EA024018B1 - Screw downhole motor - Google Patents
Screw downhole motor Download PDFInfo
- Publication number
- EA024018B1 EA024018B1 EA201300574A EA201300574A EA024018B1 EA 024018 B1 EA024018 B1 EA 024018B1 EA 201300574 A EA201300574 A EA 201300574A EA 201300574 A EA201300574 A EA 201300574A EA 024018 B1 EA024018 B1 EA 024018B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- sealing
- drilling fluid
- stator
- gas
- heat exchanger
- Prior art date
Links
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 81
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 60
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims abstract description 56
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 claims abstract description 17
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims abstract description 13
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 6
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 4
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 3
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 2
- 230000020347 spindle assembly Effects 0.000 abstract description 6
- 238000005086 pumping Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000712 assembly Effects 0.000 abstract 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 18
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 10
- 239000000112 cooling gas Substances 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 description 2
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 2
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 239000012809 cooling fluid Substances 0.000 description 1
- 239000000110 cooling liquid Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000007792 gaseous phase Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B4/00—Drives for drilling, used in the borehole
- E21B4/02—Fluid rotary type drives
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B41/00—Equipment or details not covered by groups E21B15/00 - E21B40/00
- E21B41/0085—Adaptations of electric power generating means for use in boreholes
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B44/00—Automatic control systems specially adapted for drilling operations, i.e. self-operating systems which function to carry out or modify a drilling operation without intervention of a human operator, e.g. computer-controlled drilling systems; Systems specially adapted for monitoring a plurality of drilling variables or conditions
- E21B44/005—Below-ground automatic control systems
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C15/00—Component parts, details or accessories of machines, pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C2/00 - F04C14/00
- F04C15/0003—Sealing arrangements in rotary-piston machines or pumps
- F04C15/0007—Radial sealings for working fluid
- F04C15/0019—Radial sealing elements specially adapted for intermeshing-engagement type machines or pumps, e.g. gear machines or pumps
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
- F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
- F04C2/10—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member
- F04C2/107—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member with helical teeth
- F04C2/1071—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member with helical teeth the inner and outer member having a different number of threads and one of the two being made of elastic materials, e.g. Moineau type
- F04C2/1073—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member with helical teeth the inner and outer member having a different number of threads and one of the two being made of elastic materials, e.g. Moineau type where one member is stationary while the other member rotates and orbits
- F04C2/1075—Construction of the stationary member
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C13/00—Adaptations of machines or pumps for special use, e.g. for extremely high pressures
- F04C13/008—Pumps for submersible use, i.e. down-hole pumping
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C2230/00—Manufacture
- F04C2230/90—Improving properties of machine parts
- F04C2230/91—Coating
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C2240/00—Components
- F04C2240/20—Rotors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Geology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
- Motor Or Generator Frames (AREA)
- Sealing Devices (AREA)
- Motor Or Generator Cooling System (AREA)
Abstract
Description
Известны винтовые забойные двигатели, включающие корпус, закрепленный внутри корпуса статор, размещенный внутри статора ротор, шпиндельный узел, в которых в качестве контактного упругого уплотнительного средства между металлическим ротором и статором используют обкладку из эластомера, например из резины, с внутренней винтовой поверхностью, закрепленную на статоре (Балденко Д.Ф., Балденко Ф.Д., Гноевых А.Н. Винтовые забойные двигатели: Справочное пособие - М.: ОАО Издательство Недра, 1999, с. 375).Known downhole screw motors, including a housing fixed inside the housing of the stator, a rotor located inside the stator, a spindle assembly, in which, as a contact elastic sealing means between the metal rotor and the stator, a lining of elastomer, for example rubber, is used, with an internal screw surface mounted on stator (Baldenko D.F., Baldenko F.D., Gnoev A.N. Screw downhole motors: Reference manual - M.: Publishing House Nedra, 1999, p. 375).
Известен винтовой забойный двигатель, включающий корпус, закрепленный внутри корпуса статор, размещенный внутри статора ротор, у которого число винтовых зубьев на одно меньше, чем у статора, шпиндельный узел, в двигателе в качестве контактного упругого уплотнительного средства между статором и ротором используют обкладку из эластомера, например из резины, нанесенную на металлический остов ротора (Патент КИ № 2011778, МПК Е21В 4/02 от 30.04.1994).A downhole screw motor is known, including a housing, a stator fixed inside the housing, a rotor located inside the stator, in which the number of helical teeth is one less than that of the stator, a spindle assembly, an elastomer cover is used in the engine as a contact elastic sealing means between the stator and the rotor , for example, from rubber deposited on a metal core of a rotor (KI Patent No. 2011778, IPC ЕВВ 4/02 of 04/30/1994).
