RU131052U1

RU131052U1 - RADIAL JUNCTION ENGINE SUPPORT (OPTIONS)

Info

Publication number: RU131052U1
Application number: RU2013105879/03U
Authority: RU
Inventors: Николай Юрьевич Мялицин; Георгий Флавьевич Чудаков; Алексей Владимирович Соболев; Сергей Владимирович Жарехин
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью "Вниибт-Буровой Инструмент"
Priority date: 2013-02-12
Filing date: 2013-02-12
Publication date: 2013-08-10

Abstract

1. Радиальная опора забойного двигателя, содержащая внутреннюю и наружную втулки с нанесенными на наружной и внутренней поверхностях втулок износостойкими элементами из твердого сплава, например карбида вольфрама-кобальта, скрепленные с каждой из втулок пропиткой порошка износостойкого материала с металлом-связкой, отличающаяся тем, что износостойкие элементы выполнены в виде сфер равного диаметра, образующих при равномерной укладке износостойкий слой, при этом диаметр сфер, уложенных в слой на одной из втулок, меньше, чем диаметр сфер, уложенных в слой на другой втулке.2. Радиальная опора забойного двигателя по п.1, отличающаяся тем, что на краях внутренней и наружной втулок со стороны нанесенных износостойких элементов выполнены бурты, высота m которых составляет m=(0,7-1,0)k, где k - толщина износостойкого слоя.3. Радиальная опора забойного двигателя по п.1, отличающаяся тем, что наружная втулка снабжена наружным буртом, который выполнен с резьбой.4. Радиальная опора забойного двигателя по п.1, отличающаяся тем, что пропитка порошка износостойкого материала и металла-связки выполнена в виде самофлюсующейся композиции.5. Радиальная опора забойного двигателя, содержащая внутреннюю и наружную втулки с нанесенными на наружной и внутренней поверхностях износостойкими элементами из твердого сплава, например карбида вольфрама-кобальта, скрепленные с каждой из втулок пропиткой порошка износостойкого материала с металлом-связкой, отличающаяся тем, что износостойкие элементы выполнены в виде сфер разных диаметров, образующих при равномерной укладке износостойкий слой.6. Радиальная опора забойного двигателя по п.5, отл1. Radial support of a downhole motor, comprising inner and outer bushings with wear-resistant hard alloy elements deposited on the outer and inner surfaces of the bushings, for example tungsten-cobalt carbide, bonded to each bush by impregnating the powder of a wear-resistant material with a metal binder, characterized in that the wear-resistant elements are made in the form of spheres of equal diameter, which form a wear-resistant layer during uniform laying, while the diameter of the spheres laid in a layer on one of the bushings is less than the diameter of the spheres laid in a layer on another sleeve. 2. The radial support of the downhole motor according to claim 1, characterized in that on the edges of the inner and outer bushings from the side of the applied wear-resistant elements, collars are made, the height m of which is m = (0.7-1.0) k, where k is the thickness of the wear-resistant layer .3. A radial bearing of a downhole motor according to claim 1, characterized in that the outer sleeve is provided with an outer shoulder that is threaded. The radial support of the downhole motor according to claim 1, characterized in that the impregnation of the powder of the wear-resistant material and the metal binder is made in the form of a self-fluxing composition. Radial downhole motor support, comprising inner and outer bushings with wear-resistant hard alloy elements deposited on the outer and inner surfaces, for example tungsten-cobalt carbide, bonded to each of the bushings by impregnating the wear-resistant material powder with a metal binder, characterized in that the wear-resistant elements are made in the form of spheres of different diameters forming a wear-resistant layer with uniform laying. 6. The radial bearing of the downhole motor according to claim 5, exc

Description

Полезная модель относится к буровой технике, в частности к конструкциям опорных устройств для гидравлических забойных двигателей, работающих в абразивной среде бурового раствора в скважине.The invention relates to drilling equipment, in particular, to designs of support devices for hydraulic downhole motors operating in an abrasive medium of a drilling fluid in a well.

Известна твердосплавная опора скольжения, предназначенная для шпинделей гидравлических забойных двигателей, которая выполнена в виде внутренней и наружной втулок с закрепленными в каждой из них пластинами, например, из твердого сплава карбид вольфрама-кобальт, пластины выполнены в форме параллелепипеда, стороной основания расположены вдоль образующей на расстоянии друг от друга, а также скреплены с каждой из втулок и между собой пропиткой порошка износостойкого материала, например, измельченного литого карбида вольфрама с расплавленным металлом-связкой (патент RU 2310017, МПК С23С 24/10, F16C 33/24, опубл. 10.11.2007). Недостатком известной опоры скольжения с пластинами из твердого сплава является ограниченность ресурса и надежности, что объясняется недостаточной ударной прочностью, расшатыванием и отслаиванием пластин при действии максимальных нагрузок, действующих на радиальные опоры скольжения в изогнутой колонне бурильных труб, в условиях возникновения вибраций.A carbide sliding support is known for spindles of hydraulic downhole motors, which is made in the form of inner and outer bushings with plates fixed in each of them, for example, of tungsten-cobalt carbide carbide, the plates are made in the form of a parallelepiped, the base side is located along the generatrix on distance from each other, and also bonded with each of the bushings and between each other by impregnating a powder of wear-resistant material, for example, crushed cast tungsten carbide with molten metal binder (patent RU 2310017, IPC С23С 24/10, F16C 33/24, publ. 10.11.2007). A disadvantage of the known sliding support with carbide inserts is the limited resource and reliability, which is explained by insufficient impact strength, loosening and peeling of the plates under the action of maximum loads acting on the radial sliding supports in a curved drill pipe string under vibration conditions.

