EA034469B1 - Синхронный кардан для бурового двигателя и способ - Google Patents

Синхронный кардан для бурового двигателя и способ Download PDF

Info

Publication number
EA034469B1
EA034469B1 EA201792403A EA201792403A EA034469B1 EA 034469 B1 EA034469 B1 EA 034469B1 EA 201792403 A EA201792403 A EA 201792403A EA 201792403 A EA201792403 A EA 201792403A EA 034469 B1 EA034469 B1 EA 034469B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
insert
cavity
shaft
adapter
rotor
Prior art date
Application number
EA201792403A
Other languages
English (en)
Other versions
EA201792403A1 (ru
Inventor
Гюнтер ХХ Фон Гюнц-Рековски
Уилльям К. Хербен
Original Assignee
РАЙВЛ ДАУНХОУЛ ТУЛС ЭлСи
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by РАЙВЛ ДАУНХОУЛ ТУЛС ЭлСи filed Critical РАЙВЛ ДАУНХОУЛ ТУЛС ЭлСи
Publication of EA201792403A1 publication Critical patent/EA201792403A1/ru
Publication of EA034469B1 publication Critical patent/EA034469B1/ru

Links

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/02Couplings; joints
    • E21B17/03Couplings; joints between drilling rod or pipe and drill motor or surface drive, e.g. between drilling rod and hammer
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B4/00Drives for drilling, used in the borehole
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D3/00Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive
    • F16D3/16Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts
    • F16D3/20Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members
    • F16D3/22Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts
    • F16D3/221Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts the rolling members being located in sockets in one of the coupling parts

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
  • Manufacture Of Motors, Generators (AREA)
  • Earth Drilling (AREA)
  • Drilling And Boring (AREA)

Abstract

Предложен синхронный кардан для забойного бурового двигателя, который включает в себя центральный вал, включающий в себя верхнюю часть вала и нижнюю часть вала. Верхняя часть вала, по меньшей мере частично, размещена в полости первой вставки, которая размещена в полости переходника для ротора. Нижняя часть вала, по меньшей мере частично, размещена в полости второй вставки, которая размещена в полости переходника для приводного вала. Наружная поверхность верхней и нижней частей вала может включать в себя многочисленные верхние гнезда вала и многочисленные нижние гнезда вала соответственно. Первая и вторая вставки могут каждая включать в себя ряд выемок. Верхние сдвигающиеся элементы могут быть частично размещены в верхних гнездах вала и выемках первой вставки. Нижние сдвигающиеся элементы могут быть частично размещены в нижних гнездах вала и выемках второй вставки.