Наиболее близким аналогом является винтовой забойный двигатель, включающий корпус, закрепленный внутри корпуса статор, размещенный внутри статора ротор, у которого число винтовых зубьев на одно меньше, чем у статора, шпиндельный узел, в двигателе в качестве системы уплотнения используется система, выполненная следующим образом - на корпусе выфрезованы винтовые полости, в которые вкладываются специального профиля полые шланги, один конец шланга специального профиля заглушён, а другим они присоединены к общему коллектору, сверху шлангов, внутри корпуса, привулканизирован резиновый статор таким образом, что винтовые поверхности его совпадают с винтовыми полостями корпуса, полости шлангов через коллектор и вмонтированный в корпус обратный клапан заполняются маслом под давлением, тем самым до определенного предела заполненные маслом шланги служат для компенсации износа вершин статора (Авторское свидетельство СССР № 1717782 А1, МПК Е21В 4/02 от 07.03.1992).The closest analogue is a downhole screw motor, including a housing, a stator fixed inside the housing, a rotor located inside the stator, in which the number of helical teeth is one less than that of the stator, a spindle assembly, the system is used as a sealing system in the engine, as follows: screw cavities are cut on the body into which hollow hoses are inserted of a special profile, one end of the special profile hose is plugged, and the other they are connected to a common manifold, on top of the hoses, inside the casing, a rubber stator is vulcanized so that its screw surfaces coincide with the screw cavities of the casing, the hose cavities through the manifold and the non-return valve mounted in the casing are filled with oil under pressure, thereby to a certain limit the oil-filled hoses serve to compensate for the wear of the stator vertices (Copyright USSR certificate No. 1717782 A1, IPC Е21В 4/02 of 03/07/1992).
Во всех этих известных объектах эластомер-резина, используемый для уплотнения, имеет такие неэффективные физико-механические показатели, например, в сравнении со сталью, как высокий коэффициент трения для пары резина-сталь и пары резина-резина, низкий предел прочности, низкую теплостойкость (Патент КИ № 2145012, МПК Р16Р 15/00 от 27.01.2000; Химический энциклопедический словарь/Главный редактор И.Л. Кнунянц, Москва: Советская: энциклопедия, 1983, с. 791).In all these known objects, the elastomer-rubber used for compaction has such ineffective physical and mechanical properties, for example, in comparison with steel, as a high coefficient of friction for a rubber-steel pair and a rubber-rubber pair, a low tensile strength, and low heat resistance ( KI patent No. 2145012, IPC Р16Р 15/00 dated 01/27/2000; Chemical encyclopedic dictionary / Editor-in-chief I.L. Knunyants, Moscow: Sovetskaya: encyclopedia, 1983, p. 791).
Из-за неэффективных физико-механических показателей резины известные объекты имеют общие недостатки: используемые в них уплотнительные средства характеризуются повышенным износом, пониженной прочностью, пониженной теплостойкостью, не широким диапазоном температур и давлений для эксплуатации, невозможностью эффективного управления температурой уплотнительного средства для постоянного поддержания его рабочей температуры, невозможностью исключения его перегрева, приводящего к разрушению резины; использование резины для уплотнения движущихся элементов в известных забойных двигателях снижает эффективность, КПД и ресурс работы двигателей, ухудшает показатели бурения.Due to the ineffective physical and mechanical properties of rubber, well-known objects have common disadvantages: the sealing means used in them are characterized by increased wear, reduced strength, reduced heat resistance, not a wide range of temperatures and pressures for operation, the inability to effectively control the temperature of the sealing means to constantly maintain its working temperature, the impossibility of eliminating its overheating, leading to the destruction of rubber; the use of rubber to seal moving elements in well-known downhole motors reduces the efficiency, efficiency and life of the engines, worsens drilling performance.
