NO168436B - BORE KRONE MOTOR - Google Patents

BORE KRONE MOTOR Download PDF

Info

Publication number
NO168436B
NO168436B NO87873582A NO873582A NO168436B NO 168436 B NO168436 B NO 168436B NO 87873582 A NO87873582 A NO 87873582A NO 873582 A NO873582 A NO 873582A NO 168436 B NO168436 B NO 168436B
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
chamber
nozzle
sleeve
drill bit
inlet chamber
Prior art date
Application number
NO87873582A
Other languages
Norwegian (no)
Other versions
NO873582L (en
NO168436C (en
NO873582D0 (en
Inventor
Dmitry Fedorovich Baldenko
Leonid Anatolievic Kondratenko
Valery Igorievich Semenets
Original Assignee
Inst Burovoi Tekhnik
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 Inst Burovoi Tekhnik filed Critical Inst Burovoi Tekhnik
Publication of NO873582L publication Critical patent/NO873582L/en
Publication of NO873582D0 publication Critical patent/NO873582D0/en
Publication of NO168436B publication Critical patent/NO168436B/en
Publication of NO168436C publication Critical patent/NO168436C/en

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • F04C14/00Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations
    • F04C14/24Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations characterised by using valves controlling pressure or flow rate, e.g. discharge valves or unloading valves

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Motor Or Generator Frames (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
  • Applications Or Details Of Rotary Compressors (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
  • Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)
  • Compressor (AREA)
  • Nitrogen And Oxygen Or Sulfur-Condensed Heterocyclic Ring Systems (AREA)
  • Insulation, Fastening Of Motor, Generator Windings (AREA)
  • Reciprocating, Oscillating Or Vibrating Motors (AREA)
  • Earth Drilling (AREA)
  • Surgical Instruments (AREA)
  • Drilling Tools (AREA)

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

Oppfinnelsen vedrører en borekronemotor innbefattende et spindelavsnitt og et motoravsnitt med arbeidselementer i form av en stator og en hul rotor med en aksial passasje som har forbindelse med en arbeidsvæske-høytrykkssone, og med en regulator for arbeidsvæskestrømmen, med en dyse som er montert i den aksiale passasje The invention relates to a drill bit motor including a spindle section and a motor section with working elements in the form of a stator and a hollow rotor with an axial passage which is connected to a working fluid high-pressure zone, and with a regulator for the working fluid flow, with a nozzle mounted in the axial passage

I dag benyttes det to radikalt ulike metoder for boring av brønner. En metode er en rotasjonsboring. Et bergbrytende verktøy - en borkrone - plasseres mot grunnen, og borkronen roteres ved hjelp av en borerørstreng. Den andre metoden går ut på å benytte i-hullet hydrauliske maskiner som plasseres direkte over borkronen. I dette tilfelle holdes borerør-strengen stasjonær. Denne andre metode har flere åpenbare fordeler: Man har intet energitap i forbindelse med roter-ingen av borerørstrengen og belastningen på borerørene blir mindre. Derved reduseres faren for nødsituasjoner i brønnen. Today, two radically different methods are used for drilling wells. One method is a rotary drill. A rock-breaking tool - a drill bit - is placed against the ground, and the drill bit is rotated using a drill string. The second method involves using in-hole hydraulic machines that are placed directly above the drill bit. In this case, the drill string is kept stationary. This second method has several obvious advantages: There is no loss of energy in connection with the rotation of the drill pipe string and the load on the drill pipes is reduced. This reduces the risk of emergency situations in the well.

Borekronemotorer er idag den mest anvendte type blant alle de i-hullet-motorer som benyttes under boreoperasjoner. Disse motorer utmerker seg ved enkelt drift og enkelt vedlikehold. De er kompakte og de muliggjør bruk av boreslam med sterkt varierende tetthet og viskositet (se Gusman M.T. , Baldenko D.F, et al. Downhole Screw Motor for Well Drilling. M.„ Nedra Publishing House, Moskva, 1981). Slike hydrauliske motorer innbefatter et hus, en utgående aksel med radiallagre og trykklagre, og arbeidselementer bestående av to deler, nemlig en ytre gummibelagt hylse eller stator med innvendige skruelinje-tenner og en rotor og aksel med ytre skruelinje-tenner og opptatt i statoren. Antall tenner i hylsen er en større enn antall tenner på akselen, slik at derved inner-rommet i arbeidselementene deles opp i høytrykkskammere og lavtrykkskammere som følge av det innbyrdes samvirke når en væske pumpes gjennom arbeidselementene. Rotoren vil begynne å bevege seg relativt statoren som følge av den oppstående trykkdifferanse. Rotoraksen vil beskrive en sirkel om stator-aksen. Denne rotasjon overføres til rotorens utgangsaksel. Vanligvis benyttes en væskestrøm som energikilde for drift av motoren, men den hydrauliske motor kan også virke ved bruk av en luftblandet væske eller komprimert luft. Drill bit motors are today the most used type among all the in-hole motors used during drilling operations. These engines are distinguished by simple operation and simple maintenance. They are compact and they enable the use of drilling muds of widely varying density and viscosity (see Gusman M.T. , Baldenko D.F, et al. Downhole Screw Motor for Well Drilling. M.„ Nedra Publishing House, Moscow, 1981). Such hydraulic motors include a housing, an output shaft with radial bearings and thrust bearings, and working elements consisting of two parts, namely an outer rubber-coated sleeve or stator with internal helical teeth and a rotor and shaft with external helical teeth and engaged in the stator. The number of teeth in the sleeve is greater than the number of teeth on the shaft, so that the inner space in the working elements is divided into high-pressure chambers and low-pressure chambers as a result of the interaction when a liquid is pumped through the working elements. The rotor will start to move relative to the stator as a result of the resulting pressure difference. The rotor axis will describe a circle about the stator axis. This rotation is transferred to the rotor's output shaft. Usually, a liquid flow is used as the energy source for operating the motor, but the hydraulic motor can also work using an air-mixed liquid or compressed air.

