JPH0412800B2 - - Google Patents

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JPH0412800B2
JPH0412800B2 JP61501534A JP50153486A JPH0412800B2 JP H0412800 B2 JPH0412800 B2 JP H0412800B2 JP 61501534 A JP61501534 A JP 61501534A JP 50153486 A JP50153486 A JP 50153486A JP H0412800 B2 JPH0412800 B2 JP H0412800B2
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nozzle
motor
flow
chamber
liquid
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JP61501534A
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Domitori Fuedorobichi Barudenko
Reonido Anatoriebichi Kondoratenko
Bareri Igoriebichi Semenetsu
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FUSESO NAUCHINO ISUSUREDO INST BUROBOI CHEFUNIKI
Original Assignee
FUSESO NAUCHINO ISUSUREDO INST BUROBOI CHEFUNIKI
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04C15/00Component parts, details or accessories of machines, pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C2/00 - F04C14/00
    • F04C15/06Arrangements for admission or discharge of the working fluid, e.g. constructional features of the inlet or outlet
    • 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
    • E21B4/02Fluid rotary type drives
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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Abstract

A downhole screw motor is intended for drilling oil and gas wells. The downhole screw motor comprises a stator (3) and a hollow rotor (4) in the axial channel (5) of which is mounted a flow regulator (6) with a nozzle (16). The surface of the nozzle (16), arround which the working liquid flows, is formed by two consecutively located chambers: a receiving one (A) and a discharging one (B), the surfaces (19, 20) of which are conjugated along a break line (21). The part (22) of the receiving chamber (A) which adjoins the break line (21) has a convex form in the direction of flow of the working liquid, whereas the cross-sectional area of the receiving chamber (A) at its outlet is smaller than at its inlet.

Description

請求の範囲 1 スピンドル部2とステータ3とワーキング液
体の高圧力ゾーンに通じるアキシヤル通路5を有
する中空のロータ4とによつて形成されたワーキ
ングメンバを有するモータ部1とからなり、ノズ
ル16を有するワーキング液体の流れのフローレ
ギユレータ6がアキシヤル通路に取りつけられた
ダウンホールスクリユーモータにおいて、ノズル
16がワーキング液体の流れ方向に直列に配置さ
れた2つの室、即ちワーキング液体で洗われ且つ
ブレーク線21によつて結合される表面19,2
0を有する導入室Aと送出室Bとを有し、ブレー
ク線21に隣接する導入室Aの環状部分22がワ
ーキング液体の流れ方向に関して凸であり、そし
て導入室Aの出口部における断面積が同じ導入室
Aの入口部における断面積よりも小さいことを特
徴とするダウンホールスクリユーモータ。
Claim 1 Consists of a motor part 1 having a working member formed by a spindle part 2, a stator 3 and a hollow rotor 4 having an axial passage 5 leading to a high pressure zone of the working liquid, and having a nozzle 16. In a downhole screw motor in which a flow regulator 6 for the flow of the working liquid is installed in the axial passage, the nozzle 16 has two chambers arranged in series in the direction of flow of the working liquid, i.e. flushed and broken with the working liquid. Surfaces 19,2 joined by line 21
0, the annular portion 22 of the introduction chamber A adjacent to the break line 21 is convex with respect to the flow direction of the working liquid, and the cross-sectional area at the outlet of the introduction chamber A is A downhole screw motor characterized in that the cross-sectional area at the entrance of the same introduction chamber A is smaller than that at the entrance.

2 ノズル16が2つのメンバ、即ちブツシユ2
3と該ブツシユの内部に取りつけられたロツド2
4で作られ、導入室Aと送出室Bとが該ブツシユ
23とロツド24によつて形成され、且つその形
状が環状になつていることを特徴とする請求の範
囲第1項に記載のダウンホールスクリユーモー
タ。
2 The nozzle 16 is connected to two members, namely the bush 2
3 and the rod 2 attached to the inside of the bush.
4, the introduction chamber A and the delivery chamber B are formed by the bush 23 and the rod 24, and the down is annular in shape. Hole screw motor.

3 ロツド24が円筒形であり、ブツシユ23が
導入室Aの表面19の凸部分22を形成する環状
突起26をその内部に備えていることを特徴とす
る請求の範囲第2項に記載のダウンホールスクリ
ユーモータ。
3. Down according to claim 2, characterized in that the rod (24) is cylindrical and the bush (23) is provided with an annular projection (26) forming a convex portion (22) of the surface (19) of the introduction chamber (A). Hole screw motor.

4 ブツシユ23が円筒形であり、ロツド24が
導入室Aの凸部分22を形成する環状突起27を
備えていることを特徴とする請求の範囲第2項に
記載のダウンホールスクリユーモータ。
4. The downhole screw motor according to claim 2, wherein the bush 23 is cylindrical and the rod 24 is provided with an annular projection 27 forming the convex portion 22 of the introduction chamber A.

5 ブツシユ23とロツド24が環状の突起2
8,29を備え、各突起が導入室Aの表面19の
凸部分22を形成する環状突起26をその内部に
備えていることを特徴とする請求の範囲第2項に
記載のダウンホールスクリユーモータ。
5 Bush 23 and rod 24 are annular protrusions 2
8, 29, each of which is provided with an annular projection 26 therein forming a convex portion 22 of the surface 19 of the introduction chamber A. motor.

