RU116887U1

RU116887U1 - SCREW BOTTOM ENGINE FOR TILT-DIRECTIONAL, HORIZONTAL AND VERTICAL DRILLING

Info

Publication number: RU116887U1
Application number: RU2012102924/03U
Authority: RU
Inventors: Сергей Михайлович Селиванов; Владимир Григорьевич Воробьёв; Юрий Васильевич Захаров; Александр Вячеславович Лунёв; Александр Сергеевич Шистеров
Original assignee: Открытое акционерное общество "Пермнефтемашремонт"
Priority date: 2012-01-27
Filing date: 2012-01-27
Publication date: 2012-06-10

Abstract

1. Винтовой забойный двигатель для наклонно-направленного, горизонтального и вертикального бурения, включающий секцию рабочей пары, состоящей из корпуса с внутренними винтовыми зубьями и установленного в нем с эксцентриситетом ротора с наружными винтовыми зубьями, и соединенную со шпиндельной секцией, отличающийся тем, что внутренние винтовые зубья выполнены заодно с корпусом или с металлической втулкой, установленной в расточке корпуса, и покрыты обкладкой из упругоэластичного материала одинаковой толщины, при этом наружные диаметры секций рабочей пары и шпиндельной секции связаны соотношением Dр.п./Dш.с.=0,6÷0,9, ! где Dр.п. - наружный диаметр секции рабочей пары; ! Dш.с. - наружный диаметр шпиндельной секции. ! 2. Винтовой забойный двигатель наклонно-направленного, горизонтального и вертикального бурения по п.1, отличающийся тем, что металлическая втулка с внутренними винтовыми зубьями выполнена из чугуна. 1. Downhole screw motor for directional, horizontal and vertical drilling, including a section of a working pair, consisting of a housing with internal helical teeth and an eccentric rotor with external helical teeth installed in it, and connected to a spindle section, characterized in that the internal helical teeth are made integral with the body or with a metal sleeve installed in the bore of the body, and are covered with a lining of elastic material of the same thickness, while the outer diameters of the sections of the working pair and the spindle section are related by the ratio Dp.p. / Dsh.s. = 0.6 ÷ 0.9,! where Dr.p. - outer diameter of the working pair section; ! Dsh.s. - outer diameter of the spindle section. ! 2. Downhole drilling motor for directional, horizontal and vertical drilling according to claim 1, characterized in that the metal sleeve with internal helical teeth is made of cast iron.

Description

Полезная модель относится к винтовым забойным двигателям для вращательного бурения, размещаемым в скважинах, и может использоваться в нефтедобывающей, горной и др. отраслях промышленности.The utility model relates to downhole screw motors for rotary drilling, placed in wells, and can be used in the oil, mining and other industries.

В качестве прототипа принято описание изобретения «Забойный винтовой гидравлический двигатель» к а.с. №237596. В указанном винтовом забойном двигателе секция рабочей пары включает статор, выполненный в виде втулки из резины или другого упругого материала, закрепленный в расточке корпуса двигателя. Внутренняя часть статора имеет зубчатую спиральную поверхность. Ротор выполнен из жесткого материла и имеет наружные спиральные зубья с таким же профилем и углом наклона, как и у статора, с которым ротор находится в зацеплении. Ротор двигателя имеет на один зуб меньше, чем статор, что обуславливает эксцентричное его расположение относительно оси двигателя. Длина рабочей части статора и ротора должна быть больше или равна шагу спирали. Рабочая пара статор-ротор представляет собой планетарный редуктор с большими передаточным отношением. Передача крутящего момента и осевого усилия от ротора к шпинделю шпиндельной секции двигателя осуществляется двойной зубчатой муфтой, выполняющей роль универсального шарнира.As a prototype, a description of the invention "Downhole screw hydraulic motor" to A.S. No. 237596. In the specified downhole screw motor, the working pair section includes a stator made in the form of a sleeve of rubber or other elastic material, fixed in the bore of the motor casing. The inner part of the stator has a gear spiral surface. The rotor is made of hard material and has external spiral teeth with the same profile and angle of inclination as the stator, with which the rotor is engaged. The rotor of the motor has one tooth less than the stator, which causes its eccentric location relative to the axis of the motor. The length of the working part of the stator and rotor must be greater than or equal to the pitch of the spiral. The working stator-rotor pair is a planetary gearbox with a large gear ratio. The transmission of torque and axial force from the rotor to the spindle of the spindle section of the engine is carried out by a double gear clutch acting as a universal joint.