I de idag benyttede borekronemotorer som benyttes for boring av brønner, går hele væskestrømmen gjennom og mellom rotor og stator. In the drill bit motors used today, which are used for drilling wells, the entire fluid flow goes through and between the rotor and stator.

En av hovedulempene ved slike motorer er at deres effekt-parametre er avhengig av arbeidsvæskens innløpsstrøm. Kravene under boring av brønner står ofte ikke i samsvar med energi-kapasiteten til borekronemotorer og motorene benyttes derfor ofte under ugunstige betingelser, med for høye hastigheter og trykkforskjeller, med tilhørende tidlig svikt av deler og forbindelser i motoren. One of the main disadvantages of such motors is that their power parameters are dependent on the inlet flow of the working fluid. The requirements during drilling of wells are often not in accordance with the energy capacity of drill bit motors and the motors are therefore often used under unfavorable conditions, with too high speeds and pressure differences, with associated early failure of parts and connections in the motor.

For å unngå dette har det vært plassert koniske dyser i rotorens aksiale passasje (USSR oppfinnersertifikat nr. 436595, klasse E 21.B 4/00, 1972), idet strømmen av arbeidsvæske strupes i disse dyser. To avoid this, conical nozzles have been placed in the axial passage of the rotor (USSR inventor's certificate no. 436595, class E 21.B 4/00, 1972), as the flow of working fluid is throttled in these nozzles.

Slike motorer har fallende karakteristikk, dvs. at utgangs-akselens hastighet; avtar meget raskere? med økende belast-ningsmoment enn tilfellet er i hydrauliske motorer uten slike,1 dyser. Når belastningen øker vil dette gl en kraftig hastighet sreduks jon, hel't til motorens utgangsaksel stopper. Ved lave belastningsmomenter oppnås lavere utgangsmoment og lavere borings-virkningsgrad. Such motors have a falling characteristic, i.e. that the speed of the output shaft; decreases much faster? with increasing load torque than is the case in hydraulic motors without such,1 nozzles. When the load increases, this will result in a sharp speed reduction, until the motor's output shaft stops. At low load torques, a lower output torque and a lower drilling efficiency are achieved.

Oppfinnelsen tar slitt utgangspunkt i ønsket om å tilveie-bringe en borekronemotor med en slik utført arbeidsvæske-strøm-regulator at det kan oppnås en øking av det utgående arbeidsmoment og en. øking av hastigheten til den utgående aksel, samtidig som den utgående akselhastighet forblir praktisk talt uendret under null-belastning. The invention takes its starting point from the desire to provide a drill bit motor with a working fluid flow regulator designed in such a way that an increase in the output working torque can be achieved and a increasing the speed of the output shaft, while the output shaft speed remains practically unchanged under zero load.

Dette problem løses ved at dysen i en borekronemotor som innbefatter et spindelavsnitt og et motoravsnitt med arbeidselementer - en stator og en hul rotor med en aksial passasje som kommuniserer med en arbeldsvæske-høytrykkssone, og har en strømningsregulator med en dyse, er utført med to kammere anordnet i serie i arbeidsvæskestrømningsretningen. Det dreier seg her om et innløpskammer og et leveringskammer. De kammerflater som berøres av arbeidsvæsken konjugerer langs en brytelinje, idet den ringformede del av innløpskammeret som er hosliggende brytelinjen, er konkav i forhold til arbeidsvæskestrømningsretningen, og tverrsnittsområdet til innløpskammeret ved dets utløp er mindre enn tverrsnittsarealet ved dets innløp. This problem is solved in that the nozzle in a drill bit motor, which includes a spindle section and a motor section with working elements - a stator and a hollow rotor with an axial passage communicating with a working fluid high-pressure zone, and having a flow regulator with a nozzle, is made with two chambers arranged in series in the working fluid flow direction. This concerns an inlet chamber and a delivery chamber. The chamber surfaces that are touched by the working fluid conjugate along a break line, the annular part of the inlet chamber adjacent to the break line being concave in relation to the working fluid flow direction, and the cross-sectional area of the inlet chamber at its outlet is smaller than the cross-sectional area at its inlet.

Oppfinnelsen gjør det mulig å øke dreiemomentet og hastigheten til motorens utgangsaksel, med tilhørende bedring av brønnborings-virkningsgraden. Når arbeidsvæske går inn i dysen vil det dannes en kraftig virvel ved brytelinjen i innløpskammeret. Virvelenergien vil øke med økende trykkdifferanse og resultatet er en øking i dysens hydrauliske motstand med tilhørende øking av den væskestrøm som går mellom rotor og stator. The invention makes it possible to increase the torque and the speed of the motor's output shaft, with a corresponding improvement in the well drilling efficiency. When working fluid enters the nozzle, a strong vortex will form at the break line in the inlet chamber. The vortex energy will increase with increasing pressure difference and the result is an increase in the nozzle's hydraulic resistance with a corresponding increase in the fluid flow that goes between rotor and stator.

