэтому результаты измерений моментов и расхода воды были выписаны из таблицы 1 отдельно и проранжированы относительно расхода воды. Результаты приведены в таблице 2.

Таблица 2
Величины М при разных значениях Q
Q, л/с 0,1 0,2 0,3 0,6 0,8 1,1 1,6 1,8 2,3 2,4 3,5 4,1 6,4
Mc, Н·м 68 33 44 28 18 9,7 3,5 3,6 2,2
М, Н·м 45 20 35 24 10 6 10 2 3 3 2 3 2

Из таблицы 2 следует, что устойчивый режим жидкостного трения наблюдался только при расходах жидкости более 1,8 л/с. При этом средний момент трения уменьшился в среднем до 2,5 Н·м и соответствовал минимально возможному значению, независящему от нагрузки на пяту.

Шпиндель с резинометаллическими подшипниками содержит до 20 ступеней. Тогда требуемый расход воды для обеспечения жидкостного трения составит 1,8×20=36 л/с. Т.е. соответствует расходу всей рабочей жидкости через забойный двигатель. Поэтому шпиндель необходимо оснастить уплотненными радиальными опорами и отработанную в опорах жидкость возвращать во внутреннюю полость шпинделя ниже дросселя. Обеспечить жидкостное трение на всех режимах работы шпинделя не реально. Через пяту следует пропускать лишь часть промывочной жидкости, обеспечивающую необходимое снижение момента трения в пяте.

Для случая расчета расхода Q воды через одну ступень при выбранном значении удельного момента ее страгивания уравнение регрессии имеет вид

где Mуд.с - удельный момент, Н·м/кН. Коэффициент детерминации R2=0,99.

Например, требуется обеспечить Mуд.с таким же как и для подшипника качения, который по данным М.Т.Гусмана составляет около 6,7 Н·м/кН на одну ступень. Подставив это значение в формулу (2), получим, что необходимый расход воды через ступень составляет 0,31 л/с. При осевой силе F=10 кН на одну ступень давление p, рассчитанное по формуле (1), равно 2,9 МПа. Следовательно, поставленная задача вполне достижима.

Гидростатический эффект прямо пропорционален давлению p и рабочей площади гидростатического подшипника, которую можно принять прямо пропорциональной квадрату диаметра шпинделя, т.е. для другого диаметра D шпинделя

где p195, d195, D195 - параметры шпинделя диаметром 195 мм.

Шпиндель работает следующим образом. При подготовке к спуску в скважину определяется предварительная ожидаемая гидравлическая нагрузка Fn на одну ступень нижней секции осевой опоры в режиме холостого хода по величинам перепадов давления на забойном двигателе и долоте, принимается решение о величине Mуд.с, при которой легко запускается двигатель. По формуле (2) рассчитываются соответствующий расход жидкости Q через одну ступень пяты. По формуле (1) рассчитывается предварительная величина перепада давления pn, обеспечивающего заданный расход Q жидкости. Уточняется величина нагрузки F с учетом найденного перепада давления. При уточненном расчете нагрузки F этот перепад давления суммируется с ожидаемым перепадом давления на долоте. По формуле (1) вычисляется уточненная величина перепада давления pу. По формуле (3) определяется окончательная величина перепада p, согласованная с диаметром шпинделя. По величинам перепада давления p и расхода жидкости Qд через дроссель, равного

где Qн - суммарный расход промывочной жидкости; n - число ступеней нижней секции осевой опоры шпинделя, подбирается диаметр d проходного канала дросселя. Выбранный дроссель устанавливается в осевом канале шпинделя.

После спуска инструмента в скважину включается буровой насос. Вал 2 займет нижнее крайнее положение. При этом между дисками 12 и подпятниками 14 верхней секции образуется зазор, равный величине осевого люфта h. Диски нижней секции прилегают к подпятникам и делают шпиндель практически непроточным. При дальнейшей подаче промывочной жидкости дроссель создает перепад давления p между полостями над верхней и нижней радиальными опорами шпинделя. Давление жидкости передается через окно 20, продольные пазы 22, подводящие каналы 13 и зазоры h верхней секции пяты к входному окну 19, продольным пазам 21 и через подводящие каналы 8 - к гидростатическим камерам 10 нижней секции пяты. Под действием этого давления происходит гидростатическая разгрузка осевых подшипников нижней секции пяты шпинделя и забойный двигатель легко запускается.