〔技術分野〕〔Technical field〕

本発明は容積型流体機械に関し、さらに詳しく
は、ダウンホールスクリユーモータに関するもの
である。
The present invention relates to a positive displacement fluid machine, and more particularly to a downhole screw motor.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

井戸の掘削のために、今日では2つの根本的に
異なつた方法が使用されている。第1の方法は回
転掘削方法であり、岩盤破壊工具、即ちビツトの
ドライブが地面レベルに配置され、且つビツトが
ドリルパイプストリングを介して回転されるよう
にしたものである。第2の方法はビツトの直ぐ上
に配置されるダウンホール流体機械を採用したも
のである。この場合、ドリルパイプストリングは
静止状態に維持される。第2の方法は種々の利点
を有するものである。即ち、ドリルパイプストリ
ングを回転させるためのエネルギーのロスがな
く、ドリルパイプの荷重が低下し、従つて、井戸
のシヤフトの非常事態の数が低下することであ
る。
Two fundamentally different methods are used today for drilling wells. The first method is a rotary drilling method in which the drive of the rock breaking tool, or bit, is located at ground level and the bit is rotated through a drill pipe string. The second method employs a downhole fluid machine located directly above the bit. In this case, the drill pipe string is kept stationary. The second method has various advantages. That is, there is no loss of energy to rotate the drill pipe string, the load on the drill pipe is reduced, and therefore the number of well shaft emergencies is reduced.

今日の実際的な掘削に際して採用される全ての
タイプのダウンホールモータの中で、ダウンホー
ルスクリユーモータが最も広く使用されている。
これらのモータの特徴は操作及び保守が簡単なこ
とにあり、またコンパクトであつて密度や粘度の
大きく変化する掘削泥水とともに作動することが
できることにある(参照、1981年、エム ネドラ
出版社、グスマンエム テイー、バルデンコ デ
イ エフ等による井戸掘削のためのダウンホール
スクリユーモータ)。そのようなスクリユー機械
は一般にケーシングと、ラジアル及びスラストベ
アリングをもつたアウトプツトシヤフトと、ワー
キングメンバとからなるものである。ワーキング
メンバは2つの部材で構成され、即ち、ゴム処理
したアウタスリーブ又はステータがヘリカル内歯
を有し、ロータ及びシヤフトがステータに収容さ
れるヘリカル外歯を有する。スリーブの歯数はシ
ヤフトの歯数よりも1個だけ大きくて、ワーキン
グメンバの内部が、液体がワーキングメンバを通
して圧送されるときに相互の係合によつて高圧室
及び低圧室に分けられるようになつている。発生
した圧力差の作用の下で、ロータがステータに対
して動き始め、ロータの軸線がステータの軸線の
回りで円を描く。この回転がロータのアウトプツ
トシヤフトに伝達される。通常、液体の流れがモ
ータの作動のエネルギー源として使用されるが、
しかし、流体モータは通気した液体又は圧縮空気
を使用しても機能することができる。
Of all the types of downhole motors employed in practical drilling today, downhole screw motors are the most widely used.
These motors are characterized by their ease of operation and maintenance, as well as their compactness and ability to work with drilling muds that vary widely in density and viscosity (see, 1981, M Nedra Publishers, Guzman M. Downhole Screw Motor for Well Drilling by T.Y., Vardenko D.F. et al.). Such screw machines generally consist of a casing, an output shaft with radial and thrust bearings, and a working member. The working member consists of two parts: a rubberized outer sleeve or stator with helical internal teeth, and a rotor and shaft with helical external teeth accommodated in the stator. The number of teeth on the sleeve is one greater than the number of teeth on the shaft so that the interior of the working member is divided into a high pressure chamber and a low pressure chamber by mutual engagement when liquid is pumped through the working member. It's summery. Under the action of the generated pressure difference, the rotor begins to move relative to the stator, and the axis of the rotor circles around the axis of the stator. This rotation is transmitted to the output shaft of the rotor. Typically, a flow of liquid is used as the energy source for motor operation;
However, fluid motors can also function using vented liquid or compressed air.

今日、井戸を掘削するのに使用されるダウンホ
ールモータは液体の全ての流れをロータとステー
タの間を通している。
Downhole motors used today to drill wells pass all of the flow of liquid between the rotor and stator.

そのようなモータの主な不都合の一つはアウト
プツトパラメータがワーキング液体のインレツト
フローに従属するということである。井戸掘削の
生産的要求はダウンホールモータのエネルギーの
能力を考慮にいれていないことがしばしばあり、
ダウンホールモータは速度や圧力差が高すぎるよ
うな不当な条件下で使用されることがしばしばあ
り、よつてモータの部品やアツセンブリが過早に
損傷する結果を招いている。
One of the major disadvantages of such motors is that the output parameters are dependent on the inlet flow of the working liquid. The productive demands of well drilling often do not take into account the energy capabilities of downhole motors.
Downhole motors are often operated under unreasonable conditions such as speeds and pressure differentials that are too high, resulting in premature damage to motor parts and assemblies.

