RU125613U1

RU125613U1 - SCREW BOTTOM ENGINE

Info

Publication number: RU125613U1
Application number: RU2012115596/03U
Authority: RU
Inventors: Сергей Михайлович Селиванов; Владимир Григорьевич Воробьёв; Юрий Васильевич Захаров; Александр Вячеславович Лунёв; Александр Сергеевич Шистеров; Анастасия Владимировна Ракина
Original assignee: Открытое акционерное общество "Пермнефтемашремонт"
Priority date: 2012-04-18
Filing date: 2012-04-18
Publication date: 2013-03-10

Abstract

1. Винтовой забойный двигатель для вертикального, наклонно-направленного и горизонтального бурения, включающий рабочую пару, состоящую из статора и установленного в нем ротора, соединенные - первый с верхним переводником регулятора угла наклона бурения и далее через нижний переводник регулятора угла наклона бурения с корпусом шпинделя, а второй - через переводник ротора с карданным валом, и далее через муфту с валом шпинделя, на котором установлены осевые и радиальные опоры, отличающийся тем, что наружный и внутренний диаметры корпуса шпинделя, а также его вал увеличены по отношению к наружному диаметру рабочей пары, при этом наружная поверхность корпуса шпинделя снабжена канавками, а осевые и радиальные опоры усилены.2. Винтовой забойный двигатель по п.1, отличающийся тем, что канавки на наружной поверхности корпуса шпинделя выполнены, например, спиральными.1. A downhole screw motor for vertical, directional and horizontal drilling, including a working pair consisting of a stator and a rotor installed in it, connected - the first with the upper sub of the drilling angle adjuster and then through the lower sub of the drilling angle regulator with the spindle housing and the second through the rotor sub with the driveshaft, and then through the coupling with the spindle shaft, on which axial and radial bearings are installed, characterized in that the outer and inner diameters of the spy body The part and its shaft are enlarged with respect to the outer diameter of the working pair, while the outer surface of the spindle body is provided with grooves, and the axial and radial bearings are reinforced. 2. The downhole screw motor according to claim 1, characterized in that the grooves on the outer surface of the spindle body are made, for example, spiral.

Description

Полезная модель относится к винтовым забойным двигателям для вертикального, наклонно - направленного и горизонтального бурения и может быть использована в нефтегазодобывающей, горной и других отраслях промышленности.The invention relates to downhole screw motors for vertical, directional and horizontal drilling, and can be used in oil and gas, mining and other industries.

В качестве прототипа принят двигатель для наклонно-направленного и горизонтального бурения ДРУ-172 PC (ООО «Радиус-сервис»), изображенный и описанный в книге Д.Ф.Балденко, Ф.Д.Балденко и А.Н.Гноевых «Одновинтовые гидравлические машины » в 2-х т., М., «ООО ИРЦ Газпром», 2007, т.2, с.43.As a prototype, an engine for directional and horizontal drilling of the DRU-172 PC (Radius-Service LLC), depicted and described in the book by D. F. Baldenko, F. D. Baldenko and A. N. Gnoev “Single-screw hydraulic machines ”in 2 volumes, M.,“ IRC Gazprom LLC, 2007, vol. 2, p. 43.

Упомянутый двигатель включает рабочую пару, состоящую из статора с установленным в нем ротором, из которых первый через верхний переводник регулятора угла наклона бурения соединен с корпусом регулятора угла наклона бурения, а второй через переводник ротора - с карданным валом, который через муфту соединен с валом шпинделя.The aforementioned motor includes a working pair consisting of a stator with a rotor installed in it, of which the first is connected through the upper tilt angle adjuster to the housing of the tilt angle regulator, and the second, through the rotor sub, is connected to the cardan shaft, which is connected via a coupling to the spindle shaft .

Конструкция шпинделя включает полый вал, соединенный в нижней части с долотом посредством переводника, а в верхней части с помощью муфты - с шарниром карданного вала. На валу шпинделя размещены осевые и радиальные опоры.The spindle design includes a hollow shaft connected in the lower part to the chisel by means of a sub, and in the upper part by means of a coupling, with a cardan shaft hinge. Axial and radial bearings are placed on the spindle shaft.