Технической задачей изобретения является создание нового винтового забойного двигателя, устраняющего указанные недостатки известных объектов, обеспечивающего повышение эффективности, КПД и ресурса работы двигателя, улучшающего показатели бурения.An object of the invention is the creation of a new downhole screw motor that eliminates these drawbacks of known objects, providing increased efficiency, efficiency and engine life, improving drilling performance.
Для решения данной технической задачи в винтовом забойном двигателе, включающем статор с внутренней винтовой поверхностью, размещенный внутри статора ротор с наружной винтовой поверхностью, у которой число винтовых зубьев на одно меньше, чем у статора, систему уплотнения, шпиндельный узел, согласно изобретению система уплотнения содержит контактное упругое многослойное уплотнительное средство, жестко соединенное или со статором, или с ротором, или содержит два уплотни-тельных средства, которые по отдельности жестко соединены одно со статором, другое с ротором. Причем упругие ленты, образующие слои в уплотнительном средстве (4), выполнены из прочного материала, например металла, и имеют замкнутые кольцеобразные формы и по форме соответствуют поверхности, к которой они прикреплены, причем количество слоев уплотнительного средства не более шести, в слоях в качестве уплотнительных сред используются отдельно газ и/или жидкость. Кроме того, система уплотнения содержит узел разделения потоков бурового раствора, электрогенерирующую турбину, узлы регулирования направления движения уплотнительной среды и бурового раствора (например, обратные клапана), смеситель бурового раствора, насосный узел для бурового раствора, систему автоматического управления (в дальнейшем САУ), а также, в соответствии с применяемыми уплотнительными средами, резервуар-стабилизатор с газом, компрессор, теплообменник для охлаждения газа и/или резервуарстабилизатор с жидкостью, насос, теплообменник для охлаждения жидкости. При этом узел разделения потоков бурового раствора выполнен с возможностью разделять подаваемый в упомянутый двигатель буровой раствор на три потока, однонаправленность которых обеспечивают узлы регулирования направления движения уплотнительной среды и бурового раствора, препятствующие обратному ходу бурового раствора и уплотнительных сред, при этом двигатель выполнен таким образом, что путь первого потока направлен к ротору для обеспечения вращающего момента ротора, необходимого для работы двигателя, второй поток направлен на электрогенерирующую турбину, вырабатывающую электроэнергию для элементов двигателя, третий поток направлен в качестве хладоагента в теплообменник для охлаждения газаTo solve this technical problem, in a downhole screw motor including a stator with an internal helical surface, a rotor with an external helical surface located inside the stator, in which the number of helical teeth is one less than that of the stator, a sealing system, a spindle assembly, according to the invention, the sealing system comprises contact elastic multilayer sealing means rigidly connected either to the stator or to the rotor, or contains two sealing means, which are individually rigidly connected to one with tator, another with a rotor. Moreover, the elastic tapes forming the layers in the sealing medium (4) are made of a durable material, for example metal, and have closed ring-shaped forms and correspond in shape to the surface to which they are attached, and the number of layers of the sealing means is not more than six, in the layers as sealing media are used separately gas and / or liquid. In addition, the sealing system includes a node for separating the mud flow, an electric generating turbine, nodes for regulating the direction of movement of the sealing medium and the drilling fluid (for example, check valves), a drilling fluid mixer, a drilling fluid pump assembly, an automatic control system (hereinafter ACS), and also, in accordance with the used sealing media, a stabilizer tank with gas, a compressor, a heat exchanger for cooling gas and / or a stabilizer tank with liquid, a pump, heat bmennik cooling fluid. At the same time, the mud flow separation unit is configured to separate the drilling fluid supplied to the aforementioned engine into three flows, the unidirectionality of which is provided by the control units for the direction of movement of the sealing medium and the drilling fluid, which prevent the backward movement of the drilling fluid and the sealing medium, while the engine is designed in such a way that the path of the first stream is directed to the rotor to provide the rotor torque necessary for the engine to work, the second stream is directed to the electric cogeneration turbine that generates electricity for engine components, the third stream is directed as a refrigerant to a heat exchanger for gas cooling