この不都合を解消するために、円錐状のノズル
がロータのアキシヤル通路に取りつけられ(参
照、ソ連邦発明者証第436595号、c1、E21B4/
00、1972)、ワーキング液体の流れがノズルで絞
られる。
To eliminate this disadvantage, a conical nozzle was installed in the axial passage of the rotor (see USSR Inventor's Certificate No. 436595, c1, E21B4/
00, 1972), the working liquid flow is throttled in the nozzle.

そのようなモータの特性は低下する、即ちアウ
トプツトシヤフトの速度が負荷トルクの増大とと
もにそのようなノズルをもたない流体モータより
もはやく低下する。このため、負荷が増加するに
つれて、アウトプツトモータシヤフトが低負荷ト
ルクで停止するまで強い速度低下を招き、よつて
出力トルクが低下し、掘削効率の低下を招くこと
になる。
The characteristics of such a motor deteriorate, ie the speed of the output shaft decreases faster with increasing load torque than a fluid motor without such a nozzle. Therefore, as the load increases, the speed of the output motor shaft is strongly reduced until it stops at a low load torque, resulting in a decrease in output torque and a decrease in excavation efficiency.

〔発明の開示〕[Disclosure of the invention]

本発明は、ワーキング液体のフローレギユレー
タが出力トルク及びモータのアウトプツトシヤフ
トの速度を増加させ、無負荷においてアウトプツ
トシヤフトの速度が実際的に不変に維持されるよ
うに構成されたモータを提供する問題に基づくも
のである。
The present invention provides a motor configured such that a working liquid flow regulator increases the output torque and speed of the output shaft of the motor such that the speed of the output shaft remains practically unchanged at no load. It is based on the problem it provides.

この問題は、スピンドル部と、ステータとワー
キング液体の高圧力ゾーンに通じるアキシヤル通
路を有する中空のロータとによつて形成されたワ
ーキングメンバを有するモータ部とからなり、ノ
ズルを有するワーキング液体の流れのフローレギ
ユレータがアキシヤル通路に取りつけられたダウ
ンホールスクリユーモータにおいて、本発明によ
り、ノズルがワーキング液体の流れ方向に直列に
配置された2つの室、即ちワーキング液体で洗わ
れ且つブレーク線によつて結合される表面を有す
る導入室と送出室とを有し、ブレーク線に隣接す
る導入室の環状部分がワーキング液体の流れ方向
に関して凸であり、そして導入室の出口部におけ
る断面積が同じ導入室の入口部における断面積よ
りも小さいことを特徴とするダウンホールスクリ
ユーモータ、によつて解決される。
This problem consists of a motor part with a spindle part and a working member formed by a stator and a hollow rotor with an axial passage leading to a high pressure zone of the working liquid, and a motor part with a nozzle for directing the flow of the working liquid. In downhole screw motors in which a flow regulator is installed in the axial passage, the invention provides that the nozzle is flushed with the working liquid and connected to the break line in two chambers arranged in series in the flow direction of the working liquid. an inlet chamber and an outlet chamber having surfaces that are joined together, the annular part of the inlet chamber adjacent to the break line being convex with respect to the flow direction of the working liquid, and the cross-sectional area at the outlet of the inlet chamber being the same; The problem is solved by a downhole screw motor, which is characterized by a cross-sectional area smaller than that at the entrance of the chamber.

本発明はアウトプツトモータシヤフトのトルク
と速度を改善することを可能とし、よつて井戸掘
削の効率を改善する。ワーキング液体がノズルに
入つたときにジエツトがブレーク線にてストール
し、導入室において強力な渦を形成し、この渦の
エネルギーが圧力差の増大とともに増大してノズ
ルの流体抵抗の増大を招くことになり、そしてロ
ータとステータとの間を通る液体の流れを増大さ
せることになる。
The present invention makes it possible to improve the torque and speed of the output motor shaft, thus improving the efficiency of well drilling. When the working liquid enters the nozzle, the jet stalls at the break line, forming a strong vortex in the introduction chamber, and the energy of this vortex increases as the pressure difference increases, leading to an increase in the fluid resistance of the nozzle. and will increase the flow of liquid between the rotor and stator.

本発明によるレギユレータは非常にコンパクト
であつてあらゆるモータに装着することができ、
また流体モータを分解することなく交換すること
ができる。
The regulator according to the invention is very compact and can be attached to any motor,
Additionally, the fluid motor can be replaced without disassembling it.

本発明の一実施態様においては、ノズルが2つ
のメンバ、即ちブツシユと該ブツシユの内部に取
りつけられたロツドで作られ、導入室と送出室と
が該ブツシユとロツドによつて形成され、且つそ
の形状が環状になつている。
In one embodiment of the invention, the nozzle is made of two members, a bush and a rod mounted inside the bush, an inlet chamber and an outlet chamber being formed by the bush and the rod; The shape is circular.