Наиболее близкой к заявляемой конструкции является конструкция твердосплавных радиальных опор скольжения для гидравлического забойного двигателя, выполненная в виде внутренней и наружной втулок, с закрепленными в каждой из них элементами из твердого сплава, например, из карбида вольфрама, а элементы из твердого сплава скреплены с каждой из втулок пропиткой порошка износостойкого материала, например, измельченного литого карбида вольфрама с металлом-связкой с добавкой никеля и серебра, наружные втулки закреплены в корпусе шпинделя, внутренние втулки скреплены с валом шпинделя, а часть бурового раствора проходит через зазор радиальной опоры скольжения шпинделя, вал шпинделя соединен муфтой с приводным валом двигателя, (патент US 4560014, МПК Е21В 4/02, опубл. 24.12.1985). Недостатком известной опоры скольжения с элементами из твердого сплава является ограниченность ресурса и надежности в прокачиваемых буровым раствором радиальных опорах скольжения шпинделя, что объясняется недостаточной ударной прочностью, расшатыванием и отрывом пластин от втулок при действии максимальных нагрузок в изогнутой колонне бурильных труб, при знакопеременных нагрузках, действующих на радиальные опоры скольжения, в условиях возникновения вибраций. Это приводит к преждевременному износу радиальных опор скольжения и разрушению пластин из твердого сплава в опоре скольжения.Closest to the claimed design is the design of carbide radial sliding bearings for a hydraulic downhole motor, made in the form of inner and outer bushings, with elements of hard alloy fixed to each of them, for example, of tungsten carbide, and elements of hard alloy are bonded to each of bushings by impregnating powder of wear-resistant material, for example, crushed cast tungsten carbide with a metal binder with the addition of nickel and silver, the outer bushings are fixed in the spindle housing, morning bushings are fastened to the spindle shaft, and part of the drilling fluid passes through the clearance of the radial sliding support of the spindle, the spindle shaft is connected by a coupling to the drive shaft of the engine, (patent US 4560014, IPC ЕВВ 4/02, publ. 12.24.1985). A disadvantage of the known sliding support with carbide elements is the limited resource and reliability in the radial spindle sliding bearings pumped by the drilling fluid, which is explained by insufficient impact strength, loosening and tearing of the plates from the bushings under the action of maximum loads in a curved drill pipe string, with alternating loads acting on radial bearings of sliding, in the conditions of occurrence of vibrations. This leads to premature wear of the radial sliding bearings and the destruction of the hard alloy plates in the sliding bearing.

Недостатки известной конструкции опор с металлокомпозитнми элементами из твердого сплава объясняются чувствительностью к ударным нагрузкам, концентрацией напряжений по краям пластин и отрывом пластин от втулок при действии максимальных нагрузок.The disadvantages of the known construction of supports with metal composite elements made of hard alloy are explained by sensitivity to shock loads, stress concentration at the edges of the plates and separation of the plates from the bushings under maximum loads.

Недостатки известной конструкции объясняются также большими значениями напряжений радиальной опоры скольжения в корпусе шпинделя, а также большой вероятность расшатывания и отрыва пластин при действии максимальных нагрузок в изогнутой колонне бурильных труб в условиях высоких вибраций, действующих на радиальные опоры скольжения, при использовании двигателя в управляемых компоновках низа бурильной колонны, на участках изменения кривизны наклонной скважины.The disadvantages of the known design are also explained by the large values of the stresses of the radial sliding bearings in the spindle housing, as well as the high likelihood of loosening and tearing off the plates under the maximum loads in a bent drill pipe string under high vibrations acting on the radial sliding bearings when using the engine in controlled bottom arrangements drill string, in areas of change in the curvature of an inclined well.

Техническая задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в повышении ресурса работы и надежности твердосплавных радиальных опор забойного двигателя, исключении аварийности, предотвращении образования на рабочей поверхности сетки трещин, расшатывания и отрыва износостойких элементов, разрушения части рабочей поверхности радиальных опор при действии максимальных нагрузок, что обеспечивает уменьшение эксплуатационных затрат на твердосплавные радиальные опоры и в целом на забойный двигатель.The technical problem to be solved by the claimed utility model is to increase the service life and reliability of hard alloy radial bearings of the downhole motor, eliminate accidents, prevent the formation of cracks on the working surface of the mesh, loosening and tearing of wear-resistant elements, and destruction of part of the working surface of the radial bearings loads, which ensures a reduction in operating costs for carbide radial bearings and in general for a downhole motor.