Признаки известного винтового забойного двигателя, совпадающие с признаками заявленной полезной модели, заключаются в наличии секции рабочей пары, состоящей из корпуса с внутренними винтовыми зубьями и установленного в нем с эксцентриситетом ротора с наружными винтовыми зубьями. Общим является также соединение секции рабочей пары со шпиндельной секцией.Signs of a well-known downhole screw motor, coinciding with the features of the claimed utility model, are the presence of a working pair section consisting of a housing with internal helical teeth and a rotor with external helical teeth mounted in it with an eccentricity. Also common is the connection of the working pair section with the spindle section.

Причина, препятствующая получению в известном техническом решении технического результата, который обеспечивается полезной моделью, заключается в том, что втулка с внутренними винтовыми зубьями, закрепленная в расточке корпуса, выполнена из резины или другого упругого материала. Такие зубья при контакте с металлическими зубьями ротора деформируются. Вследствие этого снижается гидравлический КПД двигателя из-за повышенных утечек жидкости, снижается мощность двигателя из-за потерь на деформацию и образование в связи с этим тепла в резиновой втулке и плохой его отвод.The reason that prevents obtaining a technical result in a known technical solution, which is provided by a utility model, is that the sleeve with internal helical teeth, fixed in the bore of the body, is made of rubber or other elastic material. Such teeth in contact with the metal teeth of the rotor are deformed. As a result, the hydraulic efficiency of the engine is reduced due to increased fluid leaks, the engine power is reduced due to deformation losses and the formation of heat in the rubber sleeve and its poor removal.

Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в расширении технологических возможностей винтовых забойных двигателей.The problem, which the utility model is aimed at, is to expand the technological capabilities of downhole screw motors.

Технический результат, обеспечивающий решение указанной задачи, заключается в увеличении жесткости внутренних винтовых зубьев секции рабочей пары. Это в свою очередь ведет к снижению деформаций и потерь мощности, к уменьшению гидравлических потерь винтового забойного двигателя, а это в свою очередь обеспечивает его гибридную компоновку. Технический результат заключается также в уменьшении поперечных колебаний винтового забойного двигателя, а также в более интенсивном и стабильном наборе параметров кривизны.The technical result that provides the solution of this problem is to increase the rigidity of the internal helical teeth of the working pair section. This, in turn, leads to a decrease in deformations and power losses, to a decrease in hydraulic losses of the downhole screw motor, and this, in turn, ensures its hybrid layout. The technical result also consists in reducing the transverse vibrations of a downhole screw motor, as well as in a more intense and stable set of curvature parameters.

Достигается технический результат тем, что в известном винтовом забойном двигателе для наклонно-направленного, горизонтального и вертикального бурения, включающем секцию рабочей пары, состоящую из корпуса с внутренними винтовыми зубьями, и установленного в нем с эксцентриситетом ротора с наружными винтовыми зубьями, и соединенную со шпиндельной секцией, согласно полезной модели, внутренние винтовые зубья выполнены заодно с корпусом или с металлической втулкой, установленной в расточке корпуса, и покрыты обкладкой из упруго-эластичного материала одинаковой толщины. Достигается технический результат также и тем, что наружные диаметры секций рабочей пары и шпиндельной секции связаны соотношением D_р.п./D_ш.с.=0,6÷0,9, где D_р.п. - наружный диаметр секции рабочей пары; D_ш.с. - наружный диаметр шпиндельной секции, а также тем, что металлическая втулка с внутренними винтовыми зубьями выполнена из чугуна.The technical result is achieved in that in the well-known downhole motor for directional, horizontal and vertical drilling, which includes a working pair section consisting of a housing with internal helical teeth, and mounted in it with an eccentricity of the rotor with external helical teeth, and connected to the spindle section, according to a utility model, the internal helical teeth are made integral with the housing or with a metal sleeve installed in the bore of the housing, and are covered with a lining of elastic-elastic of the same thickness of material. The technical result is also achieved by the fact that the outer diameters of the sections of the working pair and the spindle section are connected by the ratio D _r.p. / D _W.S. = 0.6 ÷ 0.9, where D _r.p. - the outer diameter of the section of the working pair; D _{W. S.} - the outer diameter of the spindle section, as well as the fact that the metal sleeve with internal helical teeth is made of cast iron.