もう一つの実施態様においては、ロツドが円筒
形であり、ブツシユが導入室の表面の凸部分を形
成する環状突起をその内部に備えている。
In another embodiment, the rod is cylindrical and the bush is provided with an annular projection forming a convex portion of the surface of the introduction chamber.

さらにもう一つの実施態様においては、ブツシ
ユが円筒形であり、ロツドが導入室の凸部分を形
成する環状突起を備えている。
In yet another embodiment, the bush is cylindrical and the rod is provided with an annular projection forming a convex portion of the introduction chamber.

さらにもう一つの実施態様においては、ブツシ
ユとロツドが環状の突起を備え、各突起が導入室
の表面の凸部分を形成する環状突起をその内部に
備えている。
In yet another embodiment, the bush and the rod have annular projections, each projection having an annular projection therein forming a convex portion of the surface of the introduction chamber.

本発明の全ての実施態様はモータの特性の安定
性を改善すること、即ち速度がアウトプツトシヤ
フトの負荷に依存することを低減することを可能
にするものである。これは、導入室の曲面に沿つ
て流れる液体のジエツトブレーク線においてスト
ールし、強烈な渦流をもつた空間を形成するため
に達成されるのである。ワーキングメンバ(ロー
タとステータ)、従つてノズルの圧力差が高いほ
ど、液体ジエツトの混合が激しくなり、ノズルの
抵抗が高くなり、レギユレータを通る液体の量が
多くなる。この構成は、円錐形のノズルが使用さ
れる場合よりもより多くの液体がロータとステー
タのヘリカル表面を得ることを可能とする。
All embodiments of the invention make it possible to improve the stability of the motor characteristics, ie to reduce the dependence of the speed on the output shaft load. This is achieved because the liquid flowing along the curved surface of the introduction chamber stalls at the jet break line, creating a space with strong swirling currents. The higher the pressure difference across the working members (rotor and stator) and thus the nozzle, the more intense the mixing of the liquid jets, the higher the resistance of the nozzle, and the greater the amount of liquid passing through the regulator. This configuration allows more liquid to reach the helical surfaces of the rotor and stator than if conical nozzles were used.

この結果、即ちアウトプツトシヤフトの負荷の
増加に際したロータとステータのヘリカル表面を
通る液体の流れの増加は、その他の構造手段を使
用して得ることもできるが、しかしながら、本発
明の基本的を概念は不変である。
This result, i.e. an increase in the flow of liquid through the helical surfaces of the rotor and stator upon increasing loading of the output shaft, can also be obtained using other construction measures, but the basic principle of the invention is The concept remains unchanged.

ノズルにおける比負荷を低下するために、ロー
タのアキシヤル通路に複数のノズルを設けるのが
好ましい。そのような場合の全体としての装置の
作動は同じである。
In order to reduce the specific load on the nozzles, it is preferred to provide a plurality of nozzles in the axial passage of the rotor. The operation of the overall device in such cases is the same.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

本発明のその他の目的及び利点は次の添付図面
に示された実施例の説明からさらに明らかになろ
う。図面において、 第1図はロータのアキシヤル通路に取りつけら
れた一実施例のレギユレータのノズルをもつダウ
ンホールスクリユーモータの長手断面図、 第2図はノズルをもつフローレギユレータの拡
大長手断面図、 第3図はノズルを通る液体の流れを示すダイヤ
グラム、 第4図から第6図はノズルの種々の構造の実施
例を示す図、 第7図及び第8図は従来技術及び本発明に対し
て実験的に得られたエネルギーの特性を示す図で
ある。
Other objects and advantages of the invention will become more apparent from the following description of embodiments illustrated in the accompanying drawings. In the drawings, FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a downhole screw motor with a nozzle of an embodiment of the regulator installed in the axial passage of the rotor, and FIG. 2 is an enlarged longitudinal sectional view of a flow regulator with a nozzle. , FIG. 3 is a diagram showing the flow of liquid through the nozzle, FIGS. 4 to 6 are diagrams showing embodiments of various structures of the nozzle, and FIGS. 7 and 8 are diagrams showing the prior art and the present invention. FIG. 2 is a diagram showing the energy characteristics experimentally obtained.

〔発明を実施するための最良な形態〕[Best mode for carrying out the invention]

ダウンホールスクリユーモータ(第1図)はモ
ータ部1とスピンドル部2とからなる。モータ部
1はワーキングメンバとしてステータ3とその中
に取りつけられた中空のロータ4を含む。ロータ
4は液体の高圧力ゾーンに通じるアキシヤル通路
5を有し、フローレギユレータ6がこのアキシヤ
ル通路5に配置される。ロータ4の下方部分はカ
ルダンシヤフト7に接続され、このカルダンシヤ
フト7は次いでスピンドル部2のアウトプツトシ
ヤフト8に接続される。アウトプツトシヤフト8
に保持されるラジアルベアリング9及びスラスト
ベアリング10がスピンドル部2のケーシング1
1内でニツプル12とスタブサブ13との間に装
着される。モータの上方部分にはドリルパイプス
トリングへの接続のためにサブ14が設けられ
る。岩盤破壊工具(図示せず)はアウトプツトシ
ヤフト8の下方部分に接続される。
The downhole screw motor (FIG. 1) consists of a motor section 1 and a spindle section 2. The motor section 1 includes a stator 3 and a hollow rotor 4 mounted therein as working members. The rotor 4 has an axial passage 5 leading to the high pressure zone of the liquid, in which a flow regulator 6 is arranged. The lower part of the rotor 4 is connected to a cardan shaft 7, which in turn is connected to an output shaft 8 of the spindle part 2. Output shaft 8
The radial bearing 9 and thrust bearing 10 held in the casing 1 of the spindle part 2
1 between the nipple 12 and the stub sub 13. The upper part of the motor is provided with a sub 14 for connection to the drill pipe string. A rock breaking tool (not shown) is connected to the lower part of the output shaft 8.