Технический результат достигается за счет того, что радиальная опора забойного двигателя, содержащая внутреннюю и наружную втулки, с нанесенными на наружной и внутренней поверхностях втулок износостойкими элементами из твердого сплава, например карбида вольфрама-кобальта, скрепленные с каждой из втулок пропиткой порошка износостойкого материала с металлом-связкой, согласно полезной модели, по первому варианту, новым является то, что износостойкие элементы выполнены в виде сфер равного диаметра, образующих при равномерной укладке слой, при этом диаметр сфер уложенных в слой на одной из втулок меньше, чем диаметр сфер уложенных в слой на другой втулке; по второму варианту новым является то, что износостойкие элементы выполнены в виде сфер разных диаметров, образующих при равномерной укладке износостойкий слой; по третьему варианту новым является то, что износостойкие элементы выполнены в виде пластин, расположенных рядами, образующих при укладке износостойкий слой, центры пластин каждого ряда расположены напротив промежутков между пластинами соседнего ряда, а длина с промежутка между пластинами, измеренная вдоль оси вращения опоры и длина d пластины связаны соотношением с=(0,15-0,3)d, а расстояние е между пластинами соседних рядов и ширина h пластины связаны соотношением е=(0,3-0,6)h.The technical result is achieved due to the fact that the radial support of the downhole motor, containing the inner and outer bushings, with wear-resistant hard alloy elements deposited on the outer and inner surfaces of the bushings, for example, tungsten-cobalt carbide, bonded to each bush by impregnating the powder of wear-resistant material with metal -binding, according to the utility model, according to the first embodiment, new is that the wear-resistant elements are made in the form of spheres of equal diameter, forming with uniform laying And the diameter of the spheres arranged in a layer on one of the sleeves is less than the diameter of the spheres arranged in a layer on the other sleeve; according to the second option, new is that the wear-resistant elements are made in the form of spheres of different diameters, forming a wear-resistant layer with uniform laying; according to the third option, new is that the wear-resistant elements are made in the form of plates arranged in rows, forming a wear-resistant layer during laying, the centers of the plates of each row are located opposite the gaps between the plates of the adjacent row, and the length from the gap between the plates, measured along the axis of rotation of the support and the length d plates are connected by the ratio c = (0.15-0.3) d, and the distance e between the plates of adjacent rows and the width h of the plate are connected by the ratio e = (0.3-0.6) h.

Кроме того, износостойкие элементы могут быть выполнены в виде пластин разных форм и размеров.In addition, wear-resistant elements can be made in the form of plates of various shapes and sizes.

Кроме того, на краях внутренней и наружной втулках со стороны нанесенных износостойких элементов могут быть выполнены бурты, высота m которых составляет m=(0,7-1,0)k, где k - толщина износостойкого слоя.In addition, collars can be made on the edges of the inner and outer bushings from the side of the applied wear-resistant elements, the height m of which is m = (0.7-1.0) k, where k is the thickness of the wear-resistant layer.

Кроме того, расстояние f между твердосплавными пластинами и буртами втулок равно или меньше длины промежутка с между пластинами.In addition, the distance f between the carbide plates and the collars of the bushings is equal to or less than the length of the gap c between the plates.

Кроме того, наружная втулка может быть снабжена наружным буртом, который выполнен с резьбой.In addition, the outer sleeve may be provided with an outer shoulder, which is made with a thread.

Кроме того, пропитка порошка износостойкого материала и металла-связки могут быть выполнены в виде самофлюсующейся композиции.In addition, the impregnation of the powder of the wear-resistant material and the metal binder can be made in the form of a self-fluxing composition.

В предлагаемой полезной модели по первому варианту, в отличие от прототипа, износостойкие элементы выполнены в виде сфер равного диаметра, образующих при равномерной укладке слой, скрепленный с каждой из втулок пропиткой порошка износостойкого материала с металлом-связкой, что предотвращает выкрашивание рабочей поверхности опор при действии максимальных нагрузок. Сферические твердосплавные элементы обладают высокими механическими свойствами, повышенную устойчивость к ударным нагрузкам, не имеют режущих граней.In the proposed utility model according to the first embodiment, in contrast to the prototype, the wear-resistant elements are made in the form of spheres of equal diameter, forming during uniform laying a layer bonded to each of the bushings by impregnating the powder of the wear-resistant material with a metal binder, which prevents chipping of the working surface of the supports under the action maximum loads. Spherical carbide elements have high mechanical properties, increased resistance to shock loads, do not have cutting faces.

В предлагаемой полезной модели, в отличие от прототипа, диаметр сфер, уложенных в слой на одной из втулок меньше, чем диаметр сфер, уложенных в слой на другой втулке, что обеспечивает уменьшение взаимопроникновения сферических зерен трущихся слоев опоры скольжения, и снижает эффект взаимного шлифования втулок, и, следовательно, обеспечивает уменьшение износа при действии нагрузок.In the proposed utility model, in contrast to the prototype, the diameter of the spheres laid in a layer on one of the bushings is smaller than the diameter of the spheres laid in a layer on the other bush, which reduces the interpenetration of the spherical grains of the rubbing layers of the sliding bearing and reduces the effect of mutual grinding of the bushings , and, therefore, provides reduced wear under the action of loads.