По мере увеличения нагрузки на долото снижается осевая нагрузка на осевую опору шпинделя, в результате чего увеличивается расход жидкости через подшипники нижней секции осевой опоры шпинделя, а расход жидкости через дроссель соответственно уменьшается. При этом уменьшается перепад давления на дросселе, т.е. происходит саморегулирование величины гидростатического эффекта и перепада давления на дросселе. Если рабочая осевая нагрузка на долото превышает гидравлическую нагрузку на шпиндель, то вал шпинделя займет верхнее крайнее положение, переместившись вверх на величину осевого люфта h (см. фиг.2).

Осевую нагрузку будут воспринимать подшипники верхней секции пяты шпинделя, а между дисками 7 и подпятниками 9 нижней секции образуется зазор, равный осевому люфту h, который обеспечит свободный сброс промывочной жидкости из полости нижней секции пяты шпинделя через окна 23 в осевой канал вала ниже дросселя 3. Прилегание дисков 12 к резиновым элементам подпятников 14 делает верхнюю секцию пяты шпинделя практически непроточной. При этом перепад давления на дросселе 3 через окно 19, продольные пазы 22 и подводящие каналы 13 передается в гидростатические камеры 15. Под действием этого перепада давления происходит гидростатическая разгрузка осевых подшипников верхней секции пяты шпинделя и забойный двигатель продолжает работать при низких потерях на трение в осевой опоре. При этом, чем больше нагрузка на долото, а соответственно и на осевую опору, тем меньше расход жидкости через осевые подшипники и тем больше перепад давления, создающий гидростатический эффект. Резиновые элементы подпятников и имеющиеся в них гидростатические камеры эффективно амортизируют колебания осевой нагрузки на шпиндель и соответственно на долото, что способствует повышению их долговечности.

Выполнение шпинделя забойных двигателей в соответствии с предложенным техническим решением позволит существенно повысить демпфирующую способность пяты, снизить потери на трение и соответственно повысить долговечность шпинделя.

Шпиндель забойного двигателя, включающий вал со сквозным осевым каналом, установленный в корпусе с возможностью осевого перемещения в пределах гарантированного люфта на радиальных опорах и на расположенной между ними многоступенчатой пяте, состоящей из дисков с подводящими гидравлическими каналами и проточных подпятников, резиновые элементы которых имеют кольцевые камеры, образующие с дисками упорные гидростатические подшипники, отличающийся тем, что вал установлен на трех уплотненных радиальных опорах, а осевая пята разделена средней радиальной опорой на нижнюю и верхнюю секции для восприятия осевой нагрузки на вал сверху вниз и снизу вверх соответственно, на наружной поверхности вала выполнены глухие продольные пазы, гидравлически сообщающие раздельно полость над верхней радиальной опорой с подводящими каналами дисков верхней секции пяты и полость над средней радиальной опорой с подводящими каналами дисков нижней секции пяты, в осевом канале вала установлен сменный дроссель для создания перепада давления между полостью над верхней радиальной опорой и полостью над нижней радиальной опорой в соответствии с ожидаемой гидравлической нагрузкой на пяту в пусковом режиме забойного двигателя, при этом полость над нижней радиальной опорой гидравлически сообщена с осевым каналом вала ниже дросселя.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано при бурении нефтяных и газовых скважин в составе забойного двигателя. .

Изобретение относится к устройствам приводов вращения, размещаемых в скважине, и может быть использовано в гидравлических героторных винтовых двигателях и турбобурах.

Изобретение относится к области машиностроения и используется при обкатке и испытаниях гидравлического забойного двигателя (ГЗД). .

Изобретение относится к области машиностроения и используется для обкатки и испытания гидравлического забойного двигателя (ГЗД). .

Изобретение относится к области машиностроения и используется для обкатки и испытания гидравлического забойного двигателя (ГЗД). .

Изобретение относится к машиностроению, более конкретно к конструкции и изготовлению двигателей объемного типа, различные варианты осуществления которых используются для добычи углеводородов.

Изобретение относится к буровой технике, а именно к регуляторам угла перекоса гидравлических забойных двигателей в компоновке низа бурильных колонн, задающим проектный угол искривления ствола наклонно направленных и горизонтальных нефтяных скважин.

Изобретение относится к области нефтяного машиностроения и может быть использовано для испытаний гидравлических забойных двигателей (ГЗД). .

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, в частности к клапанным устройствам в системах рециркуляции бурового раствора с применением бурильной колонны с гидравлическим забойным двигателем.

Изобретение относится к винтовым забойным двигателям и может применяться при их изготовлении. .