Description

Предпосылки изобретения
В бурении нефтяных и газовых скважин забойные буровые двигатели могут соединять с бурильной колонной для вращения и управления направлением движения бурового долота. Обычные буровые двигатели включают в себя силовой блок, трансмиссионный блок и подшипниковый блок. Вращение обеспечивает силовой блок, который может быть гидравлическим забойным двигателем, приводимым в действие циркуляцией бурового (промывочного) раствора.
Трансмиссионный блок передает крутящий момент и скорость с силового блока на буровое долото, установленное на нижнем конце бурового двигателя. Подшипниковый блок воспринимает аксиальные и радиальные нагрузки, передаваемые на бурильную колонну во время бурения.
Например, обычный буровой двигатель 2, показанный на фиг. 1А и В, включает в себя силовой блок 4, трансмиссионный блок 6 и подшипниковый блок 8. Силовой блок 4 может включать в себя кожух 10 статора, статор 12, закрепленный в кожухе 10 статора, и ротор 14, вращающийся в статоре 12. Статор 12 может иметь внутреннюю поверхность с винтовыми зубьями. Ротор 14 может иметь наружную поверхность с винтовыми зубьями. Вместе они образуют винтовой забойный двигатель, имеющий перемещающуюся полость винтовой формы. Подшипниковый блок 8 может включать в себя подшипниковый кожух 16 и вращающийся приводной вал 18, закрепленный в подшипниковом кожухе 16. Трансмиссионный блок 6 может включать в себя кожух 20 трансмиссии и узел 22 трансмиссионного вала для соединения ротора 14 с приводным валом 18.
Буровой или промывочный раствор подается насосом с поверхности на скважинной площадке через бурильную колонну или бурильную трубу в буровой двигатель 2. Буровой или промывочный раствор проходит через полость, образованную между ротором 14 и статором 12, через кожух 20 трансмиссии вокруг узла 22 трансмиссионного вала во впускные окна, обеспеченные на приводном валу 18 или участке узла 22 трансмиссионного вала, через приводной вал 18 и выходит наружу через выпускное окно для вымывания выбуренной породы из ствола скважины и охлаждения бурового долота. Буровой раствор приводит в действие ротор 14 для вращения в статоре 12, при этом ротор 14 совершает эпициклическое движение по внутренней поверхности статора 12. Узел 22 трансмиссионного вала передает вращение ротора 14 на приводной вал 18. Приводной вал 18 вращается концентрически в подшипниковом кожухе 16 для приведения во вращение бурового долота.
Узел 22 трансмиссионного вала может быть выполнен в виде синхронного кардана с шарнирами равных угловых скоростей (синхронного кардана). Синхронный кардан может включать в себя переходник 24 для ротора, соединенный с ротором 14, переходник 26 для приводного вала, соединенный с приводным валом 18, и центральный вал 28, соединяющий переходник 24 для ротора с переходником 26 для приводного вала. Синхронный кардан может дополнительно включать в себя упорные элементы 30 и сдвигающиеся элементы 32 на верхнем и нижнем концах центрального вала 28. Сдвигающиеся элементы 32 могут контактировать с наружной поверхностью центрального вала 28 и внутренней поверхностью переходника 24 для ротора и переходника 26 для приводного вала. Вследствие непрерывного контакта сдвигающиеся элементы 32 обуславливают износ на внутренней поверхности переходника 24 для ротора и переходника 26 для приводного вала, который может приводить к отказу переходника 24 для ротора и переходника 26 для приводного вала.
Сущность изобретения
В одном из аспектов изобретения предложен синхронный кардан для забойного бурового двигателя, содержащий центральный вал, включающий в себя верхнюю часть вала и нижнюю часть вала, причем верхняя часть вала включает в себя центральную полость, нижняя часть вала включает в себя центральную полость;
первую вставку, включающую в себя полость, вмещающую верхнюю часть вала;
вторую вставку, включающую в себя полость, вмещающую нижнюю часть вала;
переходник для ротора, включающий в себя полость, вмещающую первую вставку, причем первая вставка полностью размещена в полости переходника для ротора; и переходник для приводного вала, включающий в себя полость, вмещающую вторую вставку, причем вторая вставка полностью размещена в полости переходника для приводного вала, верхний упорный элемент, установленный в центральной полости верхней части вала; нижний упорный элемент, установленный в центральной полости нижней части вала;
верхний упорный штифт, частично установленный в центральной полости верхней части вала и контактирующий с полостью первой вставки, причем верхний упорный штифт обеспечивает вертикальный зазор между центральным валом и первой вставкой; и нижний упорный штифт, частично установленный в центральной полости нижней части вала и контактирующий с полостью второй вставки, причем нижний упорный штифт обеспечивает вертикальный зазор между центральным валом и второй вставкой.
В одном из вариантов предложен синхронный кардан, в котором каждая, первая и вторая, вставка содержит износостойкий материал.
В одном из вариантов предложен синхронный кардан, в котором износостойкий материал является керамическим материалом, карбидом вольфрама, карбидом хрома, карбидом титана или инструменталь- 1 034469 ной сталью.
В одном из вариантов предложен синхронный кардан, в котором каждая, первая и вторая, вставка содержит износостойкую поверхность.
В одном из вариантов предложен синхронный кардан, в котором материал первой и второй вставок имеет твердость, которая больше твердости материала переходника для ротора и переходника для приводного вала.
В одном из вариантов предложен синхронный кардан, в котором материал первой и второй вставок имеет твердость по Бринеллю 500 BHN или больше.
В одном из вариантов предложен синхронный кардан, в котором первая вставка включает в себя наружный профиль, взаимодействующий с внутренним профилем полости переходника для ротора для передачи крутящего момента и скорости с переходника для ротора на первую вставку, при этом наружный профиль первой вставки имеет ответную форму относительно внутреннего профиля полости переходника для ротора.
В одном из вариантов предложен синхронный кардан, в котором вторая вставка включает в себя наружный профиль, взаимодействующий с внутренним профилем полости переходника для приводного вала для передачи крутящего момента и скорости с второй вставки на переходник для приводного вала, при этом наружный профиль второй вставки имеет ответную форму относительно внутреннего профиля полости переходника для приводного вала.