По второму варианту предлагаемой полезной модели, в отличие от прототипа, износостойкие элементы выполнены в виде сфер разных диаметров, образующих при равномерной укладке слой, что обеспечивает равномерное распределение сферических элементов, обеспечивает максимально плотную укладку износостойких элементов, при которой можно получить до 83% содержания слоя карбида вольфрама-кобальта. Заполнение меж зерновых пор металлом-связкой предотвращает образование на рабочей поверхности сетки трещин, повышает прочность и надежность твердосплавных радиальных опор. Во втором варианте предложенной полезной модели сферические твердосплавные элементы выполнены в виде сфер двух диаметров, которые обладают высокими механическими свойствами. Коэффициент трения меньше, хорошая устойчивость от удара, нет выкрашивания и отрыва части поверхности при действии максимальных нагрузок, нет режущих граней, небольшие абразивные способности, что позволяет обеспечить минимальный износ и уменьшение взаимного шлифования втулок.According to the second variant of the proposed utility model, unlike the prototype, the wear-resistant elements are made in the form of spheres of different diameters forming a layer with uniform laying, which ensures uniform distribution of spherical elements, provides the most dense packing of wear-resistant elements, in which you can get up to 83% of the layer content tungsten cobalt carbide. Filling between grain pores with a metal binder prevents the formation of cracks on the working surface, increases the strength and reliability of carbide radial bearings. In the second embodiment of the proposed utility model, spherical carbide elements are made in the form of spheres of two diameters, which have high mechanical properties. The friction coefficient is less, good resistance to impact, there is no chipping and tearing of part of the surface under the action of maximum loads, there are no cutting edges, small abrasive abilities, which allows for minimal wear and a decrease in mutual grinding of the bushings.

По третьему варианту предлагаемой полезной модели, в отличие от прототипа, износостойкие элементы выполнены в виде пластин, расположенных рядами, согласно полезной модели, центры пластин каждого ряда расположены напротив промежутков между пластинами соседнего ряда, а длина с промежутка между пластинами, измеренная вдоль оси вращения опоры и длина d пластины связаны соотношением с=(0,15-0,3)d, а расстояние е между пластинами соседних рядов и ширина h пластины связаны соотношением е=(0,3-0,6)h.According to the third variant of the proposed utility model, in contrast to the prototype, the wear-resistant elements are made in the form of plates arranged in rows, according to the utility model, the centers of the plates of each row are located opposite the gaps between the plates of the adjacent row, and the length from the gap between the plates, measured along the axis of rotation of the support and the length d of the plate is related by the relation c = (0.15-0.3) d, and the distance e between the plates of adjacent rows and the width h of the plate are related by the ratio e = (0.3-0.6) h.

Соотношение длины с промежутка между пластинами, измеренной вдоль оси вращения опоры и длины d пластины c=(0,15-0,3)d обеспечивает максимальную площадь взаимного перекрытия боковых поверхностей пластин и, следовательно, прочность их взаимосвязи через связующий материал, предохраняя пластины от раскачивания и отрыва с места крепления. Заданные пределы длины с промежутка между пластинами от 0,15 до 0,3 от длины d пластины обеспечивает оптимальное перекрытие рабочих поверхностей опоры скольжения для их износостойкости, а также прочности крепления пластин. При длине с промежутка между пластинами, измеренной вдоль оси вращения опоры, менее 0,15 от длины d пластины ухудшается процесс пропитки связующим материалом. При длине с промежутка между пластинами, измеренной вдоль оси вращения опоры, более 0,3 от длины d пластины снижается суммарная рабочая поверхность пластин, что ведет к снижению износостойкости радиальной опоры.The ratio of the length from the gap between the plates, measured along the axis of rotation of the support and the length d of the plate c = (0.15-0.3) d provides the maximum area of mutual overlap of the side surfaces of the plates and, therefore, the strength of their relationship through the bonding material, protecting the plate from rocking and tearing from the mount. The specified limits of length from the gap between the plates from 0.15 to 0.3 of the length d of the plate provides optimal overlap of the working surfaces of the sliding bearings for their wear resistance, as well as the strength of the plates. When the length from the gap between the plates, measured along the axis of rotation of the support, is less than 0.15 of the length d of the plate, the impregnation of the binder material is impaired. When the length from the gap between the plates, measured along the axis of rotation of the support, is more than 0.3 of the length d of the plate, the total working surface of the plates decreases, which leads to a decrease in the wear resistance of the radial support.

Исполнение радиальной опоры по третьему варианту, когда центры пластин каждого ряда расположены напротив промежутков между пластинами соседнего ряда пластин, обеспечивает уменьшение нагрузки на концы пластин, при повышении прочности крепления концов пластин одного ряда за счет улучшения связки с серединами пластин соседних рядов. При вращении опоры под нагрузкой концы пластин каждого ряда перекрываются серединами пластин соседнего ряда, при этом сводится к минимуму возможность расшатывания и вырывания каждой пластины с места ее крепления. Повышается надежность и нагрузочная способность радиальной опоры в целом.The execution of the radial support according to the third embodiment, when the centers of the plates of each row are located opposite the gaps between the plates of the adjacent row of plates, reduces the load on the ends of the plates, while increasing the strength of the fastening of the ends of the plates of one row by improving the connection with the middle of the plates of the adjacent rows. When the support rotates under load, the ends of the plates of each row overlap with the midpoints of the plates of the adjacent row, while minimizing the possibility of loosening and tearing of each plate from its attachment point. The reliability and load capacity of the radial support as a whole increases.