Regulatoren ifølge oppfinnelsen er meget kompakt og kan lett monteres i en hvilken som helst motor. Den kan også byttes ut uten at det er nødvendig å demontere den hydrauliske motor. The regulator according to the invention is very compact and can be easily mounted in any engine. It can also be replaced without the need to dismantle the hydraulic motor.

I et utførelseseksempel er dysen bygget opp av to deler, nemlig en hylse og en kjernedel montert inne i hylsen, idet innløps- og leveringskammerne dannes mellom hylsen og kjernedelen og har ringform. In one embodiment, the nozzle is made up of two parts, namely a sleeve and a core part mounted inside the sleeve, the inlet and delivery chambers being formed between the sleeve and the core part and having an annular shape.

I en annen utførelsesform er kjernedelen en sylindrisk stang mens hylsen innvendig er forsynt med et ringformet fremspring som danner innløpskammerveggens konkave parti. In another embodiment, the core part is a cylindrical rod, while the sleeve is internally provided with an annular projection which forms the concave part of the inlet chamber wall.

I en annen utførelsesform av oppfinnelsen er hylsen sylindrisk mens kjernedelen er forsynt med et ringformet fremspring som danner innløpskammerveggens konkave parti. In another embodiment of the invention, the sleeve is cylindrical while the core part is provided with an annular projection which forms the concave part of the inlet chamber wall.

I en annen utførelsesform av oppfinnelsen har både hylsen og kjernedelen ringformede fremspring, idet hvert fremspring danner et konvekst, parti av innløpskammerveggen. In another embodiment of the invention, both the sleeve and the core part have ring-shaped projections, each projection forming a convex part of the inlet chamber wall.

Samtlige utførelsesformer av oppfinnelsen gjør det mulig å oppnå bedret stabilitet for motorkarakteristikken, dvs. All embodiments of the invention make it possible to achieve improved stability for the engine characteristic, i.e.

å redusere motorhastighetens avhengighet av belastningen på den utgående aksel. Dette oppnås fordi de vaeskestrømmer som går langs innløpskammerets krummede vegg vil bremses ved brytelinjen slik at det der fremkommer et område med en intensiv vertikal strømning. Jo høyere trykkforskjellen i arbeidselementene (rotor og stator) er, jo mer intensiv vil væskeblandingen være i dysen og desto høyere vil dysemot-standen være og jp større vil den væskemengde være som går gjennom, utenom regulatoren. Oppfinnelsen gjør. det derfor mulig å få en større væskemengde til å gå: igjennom rotor og stator enn ved benyttelse av koniske- dyser.- to reduce the dependence of the engine speed on the load on the output shaft. This is achieved because the liquid flows which run along the curved wall of the inlet chamber will be slowed down at the breaking line so that an area with an intensive vertical flow appears there. The higher the pressure difference in the working elements (rotor and stator), the more intensive the liquid mixture will be in the nozzle and the higher the nozzle resistance will be and the larger the amount of liquid that passes through, outside the regulator. The invention does. it is therefore possible to get a larger quantity of liquid to go: through the rotor and stator than when using conical nozzles.-

Dette resultat, dvs. en øking av væskestrømmen gjennonr skruegangen mellomr rotor og stator ved en øking i belastningen på den utgående aksel, kan også oppnås ved bruk av andre konstruktive midler, men den inventive hovedidé vil forbli den samme. This result, i.e. an increase in the fluid flow through the screw passage between the rotor and the stator by an increase in the load on the output shaft, can also be achieved by using other constructive means, but the main inventive idea will remain the same.

For å senke den spesifikke belastningen ved dysen kan det fordelaktig anordnes flere dyser i rotorens aksiale passasje. En slik motor vil virke på samme måte. In order to lower the specific load at the nozzle, several nozzles can advantageously be arranged in the axial passage of the rotor. Such an engine will work in the same way.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere under henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser et lengdesnitt av en borekronemotor med en utførelsesform av en dyse i en regulator montert i rotorens aksiale The invention shall be explained in more detail with reference to the drawings, where: Fig. 1 shows a longitudinal section of a drill bit motor with an embodiment of a nozzle in a regulator mounted in the rotor's axial

passasje, passage,

flg. 2 viser et snitt gjennom en strømningsregu-lator med en dyse, i større målestokk, fig. 2 shows a section through a flow regulator with a nozzle, on a larger scale,

fig. 3 viser hvordan væske går gjennom dysen, fig. 3 shows how liquid passes through the nozzle,

fig. 4,5 og 6 viser forskjellige konstruktive utfør-elsesformer av dysen, og fig. 4,5 and 6 show different constructive designs of the nozzle, and

fig. 7 og 8 viser forsøksdata opptegnet for henholdsvis fig. 7 and 8 show experimental data recorded for respectively

kjent teknikk og foreliggende oppfinnelse. prior art and the present invention.