フローレギユレータ6(第2図)は脱着可能な
ケーシング15を具備し、このケーシング15に
は例えばセラミツク材料で作られたノズル16が
取りつけられる。例えばゴムのシールリング1
7,18がケーシング15とロータ4との間、並
びにノズル16とケーシング15との間に設けら
れる。
The flow regulator 6 (FIG. 2) comprises a removable casing 15, on which is fitted a nozzle 16 made of ceramic material, for example. For example, rubber seal ring 1
7 and 18 are provided between the casing 15 and the rotor 4 and between the nozzle 16 and the casing 15.

ノズル16にはワーキング液体の流れ方向に直
列に配置された2つの室、即ち導入室Aと送出室
Bとを作られている。導入室A及び送出室Bの表
面19,20はそれぞれブレーク線21によつて
結合される。導入室Aのブレーク線21に隣接す
る環状部分22はワーキング液体の流れ方向に関
して凸である。導入室Aの入口部の直径Dは同じ
導入室Aの出口部の直径dよりも大きい。換言す
ると、入口部における導入室Aの断面積は同じ導
入室Aの出口部における断面積よりも大きい。
The nozzle 16 has two chambers arranged in series in the flow direction of the working liquid, namely an introduction chamber A and a delivery chamber B. The surfaces 19, 20 of the inlet chamber A and the outlet chamber B are each connected by a break line 21. The annular portion 22 adjacent to the break line 21 of the introduction chamber A is convex with respect to the flow direction of the working liquid. The diameter D of the inlet of the introduction chamber A is larger than the diameter d of the outlet of the same introduction chamber A. In other words, the cross-sectional area of the introduction chamber A at the inlet is larger than the cross-sectional area of the same introduction chamber A at the outlet.

送出室Bの表面20は適切な形状のものとする
ことができる。しかしながら、好ましくは、送出
室Bの形状をノズル16を通るワーキング液体の
流れに最大可能な抵抗を与えるようなものにする
ことである。送出室Bの表面20は導入室Aの表
面19と同様にワーキング液体の流れ方向に関し
て凸にカーブを軸線O−Oの回りで回転させるこ
とによつて形成される。
The surface 20 of the delivery chamber B can be of any suitable shape. Preferably, however, the shape of the delivery chamber B is such that it provides the maximum possible resistance to the flow of working liquid through the nozzle 16. The surface 20 of the delivery chamber B, like the surface 19 of the introduction chamber A, is formed by rotating a convex curve about the axis O--O with respect to the flow direction of the working liquid.

導入室A及び送出室Bを形成するカーブはノズ
ル16の長手方向の部位のブレーク点に相当する
点で相互に交差する。そのような点は空間的に交
差点21を形成し、これはブレーク線と同等であ
る。
The curves forming the inlet chamber A and the outlet chamber B intersect each other at a point corresponding to a break point in the longitudinal region of the nozzle 16 . Such points spatially form an intersection 21, which is equivalent to a break line.

ダウンホールスクリユーモータは次のように作
用する。地面レベルに配置されたドリルポンプの
スイツチが入ると、掘削泥水がドリルパイプスト
リングを通つてモータ部1のワーキングメンバ
(第1図)へ供給される。この流れはワーキング
メンバの直ぐ上で分割される。流れの主要部分は
ステータ3とロータ4との間を通つてロータ4に
運動を与え、流れの残りの少ない部分はロータ4
のアキシヤル通路5を通つてこのアキシヤル通路
5に配置されたフローレギユレータ6に流れる。
これらのワーキングメンバを通つた後、これらの
両方の流れは再び単一の流れとなつてスピンドル
部2のアウトプツトシヤフト8の内部穴を通り下
面へと流れる。
The downhole screw motor works as follows. When the drill pump located at ground level is switched on, drilling mud is supplied through the drill pipe string to the working member of the motor section 1 (FIG. 1). This flow is split just above the working member. The main part of the flow passes between the stator 3 and the rotor 4 giving motion to the rotor 4, and the remaining small part of the flow passes between the stator 3 and the rotor 4.
through an axial passage 5 to a flow regulator 6 disposed in this axial passage 5.
After passing through these working members, these two streams again become a single stream and flow through the internal bore of the output shaft 8 of the spindle part 2 to the underside.

モータ部1で得られたトルクはロータ4からカ
ルダンシヤフト7を介してアウトプツトシヤフト
8へ伝達され、さらに岩盤破壊工具(ビツト)へ
伝達される。
The torque obtained by the motor section 1 is transmitted from the rotor 4 via the cardan shaft 7 to the output shaft 8, and further transmitted to the rock breaking tool (bit).