Оптимальная длина с промежутка между пластинами, измеренная вдоль оси вращения опоры, составляет от 0,15 до 0,3 от длины d пластины, а расстояние между пластинами е соседних рядов составляет от 0,3 до 0,6 от ширины h пластины. При этом соотношении расстояния между соседними пластинами обеспечивается перекрытие износостойких поверхностей и равномерность распределения нагрузки между пластинами при работе опоры под нагрузкой. В тоже время обеспечивается заполнение промежутков (зазоров) между пластинами связующим материалом.The optimal length from the gap between the plates, measured along the axis of rotation of the support, is from 0.15 to 0.3 of the length d of the plate, and the distance between the plates e of adjacent rows is from 0.3 to 0.6 of the width h of the plate. With this ratio of the distance between adjacent plates, overlapping wear-resistant surfaces and uniform distribution of the load between the plates when the support is under load are ensured. At the same time, filling the gaps (gaps) between the plates with a binder material is provided.

Кроме того, на краях внутренней и наружной втулок со стороны нанесенных износостойких элементов выполнены бурты, высота m которых составляет m=(0,7-1,0)k, где k - толщина износостойкого слоя, что обеспечивает прочность крепления торцов износостойкого слоя, предохраняет их от выкрашивания при вибрациях и больших нагрузках. При высоте буртов меньше m≤0,7k торцы износостойкого слоя оголяются, подвергаются преждевременному разрушению. Высота буртов больше m≥1,0k может приводить к задирам поверхности и заклиниванию опоры. Поверхности буртов плавно сопряжены с рабочей поверхностью износостойкого слоя, что повышает прочность крепления.In addition, collars are made on the edges of the inner and outer bushings from the side of the applied wear-resistant elements, the height m of which is m = (0.7-1.0) k, where k is the thickness of the wear-resistant layer, which ensures the strength of fastening of the ends of the wear-resistant layer, protects them from chipping under vibrations and heavy loads. When the height of the shoulders is less than m≤0.7k, the ends of the wear-resistant layer are exposed, undergo premature destruction. The height of the shoulders greater than m≥1.0k can lead to surface scoring and jamming of the support. The surface of the shoulders smoothly interfaced with the working surface of the wear-resistant layer, which increases the strength of fastening.

Кроме того, расстояние f между твердосплавными пластинами и буртами втулок равно или меньше длины промежутка с между пластинами. При таком выборе величины расстояния f прочность крепления пластин с краю износостойкого слоя сопоставима с прочностью крепления пластин между собой и с втулкой.In addition, the distance f between the carbide plates and the collars of the bushings is equal to or less than the length of the gap c between the plates. With this choice of the distance f, the fastening strength of the plates with the edge of the wear-resistant layer is comparable with the strength of fastening the plates between themselves and with the sleeve.

Кроме того, выполнение наружной втулки с наружным буртом, который выполнен с резьбой, позволяет крепить ее к ниппельной гайке без осевого сжатия, т.е. позволяет разгрузить ее от дополнительных напряжений. При снижении напряжений износостойкость опоры увеличивается.In addition, the implementation of the outer sleeve with an outer collar, which is made with a thread, allows you to fasten it to a nipple nut without axial compression, i.e. allows you to unload it from additional stress. With a decrease in stresses, the wear resistance of the support increases.

Кроме того, пропитка порошка износостойкого материала и металла-связки выполнена в виде самофлюсующейся композиции, что позволяет менять свойства компонентов в соответствии с требуемой твердостью, пластичностью.In addition, the impregnation of the powder of the wear-resistant material and the metal binder is made in the form of a self-fluxing composition, which allows you to change the properties of the components in accordance with the required hardness and ductility.

Достигаемый технический результат трех вариантов выполнения радиальной опоры забойного двигателя, описанных выше, одинаков. Предлагаемые варианты радиальной опоры винтового двигателя позволяют повысить прочность и надежность твердосплавных радиальных опор забойного двигателя, повысить ресурс работы, исключить аварийность, предотвратить образование на рабочей поверхности сетки трещин, выкрашивание и разрушение части рабочей поверхности опоры при действии максимальных нагрузок, уменьшить эксплуатационные затраты на твердосплавные радиальные опоры.The technical result achieved by the three embodiments of the radial support of the downhole motor described above is the same. The proposed options for the radial support of a screw motor can increase the strength and reliability of carbide radial bearings of a downhole motor, increase the service life, eliminate accident rate, prevent the formation of cracks on the working surface of the grid, spalling and destruction of a part of the working surface of the support under maximum loads, and reduce operating costs for radial carbide supports.