En borekronemotor (fig. 1) innbefatter et motoravsnitt 1 og et spindelavsnitt 2. Motoravsnittet 1 har som arbeidselementer en stator 3 og en hul rotor 4 montert i statoren. Rotoren 4 har en aksial passasje 5. Denne aksiale passasje står i forbindelse med en væske-høytrykksone. I passasjen er det montert en strømningsregulator 6. Rotoren 4 er i sin nedre del tilknyttet en kardangaksel 7 som i sin tur er tilknyttet en utgående aksel 8 i spindelavsnittet 2. Et radiallager 9 og et trykklager 10 for akselen 8 er montert i et hus 11 i spindelavsnittet 2, mellom en nippel 12 og en skjøthylse 13. En skjøthylse 14 er anordnet i motorens øvre ende, beregnet for tilknytting til en borerørstreng. Et ikke vist bergbryte-verktøy er tilknyttet den nedre enden på den utgående aksel 8. A drill bit motor (fig. 1) includes a motor section 1 and a spindle section 2. The motor section 1 has as working elements a stator 3 and a hollow rotor 4 mounted in the stator. The rotor 4 has an axial passage 5. This axial passage is in connection with a liquid high-pressure zone. A flow regulator 6 is mounted in the passage. The rotor 4 is connected in its lower part to a cardan shaft 7 which in turn is connected to an output shaft 8 in the spindle section 2. A radial bearing 9 and a thrust bearing 10 for the shaft 8 are mounted in a housing 11 in the spindle section 2, between a nipple 12 and a splicing sleeve 13. A splicing sleeve 14 is arranged at the upper end of the motor, intended for connection to a drill pipe string. A rock-breaking tool, not shown, is connected to the lower end of the output shaft 8.

Strømningsregulatoren 6 (fig. 2) innbefatter et uttagbart hus 15 hvori det er montert en dyse 16 fremstilt eksempelvis av et keramisk materiale. Tetningsringer 17 og 18, eksempelvis av gummi, er lagt inn mellom huset 15 og rotoren 4 og også mellom dysen 16 og huset 15. The flow regulator 6 (Fig. 2) includes a removable housing 15 in which a nozzle 16 made, for example, of a ceramic material is mounted. Sealing rings 17 and 18, for example made of rubber, are inserted between the housing 15 and the rotor 4 and also between the nozzle 16 and the housing 15.

Dysen 16 består av to kammere som er anordnet i serie i arbeidsvæskestrømningsretningen, nemlig et innløpskammer A og et leveringskammer B. Veggene 19 og 20 i henholdsvis inn-løpskammeret A og leveringskammeret B møtes langs en brytelinje 21. Et ringformet avsnitt 22 av innløpskammeret A, ved brytelinjen 21, er konkavt i strømningsretningen til arbeidsvæsken. Diameteren D ved kammerets A innløpsavsnitt er større enn diameteren d i kammerets A utløpsavsnitt. Med andre ord, tverrsnittsarealet i innløpskammeret A ved kammerets innløp er større enn tverrsnittsarealet ved samme kammers A utløp. The nozzle 16 consists of two chambers which are arranged in series in the working fluid flow direction, namely an inlet chamber A and a delivery chamber B. The walls 19 and 20 of respectively the inlet chamber A and the delivery chamber B meet along a break line 21. An annular section 22 of the inlet chamber A, at the break line 21, is concave in the flow direction of the working fluid. The diameter D at the inlet section of the chamber A is larger than the diameter d in the outlet section of the chamber A. In other words, the cross-sectional area in the inlet chamber A at the inlet of the chamber is greater than the cross-sectional area at the outlet A of the same chamber.

Veggen 20 i leveringskammeret B kan ha en hvilken som helst egnet utforming. Det foretrekkes imidlertid at kammeret B er slik utformet at. det vil gi maksimal mulig motstand mot strømmen av arbeidsvæske som går gjennom dysen 16. Veggen 20 i kammeret B er utformet på samme måte som veggen 19 i kammeret A, dvs. beskrives av en kurve som roterer om aksen 0-0, med divergens i strømningsretningen. The wall 20 in the delivery chamber B can have any suitable design. However, it is preferred that the chamber B is designed in such a way that. it will provide the maximum possible resistance to the flow of working fluid passing through the nozzle 16. The wall 20 in the chamber B is designed in the same way as the wall 19 in the chamber A, i.e. is described by a curve that rotates about the axis 0-0, with divergence in the flow direction.

Begge kurver som danner generatrisene for kammerne A og B, krysser hverandre i dysens 16 lengdesnitt på et sted som gir et brytepunkt. Sammen danner disse punktene en skjæringslinje 21 som tilsvarer brytelinjen, Both curves which form the generatrices for the chambers A and B cross each other in the longitudinal section of the nozzle 16 at a place which gives a breaking point. Together, these points form an intersection line 21 which corresponds to the break line,

Motoren virker på følgende måte. Når borepumpene på overflaten legges inn:, tilføres boreslam gjenom en borerørstreng til arbeidselementene i motoravsnittet 1 (se fig. 1). Strømmen avdeles på oppstrømssiden av arbeidselementene i en hovedstrøm som vilt gå mellom stator 3 og rotor 4 for derved å sette rotoren i bevegelse, og en andre, mindre strøm som vil gå gjennom passasjen 5 i rotoren 4 og gjennom den deri monterte strømningsregulator 6. Etter å ha gått gjennom arbeidselementene samles de to strømmer igjen til en enkelt strøm som går gjennom boringen i akselene 8 i spindelavsnittet 2 og deretter opp til overflaten. The engine works in the following way. When the drilling pumps on the surface are put in:, drilling mud is supplied through a string of drill pipe to the working elements in engine section 1 (see fig. 1). The current is divided on the upstream side of the working elements into a main current that will go between stator 3 and rotor 4 to thereby set the rotor in motion, and a second, smaller current that will go through the passage 5 in the rotor 4 and through the flow regulator 6 mounted therein. After having passed through the working elements, the two streams are collected again into a single stream which passes through the bore in the shafts 8 in the spindle section 2 and then up to the surface.