В одном из вариантов предложен синхронный кардан, в котором наружные профили первой и второй вставок являются выступами шестигранной формы, и при этом внутренние профили полостей переходника для ротора и переходника для приводного вала являются выемками шестигранной формы.
В одном из вариантов предложен синхронный кардан, в котором каждый верхний упорный элемент и нижний упорный элемент содержит шарообразную форму.
В одном из вариантов предложен синхронный кардан, дополнительно содержащий ряд верхних сдвигающихся элементов и ряд нижних сдвигающихся элементов, при этом верхние сдвигающиеся элементы частично размещены в ряде гнезд на верхней части вала и частично размещены в ряде выемок на внутренней поверхности полости первой вставки, при этом нижние сдвигающиеся элементы частично размещены в ряде гнезд на нижней части вала и частично размещены в ряде выемок на внутренней поверхности полости второй вставки.
В одном из вариантов предложен синхронный кардан, в котором каждый из верхних и нижних сдвигающихся элементов содержит шарообразную форму.
В одном из дополнительных аспектов предложен синхронный кардан для забойного бурового двигателя, содержащий центральный вал, включающий в себя верхнюю часть вала и нижнюю часть вала, причем верхняя часть вала включает в себя центральную полость, нижняя часть вала включает в себя центральную полость, при этом наружная поверхность верхней части вала включает в себя ряд верхних гнезд вала и наружная поверхность нижней части вала включает в себя ряд нижних гнезд вала;
первую вставку, включающую в себя полость и ряд выемок в поверхности полости, при этом верхняя часть вала, по меньшей мере частично, размещена в полости первой вставки;
вторую вставку, включающую в себя полость и ряд выемок в поверхности полости, при этом нижняя часть вала, по меньшей мере частично, установлена в полости второй вставки;
ряд верхних сдвигающихся элементов и ряд нижних сдвигающихся элементов, при этом верхние сдвигающиеся элементы частично размещены в верхних гнездах вала и частично размещены в выемках первой вставки для передачи крутящего момента и скорости с первой вставки на центральный вал, и при этом нижние сдвигающиеся элементы частично размещены в нижних гнездах вала и частично размещены в выемках второй вставки для передачи крутящего момента и скорости с центрального вала на вторую вставку;
переходник для ротора, включающий в себя полость, вмещающую первую вставку, причем первая вставка полностью размещена в полости переходника для ротора; и переходник для приводного вала, включающий в себя полость, вмещающую вторую вставку, причем вторая вставка полностью размещена в полости переходника для приводного вала;
верхний упорный элемент, установленный в центральной полости верхней части вала; нижний упорный элемент, установленный в центральной полости нижней части вала;
верхний упорный штифт, частично установленный в центральной полости верхней части вала и контактирующий с полостью первой вставки, причем верхний упорный штифт обеспечивает вертикальный зазор между центральным валом и первой вставкой; и нижний упорный штифт, частично установленный в центральной полости нижней части вала и контактирующий с полостью второй вставки, причем нижний упорный штифт обеспечивает вертикальный зазор между центральным валом и второй вставкой.
В одном из вариантов предложен синхронный кардан, в котором каждый из верхних и нижних сдвигающихся элементов содержит шарообразную форму.
В одном из вариантов предложен синхронный кардан, в котором каждая, первая и вторая, вставка
- 2 034469 содержит керамический материал, карбид вольфрама, карбид хрома, карбид титана или инструментальную сталь.
В одном из вариантов предложен синхронный кардан, в котором каждая, первая и вторая, вставка содержит стойкую к абразивному износу поверхность.
В одном из вариантов предложен синхронный кардан, в котором материал первой и второй вставок имеет твердость по Бринеллю 500 BHN или больше.
В одном из вариантов предложен синхронный кардан, в котором первая вставка включают в себя наружный профиль, взаимодействующий с внутренним профилем полости переходника для ротора для передачи крутящего момента и скорости с переходника для ротора на первую вставку, при этом наружный профиль первой вставки имеет ответную форму относительно внутреннего профиля полости переходника для ротора.
В одном из вариантов предложен синхронный кардан, в котором вторая вставка включает в себя наружный профиль, взаимодействующий с внутренним профилем полости переходника для приводного вала для передачи крутящего момента и скорости с второй вставки на переходник для приводного вала, при этом наружный профиль второй вставки имеет ответную форму относительно внутреннего профиля полости переходника для приводного вала.
В одном из вариантов предложен синхронный кардан, в котором наружные профили первой и второй вставок являются выступами шестигранной формы и при этом внутренние профили полостей переходника для ротора и переходника для приводного вала являются выемками шестигранной формы.
В одном из вариантов предложен синхронный кардан, в котором каждый верхний упорный элемент и нижний упорный элемент содержит шарообразную форму.
В одном из еще дополнительных аспектов предложен способ передачи крутящего момента и скорости в забойном буровом двигателе с помощью синхронного кардана по п.13, содержащий следующие этапы, на которых (a) вращают переходник для ротора;
(b) осуществляют передачу крутящего момента и скорости с переходника для ротора на первую вставку;
(c) обеспечивают верхним сдвигающимся элементам свободное перемещение и вращение в верхних гнездах вала и выемках первой вставки и передачу крутящего момента и скорости с первой вставки на центральный вал;
(d) обеспечивают нижним сдвигающимся элементам свободное перемещение и вращение в нижних гнездах вала и выемках второй вставки и передачу крутящего момента и скорости с центрального вала на вторую вставку;
(e) осуществляют передачу крутящего момента и скорости с второй вставки на переходник для приводного вала.
В одном из вариантов предложен способ, в котором синхронный кардан дополнительно содержит наружный профиль первой вставки, взаимодействующий с имеющим ответную форму внутренним профилем полости переходника для ротора, и наружный профиль второй вставки, взаимодействующий с имеющим ответную форму внутренним профилем полости переходника для приводного вала;
при этом этап (b) содержит передачу крутящего момента и скорости с переходника для ротора на первую вставку через взаимодействие внутреннего профиля полости переходника для ротора с наружным профилем первой вставки;