- 1 024018 и/или в теплообменник для охлаждения жидкости, применяемый для терморегулирования уплотнительных сред системы уплотнения. Система автоматического управления (САУ) выполнена с возможностью управлять и контролировать работу резервуара-стабилизатора с газом и/или резервуарастабилизатора с жидкостью, компрессора и насоса, теплообменника для охлаждения газа и/или теплообменника для охлаждения жидкости, с помощью которых регулируется давление, температура и расход уплотни-тельных сред газа и/или жидкости, прокачиваемых через слои уплотнительного средства, также система автоматического управления выполнена с возможностью направления бурового раствора через электрогенерирующую турбину, узлы регулирования направления движения уплотнительной среды и бурового раствора и обеспечивает подачу отработавшего количества бурового раствора в смеситель бурового раствора, в насосный узел для бурового раствора и далее в уплотнительное средство, образованное между статором и ротором.- 1 024018 and / or to the heat exchanger for cooling the liquid, used for thermal regulation of the sealing media of the sealing system. The automatic control system (ACS) is made with the ability to control and monitor the operation of the stabilizer tank with gas and / or the stabilizer tank with liquid, a compressor and a pump, a heat exchanger for cooling gas and / or a heat exchanger for cooling liquid, with which pressure, temperature and flow are regulated sealing media of gas and / or fluid pumped through the layers of sealing means, also the automatic control system is configured to direct the drilling fluid through an electric generating turbine, units for regulating the direction of movement of the sealing medium and drilling fluid and provides the supply of the spent amount of drilling fluid to the drilling fluid mixer, to the pumping unit for the drilling fluid and then to the sealing means formed between the stator and the rotor.
Принципиальная конструкция и действие вышеуказанного контактного упругого многослойного уплотнительного средства описаны в источнике (Инновационный патент РК № 23655, МПК Р161 15/16 от 17.01.2012).The basic design and operation of the above contact resilient multilayer sealing means are described in the source (Innovative patent of the Republic of Kazakhstan No. 23655, IPC P161 15/16 from 01/17/2012).
Сущность изобретения поясняется графическими материалами в виде схем, описывающих один из лучших вариантов предлагаемого объекта, содержащий жестко соединенное со статором контактное упругое многослойное уплотнительное средство, в котором в слоях в качестве уплотнительных сред используются отдельно газ и жидкость в порядке последовательного чередования. Рассмотрение этих схем достаточно для понимания сущности изобретения.The invention is illustrated by graphic materials in the form of diagrams describing one of the best variants of the proposed object, containing a contact elastic multilayer sealing means rigidly connected to the stator, in which gas and liquid are separately used in the layers as sealing media in sequential alternation. Consideration of these schemes is sufficient to understand the essence of the invention.
На фиг. 1 дана общая схема предлагаемого винтового забойного двигателя. На фиг. 2 - схема, содержащая часть контактного упругого многослойного уплотнительно-го средства, на фиг. 3 и фиг. 4 разрезы А и В соответственно.In FIG. 1 is a General diagram of the proposed downhole screw motor. In FIG. 2 is a diagram containing a portion of a contact resilient multilayer sealing means, FIG. 3 and FIG. 4 sections A and B, respectively.
Винтовой забойный двигатель включает статор 1, ротор 2, систему уплотнения, содержащую узел 3 разделения потоков бурового раствора, контактное упругое многослойное уплотнительное средство 4, жестко соединенное со статором 1, причем упругие ленты 5, образующие слои в уплотнительном средстве 4, имеют замкнутые кольцеобразные формы и по форме соответствуют поверхности, к которой они прикреплены, резервуар-стабилизатор 6 с газом, компрессор 7, резервуар-стабилизатор 8 с жидкостью, насос 9, теплообменник 10 для охлаждения газа, теплообменник 11 для охлаждения жидкости, электрогенерирующую турбину (электрогенератор) 12, насосный узел 13 для бурового раствора, узлы 14 регулирования направления движения уплотнительной среды и бурового раствора (например, обратные клапана), смеситель 15 бурового раствора, САУ 16. (Здесь отметим, что в случае, когда используются два отдельных контактных упругих многослойных уплотнительных средства, один из которых жестко соединен со статором, а другой с ротором, буровой раствор движется между этими уп-лотнительными средствами.). При этом в винтовом забойном двигателе используются буровой раствор, обозначенный как 17, и упло гнительные среды - газ 18 и жидкость 19.The downhole screw motor includes a stator 1, a rotor 2, a sealing system comprising a mud flow separation unit 3, a contact resilient multilayer sealing means 4 rigidly connected to the stator 1, the elastic tapes 5 forming layers in the sealing means 4, having closed annular shapes and in shape correspond to the surface to which they are attached, a stabilizer tank 6 with gas, a compressor 7, a stabilizer tank 8 with liquid, a pump 9, a heat exchanger 10 for cooling gas, a heat exchanger 11 for fluid deposition, an electric generating turbine (electric generator) 12, a drilling fluid pump assembly 13, flow direction control components 14 of a sealing medium and a drilling fluid (for example, check valves), a drilling fluid mixer 15, self-propelled guns 16. (Here we note that, in the case when two separate contact resilient multilayer sealing means are used, one of which is rigidly connected to the stator and the other to the rotor, the drilling fluid moves between these sealing means.). At the same time, a drilling fluid, designated as 17, and sealing media — gas 18 and fluid 19 — are used in a downhole motor.
