RU197188U1

RU197188U1 - Винтовой забойный двигатель

Info

Publication number: RU197188U1
Application number: RU2019125428U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Федорович Балденко; Федор Дмитриевич Балденко; Валерий Викторович Попко; Геннадий Петрович Чайковский
Original assignee: Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Буровая техника"
Priority date: 2019-08-12
Filing date: 2019-08-12
Publication date: 2020-04-09

Abstract

Полезная модель относится к гидравлическим винтовым забойным двигателям (ВЗД) и может быть использована в различных технологиях бурения нефтяных и газовых скважин, в частности, для привода высокооборотных алмазных долот. Заявленное техническое решение позволяет упростить конструкцию ВЗД и уменьшить его осевой габарит. Для решения поставленных технических задач предложена капсульная схема ВЗД с модульным исполнением секций (рабочих органов и подшипниковой), причем модули секций располагаются в цилиндрической капсуле, имеющей дно с отверстием и резьбу в верхней части, а закрепление корпусных деталей модулей в капсуле осуществляется при помощи затяжки резьбового соединения капсулы с верхним переводником. Представлены различные модификации базовой конструктивной схемы капсульного ВЗД. 4 з.п ф-лы, 2 ил.

Description

Полезная модель относится к конструкциям гидравлических забойных двигателей для бурения нефтяных и газовых скважин, в частности к винтовым забойным двигателям (ВЗД).

Известные гидравлические забойные двигатели (турбобуры и ВЗД) состоят из одной или нескольких секций рабочих органов и шпиндельной (подшипниковой) секции, включающих в свой состав подвижные детали, связанные с валом, и неподвижные детали, связанные с корпусом (Д.Ф. Балденко, Ф.Д. Балденко, А.Н. Гноевых. Одновинтовые гидравлические машины, том 2. М., ИРЦ Газпром. 2007).

Описание принципа действия забойных двигателей и их рабочих характеристик в заявке не приводится, так как они известны из многих открытых литературных источников.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является традиционная конструкция ВЗД для бурения скважин, содержащая секцию винтовых рабочих органов и шпиндельную (подшипниковую) секцию, корпуса которых соединяются между собой при помощи резьбовых переводников (патент РФ 2186188 от 2.7.07.2002). В настоящее время большинство отечественных и зарубежных ВЗД выпускаются в данном конструктивном исполнении в диаметральном габарите 48-240 мм.

Вместе с тем, несмотря на ряд эксплуатационных преимуществ, одним из существенных недостатков традиционной конструкции ВЗД является наличие соединяющих их секции (рабочих органов и шпиндельную) конических резьбовых соединений, что увеличивает осевой габарит двигателя и усложняет условия его сборки.

Задачами, на решение которых направлено заявленное техническое решение заключаются в упрощении конструкции ВЗД и уменьшения его осевого габарита, что достигается за счет исключения из конструкции забойного двигателя корпусных резьбовых элементов, служащих для соединения секции рабочих органов и шпиндельной секции, и перехода к модульно-капсульной конструкции двигателя.

Задачи решаются в винтовом забойном двигателе для бурения нефтяных и газовых скважин, состоящем из верхнего переводника, секции рабочих органов модульного исполнения, включающей статор и ротор с сопряженными винтовыми поверхностями и числами зубьев отличающихся на единицу, подшипниковой секции модульного исполнения, включающей осевую, радиальные опоры и выходной вал, а также узел соединения винтового ротора и выходного вала, согласно полезной модели, модули секций располагаются в цилиндрической капсуле, имеющей дно с отверстием и резьбу в верхней части, а закрепление корпусных деталей модулей в капсуле осуществляется при помощи затяжки резьбового соединения капсулы с верхним переводником.

Отверстие в дне капсулы используется как элемент нижней радиальной опоры выходного вала.

В статоре модуля рабочих органов выполнены сквозные продольные канавки.

Между корпусами модуля рабочих органов и подшипникового модуля расположена регулировочная втулка.

На сопряженных торцовых поверхностях верхнего переводника и статора модуля рабочих органов выполнены шлицевые прорези, находящиеся в зацеплении между собой.