при этом этап (е) содержит передачу крутящего момента и скорости с второй вставки на переходник для приводного вала через взаимодействие наружного профиля второй вставки с внутренним профилем полости переходника для приводного вала.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1А и В показаны последовательные сечения известного бурового двигателя, включающего в себя синхронный кардан.
На фиг. 2 показано сечение синхронного кардана для забойного бурового двигателя, раскрытого в данном документе.
На фиг. 3 показана часть сечения первой вставки в синхронном кардане.
На фиг. 4 показан вид в изометрии вставки.
На фиг. 5 показан другой вид в изометрии вставки.
На фиг. 6 показан вид с торца вставки.
На фиг. 7 показана часть сечения второй вставки в синхронном кардане.
На фиг. 8 показана схема бурового двигателя в стволе скважины.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления
На фиг. 2 и 3 показан синхронный кардан 40 для буровых двигателей. Синхронный кардан 40 может включать в себя центральный вал 42, в том числе верхнюю часть 44 вала и нижнюю часть 46 вала. Синхронный кардан 40 может также включать в себя переходник 48 для ротора и первую вставку 50, размещенную в полости 52 переходника 48 для ротора. Верхняя часть 44 вала может быть, по меньшей мере частично, размещена в полости 54 первой вставки 50.
- 3 034469
Верхний упорный элемент 56 может быть установлен в центральной полости 58 верхней части 44 вала. Верхний упорный элемент 56 может быть выполнен в виде шарообразного компонента. Альтернативно верхний упорный элемент 56 может быть выполнен как одно целое с центральной полостью 58 верхней части 44 вала. Верхний упорный штифт 60 может быть частично установлен в центральной полости 58. Верхний упорный штифт 60 может также взаимодействовать с верхним упорным элементом 56 и первой вставкой 50. Например, верхний упорный штифт 60 может быть частично установлен в центральной выемке 62 первой вставки 50. Верхний упорный штифт 60 может связывать осевую нагрузку ротора, установленного выше первой вставки 50, с центральным валом 42. Верхний упорный штифт 60 может также обеспечивать подходящий вертикальный разнос между центральным валом 42 и первой вставкой 50.
Ряд верхних сдвигающихся элементов 64 может быть частично установлен в ряде гнезд 66 и в контакте с ними на наружной поверхности верхней части 44 вала. Верхние сдвигающиеся элементы 64 могут также быть частично установлены в ряде выемок 68 на поверхности полости 54 первой вставки 50 и в контакте с ними. Верхние сдвигающиеся элементы 64 могут передавать крутящий момент и скорость с первой вставки 50 на центральный вал 42 посредством контакта с гнездами 66 центрального вала 42 и выемками 68 первой вставки 50. Верхние сдвигающиеся элементы 64 могут быть выполнены в виде шарообразных компонентов, цилиндрических компонентов, выпуклых бочкообразных компонентов или любых других закругленных компонентов.
На фиг. 4-6 показана первая вставка 50 с выемками 68, центральной выемкой 62 и центральным каналом 70. Первая вставка 50 может дополнительно включать в себя наружный профиль 72. Наружный профиль 72 может быть выполнен, как показано, на части с уменьшенным диаметром первой вставки 50. В других вариантах осуществления наружный профиль 72 может быть выполнен на наружной поверхности части с увеличенным диаметром первой вставки 50. Наружный профиль 72 может взаимодействовать с внутренним профилем 74 полости 52 переходника 48 для ротора (показано на фиг. 3). Через взаимодействие наружного профиля 72 и внутреннего профиля 74 синхронный кардан 40 может передавать крутящий момент и скорость с переходника 48 для ротора на первую вставку 50. Внутренний профиль 74 может иметь форму, которая является ответной для формы наружного профиля 72. Например, наружный профиль 72 может быть выступом шестигранной формы на первой вставке 50 (как показано) и внутренний профиль 74 может быть выемкой шестигранной формы в полости 52 переходника 48 для ротора. Альтернативно наружный и внутренний профили 72 и 74 могут быть выполнены в виде шлицов или плоских компонентов. Наружный профиль 72 и внутренний профиль 74 могут быть выполнены любых форм со способностью взаимодействия для передачи крутящего момента и скорости с переходника 48 для ротора на первую вставку 50.
Как показано на фиг. 2 и 7, синхронный кардан 40 может дополнительно включать в себя переходник 80 приводного вала и вторую вставку 82, размещенную в полости 84 переходника 80 приводного вала. Нижняя часть 46 вала может, по меньшей мере частично, помещаться в полости 86 второй вставки 82. В одном варианте осуществления переходник 80 приводного вала может быть идентичным переходнику 48 для ротора. Нижний упорный элемент 88 может быть установлен в центральной полости 90 нижней части 46 вала. Нижний упорный элемент 88 может быть выполнен в виде шарообразного компонента. Альтернативно нижний упорный элемент 88 может быть выполнен как одно целое с центральной полостью 90 нижней части 46 вала. Нижний упорный штифт 92 может быть частично установлен в центральной полости 90 так, что взаимодействует с нижним упорным элементом 88. Нижний упорный штифт 92 может также взаимодействовать со второй вставкой 82. Например, нижний упорный штифт 92 может быть частично установлен в центральной выемке 94 второй вставки 82. Нижний упорный штифт 92 может передавать осевую нагрузку ротора, установленного выше центрального вала 42, на вторую вставку 82. Нижний упорный штифт 92 может также обеспечивать подходящий вертикальный разнос между центральным валом 42 и второй вставкой 82.
Ряд нижних сдвигающихся элементов 96 может быть частично установлен в ряде гнезд 98 на наружной поверхности нижней части 46 вала. Нижние сдвигающиеся элементы 96 могут также быть частично установлены в ряде выемок 100 на поверхность полостей 86 второй вставки 82 и в контакте с ними.