Признаки известного технического решения, совпадающие с признаками заявленной полезной модели, заключаются в наличии рабочей пары, состоящей из статора и установленного в нем ротора, соединенных, первый - с верхним переводником регулятора угла наклона бурения с корпусом шпинделя, а второй - через переводник ротора с карданным валом, и далее через муфту с валом шпинделя, на котором установлены осевые и радиальные опоры.The signs of the known technical solution, which coincides with the features of the claimed utility model, are the presence of a working pair consisting of a stator and a rotor installed in it, connected, the first - with the upper sub of the drilling angle adjuster with the spindle housing, and the second - through the rotor sub with the universal joint shaft, and then through a coupling with a spindle shaft, on which axial and radial bearings are mounted.

В настоящее время в современной технологии бурения нашли широкое применение долота типа PDC, оснащенные поликристаллическими алмазами. Такие долота потребляют большую мощность и требуют повышенные крутящие моменты и осевые нагрузки.Currently, PDC bits equipped with polycrystalline diamonds are widely used in modern drilling technology. Such bits consume more power and require higher torques and axial loads.

Уровень современной технологии изготовления и конструкция рабочих пар винтовых забойных двигателей решают эти проблемы. Однако, для создания шпинделей винтовых забойных двигателей равнозначных по стойкости рабочим парам, необходимо устанавливать в них усиленные осевые и радиальные опоры, что, как правило, приводит к увеличению их диаметральных размеров. В свою очередь, увеличение диаметрального размера шпинделя винтового забойного двигателя ограничено, так как для протока промывочной жидкости (бурового раствора), необходим зазор между корпусом шпинделя и стенками скважины.The level of modern manufacturing technology and the design of working pairs of downhole screw motors solve these problems. However, to create spindles for downhole helical motors of equivalent resistance to working pairs, it is necessary to install reinforced axial and radial bearings in them, which, as a rule, leads to an increase in their diametrical dimensions. In turn, the increase in the diametrical size of the spindle of the helical downhole motor is limited, since for the flow of flushing fluid (drilling fluid), a gap is required between the spindle body and the borehole walls.

В этой связи, причина препятствующая получению в известном техническом решении результата, который обеспечивается полезной моделью, заключается в невозможности размещения в корпусе шпинделя усиленных осевых и радиальных опор, обеспечивающих равнозначную стойкость рабочей пары и шпинделя.In this regard, the reason that prevents the obtaining in a known technical solution of the result, which is provided by the utility model, is the impossibility of placing reinforced axial and radial bearings in the spindle body, which provide equivalent durability of the working pair and spindle.

Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в расширении технологических возможностей винтового забойного двигателя при применении долот типа PDC.The problem, which the utility model is aimed at, is to expand the technological capabilities of the downhole screw motor when using PDC bits.

Технический результат, обеспечивающий решение указанной задачи, заключается в увеличении прочности шпинделя без уменьшения объемов протока промывочной жидкости.The technical result that provides the solution of this problem is to increase the strength of the spindle without reducing the volume of the flow of washing liquid.