Предлагаемый винтовой забойный двигатель работает следующим образом.The proposed screw downhole motor operates as follows.
Буровой раствор, подаваемый под большим давлением, попадает в узел 3 разделения потоков бурового раствора и разделяется на три потока. Первый поток формирует основной поток бурового раствора, расходуется непосредственно на работу винтового забойного двигателя, обеспечивая вращающий момент ротора 2 относительно статора 1. Второй поток направляется на электрогенерирующую турбину 12, третий поток - на теплообменник 10 для охлаждения газа и теплообменник 11 для охлаждения жидкости. Буровой раствор является рабочим телом электрогенерирующей турбины 12, проходя через которую вырабатывает электроэнергию для питания элементов устройства. Буровой раствор также используется в качестве хладагента в теплообменниках 10 и 11, применяемых для терморегулирования уплотнительных сред системы уплотнения предлагаемого винтового забойного двигателя. Узел 3 разделения потоков бурового раствора управляется САУ 16, которая увеличивает или уменьшает количество отбираемого бурового раствора для работы электрогенерирующей турбины 12 в зависимости от потребляемой мощности соответствующих потребителей предлагаемого устройства. Также под управлением САУ 16 узел 3 разделения потоков бурового раствора, изменяя количество подаваемого бурового раствора в теплообменники 10 и 11, обеспечивает терморегулирование уплотнительных сред (газа и жидкости) в системе уплотнения. Под управлением САУ 16 резервуары-стабилизаторы 6 и 8, компрессор 7, насос 9, теплообменники 10 и 11 регулируют давление и расход уплотнительных сред (газа и жидкости), увеличивая или уменьшая проницаемость зазора между статором и ротором, тем самым позволяют регулировать крутящий момент винтового забойного двигателя и управлять процессом бурения, что имеет важное значение и существенно отличает предлагаемый объект от прототипа. САУ 16 помимо указанных действий регулирования и контроля обеспечивает продавливание бурового раствора через электроге-нерирующую турбину 12, узлы 14 регулирования направления движения уплотнительной среды и бурового раствора и обеспечивает подачу отработавшего количества бурового раствора в насосный узел 13 для бурового раствора с последующим соединением с основным потоком бурового раствора.The drilling fluid supplied under high pressure enters the mud separation unit 3 and is divided into three streams. The first stream forms the main flow of the drilling fluid, it is spent directly on the operation of the downhole motor, providing the rotor 2 with respect to the stator 1. The second stream is directed to the power generating turbine 12, the third stream to the heat exchanger 10 for cooling the gas and heat exchanger 11 for cooling the liquid. The drilling fluid is the working fluid of the power generating turbine 12, passing through which it generates electricity to power the elements of the device. The drilling fluid is also used as a refrigerant in heat exchangers 10 and 11, used for temperature control of the sealing media of the sealing system of the proposed downhole screw motor. The mud flow separation unit 3 is controlled by self-propelled guns 16, which increases or decreases the amount of drilling fluid to be taken for the operation of the power generating turbine 12 depending on the power consumption of the respective consumers of the proposed device. Also, under the control of self-propelled guns 16, the drilling fluid flow separation unit 3, changing the amount of drilling fluid supplied to the heat exchangers 10 and 11, provides thermal control of the sealing media (gas and liquid) in the sealing system. Under the control of self-propelled guns 16 stabilizer tanks 6 and 8, compressor 7, pump 9, heat exchangers 10 and 11 regulate the pressure and flow rate of the sealing media (gas and liquid), increasing or decreasing the permeability of the gap between the stator and the rotor, thereby allowing you to adjust the screw torque downhole motor and control the drilling process, which is important and significantly distinguishes the proposed object from the prototype. Self-propelled guns 16 in addition to the specified control and monitoring actions provides for pushing the drilling fluid through an electric generating turbine 12, nodes 14 for controlling the direction of movement of the sealing medium and drilling fluid and provides the supply of the spent amount of drilling fluid to the pumping unit 13 for drilling fluid with subsequent connection to the main flow of the drilling fluid solution.