Вторая вставка 82 может быть идентичной первой вставке 50, показанной на фиг. 4-6. Конкретно вторая вставка 82 может включать в себя центральный канал 102 и наружный профиль 104. Наружный профиль 104 второй вставки 82 может располагаться на части с уменьшенным диаметром второй вставки 82 или на наружной поверхности части с увеличенным диаметром второй вставки 82. Наружный профиль 104 может взаимодействовать с внутренним профилем 106 полости 84 переходника 80 приводного вала. Через взаимодействие наружного профиля 104 и внутреннего профиля 106 синхронный кардан 40 может передавать крутящий момент и скорость со второй вставки 82 на переходник 80 приводного вала. Внутренний профиль 106 может иметь форму, которая является ответной для формы наружного профиля 104. Например, наружный профиль 104 может быть выступом шестигранной формы на второй вставке 82 и внутренний профиль 106 может быть выемкой шестигранной формы в полости 84 переходника 80 приводного вала. Альтернативно наружный и внутренний профили 104 и 106 могут быть выполнены в виде шлицов или плоских компонентов. Наружный профиль 104 и внутренний профиль 106 могут быть вы- 4 034469 полнены любых форм, способными взаимодействовать для передачи крутящего момента и скорости с второй вставки 82 на переходник 80 приводного вала.
В альтернативном варианте осуществления вставки 50 и 82 и переходники 48 и 80 могут не включать в себя взаимодействующих внутренних и наружных профилей. В данном варианте осуществления каждая из вставок 50 и 82 может крепиться штифтом или болтом к переходникам 48 и 80 соответственно для передачи крутящего момента и скорости между вставками 50 и 82 и переходниками 48 и 80.
Синхронный кардан 40 может дополнительно включать в себя компоненты для удержания верхней части 44 вала в первой вставке 50 и переходнике 48 для ротора и для удержания нижней части 46 вала во второй вставке 50 и переходнике 80 для приводного вала. Например, на фиг. 2 показаны манжеты 110, оболочечные элементы 112 и гайки 114, установленные вокруг центрального вала 42 вблизи верхней части 44 вала и нижней части 46 вала. Каждая из манжет 110 может взаимодействовать с уступом 116 центрального вала 42 на одном конце и оболочечным элементом 112 на другом конце. Оболочечные элементы 112 могут взаимодействовать с частями 44 и 46 вала и вставками 50 и 82 соответственно. Гайки 114 могут свинчиваться с переходниками 48 и 80, удерживая манжеты 110 и оболочечные элементы 112. В таком виде синхронный кардан 40 может поддерживать соединение между переходником 48 для ротора и центральным валом 42 и соединение между центральным валом 42 и переходником 80 для приводного вала.
Первая и вторая вставки 50 и 82 могут быть выполнены из одного материала с переходником 48 для ротора и переходником 80 для приводного вала. Альтернативно вставки 50 и 82 могут быть выполнены из материала, отличающегося от материала переходников 48 и 80. Вставки 50 и 82 могут быть выполнен из материала, имеющего более высокую твердость, чем материал переходников 48 и 80. Например, материал вставок 50 и 82 может иметь твердость по Бринеллю 500 или выше. В любом из вариантов осуществления, если вставки 50 и 82 отказывают вследствие износа на выемках 68 и 100, вставки 50 и 82 можно заменить без замены переходников 48 и 80.
Первая и вторая вставки 50 и 82 могут быть выполнены из стойкого к абразивному износу материала для увеличения эксплуатационного ресурса вставок 50 и 82. Например, вставки 50 и 82 могут быть выполнены из керамического материала, карбида вольфрама, карбида хрома, карбида титана или инструментальной стали. В одном варианте осуществления части вставок 50 и 82 выполнены из износостойкого материала, при этом внутренние поверхности выемок 68 и 100 выполнены из износостойкого материала. Альтернативно вставки 50 и 82 могут включать в себя стойкие к абразивному износу поверхности, которые можно создавать посредством обработки поверхности или нанесением покрытий вставок 50 и 82 из стойкого к абразивному износу материала (примеры материалов перечислены выше).
Хотя переходники обычных синхронных карданов, такие как переходник 24 для ротора и переходник 26 для приводного вала, показанные на фиг. 1А и В, включают в себя выемки для сдвигающихся элементов, обычные переходники можно выполнять из неодинаковых износостойких материалов вследствие хрупкости данных материалов. Конкретно переходникам требуется резьба для соединения с ротором и приводным валом бурового двигателя, но износостойкие материалы могут ломаться во время выполнения резьбы.
Выемки 68 и 100 имеют увеличенную прочность и уменьшенный износ в сравнении с выемками в обычных синхронных карданах. Соответственно синхронный кардан 40 может иметь эксплуатационный ресурс больше, чем у обычных синхронных карданов. Синхронный кардан может также передавать более высокие крутящий момент и скорость, чем обычные синхронные карданы.
На фиг. 8 схематично показан буровой двигатель 120, подвешенный на бурильной колонне 122 в стволе 124 скважины. Буровой двигатель 120 может включать в себя силовой блок 126, трансмиссионный блок 128, включающий в себя синхронный кардан 40, и подшипниковый блок 130. Буровое долото 132 может быть прикреплено к нижнему концу бурового двигателя 120. Буровой раствор может подаваться насосом с поверхности 134 площадки скважины через бурильную колонну 122 и в буровой двигатель 120. Буровой раствор может вращать ротор в силовом блоке 126. Синхронный кардан 40 может передавать крутящий момент и скорость с ротора на приводной вал, к которому прикреплено буровое долото 132. Конкретно ротор может обеспечивать вращение переходника 48 для ротора. Крутящий момент и скорость могут передаваться с переходника 48 для ротора на первую вставку 50 через взаимодействие внутреннего профиля 74 переходника 48 для ротора и наружного профиля 72 первой вставки 50. Крутящий момент и скорость могут передаваться с первой вставки 50 на центральный вал 42 через взаимодействие верхних сдвигающихся элементов 64 с выемками 68 на первой вставке 50 и с гнездами 66 на наружной поверхности верхней части 44 вала. Крутящий момент и скорость могут передаваться с центрального вала 42 на вторую вставку 82 через взаимодействие нижних сдвигающихся элементов 96 с выемками 100 на второй вставке 82 и с гнездами 98 на наружной поверхности нижней части 46 вала. Крутящий момент и скорость могут передаваться с второй вставки 82 на переходник 80 для приводного вала через взаимодействие наружного профиля 104 второй вставки 82 с внутренним профилем 106 переходника 80 для приводного вала. Переходник 80 для приводного вала может затем вращать приводной вал, который, в свою очередь, может вращать буровое долото 132.
Хотя описаны предпочтительные варианты осуществления, понятно, что они являются только иллюстративными и что объем изобретения определяет только прилагаемая формула изобретения соответ- 5 034469 ственно с полным диапазоном эквивалентов, многими вариациями и модификациями, обычными для специалиста в данной области техники, рассматривающего изложенное выше.