Det dreiemoment som fremkommer i motoravsnittet 1, overføres fra rotoren 4 via kardangakselen 7 til akselen 8 og derfra til det bergbrytende verktøy (borkrone). The torque produced in the motor section 1 is transferred from the rotor 4 via the cardan shaft 7 to the shaft 8 and from there to the rock-breaking tool (drill bit).

Det motstandsmoment som motoren skal overvinne vil være avhengig av samvirket mellom borkronen og det berg som brytes. Under motorens drift vil motor-dreiemomentet såvel som belastningen eller motstandsmomentet, endre seg. The resistance torque that the motor must overcome will depend on the interaction between the drill bit and the rock being broken. During the operation of the motor, the motor torque as well as the load or resistance torque will change.

Dreiemomentet i motorer av denne type er proporsjonalt med trykkforskjellen ved arbeidselementene ved en konstant strøm av en arbeidsvæske. I de tidligere kjente motorer vil, når motoren belastes av et eksternt motstandsmoment som følge av borkronens rotasjon, den væskemengde som går mellom rotor og stator avta proporsjonalt med <y>/ P, hvor P er trykkforskjellen i motoren. Dette betyr at motorkarakteristikken faller og at hastigheten til den utgående aksel 8 synker vesentlig. The torque in engines of this type is proportional to the pressure difference at the working elements at a constant flow of a working fluid. In the previously known motors, when the motor is loaded by an external resistance moment as a result of the rotation of the drill bit, the amount of liquid that passes between the rotor and the stator will decrease proportionally with <y>/ P, where P is the pressure difference in the motor. This means that the motor characteristic falls and that the speed of the output shaft 8 drops significantly.

I motoren ifølge oppfinnelsen har man to væskestrømmer i innløpskammeret A (fig. 3). I aksen 0-0 i dysen 16 vil man ha en strøm som vil gå fra kammeret A og ut gjennom dets utløpsavsnitt, med diameteren d, tilsvarende diameteren til brytelinjen 21. En annen, periferien strøm vil gå langs veggen 19 i kammeret A. Ved brytelinjen 21 vil denne peri-feriene strøm bremses og vil blande seg intenst med den sentrale strøm. Den periferielle strøm kan heretter betegnes som en motstandsstrøm. In the engine according to the invention, there are two fluid streams in the inlet chamber A (fig. 3). In the axis 0-0 in the nozzle 16, there will be a current that will go from the chamber A and out through its outlet section, with the diameter d, corresponding to the diameter of the breaking line 21. Another, peripheral current will go along the wall 19 in the chamber A. At breaking line 21, this peripheral current will be slowed down and will mix intensely with the central current. The peripheral current can henceforth be described as a resistance current.

Den intensive blanding av senterstrømmen og motstandsstrømmen medfører en reduksjon i den strømningsenergi som går til kammeret B. Jo større trykkforskjellen ved arbeidselementene - stator 3 og rotor 4, henholdsvis ved dysen '6 er, desto sterkere vil væskestrømmene blandes og desto mindre vil den væskemengde som går fra kammeret A til kammer B være, dvs. at man får en desto større væskemengde som går til arbeidselementene . The intensive mixing of the center flow and the resistance flow leads to a reduction in the flow energy that goes to chamber B. The greater the pressure difference at the working elements - stator 3 and rotor 4, respectively at the nozzle '6, the stronger the liquid flows will be mixed and the smaller the amount of liquid that goes from chamber A to chamber B be, i.e. that you get an even greater amount of liquid that goes to the working elements.

Som vist i fig. 4 er dysen 16 fremstilt av to deler, nemlig en hylse 23 og en sylindrisk stang 24. Disse to deler er forbundne med hverandre ved hjelp av broer 25. Som i den foran nevnte dyseutførelse forefinnes det også her to, i dette tilfelle ringformede kammere som ligger etter hverandre i aksialretningen, nemlig et innløpskammer A og et leveringskammer B, hvis vegger 19 og 20 bestrykes av arbeidsvaesken. Kammerne A og B begrenses av veggflatene i hylsen 23 og på stangen 24. Veggen i hylsen 23 er fremkommet ved rotering om aksen 0-0 av en generatrise som er konveks i forhold til en generatrise for en sylinder med en radius R, hvor R er den minste avstand fra dysens 16 akse 0-0 og til en linje som tilsvarer brytelinjen 21. Brytelinjen 21 dannes i skjæringen med veggen 19 i kammeret A med veggen 20 i kammeret B. Som foran er her veggen 20 i kammeret B fremkommet ved rotasjon av en generatrise om aksen 0-0. As shown in fig. 4, the nozzle 16 is made of two parts, namely a sleeve 23 and a cylindrical rod 24. These two parts are connected to each other by means of bridges 25. As in the aforementioned nozzle design, there are also two, in this case annular chambers which lie one behind the other in the axial direction, namely an inlet chamber A and a delivery chamber B, whose walls 19 and 20 are coated with the working liquid. The chambers A and B are limited by the wall surfaces in the sleeve 23 and on the rod 24. The wall in the sleeve 23 is produced by rotation about the axis 0-0 of a generatrix which is convex in relation to a generatrix for a cylinder with a radius R, where R is the smallest distance from the 0-0 axis of the nozzle 16 and to a line corresponding to the breaking line 21. The breaking line 21 is formed at the intersection of the wall 19 in the chamber A with the wall 20 in the chamber B. As before, here the wall 20 in the chamber B is formed by rotation of a generatrix about the axis 0-0.