Достигается технический результат тем, что в винтовом забойном двигателе, включающем рабочую пару, состоящую из статора и установленного в нем ротора, соединеных - первый с верхним переводником регулятора угла наклона бурения и далее через нижний переводник регулятора угла наклона бурения с корпусом шпинделя, а второй ~ через переводник ротора с карданным валом и далее через муфту с валом шпинделя, на котором установлены осевые и радиальные опоры, согласно полезной модели наружный и внутренний диаметры корпуса шпинделя, а также его вал увеличены по отношению к наружному диаметру рабочей, при этом наружная поверхность корпуса шпинделя снабжена канавками, например, спиральными, а осевые и радиальные опоры усилены. Выполнение наружного и внутреннего диаметров корпуса шпинделя увеличенными обеспечивает больший момент сопротивления кольцевого сечения и большую площадь кольцевого сечения, что ведет к увеличению прочности и при изгибе и при растяжении - сжатии. Увеличение диаметра вала шпинделя при увеличенном внутреннем диаметре корпуса позволяет поставить и большие осевые и радиальные опоры, что также увеличивает прочность шпинделя в целом. При этом все силовые элементы, расположенные ниже рабочей пары, в том числе вал шпинделя и его опоры выполнены по условиям прочности в соответствии с максимальным крутящим моментом, развиваемым рабочей парой. Наличие канавок на наружной поверхности корпуса шпинделя позволяет при незначительном зазоре между диаметром скважины и диаметром шпинделя пропустить через них необходимые объемы промывочной жидкости. Выполнение канавок спиральными позволяет исключить шламование на участке шпинделя при вращении бурильной колонны.The technical result is achieved in that in a downhole screw motor, including a working pair, consisting of a stator and a rotor installed in it, connected - the first with the upper sub of the drilling angle adjuster and then through the lower sub of the drilling angle regulator with the spindle housing, and the second ~ through a rotor sub with a cardan shaft and then through a coupling with a spindle shaft on which axial and radial bearings are mounted, according to a utility model, the outer and inner diameters of the spindle body, as well as its shaft are magnified with respect to the outer diameter of the working, while the outer surface of the spindle housing is provided with grooves, for example, spiral, and axial and radial bearings are reinforced. The implementation of the outer and inner diameters of the spindle housing increased provides a greater moment of resistance of the annular section and a large area of the annular section, which leads to an increase in strength and bending and tensile compression. An increase in the diameter of the spindle shaft with an increased inner diameter of the casing allows the installation of large axial and radial bearings, which also increases the strength of the spindle as a whole. Moreover, all the power elements located below the working pair, including the spindle shaft and its bearings, are made according to the strength conditions in accordance with the maximum torque developed by the working pair. The presence of grooves on the outer surface of the spindle housing allows, with a slight gap between the bore diameter and the spindle diameter, to pass the necessary volumes of flushing fluid through them. The implementation of the spiral grooves eliminates sludge in the spindle during rotation of the drill string.

Новые признаки заявленного технического решения заключаются в увеличении наружного и внутреннего диаметров корпуса шпинделя, а также его вала по отношению к наружному диаметру рабочей пары, в наличии на поверхности корпуса шпинделя канавок, например, спиральных и в усилении осевых и радиальных опор.New features of the claimed technical solution are to increase the outer and inner diameters of the spindle housing, as well as its shaft with respect to the outer diameter of the working pair, in the presence of grooves on the surface of the spindle housing, for example, spiral ones and in strengthening axial and radial bearings.

Полезная модель иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 - показан общий вид двигателя; на фиг.2 - шпиндель двигателя в разрезе; на фиг.3 - сечение А-А на фиг.2.The utility model is illustrated in the drawing, where in Fig.1 - shows a General view of the engine; figure 2 - spindle of the engine in the context; figure 3 is a section aa in figure 2.