Claims (23)

1. Синхронный кардан для забойного бурового двигателя, содержащий центральный вал (42), включающий в себя верхнюю часть (44) вала и нижнюю часть вала (46), причем верхняя часть (44) вала включает в себя центральную полость (58), нижняя часть (46) вала включает в себя центральную полость (90);
первую вставку (50), включающую в себя полость (54), вмещающую верхнюю часть (44) вала; вторую вставку (82), включающую в себя полость (86), вмещающую нижнюю часть (46) вала; переходник (48) для ротора, включающий в себя полость (52), вмещающую первую вставку (50), причем первая вставка (50) полностью размещена в полости (52) переходника (48) для ротора; и переходник (80) для приводного вала, включающий в себя полость (84), вмещающую вторую вставку (82), причем вторая вставка (82) полностью размещена в полости (84) переходника (80) для приводного вала, верхний упорный элемент (56), установленный в центральной полости (58) верхней части (44) вала; нижний упорный элемент (88), установленный в центральной полости (90) нижней части (46) вала;
верхний упорный штифт (60), частично установленный в центральной полости (58) верхней части (44) вала и контактирующий с полостью (54) первой вставки (50), причем верхний упорный штифт (60) обеспечивает вертикальный зазор между центральным валом (42) и первой вставкой (50); и нижний упорный штифт (92), частично установленный в центральной полости (90) нижней части (46) вала и контактирующий с полостью (86) второй вставки (82), причем нижний упорный штифт (92) обеспечивает вертикальный зазор между центральным валом (42) и второй вставкой (82).
2. Синхронный кардан по п.1, в котором каждая, первая и вторая, вставка (50, 82) содержит износостойкий материал.
3. Синхронный кардан по п.2, в котором износостойкий материал является керамическим материалом, карбидом вольфрама, карбидом хрома, карбидом титана или инструментальной сталью.
4. Синхронный кардан по п.1, в котором каждая, первая и вторая, вставка (50, 82) содержит износостойкую поверхность.
5. Синхронный кардан по п.1, в котором материал первой и второй вставок (50, 82) имеет твердость, которая больше твердости материала переходника (48) для ротора и переходника (80) для приводного вала.
6. Синхронный кардан по п.5, в котором материал первой и второй вставок (50, 82) имеет твердость по Бринеллю 500 BHN или больше.
7. Синхронный кардан по п.1, в котором первая вставка (50) включает в себя наружный профиль (72), взаимодействующий с внутренним профилем (74) полости (52) переходника (48) для ротора для передачи крутящего момента и скорости с переходника (48) для ротора на первую вставку (50), при этом наружный профиль (72) первой вставки (50) имеет ответную форму относительно внутреннего профиля (74) полости (52) переходника (48) для ротора.
8. Синхронный кардан по п.7, в котором вторая вставка (82) включает в себя наружный профиль (104), взаимодействующий с внутренним профилем (106) полости (84) переходника (80) для приводного вала для передачи крутящего момента и скорости с второй вставки (82) на переходник (80) для приводного вала, при этом наружный профиль (104) второй вставки (82) имеет ответную форму относительно внутреннего профиля (106) полости (84) переходника (80) для приводного вала.
9. Синхронный кардан по п.8, в котором наружные профили (72, 104) первой и второй вставок (50, 82) являются выступами шестигранной формы, и при этом внутренние профили (74, 106) полостей (52, 84) переходника (48) для ротора и переходника (80) для приводного вала являются выемками шестигранной формы.
10. Синхронный кардан по п.1, в котором каждый верхний упорный элемент (56) и нижний упорный элемент (88) содержит шарообразную форму.
11. Синхронный кардан по п.1, дополнительно содержащий ряд верхних сдвигающихся элементов (64) и ряд нижних сдвигающихся элементов (96), при этом верхние сдвигающиеся элементы (64) частично размещены в ряде гнезд (66) на верхней части (44) вала и частично размещены в ряде выемок (68) на внутренней поверхности полости (54) первой вставки (50), при этом нижние сдвигающиеся элементы (96) частично размещены в ряде гнезд (98) на нижней части (46) вала и частично размещены в ряде выемок (100) на внутренней поверхности полости (86) второй вставки (82).
12. Синхронный кардан по п.11, в котором каждый из верхних и нижних сдвигающихся элементов (64, 96) содержит шарообразную форму.
13. Синхронный кардан для забойного бурового двигателя, содержащий центральный вал (42), включающий в себя верхнюю часть (44) вала и нижнюю часть (46) вала, причем верхняя часть (44) вала включает в себя центральную полость (58), нижняя часть (46) вала включает
- 6 034469 в себя центральную полость (90), при этом наружная поверхность верхней части (44) вала включает в себя ряд верхних гнезд (66) вала и наружная поверхность нижней части (46) вала включает в себя ряд нижних гнезд (98) вала;
первую вставку (50), включающую в себя полость (54) и ряд выемок (68) в поверхности полости (54), при этом верхняя часть (44) вала, по меньшей мере частично, размещена в полости (54) первой вставки (50);
вторую вставку (82), включающую в себя полость (86) и ряд выемок (100) в поверхности полости (86), при этом нижняя часть (46) вала, по меньшей мере частично, установлена в полости (86) второй вставки (82);
ряд верхних сдвигающихся элементов (64) и ряд нижних сдвигающихся элементов (96), при этом верхние сдвигающиеся элементы (64) частично размещены в верхних гнездах (66) вала и частично размещены в выемках (68) первой вставки (50) для передачи крутящего момента и скорости с первой вставки (50) на центральный вал (42), и при этом нижние сдвигающиеся элементы (96) частично размещены в нижних гнездах (98) вала и частично размещены в выемках (100) второй вставки (82) для передачи крутящего момента и скорости с центрального вала (42) на вторую вставку (82);