Inne i hylsen 23 er det et ringformet fremspring som danner det konkave parti 22 i innløpskammeret A. Inside the sleeve 23 there is an annular projection which forms the concave part 22 in the inlet chamber A.

Ved bruk av denne regulator oppnår man samme resultat som med innretningen i fig. 3. Forskjellen ligger i at motstands-strømmen, som beveger seg utover fra stangens 24 sylinder-flate, reflekteres tilbake til innløpskammerets A omkrets for fornyet blanding med senterstrømmen (sekundær blanding;). When using this regulator, the same result is achieved as with the device in fig. 3. The difference is that the resistance flow, which moves outwards from the cylinder surface of the rod 24, is reflected back to the inlet chamber A circumference for renewed mixing with the center flow (secondary mixing;).

Fig. 5 viser en dyse 16 som er bygget opp med en hylse. 2.3<;> og en kjerne 24 slik at det fremkommer to kamre, nemlig et innløpskammer A og et leveringskammer B. I denne utførelses-form av dysen 16 er hylsen 23 sylindrisk. Kjernen 24 er utformet med et ringformet fremspring 27 som danner det konkave parti 22 av innløpskammerets A vegg 19. Den over-flate i hylsen 23 som har berøring med arbeidsvæsken er sylindrisk, og veggen til kjernedelen 24 i kammeret B er fremkommet ved rotasjon om aksen 0-0 av en generatrise som er konveks i forhold til en generatrise for en sylinder med en radius R, hvor R er den minste mulige avstand mellom aksen 0-0 i dysen 16 og den linjen 21 som tilsvarer en brytelinje som fremkommer i skjæringen mellom veggflatene på stangen 24 i henholdsvis kammeret A og kammeret B. Fig. 5 shows a nozzle 16 which is built up with a sleeve. 2.3<;> and a core 24 so that two chambers appear, namely an inlet chamber A and a delivery chamber B. In this embodiment of the nozzle 16, the sleeve 23 is cylindrical. The core 24 is designed with an annular projection 27 which forms the concave part 22 of the wall 19 of the inlet chamber A. The surface in the sleeve 23 which is in contact with the working fluid is cylindrical, and the wall of the core part 24 in the chamber B is formed by rotation about the axis 0-0 of a generatrix which is convex in relation to a generatrix for a cylinder with a radius R, where R is the smallest possible distance between the axis 0-0 in the nozzle 16 and the line 21 which corresponds to a breaking line that appears in the intersection between the wall surfaces of the rod 24 in chamber A and chamber B respectively.

Til forskjell fra motoren i fig. 3 vil her motstandsstrømmen, som beveger seg langs en krummet flate vekk fra dysens sentrum og mot dens omkrets, reflekteres i fra hylsens 23 syl Inder innervegg og inn i mot senteret igjen, men med en lavere energi, og vil blande seg med senterstrømmen. Unlike the engine in fig. 3, the resistance flow, which moves along a curved surface away from the center of the nozzle and towards its circumference, will be reflected from the inner wall of the sleeve 23 and into the center again, but with a lower energy, and will mix with the center flow.

Dysen 16 i fig. 6 har som i de to foran beskrevne utførelser to deler, nemlig hylsen 23 og kjernen 24, forbundne med hverandre ved hjelp av broer 25. Også her er de to kammere anordnet etter hverandre i aksialretningen og man har altså et innløpskammer A og et leveringskammer B med respektive vegger 19,20 som bestrykes av arbeidsvæsken. Hylsen 23 har et ringformet fremspring 28 og kjernen 24 har et ringformet fremspring 29. Hvert av disse fremspring 28,29 definerer et konkavt parti 22 i innløpskammerets A vegg 19. Veggflatene til hylsen 23 og kjernen 24 i kammeret A er fremkommet ved dreiing om aksen 0-0 av en generatrise som er konveks i forhold til en generatrise for en sylinder med en radius R, hvor R er den minste mulige avstand mellom dysens 16 akse 0-0 og en respektiv linje som tilsvarer brytelinjen 21. The nozzle 16 in fig. 6, as in the two previously described embodiments, has two parts, namely the sleeve 23 and the core 24, connected to each other by means of bridges 25. Here, too, the two chambers are arranged one behind the other in the axial direction and one thus has an inlet chamber A and a delivery chamber B with respective walls 19,20 which are coated with the working fluid. The sleeve 23 has an annular projection 28 and the core 24 has an annular projection 29. Each of these projections 28, 29 defines a concave part 22 in the wall 19 of the inlet chamber A. The wall surfaces of the sleeve 23 and the core 24 in the chamber A are produced by rotation about the axis 0-0 of a generatrix which is convex in relation to a generatrix for a cylinder with a radius R, where R is the smallest possible distance between the axis 0-0 of the nozzle 16 and a respective line corresponding to the breaking line 21.