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин гидравлическими забойными двигателями (ГЗД), а именно к способам контроля режима работы ГЗД в забойных условиях. Техническим результатом является повышение эффективности бурения скважин путем оперативного изменения режима работы ГЗД при внедрении резцов долота в породы разной пластичности. Способ включает замеры показаний давления в нагнетательной линии под нагрузкой и без нагрузки на долото, поддержание постоянной разницы замеренных показаний давлений. При этом определяют максимально допустимую величину скорости подачи (Vп.доп) долота по математической формуле. Затем осуществляют замеры скорости подачи долота и в случае ее превышения выше максимального допустимого значения снижают до Vп.доп. 2 ил.

Изобретение относится к гидравлическим приводам для вращательного бурения, размещаемым в скважинах, и может быть использовано при роторном бурении боковых горизонтальных стволов нефтяных скважин винтовыми героторными гидравлическими двигателями. Устройство содержит полый корпус, размещенный внутри него героторный винтовой механизм, включающий соосно расположенный в корпусе статор и установленный внутри статора ротор, вращение которого осуществляется насосной подачей текучей среды, шпиндельную секцию, включающую вал, установленный на осевой опоре, выполненной в виде упорно-радиального многорядного подшипника, а также на верхней и нижней радиальных опорах скольжения, состоящих из наружной и внутренней втулок, размещенных в корпусе шпиндельной секции, и соответственно, на валу шпиндельной секции, вал шпиндельной секции скреплен на входе приводным валом с ротором, а на выходе скреплен с долотом, двигатель снабжен верхним ловильным устройством, состоящим из вала, упора и гайки, и нижним ловильным устройством, выполненным в виде ловильной втулки с наружным ловильным буртом, упорного кольца и нижнего резьбового переводника с внутренним ловильным буртом, верхнее ловильное устройство скреплено с верхней частью ротора героторного винтового механизма, а нижнее ловильное устройство установлено на валу шпиндельной секции между внутренней втулкой нижней радиальной опоры и осевой опорой, выполненной в виде упорно-радиального многорядного подшипника. Вал шпиндельной секции и ловильная втулка нижнего ловильного устройства с наружным ловильным буртом жестко скреплены между собой с помощью общей резьбы с возможностью обеспечения натяга по торцам упорного кольца, расположенного между торцами ловильной втулки и внутренней втулки нижней радиальной опоры скольжения. Направление свинчивания резьбы вала шпиндельной секции и ловильной втулки нижнего ловильного устройства совпадает с направлением вращения бурильной колонны при подъеме из скважины. Снижается аварийность, повышаются ресурс и надежность двигателей, точность проходки скважины и темп набора параметров кривизны скважины, а также проходимость. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Группа изобретений относится к области бурения, а именно к универсальному переходнику для бурильного двигателя, имеющего провода или порты. Узел нижней части бурильной колонны содержит забойный двигатель, расположенный на бурильной колонне и имеющий ротор и статор, причем в роторе выполнено первое отверстие, шпиндель, расположенный снизу от скважинного двигателя, в котором выполнено второе отверстие, вал, в котором выполнено третье отверстие и который имеет первый и второй концы, причем первый конец соединен с ротором посредством первого универсального переходника, при этом второй конец соединен со шпинделем посредством второго универсального переходника, и внутренний стержень, расположенный в третьем отверстии вала, причем внутренний стержень имеет внутренний проход и имеет третий и четвертый концы, при этом третий конец герметизирует сообщение внутреннего прохода с первым отверстием ротора, а четвертый конец герметизирует сообщение внутреннего прохода со вторым отверстием шпинделя. Обеспечивается передача сигнала с датчиков, подача питания внутри вращающихся элементов узла. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к забойным двигателям и может быть использовано для бурения нефтяных, газовых и других скважин. Винтовой забойный двигатель состоит из двух секций - верхней и нижней, каждая из которых включает в свой состав винтовые рабочие органы, выполненные на базе многозаходного героторного механизма с внутренним циклоидальным зацеплением, шпиндель с выходным валом, установленным на осевой и радиальных опорах, шарнирный узел соединения ротора винтовых рабочих органов с выходным валом и каналы для прохода жидкости. Статор винтовых рабочих органов верхней секции неподвижно закреплен на колонне бурильных труб, а выходной вал нижней секции связан с породоразрушающим инструментом. Выходной вал верхней секции посредством жесткой связи соединен со статором винтовых рабочих органов нижней секции, установленным с зазором в расточке переводника, соединяющего неподвижные корпуса шпинделей секций, и совершающим концентричное вращение в радиальной опоре соединительного переводника. Обеспечивается расширение энергетических характеристик двигателя, в частности повышение частоты вращения выходного вала. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Группа изобретений относится к области бурения, а именно к техническим средствам для управления потоком бурового раствора, проходящим через скважинный инструмент, установленный в стволе скважины, проходящей через подземный пласт. Скважинный инструмент содержит буровое долото на своем нижнем конце и буровой двигатель, содержащий кожух с ротором, вращающимся в канале ротора в кожухе, когда буровой инструмент проходит через него. Ротор имеет перепускной канал для перепуска части бурового раствора по нему. Клапан содержит пластину клапана, установленную выше по потоку от двигателя, имеющую по меньшей мере один проход потока и по меньшей мере один перепускной проход, проходящий через нее. По меньшей мере один проход потока гидравлически сообщен с каналом ротора для пропуска бурового раствора, проходящего через него. Ротор выполнен с возможностью вращения в кожухе. По меньшей мере один перепускной проход селективно гидравлически сообщен с перепускным каналом, когда ротор вращается в кожухе, и перепускной канал селективно перемещается в положение совмещения по меньшей мере с частью по меньшей мере одного перепускного прохода для перепуска части бурового раствора по нему, генерируя на долоте ударное действие. Обеспечивается предотвращение прихватов бурильного инструмента, уменьшение вибрации, увеличение КПД бурения скважинным инструментом с предотвращением повреждения долота. 3 н. и 22 з.п. ф-лы, 14 ил.