Выполнение внутренних винтовых зубьев заодно с корпусом или с металлической втулкой, установленной в расточке корпуса, и покрытых обкладкой из упруго-эластичного материала одинаковой толщины увеличивает жесткость зубьев, что значительно снижает их деформацию, что ведет к снижению потерь мощности, а значит к увеличению последней, уменьшает протечки жидкости, повышая гидравлический КПД двигателя, улучшает отвод тепла от рабочих поверхностей зубьев, т.к. металл обладает большей теплопроводностью. Стендовые и промышленные испытания показали, что мощность двигателя в предлагаемой конструкции возрастает на 30-100% по сравнению с прототипом. Это позволяет с одним типоразмером секции рабочей пары винтового забойного двигателя компоновать шпиндельную секцию большего типоразмера. Промысловые испытания показали, что оптимальным является соотношение D_р.п./D_ш.с.=0,6÷0,9, где D_р.п. - наружный диаметр секции рабочей пары; D_ш.с. - наружный диаметр шпиндельной секции. Такое «гибридное» исполнение винтового забойного двигателя позволяет также увеличить маневренность для изменения угла наклона бурения. Так при бурении скважины ее диаметр определяется типоразмером долота, диаметр которого принимается больше диаметра шпиндельной секции с учетом создания зазора для протока промывочной жидкости и выноса выбуриваемой породы. Тогда зазор между диаметром скважины и диаметром секции рабочей пары двигателя будет больше, чем зазор между диаметром скважины и диаметром шпиндельной секции, а это обеспечивает большую степень свободы для регулятора угла наклона бурения, а, следовательно, и более интенсивный и стабильный набор параметров кривизны. Выполнение металлической втулки с внутренними винтовыми зубьями из чугуна, вследствие повышенной вибростойкости последнего, уменьшает поперечные колебания двигателя, что в целом улучшает характеристики его работы.The execution of internal helical teeth at the same time with the housing or with a metal sleeve installed in the bore of the housing, and covered with a lining of elastic material of the same thickness increases the stiffness of the teeth, which significantly reduces their deformation, which leads to a decrease in power loss, and therefore to increase the latter, reduces fluid leakage, increasing the hydraulic efficiency of the engine, improves heat removal from the working surfaces of the teeth, because metal has a higher thermal conductivity. Bench and industrial tests showed that the engine power in the proposed design increases by 30-100% compared with the prototype. This allows one spindle section of a larger size to be assembled with one frame size of the working pair of a downhole motor. Field tests have shown that the ratio of D _r.p. is optimal / D _W.S. = 0.6 ÷ 0.9, where D _r.p. - the outer diameter of the section of the working pair; D _{W. S.} - the outer diameter of the spindle section. Such a "hybrid" design of a downhole screw motor also allows to increase maneuverability for changing the angle of inclination of the drilling. So when drilling a well, its diameter is determined by the size of the bit, the diameter of which is taken to be larger than the diameter of the spindle section, taking into account the creation of a gap for the flow of flushing fluid and the removal of the drilled rock. Then the gap between the diameter of the borehole and the diameter of the section of the working pair of the engine will be larger than the gap between the diameter of the borehole and the diameter of the spindle section, and this provides a greater degree of freedom for the regulator of the angle of inclination of the drilling, and, consequently, a more intense and stable set of curvature parameters. The implementation of a metal sleeve with internal helical teeth made of cast iron, due to the increased vibration resistance of the latter, reduces lateral vibrations of the engine, which generally improves its performance.

Новые признаки заявленного технического решения заключаются в выполнении внутренних винтовых зубьев заодно с корпусом или с металлической втулкой, установленной в расточке корпуса, и покрытых обкладкой из упруго-эластичного материала одинаковой толщины. Новым является также соотношение наружных диаметров секции рабочей пары и шпиндельной секции как D_р.п./D_ш.с.=0,6÷0,9, где D_р.п. - наружный диаметр секции рабочей пары; D_ш.с. - наружный диаметр шпиндельной секции. Новым является также и выполнение металлической втулки с внутренними винтовыми зубьями из чугуна.New features of the claimed technical solution consist in the implementation of internal helical teeth integrally with the body or with a metal sleeve installed in the bore of the body, and covered with a lining of elastic material of the same thickness. Also new is the ratio of the outer diameters of the working pair section and the spindle section as D _r.p. / D _W.S. = 0.6 ÷ 0.9, where D _r.p. - the outer diameter of the section of the working pair; D _{W. S.} - the outer diameter of the spindle section. Also new is the design of a metal sleeve with cast iron internal helical teeth.