Denne strømningsregulator virker på den måten at det her fremkommer to motstandsstrømmer, en som beveger seg langs den krummede veggflaten i hylsen 23, i fra omkretsen og innover mot dysens sentrum, og en andre motstandsstrøm som beveger seg langs den krummede veggflaten på kjernen 24, ut fra sentrum av dysen 16 og mot dens omkrets. Disse strømmer vil krysse hverandre innenfor en ring som bestemt av de to radier R og R', og dette bidrar til en ytterligere blanding av væskestrømmene. This flow regulator works in such a way that two resistance currents appear here, one which moves along the curved wall surface of the sleeve 23, i from the circumference and inwards towards the center of the nozzle, and a second resistance current which moves along the curved wall surface of the core 24, out from the center of the nozzle 16 and towards its circumference. These streams will cross each other within a ring as determined by the two radii R and R', and this contributes to a further mixing of the liquid streams.

I de foran beskrevne utførelseseksempler vil man altså ha to parallelle strømninger. I den ene dannes det en motstands-strøm som øker med en øking i trykkforskjellen, dvs. når motoren belastes med et eksternt dreiemoment. Den innbyrdes avhengighet mellom den væskemengde som går gjennom arbeidselementene og gjennom dysen 16 ved belastning av motoren, er av komplisert karakter, men man kan vise at ved bruk av strømningsregulatoren med den her beskrevne dyseutførelse vil man få en mer stabil motorkarakteristikk med øking av motorens belastningskapasitet og meget liten reduksjon av hastigheten til motorens utgående aksel. In the embodiment examples described above, you will therefore have two parallel flows. In one, a resistance current is formed which increases with an increase in the pressure difference, i.e. when the motor is loaded with an external torque. The interdependence between the amount of liquid that passes through the working elements and through the nozzle 16 when the engine is loaded is of a complicated nature, but it can be shown that by using the flow regulator with the nozzle design described here, a more stable engine characteristic will be obtained with an increase in the engine's load capacity and very little reduction in the speed of the engine's output shaft.

Fig. 7 og 8 viser energikarakteristikker, dvs. forholdet mellom de relative trykkforskjell-verdier AP samt rotasjons-frekvensen n for den utgående aksel 8, og den relative dreiemomentverdi M for henholdsvis en tidligere kjent skruemotor og en skruemotor ifølge oppfinnelsen. Fig. 7 and 8 show energy characteristics, i.e. the relationship between the relative pressure difference values AP and the rotation frequency n for the output shaft 8, and the relative torque value M for a previously known screw motor and a screw motor according to the invention, respectively.

Et studium av kurvene i fig. 7 og 8 viser at en sone Z, hvor motoren arbeider stabilt, se fig. 8, er 18$ større enn en sone S med stabil motoroperasjon, se fig. 7, uttrykt ved dreiemomentet. Hastighetssenkingen for den tidligere kjente motor er 57$ i det samme punkt, og er 50% for en motor ifølge oppfinnelsen. Ser man på hastighetssenken for begge motorer med et og samme eksterne dreiemoment, så vil forskjellen være meget større. Dette skyldes det faktum at motoren med en strømningsregulator vil få øket væsketilførsel (sammenlignet med tidligere kjent teknikk) ved en øking av trykket i arbeidselementene, slik at man ikke bare får bedret stabilitet, men også får økede gjennomsnittsverdier for arbeidsmoment og hastighet. A study of the curves in fig. 7 and 8 show that a zone Z, where the engine works stably, see fig. 8, is 18$ greater than a zone S with stable engine operation, see fig. 7, expressed by the torque. The speed reduction for the previously known motor is 57$ at the same point, and is 50% for a motor according to the invention. If you look at the speed reduction for both motors with the same external torque, the difference will be much greater. This is due to the fact that the engine with a flow regulator will have an increased fluid supply (compared to prior art) by increasing the pressure in the working elements, so that you not only get improved stability, but also get increased average values for working torque and speed.

Oppfinnelsen kan meget fordelaktig utnyttes i borekronemotorer med positivt deplassement, anvendt som drivmlddel for et bergbrytende verktøy ved boring av olje- og gassbrønner. Oppfinnelsen kan også benyttes i turbo-bor. The invention can be very advantageously used in drill bit motors with positive displacement, used as a propellant for a rock-breaking tool when drilling oil and gas wells. The invention can also be used in turbo drills.

Claims (5)