Резервуар-стабилизатор 6 с газом и резервуар-стабилизатор 8 с жидкостью позволяют работать соответственно компрессору 7 и насосу 9 с различной производительностью в зависимости от изменения мощности на валу ротора 2 винтового забойного двигателя. Кроме того конструкции резервуаров- 2 024018 стабилизаторов 6 и 8 обеспечивают наличие начального давления и обеспечивают возможность компенсации динамических импульсов и температурных расширений газа и жидкости в процессе работы и движения бурильной системы в горной породе, имеющей определенный градиент температуры. Резервуарыстабилизаторы 6 и 8 совместно с компрессором 7 и насосом 9 позволяют управлять системой уплотнения, создавая возможность управления крутящим моментом на роторе 2 в определенном диапазоне, то есть перепуская через контактное упругое многослойное уплотнительное средство 4 больше или меньше уплотнительной среды.The stabilizer tank 6 with gas and the stabilizer tank 8 with liquid allow the compressor 7 and pump 9 to operate with different capacities, respectively, depending on the change in power on the rotor shaft 2 of the downhole screw motor. In addition, the design of reservoirs - 2 024018 stabilizers 6 and 8 provide the initial pressure and provide the ability to compensate for dynamic pulses and temperature expansion of gas and liquid during operation and the movement of the drilling system in a rock with a certain temperature gradient. The stabilizer tanks 6 and 8 together with the compressor 7 and the pump 9 allow you to control the sealing system, making it possible to control the torque on the rotor 2 in a certain range, that is, passing more or less sealing medium through the contact elastic multilayer sealing means 4.
Наличие компрессора 7 и насоса 9 обеспечивает постоянную прокачку уплотнительных сред через слои уплотнения 4, а также через теплообменники 10 для газа и теплообменник 11 для жидкости. Разогретые в процессе работы уплотнительные среды (газ и жидкость) поступают соответственно к теплообменникам 10 и 11. Теплосъем обеспечивается подачей бурового раствора в качестве хладагента по классической для такого типа оборудования схеме. Узлы 14 регулирования направления движения уплотнительной среды и бурового раствора, применяемые в устройстве, препятствуют обратному ходу бурового раствора и уплотнительных сред (газа или жидкости), обеспечивают однонаправленность их движения. Смеситель 15 бурового раствора обеспечивает подачу отработанного бурового раствора после теплообменников 10 и 11 и электрогенерирующей турбины 12 обратно в основной поток бурового раствора и направляет его в насосный узел 13 для бурового раствора. Далее буровой раствор направляется непосредственно в полости рабочих камер героторного механизма, образованных статором 1 и ротором 2. Возникающий на роторе 2 крутящий момент вызывает его планетарное движение относительно статора 1, которое преобразуется во вращательное движение вала шпиндельного узла (на фигурах не показан). Из рабочих полостей буровой раствор попадает в породоразрушающий инструмент и далее на забой скважины.The presence of the compressor 7 and the pump 9 provides a constant flow of sealing media through the layers of the seal 4, as well as through heat exchangers 10 for gas and heat exchanger 11 for liquid. Sealing media heated up during operation (gas and liquid) are supplied respectively to heat exchangers 10 and 11. Heat removal is provided by supplying drilling fluid as a coolant according to a classical scheme for this type of equipment. The nodes 14 of the regulation of the direction of movement of the sealing fluid and drilling fluid used in the device, prevent the return of the drilling fluid and sealing fluids (gas or liquid), provide unidirectional motion. The mud mixer 15 supplies the spent drilling mud after heat exchangers 10 and 11 and the power generating turbine 12 back to the main mud stream and directs it to the mud pumping unit 13. Next, the drilling fluid is sent directly to the cavity of the working chambers of the gerotor mechanism formed by the stator 1 and rotor 2. The torque arising on the rotor 2 causes its planetary motion relative to the stator 1, which is converted into rotational movement of the shaft of the spindle assembly (not shown in the figures). From the working cavities, the drilling fluid enters the rock cutting tool and then to the bottom of the well.