переходник (48) для ротора, включающий в себя полость (52), вмещающую первую вставку (50), причем первая вставка (50) полностью размещена в полости (52) переходника (48) для ротора; и переходник (80) для приводного вала, включающий в себя полость (84), вмещающую вторую вставку (82), причем вторая вставка (82) полностью размещена в полости (84) переходника (80) для приводного вала;
верхний упорный элемент (56), установленный в центральной полости (58) верхней части (44) вала; нижний упорный элемент (88), установленный в центральной полости (90) нижней части (46) вала;
верхний упорный штифт (60), частично установленный в центральной полости (58) верхней части (44) вала и контактирующий с полостью (54) первой вставки (50), причем верхний упорный штифт (60) обеспечивает вертикальный зазор между центральным валом (42) и первой вставкой (50); и нижний упорный штифт (92), частично установленный в центральной полости (90) нижней части (46) вала и контактирующий с полостью (86) второй вставки (82), причем нижний упорный штифт (92) обеспечивает вертикальный зазор между центральным валом (42) и второй вставкой (82).
14. Синхронный кардан по п.13, в котором каждый из верхних и нижних сдвигающихся элементов (64, 96) содержит шарообразную форму.
15. Синхронный кардан по п.13, в котором каждая, первая и вторая, вставка (50, 82) содержит керамический материал, карбид вольфрама, карбид хрома, карбид титана или инструментальную сталь.
16. Синхронный кардан по п.13, в котором каждая, первая и вторая, вставка (50, 82) содержит стойкую к абразивному износу поверхность.
17. Синхронный кардан по п.13, в котором материал первой и второй вставок (50, 82) имеет твердость по Бринеллю 500 BHN или больше.
18. Синхронный кардан по п.13, в котором первая вставка (50) включает в себя наружный профиль (72), взаимодействующий с внутренним профилем (74) полости (52) переходника (48) для ротора для передачи крутящего момента и скорости с переходника (48) для ротора на первую вставку (50), при этом наружный профиль (72) первой вставки (50) имеет ответную форму относительно внутреннего профиля (74) полости (52) переходника (48) для ротора.
19. Синхронный кардан по п.18, в котором вторая вставка (82) включает в себя наружный профиль (104), взаимодействующий с внутренним профилем (106) полости (84) переходника (80) для приводного вала для передачи крутящего момента и скорости с второй вставки (82) на переходник (80) для приводного вала, при этом наружный профиль (104) второй вставки (82) имеет ответную форму относительно внутреннего профиля (106) полости (84) переходника (48) для приводного вала.
20. Синхронный кардан по п.19, в котором наружные профили (72, 104) первой и второй вставок (50, 82) являются выступами шестигранной формы, и при этом внутренние профили (74, 106) полостей (52, 84) переходника (48) для ротора и переходника (80) для приводного вала являются выемками шестигранной формы.
21. Синхронный кардан по п.13, в котором каждый верхний упорный элемент (56) и нижний упорный элемент (88) содержит шарообразную форму.
22. Способ передачи крутящего момента и скорости в забойном буровом двигателе с помощью синхронного кардана по п.13, содержащий следующие этапы, на которых:
(a) вращают переходник (48) для ротора;
(b) осуществляют передачу крутящего момента и скорости с переходника (48) для ротора на первую вставку (50);
(c) обеспечивают верхним сдвигающимся элементам (64) свободное перемещение и вращение в верхних гнездах (66) вала и выемках (68) первой вставки (50) и передачу крутящего момента и скорости с первой вставки (50) на центральный вал (42);
(d) обеспечивают нижним сдвигающимся элементам (96) свободное перемещение и вращение в нижних гнездах (98) вала и выемках (100) второй вставки (82) и передачу крутящего момента и скорости
- 7 034469 с центрального вала (42) на вторую вставку (82);
(e) осуществляют передачу крутящего момента и скорости с второй вставки (82) на переходник (80) для приводного вала.
23. Способ по п.22, в котором синхронный кардан дополнительно содержит наружный профиль (72) первой вставки (50), взаимодействующий с имеющим ответную форму внутренним профилем (74) полости (52) переходника (48) для ротора, и наружный профиль (104) второй вставки (82), взаимодействующий с имеющим ответную форму внутренним профилем (106) полости (84) переходника (80) для приводного вала;
при этом этап (b) содержит передачу крутящего момента и скорости с переходника (48) для ротора на первую вставку (50) через взаимодействие внутреннего профиля (74) полости (52) переходника (48) для ротора с наружным профилем (72) первой вставки (50); и при этом этап (е) содержит передачу крутящего момента и скорости с второй вставки (82) на переходник (80) для приводного вала через взаимодействие наружного профиля (104) второй вставки (82) с внутренним профилем (106) полости (84) переходника (80) для приводного вала.
EA201792403A 2015-05-01 2016-04-14 Синхронный кардан для бурового двигателя и способ EA034469B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/702,324 US10041299B2 (en) 2015-05-01 2015-05-01 CV joint for drilling motor and method
PCT/US2016/027400 WO2016178805A1 (en) 2015-05-01 2016-04-14 Cv joint for drilling motor and method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201792403A1 EA201792403A1 (ru) 2018-03-30
EA034469B1 true EA034469B1 (ru) 2020-02-11