Полезная модель иллюстрируется чертежами, гдеThe utility model is illustrated by drawings, where

на фиг.1 - показан общий вид винтового забойного двигателя в скважине;figure 1 - shows a General view of a downhole screw motor in a well;

на фиг.2 - сечение А-А по секции рабочей пары с выполнением внутренних винтовых зубьев заодно с корпусом;figure 2 is a section aa along the section of the working pair with the implementation of internal helical teeth integral with the housing;

на фиг.3 - сечение А-А по секции рабочей пары с выполнением внутренних винтовых зубьев заодно с металлической втулкой;figure 3 is a section aa along the section of the working pair with the implementation of the internal helical teeth at the same time with the metal sleeve;

Винтовой забойный двигатель для наклонно-направленного, горизонтального и вертикального бурения включает секцию 1 рабочей пары, соединенную с секцией 2 регулятора угла наклона бурения, а секция 2 соединена со шпиндельной секцией 3. Секция 1 рабочей пары состоит из корпуса 4 и внутренних винтовых зубьев 5, выполненных заодно с корпусом 4. Внутренние винтовые зубья 5 могут быть также выполнены заодно с металлической втулкой 6, установленной в расточке корпуса 4. Втулка 6 с зубьями может быть также выполнена из чугуна. В корпусе 4 с эксцентриситетом установлен ротор 7 с наружными винтовыми зубьями, а внутренние винтовые зубья корпуса 4 или металлической втулки 6 покрыты обкладкой из упруго-эластичного материала одинаковой толщины. При этом винтовой забойный двигатель выполнен гибридным, т.е. с меньшим наружным диаметром секции рабочей пары и с большим - шпиндельной секции, при соотношении наружных диаметров D_р.п./D_ш.с.=0,6÷0,9. При выполнении двигателя гибридным при соотношении D_р.п./D_ш.с.=0,9, технические результаты, а следовательно и преимущества полезной модели минимальны. При соотношении D_р.п./D_ш.с.=0,6 технический результат, а значит и преимущества максимальны. При выходе за пределы этого соотношения, т.е. меньше 0,6, как показали испытания, технические результаты теряются, в следствии конструктивных недостатков (невозможность сборки секций с большой разницей в диаметрах и т.д.).The downhole screw motor for directional, horizontal and vertical drilling includes a working pair section 1 connected to a drilling angle adjuster section 2, and a section 2 is connected to a spindle section 3. A working pair section 1 consists of a housing 4 and internal helical teeth 5, made integrally with the housing 4. The internal helical teeth 5 can also be integral with the metal sleeve 6 installed in the bore of the housing 4. The sleeve 6 with teeth can also be made of cast iron. In the case 4 with an eccentricity, a rotor 7 with external helical teeth is installed, and the internal helical teeth of the housing 4 or metal sleeve 6 are covered with a lining of elastic material of the same thickness. In this case, the downhole screw motor is made hybrid, i.e. with a smaller outer diameter of the working pair section and with a larger spindle section, with the ratio of the outer diameters D _r.p. / D _W.S. = 0.6 ÷ 0.9. When performing a hybrid engine with a ratio of D _r.p. / D _W.S. = 0.9, technical results, and therefore the advantages of the utility model are minimal. With the ratio of D _r.p. / D _W.S. = 0.6 technical result, and therefore the maximum benefits. When going beyond this ratio, i.e. less than 0.6, as tests have shown, technical results are lost due to design flaws (inability to assemble sections with a large difference in diameters, etc.).

Работа полезной модели осуществляется следующим образом. При подаче рабочей жидкости в двигатель, ротор 7 начинает вращаться, обкатываясь по внутренним зубьям корпуса 4. Далее вращательное движение через последующие узлы передается на режущий инструмент, например долото.The utility model is as follows. When the working fluid is supplied to the engine, the rotor 7 starts to rotate, rolling around the internal teeth of the housing 4. Next, the rotational movement through the subsequent nodes is transmitted to the cutting tool, for example a bit.

Claims

1. Screw downhole motor for directional, horizontal and vertical drilling, including a section of the working pair, consisting of a housing with internal helical teeth and mounted in it with an eccentricity of the rotor with external helical teeth, and connected to the spindle section, characterized in that the internal helical teeth are made integral with the housing or with a metal sleeve installed in the bore of the housing, and are covered with a lining of elastic material of the same thickness, while the outer diameters sections of the working pair and spindle sections are connected by the ratio of D _r.p. / D _W.S. = 0.6 ÷ 0.9,

where D _r.p. - the outer diameter of the section of the working pair;

D _{W. S.} - the outer diameter of the spindle section.

2. The downhole screw motor of directional, horizontal and vertical drilling according to claim 1, characterized in that the metal sleeve with internal helical teeth is made of cast iron.