На основе практических экспериментов по отработке термостатирования многослойного уплотнительного средства с целью поддержания его рабочей температуры целесообразно ограничить количество слоев уплотнительного средства числом не более шести. Условие для числа слоев не больше шести связано с тем, что при количестве слоев более шести эффективность теплообмена, связанного с уплотнительным средством, повышается незначительно, в частности, градиент температуры изменяется незначительно, и следовательно дальнейшее увеличение числа слоев нецелесообразно.On the basis of practical experiments on developing thermostating of a multilayer sealing means in order to maintain its operating temperature, it is advisable to limit the number of layers of sealing means to no more than six. The condition for the number of layers is not more than six due to the fact that when the number of layers is more than six, the heat transfer efficiency associated with the sealing means increases slightly, in particular, the temperature gradient changes slightly, and therefore a further increase in the number of layers is impractical.
Здесь также отметим, что, как указывалось выше, в предлагаемом объекте уплотнительные среды могут быть составлены из жидких и газообразных фаз, причем слои в уплотнительном средстве могут быть составлены из жидкостей одной или разной плотности и вязкости, могут содержать или не содержать слой с газовой фазой, выбор уплотнительных сред зависит от поставленных задач. Одним из лучших вариантов предлагаемого объекта является вышерассмотренный случай, когда в контактном упругом многослойном уплотнительном средстве слои уплотнительных сред, содержащие отдельно газ и жидкость, последовательно чередуются, при такой последовательности слоев достигается оптимальная эффективность управления упругими и теплообменными свойствами системы.Here we also note that, as indicated above, in the proposed object, the sealing medium can be composed of liquid and gaseous phases, and the layers in the sealing medium can be composed of liquids of the same or different density and viscosity, may or may not contain a layer with a gas phase , the choice of sealing media depends on the tasks. One of the best options of the proposed object is the case considered above, when in a contact elastic multilayer sealing medium, the layers of sealing media containing separately gas and liquid alternate sequentially, with this sequence of layers, the optimal efficiency of controlling the elastic and heat transfer properties of the system is achieved.
Claims (1)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KZ20120632 | 2012-05-30 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201300574A1 EA201300574A1 (en) | 2013-12-30 |
| EA024018B1 true EA024018B1 (en) | 2016-08-31 |
Family
ID=48901151
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201300574A EA024018B1 (en) | 2012-05-30 | 2013-05-06 | Screw downhole motor |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20150114722A1 (en) |
| EA (1) | EA024018B1 (en) |
| WO (1) | WO2013180560A2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107819363A (en) * | 2016-09-12 | 2018-03-20 | 中国石油天然气集团公司 | Motor stator and its manufacture method |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105525867B (en) * | 2015-07-02 | 2018-07-03 | 山东东远石油装备有限公司 | Cladding has helicoid hydraulic motor rotor of ceramic coating and preparation method thereof |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1717782A1 (en) * | 1989-05-31 | 1992-03-07 | Ивано-Франковский Институт Нефти И Газа | Screw face machine |
| RU2119035C1 (en) * | 1997-01-06 | 1998-09-20 | Вячеслав Алексеевич Ряшенцев | Rotary-spiral hydraulic motor |
| US6293358B1 (en) * | 1998-06-18 | 2001-09-25 | Artemis Kautschuk Und Kunstofftechnik Gmbh & Cie | Machine operating according to the Moineau-Principle for the use in deep drilling |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3139035A (en) * | 1960-10-24 | 1964-06-30 | Walter J O'connor | Cavity pump mechanism |
| US4051909A (en) * | 1976-11-22 | 1977-10-04 | P.E.I. Incorporated | Turbine drill for drilling at great depths |