モータによつて克服されるべき抵抗トルクの量
はビツトと破壊される岩との関連に依存する。モ
ータの作動の間、モータトルク並びに負荷又は抵
抗トルクは変化する。
The amount of resistive torque to be overcome by the motor depends on the relationship between the bit and the rock being broken. During operation of the motor, the motor torque and the load or resistance torque change.

そのようなタイプのモータのトルクはワーキン
グ液体が一定で流れているときにワーキングメン
バ(モータ特性のワーキングにある)における圧
力差に比例することが知られている。従来技術の
モータにおいては、モータがビツトの回転の間の
外部抵抗トルクによる負荷をかけられると、Pが
モータにおける圧力差とすると、ロータとステー
タとの間を通る液体の量がルートPに比例して減
少する。従つて、モータの特性が低下し、アウト
プツトシヤフト8の速度がかなり低下する。
It is known that the torque of such types of motors is proportional to the pressure difference in the working member (at the working of the motor characteristic) when the working liquid is flowing at a constant rate. In prior art motors, when the motor is loaded by an external resistive torque during rotation of the bit, the amount of fluid passing between the rotor and stator is proportional to the route P, where P is the pressure difference across the motor. and decrease. The characteristics of the motor are therefore reduced and the speed of the output shaft 8 is considerably reduced.

本発明によるモータにおいては、導入室A(第
3図)に達する液体の流れは2つの流れの種類と
なつて動く。ノズル16の軸線O−Oに沿つた主
要流れは導入室Aからそのブレーク線21によつ
て形成される直径dの出口部分を通つて動き、流
れの残りの周辺部分は導入室Aの表面19を洗
う。ブレーク線21において、この周辺部分の流
れはストールし、主要な中央の流れと激しく混合
される。この周辺部分の流れは以下抵抗流れと呼
ばれる。
In the motor according to the invention, the liquid flow reaching the introduction chamber A (FIG. 3) moves in two flow types. The main flow along the axis O-O of the nozzle 16 moves from the introduction chamber A through an outlet section of diameter d formed by its break line 21, and the remaining peripheral part of the flow passes through the surface 19 of the introduction chamber A. wash. At the break line 21, this peripheral flow stalls and mixes heavily with the main central flow. The flow in this peripheral area is hereinafter referred to as resistance flow.

従つて、中央の流れと抵抗流れとの激しい混合
は送出室Bに達する流れのエネルギーの減少を招
く結果となる。ワーキングメンバ、即ちステータ
3とロータ4における、並びにノズル16におけ
るそれぞれの圧力差が大きいほど、液体の流れの
混合は強く、導入室Aから送出室Bへ流れる液体
の量は小さく、ワーキングメンバへ導入される液
体の量が大きくなる。
Therefore, intense mixing of the central flow and the resistive flow results in a reduction in the energy of the flow reaching the delivery chamber B. The greater the pressure difference between the working members, i.e., the stator 3 and the rotor 4, as well as at the nozzle 16, the stronger the mixing of the liquid flows, and the smaller the amount of liquid flowing from the introduction chamber A to the delivery chamber B, the smaller the amount of liquid introduced into the working member. The amount of liquid applied increases.

第4図に示されるように、ノズル16は2つの
メンバ、即ちブリツジ25によつて連結されたブ
ツシユ23と円筒ロツド24とから作られる。上
述した構造と同様に、ノズル16は軸線方向に直
列に配置された2つの環状の室を有し、ワーキン
グ液体で洗われる表面19,20をもつた導入室
Aと送出室Bがそれである。導入室Aと送出室B
はブツシユ23と円筒ロツド24の表面によつて
形成される。ブツシユ23の表面は半径Rの円筒
の母線に対して凸のカーブを軸線O−Oの回りで
回転させることによつて形成され、ここで、Rは
ノズル16の軸線O−Oから導入室Aの表面19
と送出室Bの表面20との交差によつて形成され
るブレーク線21に等しい線までの最小距離であ
る。この場合、上述した本発明の実施例と同様
に、送出室Bの表面20は任意のカーブを軸線O
−Oの回りで回転させることによつて形成され
る。
As shown in FIG. 4, nozzle 16 is made of two members, a bush 23 and a cylindrical rod 24 connected by a bridge 25. As shown in FIG. Similar to the structure described above, the nozzle 16 has two annular chambers arranged axially in series, an inlet chamber A and an outlet chamber B with surfaces 19, 20 which are washed with working liquid. Introduction chamber A and delivery chamber B
is formed by the surface of the bush 23 and the cylindrical rod 24. The surface of the bush 23 is formed by rotating a curve convex to the generatrix of a cylinder with radius R around the axis O-O, where R is the distance from the axis O-O of the nozzle 16 to the introduction chamber A. surface 19 of
is the minimum distance to a line equal to the break line 21 formed by the intersection of the surface 20 of the delivery chamber B and the surface 20 of the delivery chamber B. In this case, similarly to the embodiment of the present invention described above, the surface 20 of the delivery chamber B has an arbitrary curve along the axis O.
- formed by rotating around O.