1. Borekronemotor innbefattende et spindelavsnitt (2) og et motoravsnitt (1) med arbeidselementer i form av en stator (3) og en hul rotor (4) med en aksial passasje (5) som har forbindelse med en arbeidsvæske-høytrykkssone, og med en regulator (6) for arbeidsvæskestrømmen, med en dyse (16) som er montert i den aksiale passasje, karakterisert ved at dysen (16) har to kammere anordnet etter hverandre i arbeidsvæskens strømningsretning, nemlig et innløpskammer (A) og et leveringskammer (B), hvis vegger (19,20) konjugerer langs en brytelinje (21), idet et ringformet parti (22) i innløpskammeret (A), ved brytelinjen (21), er konkavt i arbeidsvæskens strømningsretning, og ved at tverrsnittsarealet til innløpskammeret (A) ved dets utløp er mindre enn samme kammers tverrsnittsareal ved kammerets innløp.1. Drill bit motor including a spindle section (2) and a motor section (1) with working elements in the form of a stator (3) and a hollow rotor (4) with an axial passage (5) communicating with a working fluid high-pressure zone, and with a regulator (6) for the working fluid flow, with a nozzle (16) which is mounted in the axial passage, characterized in that the nozzle (16) has two chambers arranged one behind the other in the direction of flow of the working fluid, namely an inlet chamber (A) and a delivery chamber (B), whose walls (19,20) conjugate along a break line (21), in that an annular part (22) in the inlet chamber (A), at the break line (21), is concave in the direction of flow of the working fluid, and in that the cross-sectional area of the inlet chamber (A) at its outlet is smaller than the cross-sectional area of the same chamber at the inlet of the chamber. 2. Borekronemotor ifølge krav 1, karakterisert ved at dysen (16) er bygget opp av to deler, nemlig en hylse (23) og en kjernedel (24), som er montert inne i hylsen med klaring, idet innløpskammeret (A) og leveringskammeret (B) begrenses av veggflatene i hylsen (23) og på kjernedelen (24).2. Drill bit motor according to claim 1, characterized in that the nozzle (16) is made up of two parts, namely a sleeve (23) and a core part (24), which is mounted inside the sleeve with clearance, the inlet chamber (A) and the delivery chamber (B ) is limited by the wall surfaces in the sleeve (23) and on the core part (24). 3. Borekronemotor ifølge krav 2, karakterisert ved at kjernedelen er en sylindrisk stang og at hylsen (23) innvendig er forsynt med et ringformet fremspring (26) som danner det konkave parti (22) i innløpskammerets (A) vegg (19).3. Drill bit motor according to claim 2, characterized in that the core part is a cylindrical rod and that the sleeve (23) is internally provided with an annular projection (26) which forms the concave part (22) in the wall (19) of the inlet chamber (A). 4. Borekronemotor ifølge krav 2, karakterisert ved at hylsen (23) er sylindrisk og at kjernédelen (24) har et ringformet fremspring (27) som danner det konkave parti (22) i innløpskammeret (A).4. Drill bit motor according to claim 2, characterized in that the sleeve (23) is cylindrical and that the core part (24) has an annular projection (27) which forms the concave part (22) in the inlet chamber (A). 5. Borekronemotor ifølge krav 2, karakterisert ved at hylsen (23) og kjernedelen (24) begge har ringformede fremspring (28,29), idet hvert slikt fremspring danner et konkavt parti (22).5. Drill bit motor according to claim 2, characterized in that the sleeve (23) and the core part (24) both have annular projections (28,29), each such projection forming a concave part (22).
NO87873582A 1985-12-30 1987-08-25 BORE KRONE MOTOR NO168436C (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 (4)

Publication Number Publication Date
NO873582L NO873582L (en) 1987-08-25
NO873582D0 NO873582D0 (en) 1987-08-25
NO168436B true NO168436B (en) 1991-11-11
NO168436C NO168436C (en) 1992-02-19

Family

ID=21616957

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO87873582A NO168436C (en) 1985-12-30 1987-08-25 BORE KRONE MOTOR

Country Status (8)

Country Link
EP (1) EP0264444B1 (en)
JP (1) JPS63501965A (en)
AT (1) ATE65583T1 (en)
BR (1) BR8507322A (en)
DE (1) DE3583618D1 (en)
DK (1) DK422487A (en)
NO (1) NO168436C (en)
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
EP0264444A1 (en) 1988-04-27
EP0264444B1 (en) 1991-07-24
DK422487D0 (en) 1987-08-13
NO873582L (en) 1987-08-25
DE3583618D1 (en) 1991-08-29
BR8507322A (en) 1988-02-09
NO168436C (en) 1992-02-19
JPH0412800B2 (en) 1992-03-05
ATE65583T1 (en) 1991-08-15
DK422487A (en) 1987-08-13
WO1987004215A1 (en) 1987-07-16
JPS63501965A (en) 1988-08-04
NO873582D0 (en) 1987-08-25
EP0264444A4 (en) 1989-04-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5516360A (en) Abrasion resistant gas separator
AU2017202308B2 (en) Downhole motor with concentric rotary drive system
US3999901A (en) Progressive cavity transducer
RU2062861C1 (en) Device for sinking oil, gas or geothermal wells
US3802803A (en) Submersible screw pump
US4246976A (en) Down hole drilling motor with pressure balanced bearing seals
US6520271B1 (en) Fluid powered rotary drilling assembly
US2660402A (en) Core drilling apparatus
US4225000A (en) Down hole drilling motor with pressure balanced bearing seals
US3882946A (en) Turbodrill
HU184664B (en) Hydraulic drilling motor for deep drilling
WO2020221010A1 (en) Reaction torque automatic balancing device for screw drilling tool, and drilling pipe string and method
US4105377A (en) Hydraulic roller motor
US5069298A (en) Well drilling assembly
US4493381A (en) Turbodrill with a reduced drilling fluid pressure on a floating piston
US4676716A (en) Hydraulic multistage turbine of turbodrill
US8827009B1 (en) Drilling pressure intensifying device
CN110056309B (en) Fixed-shaft rotary positive displacement power tool
US3083779A (en) Gas turbine drive drilling apparatus
NO168436B (en) BORE KRONE MOTOR
US4823889A (en) Downhole screw motor
US2336336A (en) Rotary turbine bit
CN106014198A (en) Efficient well drilling device for coiled tubing
EP0457796A1 (en) Positive displacement wing motor
CA1289412C (en) Fluid driven pumping apparatus