| DE3409970C1 (en) * | 1984-03-19 | 1985-07-18 | Norton Christensen, Inc., Salt Lake City, Utah | Device for conveying flowable substances |
| US4635735A (en) * | 1984-07-06 | 1987-01-13 | Schlumberger Technology Corporation | Method and apparatus for the continuous analysis of drilling mud |
| RU2011778C1 (en) | 1989-09-21 | 1994-04-30 | Пермский филиал Всероссийского научно-исследовательского института буровой техники | Screw face motor |
| US5171138A (en) * | 1990-12-20 | 1992-12-15 | Drilex Systems, Inc. | Composite stator construction for downhole drilling motors |
| RU2145012C1 (en) | 1999-02-23 | 2000-01-27 | Ульяновский государственный технический университет | Device for elimination of sympathetic vibration of body of long design |
| US7185719B2 (en) * | 2002-02-20 | 2007-03-06 | Shell Oil Company | Dynamic annular pressure control apparatus and method |
| US7523792B2 (en) * | 2005-04-30 | 2009-04-28 | National Oilwell, Inc. | Method and apparatus for shifting speeds in a fluid-actuated motor |
| EP2118441B1 (en) * | 2007-01-08 | 2016-08-10 | Baker Hughes Incorporated | Drilling components and systems to dynamically control drilling dysfunctions and methods of drilling a well with same |
| US20100038142A1 (en) * | 2007-12-18 | 2010-02-18 | Halliburton Energy Services, Inc. | Apparatus and method for high temperature drilling operations |
| WO2011084040A2 (en) * | 2010-01-05 | 2011-07-14 | Alibi Akhmejanov | The method of sealing of moving elements and the device for its realization |
-
2013
- 2013-05-06 US US14/398,128 patent/US20150114722A1/en not_active Abandoned
- 2013-05-06 WO PCT/KZ2013/000006 patent/WO2013180560A2/en active Application Filing
- 2013-05-06 EA EA201300574A patent/EA024018B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1717782A1 (en) * | 1989-05-31 | 1992-03-07 | Ивано-Франковский Институт Нефти И Газа | Screw face machine |
| RU2119035C1 (en) * | 1997-01-06 | 1998-09-20 | Вячеслав Алексеевич Ряшенцев | Rotary-spiral hydraulic motor |
| US6293358B1 (en) * | 1998-06-18 | 2001-09-25 | Artemis Kautschuk Und Kunstofftechnik Gmbh & Cie | Machine operating according to the Moineau-Principle for the use in deep drilling |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107819363A (en) * | 2016-09-12 | 2018-03-20 | 中国石油天然气集团公司 | Motor stator and its manufacture method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2013180560A2 (en) | 2013-12-05 |
| WO2013180560A3 (en) | 2014-10-02 |
| EA201300574A1 (en) | 2013-12-30 |
| US20150114722A1 (en) | 2015-04-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8845298B2 (en) | Driving arrangement for a pump or compressor | |
| RU2683005C2 (en) | External gear pump integrated with two independently driven prime movers | |
| EP3134648B1 (en) | Fluid delivery system with a shaft having a through-passage | |
| US20050169779A1 (en) | Progressing cavity pump | |
| BRPI0903075A2 (en) | heating method of submarine pumping systems | |
| US9051780B2 (en) | Progressive cavity hydraulic machine | |
| US20070283806A1 (en) | Additive pump | |
| US20170306733A1 (en) | Fluid expansion chamber with protected bellow | |
| EA024018B1 (en) | Screw downhole motor | |
| RU165039U1 (en) | SCREW MACHINE | |
| US12116865B2 (en) | Fluid heater and associated methods | |
| NO20161952A1 (en) | Oil pressure regulator electrical submersible pump motor | |
| RU2489600C2 (en) | Borehole plunger pump drive | |
| US9631725B2 (en) | ESP mechanical seal lubrication | |
| CN109026890A (en) | Control valve | |
| US8800688B2 (en) | Downhole motors with a lubricating unit for lubricating the stator and rotor | |
| CA2719121C (en) | Progressive cavity hydraulic machine | |
| KR102428655B1 (en) | Heat engine with dynamically controllable hydraulic exhaust | |
| CN104676045B (en) | A kind of aqueous medium two-bit triplet reversal valve | |
| RU168807U1 (en) | SCREW MACHINE | |
| US20210246894A1 (en) | Downhole well pump assembly | |
| US730925A (en) | Rod-packing. | |
| RU177851U1 (en) | SCREW MACHINE | |
| RU201788U1 (en) | SUBMERSIBLE PUMP UNIT DRIVE WITH A HEAT EXCHANGER | |
| RU177705U1 (en) | SCREW MACHINE |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ BY KZ KG TJ TM |
|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): RU |