Предлагаемые варианты радиальной опоры винтового двигателя поясняются чертежами Фиг.1, Фиг.2, Фиг.3, Фиг.4, Фиг.5, Фиг.6.The proposed options for the radial support of the screw motor are illustrated by the drawings of Fig. 1, Fig. 2, Fig. 3, Fig. 4, Fig. 5, Fig. 6.

На Фиг.1 изображена радиальная опора забойного двигателя (продольный разрез) по первому варианту.Figure 1 shows the radial support of the downhole motor (longitudinal section) according to the first embodiment.

Радиальная опора забойного двигателя содержит внутреннюю 1 и наружную 2 втулки, закрепленные соответственно с наружной и внутренней поверхности втулок износостойкие элементы из твердого сплава в виде сфер 3, 4, которые образуют при равномерной укладке слой. Износостойкие элементы в виде сфер 3, 4 скреплены соответственно с каждой из втулок пропиткой порошка износостойкого материала с металлом-связкой 5. Диаметр сфер 3, уложенных в слой, на внутренней 1 втулке меньший, чем диаметр сфер 4, уложенных в слой, на наружной 2 втулке. Внутренняя 1 и наружная 2 втулки со стороны нанесенных износостойких элементов выполнены с буртами, изнутри наружной втулки бурты 6 и снаружи внутренней втулки бурты 7.The radial bearing of the downhole motor contains an inner 1 and an outer 2 bushings, fixed respectively from the outer and inner surfaces of the bushings, wear-resistant elements of hard alloy in the form of spheres 3, 4, which form a layer with uniform laying. Wear-resistant elements in the form of spheres 3, 4 are bonded respectively to each of the bushings by impregnating the powder of a wear-resistant material with a metal binder 5. The diameter of the spheres 3 laid in a layer on the inner 1 sleeve is smaller than the diameter of the spheres 4 laid in a layer on the outer 2 sleeve. The inner 1 and outer 2 bushings on the side of the applied wear-resistant elements are made with collars, from the inside of the outer collar of the collar 6 and outside the inner collar of the collar 7.

На Фиг.2 изображена радиальная опора забойного двигателя (продольный разрез) по второму варианту.Figure 2 shows the radial support of the downhole motor (longitudinal section) according to the second embodiment.

Износостойкие элементы выполнены в виде сфер 3, 4 разных диаметров, образующих при равномерной укладке износостойкий слой. Диаметр сфер 3 меньший, чем диаметр сфер 4.Wear-resistant elements are made in the form of spheres 3, 4 of different diameters, forming a wear-resistant layer with uniform laying. The diameter of the spheres 3 is smaller than the diameter of the spheres 4.

На Фиг.3 изображена радиальная опора забойного двигателя (продольный разрез) по третьему варианту.Figure 3 shows the radial support of the downhole motor (longitudinal section) according to the third embodiment.

Износостойкие элементы выполнены в виде пластин 8, расположенных рядами. Центры α пластин каждого ряда расположены напротив промежутков b между пластинами соседнего ряда. Длина с промежутка b между пластинами, измеренная вдоль оси вращения опоры и длина d пластины связаны соотношением c=(0,15-0,3)d. Расстояние е между пластинами соседних рядов и ширина h пластины связаны соотношением e=(0,3-0,6)h. Расстояние f между твердосплавными пластинами 8 и буртами 6, 7 внутренней 1 и наружной 2 втулок равно или меньше расстояния с между пластинами.Wear-resistant elements are made in the form of plates 8 arranged in rows. The centers α of the plates of each row are located opposite the gaps b between the plates of the adjacent row. The length from the gap b between the plates, measured along the axis of rotation of the support and the length d of the plate are related by the ratio c = (0.15-0.3) d. The distance e between the plates of adjacent rows and the width h of the plate are related by the relation e = (0.3-0.6) h. The distance f between the carbide plates 8 and the shoulders 6, 7 of the inner 1 and outer 2 bushings is equal to or less than the distance c between the plates.

На фиг.4 показано исполнение втулки 1 с буртом, с высотой износостойкого слоя k и с высотой m бурта 7.Figure 4 shows the design of the sleeve 1 with a shoulder, with the height of the wear-resistant layer k and with a height m of the shoulder 7.

На фиг.5 показан возможный вариант расположения пластин других форм и размеров, например ромбической формы.Figure 5 shows a possible arrangement of plates of other shapes and sizes, for example a rhombic shape.

На фиг.6. показан возможный вариант выполнения радиальной опоры забойного двигателя (продольный разрез) с наружным буртом на наружной 2 втулке, на котором имеется резьба 11 для крепления наружной 2 втулки к ниппельной гайке 10. Показаны наружный бурт с резьбой 11, вал 9, внутренняя втулка 1.In Fig.6. shows a possible embodiment of the radial support of the downhole motor (longitudinal section) with an outer shoulder on the outer 2 sleeve, on which there is a thread 11 for attaching the outer 2 sleeve to the nipple nut 10. An outer shoulder with a thread 11, shaft 9, inner sleeve 1 is shown.