Family

ID=57204116

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201792403A EA034469B1 (ru) 2015-05-01 2016-04-14 Синхронный кардан для бурового двигателя и способ

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10041299B2 (ru)
EP (1) EP3289161B1 (ru)
CN (1) CN107532452B (ru)
CA (1) CA2983270C (ru)
EA (1) EA034469B1 (ru)
WO (1) WO2016178805A1 (ru)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10267366B2 (en) * 2015-09-22 2019-04-23 True North Technologies, Llc Universal joint for downhole motor drive
WO2021035127A1 (en) * 2019-08-21 2021-02-25 Phoenix Drill Tools, Inc. Downhole motor assemblies, systems and methods
US11905764B1 (en) 2020-12-09 2024-02-20 IBEX Drilling Solutions, Inc. Coupling with enhanced torsional, fatigue strength, and wear resistance
WO2023039661A1 (en) * 2021-09-17 2023-03-23 Patriot Oil Tools Inc. Flexible transmission drive joint

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5007490A (en) * 1990-06-20 1991-04-16 Ide Russell D Progressive cavity drive train with elastomeric joint assembly for use in downhole drilling
US5267905A (en) * 1990-08-10 1993-12-07 Douglas Wenzel Sealed downhole motor drive shaft universal joint assembly
US5520256A (en) * 1994-11-01 1996-05-28 Schlumberger Technology Corporation Articulated directional drilling motor assembly
US6375895B1 (en) * 2000-06-14 2002-04-23 Att Technology, Ltd. Hardfacing alloy, methods, and products
US6949025B1 (en) * 2000-11-07 2005-09-27 Black Warrior Wireline Corp. Downhole motor universal joint assembly
US20050272507A1 (en) * 2004-06-07 2005-12-08 Wenzel William R Drive line for down hole mud motor
US20100044113A1 (en) * 2008-08-22 2010-02-25 Coiled Tubing Rental Tools, Inc. Connection for well bore drilling tools

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1290952C (en) 1986-10-11 1991-10-22 Kenneth H. Wenzel Downhole motor drive shaft universal joint assembly
CA2041808A1 (en) * 1991-05-03 1992-11-04 Gary Godson Drive shaft assembly
US5503236A (en) * 1993-09-03 1996-04-02 Baker Hughes Incorporated Swivel/tilting bit crown for earth-boring drills
US5651737A (en) 1994-05-03 1997-07-29 Drill Motor Services, Inc. Drill motor coupling for misaligned rotating shafts
US5860864A (en) * 1997-01-10 1999-01-19 Camco International, Inc. Joint assembly having self-biasing mechanism to bias two shafts into coaxial alignment
US6319132B1 (en) * 1998-05-01 2001-11-20 Dana Corporation Motor vehicle torque transfer case with integral constant velocity (CV) joint
US6569020B1 (en) 2002-03-01 2003-05-27 Thomas E. Falgout, Sr. Motor coupler
US6733393B2 (en) 2002-03-28 2004-05-11 Eugeny I. Rivin Spider coupling
US7004843B1 (en) 2003-12-09 2006-02-28 Scott Kerstetter Flexible universal joint sub connection for down hole mud motor method and apparatus
US8033920B1 (en) 2009-04-10 2011-10-11 Todd Benson High torque, flexible, dual, constant velocity, ball joint assembly for mud motor used in directional well drilling
CA2668469A1 (en) 2009-06-10 2010-12-10 Kenneth H. Wenzel A method of fabricating a drive shaft for earth drilling motor and a drive shaft fabricated in accordance with the method
CA2814297C (en) 2012-04-29 2016-04-19 Cathedral Energy Services Ltd. Universal joint for down hole drilling motor
US20140124268A1 (en) 2012-11-07 2014-05-08 Innovative Drilling Motors, LLC CV Joint for Down Hole Motor and Method

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5007490A (en) * 1990-06-20 1991-04-16 Ide Russell D Progressive cavity drive train with elastomeric joint assembly for use in downhole drilling
US5267905A (en) * 1990-08-10 1993-12-07 Douglas Wenzel Sealed downhole motor drive shaft universal joint assembly
US5520256A (en) * 1994-11-01 1996-05-28 Schlumberger Technology Corporation Articulated directional drilling motor assembly
US6375895B1 (en) * 2000-06-14 2002-04-23 Att Technology, Ltd. Hardfacing alloy, methods, and products
US6949025B1 (en) * 2000-11-07 2005-09-27 Black Warrior Wireline Corp. Downhole motor universal joint assembly
US20050272507A1 (en) * 2004-06-07 2005-12-08 Wenzel William R Drive line for down hole mud motor
US20100044113A1 (en) * 2008-08-22 2010-02-25 Coiled Tubing Rental Tools, Inc. Connection for well bore drilling tools

Also Published As

Publication number Publication date
CA2983270A1 (en) 2016-11-10
CN107532452B (zh) 2020-10-02
US20160319883A1 (en) 2016-11-03
WO2016178805A8 (en) 2017-11-09
EP3289161A4 (en) 2019-01-09
CA2983270C (en) 2023-07-11
CN107532452A (zh) 2018-01-02
EP3289161B1 (en) 2021-06-09
WO2016178805A1 (en) 2016-11-10
US10041299B2 (en) 2018-08-07
EA201792403A1 (ru) 2018-03-30
EP3289161A1 (en) 2018-03-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8701797B2 (en) Bearing assembly for downhole motor
CA2991159C (en) Catch sleeve for a housing and mandrel assembly for a downhole drilling motor
US4679638A (en) Downhole progressive cavity type drilling motor with flexible connecting rod
RU2629315C2 (ru) Подшипник ротора для забойного двигателя с перемещающейся полостью
EP0196991A1 (en) Downhole drilling motor
EA034469B1 (ru) Синхронный кардан для бурового двигателя и способ
US9267539B2 (en) Mud motor bearing assembly and method
CA2890420C (en) Double shaft drilling apparatus with hanger bearings
US9546518B2 (en) Power section and transmission of a downhole drilling motor
US20150176342A1 (en) Mud motor drive-shaft with improved bearings
JPS6147328B2 (ru)
US9175516B2 (en) Bearing assembly for downhole motor
RU2515627C1 (ru) Гидравлический забойный двигатель
RU2367761C2 (ru) Гидравлический забойный двигатель
WO2016093857A1 (en) Drilling tool bearing and drivetrain assembly
RU200883U1 (ru) Скважинный вертлюг
RU2723595C1 (ru) Статор винтовой героторной гидромашины
US20160245021A1 (en) Bearing section of a downhole drilling motor
RU2224079C1 (ru) Винтовой забойный двигатель
RU2304689C1 (ru) Винтовой забойный двигатель
RU2185488C1 (ru) Винтовой забойный двигатель
CA2931947C (en) Improved bearing assembly for downhole motor having first and second thrust bearings
RU2035582C1 (ru) Винтовой забойный двигатель
RU2179233C2 (ru) Винтовой двигатель для очистки внутренней поверхности обсадных труб