Группа изобретений относится к подшипниковому узлу забойного двигателя. Подшипниковая секция для забойного двигателя содержит кольцевой резервуар для масла, расположенный в радиальном направлении между оправкой и корпусом и проходящий в осевом направлении между верхним поворотным уплотнением, расположенным между оправкой и корпусом, и нижним поворотным уплотнением, расположенным между оправкой и корпусом, причем часть кольцевого резервуара для масла образует кольцевую вторую подшипниковую камеру, имеющую нижний конец, ограниченный кольцевым нижним выступом, относящимся к оправке, и верхний конец, ограниченный кольцевым верхним выступом, относящимся к корпусу; упорный подшипник, расположенный во второй подшипниковой камере и выполненный с возможностью выдерживания сжимающих нагрузок между верхним и нижним выступами при действии осевого сжатия на указанную подшипниковую секцию. Обеспечивается оптимизация использования бурового раствора. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 5 ил.

Группа изобретений относится к области бурения скважин, а именно к системам компенсации давления для подшипниковых узлов с масляным уплотнением. Подшипниковая секция забойного двигателя содержит удлиненный шпиндель, расположенный коаксиально с удлиненным цилиндрическим корпусом, имеющим продольную ось, и с возможностью поворота в нем. Шпиндель имеет внешнюю поверхность, а корпус имеет внутреннюю поверхность. Подшипниковая секция дополнительно содержит кольцевой масляный резервуар, расположенный в радиальном направлении между внешней поверхностью шпинделя и внутренней поверхностью корпуса и проходящий в осевом направлении между верхним поворотным уплотнением и нижним поворотным уплотнением, каждое из которых расположено в радиальном направлении между шпинделем и корпусом, причем частью масляного резервуара образована кольцевая камера подшипника; компенсационную систему для компенсации давления масла, содержащую: цилиндрическую гильзу, имеющую внутреннюю цилиндрическую поверхность и внешнюю цилиндрическую поверхность и расположенную коаксиально с внешней цилиндрической поверхностью шпинделя в области, расположенной в осевом направлении над камерой подшипника, причем гильза соединена без возможности поворота с корпусом с образованием кольцевой поршневой камеры между внешней цилиндрической поверхностью гильзы и внутренней цилиндрической поверхностью корпуса, при этом шпиндель выполнен с возможностью поворота относительно гильзы, а компенсационная система дополнительно содержит: круговой выступ, выполненный на нижнем конце гильзы, соединяющий указанную гильзу с корпусом и содержащий нефтепроводный канал, обеспечивающий возможность прохода через него масла, радиальный подшипник, расположенный между внутренней цилиндрической поверхностью гильзы и внешней цилиндрической поверхностью шпинделя; и кольцевой поршень, расположенный в поршневой камере без возможности поворота и выполненный с возможностью перемещения в ней в осевом направлении и содержащий внутреннюю поверхность, взаимодействующую с внешней поверхностью гильзы с обеспечением уплотнения, и внешнюю поверхность, взаимодействующую с внутренней цилиндрической поверхностью корпуса с обеспечением уплотнения. Обеспечивается радиальная опора шпинделя. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к гидравлическим приводам для вращательного бурения, размещаемым в скважинах, в частности к осцилляторам для бурильной колонны, предназначенным для создания гидромеханических импульсов, воздействующих на бурильную колонну. Осциллятор содержит героторный винтовой гидравлический двигатель, включающий статор и расположенный внутри него ротор, и клапан, клапанные элементы которого взаимодействуют, совместно образуя переменное проходное сечение для текучей среды через клапан. Осциллятор содержит плунжерный модуль, трансмиссионный вал, радиально-упорную опору вращения и генератор гидромеханических импульсов, содержащий корпус, размещенную внутри корпуса оправку, элементы для передачи крутящего момента между корпусом и оправкой, пружинный модуль между корпусом и оправкой, упорную втулку между верхним упорным торцом корпуса и пружинным модулем, кольцевой поршень с уплотнениями, установленный