Заявляемая радиальная опора забойного двигателя работает следующим образом. При подаче бурового раствора забойный двигатель вращается, вращая при этом подвижную внутреннюю 1 втулку радиальной опоры (Фиг.1). Часть бурового раствора прокачивается в зазоре между подвижной внутренней 1 и стационарной наружной 2 втулками опоры, обеспечивая смазку поверхностей трения и их охлаждение. Износостойкие элементы сферы 3, 4, пластины 8 (Фиг.1, Фиг.2, Фиг.3) и пропитка порошка износостойкого материала с металлом-связкой 5 в контакте друг с другом создают полезные силы, удерживающие вращающуюся внутреннюю 1 втулку и опирающийся на нее вал 9 (Фиг.6) в необходимом для бурения положении. Под воздействием нагрузок от бурильной колонны и долота (не показаны) износостойкие элементы сферы 3, 4, пластины 8 трутся между собой, подвергаясь износу, но обеспечивая необходимую для бурения по заданной траектории радиальную силу на долоте.The inventive radial support downhole motor works as follows. When applying the drilling fluid downhole motor rotates while rotating the movable inner 1 sleeve of the radial support (Figure 1). Part of the drilling fluid is pumped in the gap between the movable inner 1 and stationary outer 2 bushes of the support, providing lubrication of the friction surfaces and their cooling. The wear-resistant elements of the sphere 3, 4, plate 8 (FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3) and the impregnation of the powder of the wear-resistant material with the metal binder 5 in contact with each other create useful forces holding the rotating inner 1 sleeve and resting on it shaft 9 (Fig.6) in the required position for drilling. Under the influence of the loads from the drill string and the bit (not shown), the wear-resistant elements of the sphere 3, 4, the plate 8 rub against each other, undergoing wear, but providing the radial force on the bit necessary for drilling along a given path.

Исполнение опоры по первому варианту, когда диаметр сфер 3 уложенных в слой на одной из втулок меньше (Фиг.1), чем диаметр сфер 4 уложенных в слой на другой втулке, уменьшается вероятность оголения сфер и их взаимопроникновения между сферами в ответную поверхность. Исключается возможность зацепления сфер одной втулки опоры сферами другой втулки опоры. Таким образом, уменьшается эффект взаимного шлифования втулок. Не имея острых краев и прочно удерживаясь в связующем материале износостойкие сферы 3 и 4 обеспечивают максимальную работоспособность и надежность опоры и ее способность выдерживать необходимые для бурения нагрузки.Execution of the support according to the first embodiment, when the diameter of the spheres 3 laid in a layer on one of the bushings is smaller (Fig. 1) than the diameter of the spheres 4 laid in a layer on another bush, the probability of exposing the spheres and their interpenetration between the spheres in the return surface is reduced. Excludes the possibility of engagement of the spheres of one bearing sleeve with the spheres of another bearing sleeve. Thus, the effect of mutual grinding of the bushings is reduced. Without sharp edges and firmly held in the bonding material, the wear-resistant spheres 3 and 4 provide maximum performance and reliability of the support and its ability to withstand the required loads for drilling.

Исполнение опоры по трем заявляемым вариантам сводит к минимуму скорость изнашивания рабочих поверхностей втулок опоры и возможности их разрушения и выкрашивания. По первому и второму вариантам исполнения износостойкие сферы сводят к минимуму усилия между сферами. Исполнение опоры по третьему варианту, когда концы пластин 8 одного ряда, при вращении втулки перекрываются серединами пластин соседнего ряда, а пластины 8 крайних рядов связаны с буртами 6, 7 втулок, сводится к минимуму возможность расшатывания и вырывания каждой пластины с места ее крепления. Повышается надежность и нагрузочная способность опоры в целом. Высота буртов 6, 7 составляет m=(0,7-1,0)k, где k - толщина износостойкого слоя. Поверхности буртов 6, 7 плавно сопряжены с рабочей поверхностью износостойкого слоя, что повышает прочность крепления. Расстояние f между твердосплавными пластинами 8 и буртами 6, 7 втулок равно расстоянию с между пластинами 8 соседних рядов, что позволяет заполнить межзерновые поры металлом-связкой, и предотвратить образование на рабочей поверхности сетки трещин, повысить прочность крепления пластин.Execution of the support according to the three claimed variants minimizes the wear rate of the working surfaces of the bushings of the support and the possibility of their destruction and spalling. According to the first and second embodiments, wear-resistant spheres minimize forces between the spheres. Execution of the support according to the third embodiment, when the ends of the plates 8 of the same row, when the sleeves rotate, are overlapped by the middle of the plates of the adjacent row, and the plates of the 8 outermost rows are connected with the collars 6, 7 of the bushings, the possibility of loosening and tearing of each plate from its attachment is minimized. The reliability and load capacity of the support as a whole increases. The height of the shoulders 6, 7 is m = (0.7-1.0) k, where k is the thickness of the wear-resistant layer. The surfaces of the shoulders 6, 7 smoothly interfaced with the working surface of the wear-resistant layer, which increases the strength of fastening. The distance f between the carbide plates 8 and the collars 6, 7 of the bushings is equal to the distance c between the plates 8 of adjacent rows, which allows you to fill the intergranular pores with a metal binder, and prevent the formation of cracks on the working surface of the grid, increase the strength of the plates.