ブツシユ23の内面には環状の突起が設けられ
て、導入室Aの凸部分22を形成している。
An annular projection is provided on the inner surface of the bush 23 to form a convex portion 22 of the introduction chamber A.

レギユレータの実施例の作動の間に、第3図に
示される装置と同じ結果が得られ、違いは、ロツ
ド24の中心から円筒面へ動く抵抗流れが導入室
Aの周辺部へ反射されて再び主要流れと混合する
部分となる(2次混合)ことである。
During operation of the regulator embodiment, the same results as in the device shown in FIG. It becomes a part that mixes with the main flow (secondary mixing).

第5図もブツシユ23とロツド24及び2つの
室、導入室Aと送出室Bを有するノズル16を示
している。ノズル16のこの実施例においては、
ブツシユ23が円筒形であり、ロツド24が導入
室Aの表面19の凸部分22を形成する環状突起
27を設けられている。ワーキング液体で洗われ
るブツシユ23の表面は円筒であり、ロツド24
の送出室Bの表面は半径Rは円筒の母線に対して
凸のカーブを軸線O−Oの回りで回転させること
によつて形成され、ここで、Rはノズル16の軸
線O−Oからロツド24の(導入室Aの)表面領
域とロツド31の(送出室Bの)表面領域との交
差によつて形成されるブレーク線に等しい線21
までの最小可能距離である。
FIG. 5 also shows a nozzle 16 having a bush 23, a rod 24 and two chambers, an inlet chamber A and an outlet chamber B. FIG. In this embodiment of nozzle 16:
The bush 23 is cylindrical and the rod 24 is provided with an annular projection 27 forming a convex portion 22 of the surface 19 of the introduction chamber A. The surface of the bush 23 that is washed with the working liquid is cylindrical, and the surface of the bush 24 is cylindrical.
The surface of the delivery chamber B with radius R is formed by rotating a curve convex with respect to the generatrix of the cylinder around the axis O-O, where R is the radius R from the axis O-O of the nozzle 16. A line 21 equal to the break line formed by the intersection of the surface area of 24 (of the inlet chamber A) and the surface area of the rod 31 (of the delivery chamber B).
is the minimum possible distance to

第3図に示されるモータとは違つて、ここで
は、曲面に沿つてノズルの中心からその周辺部へ
動く抵抗流れが、ブツシユ23の円筒面から中心
へ反射され、そして再び且つ低いエネルギーで主
要流れと混合する。
Unlike the motor shown in FIG. 3, here the resistive flow moving along the curved surface from the center of the nozzle to its periphery is reflected from the cylindrical surface of the bushing 23 to the center and again and with low energy Mix with the flow.

第6図に示されるノズル16は前の2つの実施
例と同様に2つのメンバを有し、即ちブリツジ2
5によつて連結されたブツシユ23とロツド24
とを有する。ノズルは同様に軸線方向に直列に配
置された2つの室、ワーキング液体で洗われる表
面19,20をもつた導入室Aと送出室Bを有す
る。ブツシユ23は環状の突起28を有し、ロツ
ド24は環状の突起29を有する。突起28,2
9は各々が導入室Aの表面19の凸部分22を形
成する。導入室Aに配置されたブツシユ23とロ
ツド24の表面は、各々が半径Rの円筒の母線に
対して凸のカーブを軸線O−Oの回りで回転させ
ることによつて形成され、ここで、Rはノズル1
6の軸線O−Oからブレーク線21にそれぞれ等
しい線までの最小距離である。
The nozzle 16 shown in FIG. 6 has two members as in the previous two embodiments, namely the bridge 2
Bush 23 and rod 24 connected by 5
and has. The nozzle likewise has two chambers arranged axially in series, an inlet chamber A and an outlet chamber B with surfaces 19, 20 which are washed with working liquid. The bush 23 has an annular projection 28, and the rod 24 has an annular projection 29. Protrusion 28,2
9 each form a convex portion 22 on the surface 19 of the introduction chamber A. The surfaces of the bush 23 and the rod 24 arranged in the introduction chamber A are each formed by rotating a curve convex to the generatrix of a cylinder of radius R around the axis O-O, where: R is nozzle 1
It is the minimum distance from the axis O-O of No. 6 to the line that is equal to the break line 21, respectively.

このフローレギユレータの作動は2つの抵抗流
れが形成される点で区別される。即ち、一つは、
ブツシユ23の曲面に沿つてノズル16の周辺か
ら中心へ動き、もう一つはロツド24の曲線に沿
つてノズル16の中心から周辺へ動くものであ
る。これらの流れは半径R,R′によつて形成さ
れるリング内で相互に交差して液体の流れのさら
なる混合に寄与する。
The operation of this flow regulator is distinguished in that two resistive flows are created. That is, one is
One moves along the curved surface of the bush 23 from the periphery of the nozzle 16 to the center, and the other moves along the curve of the rod 24 from the center of the nozzle 16 to the periphery. These streams cross each other in the ring formed by radii R, R' and contribute to further mixing of the liquid streams.