между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью оправки, реагирующий на давление текучей среды, а также содержащий уплотнения во входной части между корпусом и оправкой и камеру для рабочей жидкости-масла, ограниченную уплотнениями во входной части корпуса и уплотнениями кольцевого поршня между корпусом и оправкой, и упорное кольцо, установленное на внутреннем трубчатом элементе, составляющем нижнюю часть оправки. Вращательный привод для передачи момента между оправкой и корпусом при продольном перемещении относительно друг друга снабжен ударным кольцом, установленным в оправке с возможностью продольного перемещения оправки с ударным кольцом внутри упорной втулки. Повышается ресурс и надежность осциллятора, снижаются силы трения бурильной колонны о стенки скважины, уменьшаются крутильные напряжения в бурильной колонне при наклонно-направленном бурении, снижается вероятность прихвата бурильной колонны, обеспечивается возможность приложения осевой нагрузки на осциллятор при работе гидромеханическим ясом для освобождения от прихвата, повышается ресурс долота и скорость проходки скважины. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области бурения скважин и, более конкретно, к способу изготовления статора забойного двигателя. Способ изготовления статора для забойного двигателя включает в себя создание шпинделя 506, имеющего наружную геометрию, комплементарную с необходимой внутренней геометрией статора, и наложение гибкого рукава поверх шпинделя 506. Кроме того, создают трубу 502 статора, имеющую внутреннюю поверхность, и связывающее вещество наносят на внутреннюю поверхность трубы 502 статора. Гибкий рукав и шпиндель 506 устанавливают в трубу 502 статора и армирующий материал 510 вводят в трубу 502 статора для заполнения пространства между гибким рукавом и трубой 502 статора. Армирующий материал 510 отверждается и служит для связывания армирующего материала 510 с гибким рукавом и трубой 502 статора. Изобретение направлено на экономически эффективное изготовление забойных двигателей и его компонентов. 16 з.п. ф-лы, 22 ил.

Группа изобретений относится к клапанам, используемым при бурении скважин, к компоновкам низа бурильной колонны и к способам избирательного приведения в действие забойного двигателя. Технический результат заключается в повышении надежности и точности управления работой забойного двигателя. Клапан, используемый при бурении скважин, содержит цилиндр, имеющий внутреннее пространство с круглым поперечным сечением, впускное отверстие, выпускное отверстие и перепускное отверстие, первый диск, размещенный в цилиндре с возможностью вращения и имеющий дроссельное отверстие, и второй диск, размещенный в цилиндре с возможностью вращения, прижатый к первому диску для выборочного образования уплотнения и имеющий дроссельное отверстие. Второй диск соединен с ротором в двигателе, а выпускное отверстие сообщено с двигателем для подачи текучей среды в двигатель для его работы. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к буровой технике, а именно к забойным двигателям для бурения скважин. Шпиндель включает корпус, дроссель и вал со сквозным осевым каналом, установленный в корпусе с возможностью осевого перемещения в пределах гарантированного люфта. Между тремя уплотненными радиальными опорами установлены две секции многоступенчатой пяты для восприятия осевой нагрузки сверху вниз и снизу вверх. Каждая ступень пяты состоит из дисков с подводящими гидравлическими каналами и проточных подпятников, резиновые элементы которых имеют кольцевые камеры, образующие с дисками упорные гидростатические подшипники. Дроссель выполнен сменным и установлен в осевом канале вала. Диаметр проходного канала дросселя для создания перепада давления подбирается в соответствии с ожидаемой гидравлической нагрузкой на осевую опору в пусковом режиме работы двигателя. На наружной поверхности вала выполнены глухие продольные пазы, гидравлически сообщающие раздельно полость над верхней радиальной опорой с кольцевыми камерами верхней секции пяты и полость над средней радиальной опорой с кольцевыми камерами нижней секции пяты. Полость над нижней радиальной опорой гидравлически сообщена с осевым каналом вала ниже дросселя. 3 ил., 2 табл.

Наверх