Исполнение наружной втулки 2 (Фиг.6) с наружным буртом 11, который выполнен с резьбой, позволяет крепить ее за эту резьбу без осевого сжатия с ниппельной гайкой 10, т.е. позволяет разгрузить ее от дополнительных напряжений. При снижении напряжений износостойкость опоры увеличивается. Достигаемый технический результат трех вариантов выполнения радиальной опоры забойного двигателя, описанных выше, одинаков.The design of the outer sleeve 2 (Fig.6) with an outer collar 11, which is made with a thread, allows you to fasten it to this thread without axial compression with a nipple nut 10, i.e. allows you to unload it from additional stress. With a decrease in stresses, the wear resistance of the support increases. The technical result achieved by the three embodiments of the radial support of the downhole motor described above is the same.

Таким образом, предлагаемые варианты радиальной опоры винтового двигателя позволяют повысить прочность и надежность твердосплавных радиальных опор забойного двигателя, повысить ресурс работы, исключить аварийность, предотвратить выкрашивание и разрушение части рабочей поверхности опоры при действии максимальных нагрузок, обеспечить экономическое преимущество по сравнению с прототипом, уменьшить эксплуатационные затраты на твердосплавные радиальные опоры.Thus, the proposed options for the radial support of the screw motor can increase the strength and reliability of carbide radial bearings of the downhole motor, increase the service life, eliminate accident rate, prevent spalling and destruction of part of the working surface of the support under maximum loads, provide an economic advantage compared to the prototype, reduce operational the cost of carbide radial bearings.

Claims

1. Radial support of a downhole motor, comprising inner and outer bushings with wear-resistant hard alloy elements deposited on the outer and inner surfaces of the bushings, for example tungsten-cobalt carbide, bonded to each bush by impregnating the powder of a wear-resistant material with a metal binder, characterized in that the wear-resistant elements are made in the form of spheres of equal diameter, which form a wear-resistant layer during uniform laying, while the diameter of the spheres laid in a layer on one of the bushings is less than the diameter of the spheres laid in a layer on another sleeve.

2. The radial support of the downhole motor according to claim 1, characterized in that on the edges of the inner and outer bushings from the side of the applied wear-resistant elements, collars are made, the height m of which is m = (0.7-1.0) k, where k is the thickness wear resistant layer.

3. The radial bearing of the downhole motor according to claim 1, characterized in that the outer sleeve is provided with an outer shoulder, which is made with a thread.

4. The radial support of the downhole motor according to claim 1, characterized in that the impregnation of the powder of the wear-resistant material and the metal binder is made in the form of a self-fluxing composition.

5. Radial support of the downhole motor, comprising inner and outer bushings with wear-resistant hard alloy elements deposited on the outer and inner surfaces, for example tungsten-cobalt carbide, bonded to each of the bushings by impregnating a powder of wear-resistant material with a metal binder, characterized in that it is wear-resistant the elements are made in the form of spheres of different diameters, forming a wear-resistant layer with uniform laying.

6. The radial bearing of the downhole motor according to claim 5, characterized in that at the edges of the inner and outer bushings from the side of the applied wear-resistant elements, collars are made, the height m of which is m = (0.7-1.0) k, where k is the thickness wear resistant layer.

7. The radial support of the downhole motor according to claim 5, characterized in that the outer sleeve is provided with an outer shoulder, which is made with a thread.

8. The radial support of the downhole motor according to claim 5, characterized in that the impregnation of the powder of the wear-resistant material and the metal binder is made in the form of a self-fluxing composition.

9. Radial support of the downhole motor, comprising inner and outer bushings with wear-resistant hard alloy elements deposited on the outer and inner surfaces, for example tungsten-cobalt carbide, bonded to each of the bushings by impregnating the powder of the wear-resistant material with a metal binder, characterized in that it is wear-resistant the elements are made in the form of plates arranged in rows, forming a wear-resistant layer during installation, the centers of the plates of each row are located opposite the gap between the plates of the adjacent row and the length of the gap c between the plates, measured along the axis of rotation of the support, and the length d of the plate are related by the relation c = (0.15-0.3) d, and the distance e between the plates of adjacent rows and the width h of the plate are related by the relation e = (0 , 3-0.6) h.

10. The radial support of the downhole motor according to claim 9, characterized in that the wear-resistant elements are made in the form of plates of different shapes and sizes.

11. The radial support of the downhole motor according to claim 9, characterized in that at the edges of the inner and outer bushings from the side of the applied wear-resistant elements, collars are made, the height m of which is m = (0.7-1.0) k, where k is the thickness wear resistant layer.

12. The radial support of the downhole motor according to claim 9, characterized in that the distance f between the carbide plates and the collars of the bushings is equal to or less than the length of the gap c between the plates.

13. The radial support of the downhole motor according to claim 9, characterized in that the outer sleeve is provided with an outer shoulder, which is made with a thread.

14. The radial support of the downhole motor according to claim 9, characterized in that the impregnation of the powder of the wear-resistant material and the metal binder is made in the form of a self-fluxing composition.