Винтовой забойный двигатель для вертикального, наклонно-направленного и горизонтального бурения включает рабочую пару 1 состоящую из статора 2 и установленного в нем ротора 3. На верхнем конце статора посредством резьбы закреплен переводник 4, а нижний конец статора посредством резьбы соединен с верхний переводником 5 регулятора 6 угла наклона бурения. Нижний переводник 7 регулятора 6 угла наклона бурения соединен с корпусом 8 шпинделя 9. Ротор 3 рабочей пары посредством переводника 10 ротора соединен с карданным валом 11, который через муфту 12 соединен с валом 13 шпинделя 9. На валу 13 шпинделя 9 установлены: осевые опоры 14 верхняя радиальная опора 15 и нижняя радиальная опора 16, расположенная в ниппельной гайке 17. На наружном диаметре корпуса шпинделя выполнены винтовые канавки 18 (см. фиг.1, 2 и 3), которые обеспечивают проток промывочной жидкости при увеличенных наружном и внутреннем диаметрах (D и d) корпуса шпинделя и увеличенном диаметре d1 вала шпинделя. Это. в свою очередь, позволило установить усиленные осевые и радиальные опоры шпинделя, что обеспечило увеличение межремонтного ресурса рабочей пары и шпинделя винтового забойного двигателя.The downhole screw motor for vertical, directional and horizontal drilling includes a working pair 1 consisting of a stator 2 and a rotor 3 installed in it. At the upper end of the stator, a sub 4 is fixed by means of a thread, and the lower end of the stator is connected to the upper sub 5 of the regulator 6 by a thread angle of inclination of drilling. The lower sub 7 of the controller 6 of the angle of inclination of the drilling is connected to the housing 8 of the spindle 9. The rotor 3 of the working pair through the sub 10 of the rotor is connected to the driveshaft 11, which is connected through the coupling 12 to the shaft 13 of the spindle 9. On the shaft 13 of the spindle 9 are installed: axial bearings 14 the upper radial support 15 and the lower radial support 16 located in the nipple nut 17. On the outer diameter of the spindle housing there are screw grooves 18 (see Figs. 1, 2 and 3), which provide a flow of flushing fluid with increased outer and inner diameters (D and d ) the spindle housing and the increased diameter d1 of the spindle shaft. It. in turn, it allowed the installation of reinforced axial and radial bearings of the spindle, which ensured an increase in the overhaul life of the working pair and the spindle of the downhole screw motor.

Заявленная полезная модель работает следующим образом. При подаче рабочей жидкости в двигатель, ротор 3 начинает вращаться, обкатываясь по внутренним зубьям статора. Далее планетарное движение ротора 3 передается через переводник 10 ротора на карданный вал 11 и далее через муфту 12 на вал 13 шпинделя 9, и породоразрушающий инструмент, например долото. Нагрузки от долота воспринимаются усиленными осевыми опорами 14 и усиленными радиальными опорами 15 и 16. Промывочная жидкость после рабочей пары через окна муфты 12 и канал вала 13 поступает на режущие элементы долота и далее поднимается вверх вынося выбуренную породу на поверхность. При прохождении жидкости по участку корпуса шпинделя площадь для протока жидкости складывается из площади зазора разности диаметров скважины и наружного D корпуса шпинделя плюс площадей спиральных канавок. В этой связи при увеличенном наружном диаметре корпуса шпинделя не уменьшается объем протока жидкости на участке шпинделя.The claimed utility model works as follows. When the working fluid is supplied to the engine, the rotor 3 begins to rotate, rolling around the internal teeth of the stator. Next, the planetary movement of the rotor 3 is transmitted through the rotor sub 10 to the driveshaft 11 and then through the coupling 12 to the shaft 13 of the spindle 9, and a rock cutting tool, for example a bit. The loads from the bit are perceived by the reinforced axial bearings 14 and the strengthened radial bearings 15 and 16. The flushing fluid after the working pair through the windows of the coupling 12 and the shaft channel 13 enters the cutting elements of the bit and then rises up bringing the cuttings out to the surface. When the fluid passes through the spindle body section, the area for the fluid flow is the sum of the gap area of the difference between the borehole diameters and the outer D spindle body plus the areas of the spiral grooves. In this regard, with an increased outer diameter of the spindle body, the volume of the fluid flow in the spindle portion does not decrease.

Claims

1. A downhole screw motor for vertical, directional and horizontal drilling, including a working pair consisting of a stator and a rotor installed in it, connected - the first with the upper sub of the drilling angle adjuster and then through the lower sub of the drilling angle regulator with the spindle housing and the second through the rotor sub with the driveshaft, and then through the coupling with the spindle shaft, on which axial and radial bearings are installed, characterized in that the outer and inner diameters of the spy body The part and its shaft are enlarged with respect to the outer diameter of the working pair, while the outer surface of the spindle body is provided with grooves, and the axial and radial bearings are reinforced.

2. The downhole screw motor according to claim 1, characterized in that the grooves on the outer surface of the spindle body are made, for example, spiral.