従つて、上述した本発明によるモータの実施例
においては、2つの平行な流れを設けることによ
つて、その流れの一つがそれ自身の補助的抵抗流
れを有し、この補助的抵抗流れのエネルギーが圧
力差の増加とともに増加し、即ち、ワーキングメ
ンバ及びノズル16を通る液体の量のモータ負荷
条件への依存が複雑化したキヤラクターとなる。
しかしながら、ここに説明したようにして構成さ
れたノズルのフローレギユレータの使用がモータ
のエネルギー特性を大きな程度まで安定なものに
し、よつて極めて自然に負荷容量の増加とモータ
アウトプツトシヤフトスピードの非常に小さな低
下を精製するのである。
Therefore, in the embodiment of the motor according to the invention described above, by providing two parallel flows, one of which has its own auxiliary resistance flow, the energy of this auxiliary resistance flow is increases with increasing pressure difference, ie the dependence of the amount of liquid passing through the working member and nozzle 16 on the motor load conditions becomes a complex character.
However, the use of a flow regulator in a nozzle constructed as described herein stabilizes the energy characteristics of the motor to a large extent, thus allowing very natural increases in load capacity and motor output shaft speed. It refines a very small drop.

第7図及び第8図は従来技術と本発明によるス
クリユーモータのエネルギー特性、即ち相対的な
圧力差値ΔP及びアウトプツトシヤフト8の回転
数nと、相対的なトルク値Mとの関係を示してい
る。
7 and 8 show the energy characteristics of the screw motors according to the prior art and the present invention, that is, the relationship between the relative pressure difference value ΔP, the rotation speed n of the output shaft 8, and the relative torque value M. It shows.

図面に示された特性を検討すると、第8図のモ
ータの安定作動ゾーンSは第7図のモータの安定
作動ゾーンZよりもトルクに関して18パーセント
大きい。従来技術のモータの速度の低下は同じ点
で57パーセントであり、本発明によるモータでは
50パーセントである。速度の低下が同じ外部トル
クをもつ応用で両モータに対して考慮すると、そ
の差はより大きくなる。これは、フローレギユレ
ータをもつたモータがワーキングメンバにおける
圧力の増加に際して毎度(従来技術と比較して)
液体の増加された量を供給され、という事実によ
るものであり、従つて、特性の安定性がまさに改
善され、ワーキングトルク及び速度の平均値も増
加するのである。
Considering the characteristics shown in the figures, the stable operating zone S of the motor of FIG. 8 is 18 percent greater in terms of torque than the stable operating zone Z of the motor of FIG. The reduction in speed for the prior art motor is 57 percent at the same point, while for the motor according to the invention
50%. The difference becomes even larger when the speed reduction is considered for both motors in an application with the same external torque. This means that every time a motor with a flow regulator increases the pressure in the working member (compared to the prior art)
This is due to the fact that an increased amount of liquid is supplied, so that the stability of the properties is indeed improved and the average values of working torque and speed are also increased.

〔産業上の利用可能性〕[Industrial applicability]

本発明は石油やガス井戸の掘削の岩盤破壊工具
のためのドライブとして使用される容積型ダウン
ホールモータに最も効率よく使用されることがで
きる。
The present invention can be most efficiently used in positive displacement downhole motors used as drives for rock breaking tools for drilling oil and gas wells.

本発明はターボドリルにも使用されることがで
きる。
The invention can also be used in turbo drills.

JP61501534A 1985-12-30 1985-12-30 Downhole screw motor Granted JPS63501965A (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/SU1985/000107 WO1987004215A1 (en) 1985-12-30 1985-12-30 Downhole screw motor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS63501965A JPS63501965A (en) 1988-08-04
JPH0412800B2 true JPH0412800B2 (en) 1992-03-05

Family

ID=21616957

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JP61501534A Granted JPS63501965A (en) 1985-12-30 1985-12-30 Downhole screw motor

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EP (1) EP0264444B1 (en)
JP (1) JPS63501965A (en)
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BR (1) BR8507322A (en)
DE (1) DE3583618D1 (en)
DK (1) DK422487A (en)
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WO (1) WO1987004215A1 (en)

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU436595A2 (en) * 1972-01-28 1981-03-15 Всесоюзный Ордена Трудового Красногознамени Научно-Исследовательскийинститут Буровой Техники Mine engine
HU184664B (en) * 1979-03-14 1984-09-28 Olajipari Foevallal Tervezoe Hydraulic drilling motor for deep drilling

Also Published As

Publication number Publication date
NO873582D0 (en) 1987-08-25
DK422487D0 (en) 1987-08-13
EP0264444A4 (en) 1989-04-12
EP0264444B1 (en) 1991-07-24
NO168436C (en) 1992-02-19
DK422487A (en) 1987-08-13
EP0264444A1 (en) 1988-04-27
JPS63501965A (en) 1988-08-04
DE3583618D1 (en) 1991-08-29
NO168436B (en) 1991-11-11
ATE65583T1 (en) 1991-08-15
WO1987004215A1 (en) 1987-07-16
NO873582L (en) 1987-08-25
BR8507322A (en) 1988-02-09

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