Применительно к ВЗД, такое техническое решение также дает возможность рационально использовать диаметральный габарит двигателя при сохранении его необходимой жесткости на изгиб в случае проектирования высокооборотного ВЗД, когда для обеспечения оптимальных геометрических параметров рабочих органов требуется уменьшение контурного диаметра (диаметра впадин винтовой поверхности статора) и как следствие - уменьшение диаметра корпуса рабочих органов двигателя (Д.Ф. Балденко, Ф.Д. Балденко, Г.П. Чайковский. Теоретические аспекты создания высокооборотных винтовых забойных двигателей. НТЖ «Бурение и нефть», 2017, №2).

В дальнейшем заявленная полезная модель поясняется описанием и чертежами.

На фиг. 1 показана базовая конструкция ВЗД капсульного исполнения.

На фиг. 2 представлены конструктивные модификации базовой схемы, направленные на повышения эффективности применения капсульного ВЗД в различных условиях эксплуатации.

ВЗД в капсульном исполнении (фиг. 1) отличается простотой конструкции и минимальным числом резьбовых соединений.

Капсула 1 представляет собой полый открытый сверху цилиндр с дном, имеющем отверстие А для выхода вала двигателя. В верхней части капсулы выполняется внутренняя резьба Б, служащая для закрепления модулей. Внутри капсулы 1 помещается модуль рабочих органов, включающих статор 2 и ротор 3 с сопряженными винтовыми поверхностями и числами зубьев отличающихся на единицу, а также подшипниковый модуль 6, содержащий осевую, радиальные опору (на фиг. 1 не показаны) и выходной вал 4.

Винтовой ротор 3 совершает планетарное движение внутри винтового статора 2.

Полый выходной вал 4 в своей верхней части содержит радиальные отверстия В для прохода жидкости к долоту.

Винтовой ротор 3 и выходной вал 4 связаны между собой посредством шарнирного или торсионного соединения 5.

Выходной вал 4 подшипникового модуля проходит через отверстие А в дне капсулы 1 и соединяется с долотом или другим устройством, расположенным выше долота, например с валом роторно-управляемой системы (РУС).

Верхняя часть капсулы соединяется с колонной бурильных труб посредством верхнего переводника 6, который соединяется с капсулой при помощи резьбы Б. Переводник 7 также служит для резьбового закрепления корпусов модулей секций в капсуле за счет создания необходимого момента трения на сопряженных торцовых поверхностях корпусов модулей.

Дополнительный вариант устройства (фиг. 2) предусматривает различные конструктивные модификации базовой схемы:

а) для возможности еще большего сокращения осевого габарита капсульного ВЗД отверстие А в дне капсулы используется как элемент нижней радиальной опоры 8 выходного вала 4;

б) для возможности использования двигателя в технологиях бурения с разделением потока бурового раствора в статоре 2 модуля рабочих органов выполнены сквозные продольные канавки Г, что позволяет части потока проходить в отверстие В полого выходного вала минуя винтовые рабочие органы.

Это позволяет осуществить разделение потока жидкости в процессе работы двигателя. При этом часть потока бурового раствора проходит в камеры рабочих органов, осуществляя рабочий процесс двигателя, а другая часть проходит через канавки В и далее, соединяясь с потоком из рабочих камер, поступает в полый вал 4.

Такое нововведение потребуется в случае, когда по технологическим требованиям необходимо подавать на забой буровой раствор в существенно большем объеме, чем это необходимо для работы ВЗД;

в) для возможности регулирования осевого положения модулей двигатель содержит дистанционную втулку 9, расположенную между модулем рабочих органов и подшипниковым модулем 6;

г) для повышения надежности крепления модулей внутри капсулы и предотвращения проворота винтового статора от действия реактивного момента при работе ВЗД на сопряженных торцовых поверхностях верхнего переводника 7 и статора 2 модуля рабочих органов выполнены шлицевые прорези Д, находящиеся в зацеплении между собой.

Предлагаемые конструктивные решения расширяют существующую гамму винтовых забойных двигателей для бурения нефтяных и газовых скважин, обеспечивают существенный технический и экономический эффект (на 15-20% уменьшается длина двигателей в стандартном исполнении, уменьшается количество трудоемких в изготовлении конических резьб, упрощаются условия сборки двигателя), что в итоге положительно скажется на эксплуатации и техническом обслуживании двигателя. Кроме того капсульное исполнение двигателя позволяет рационально использовать диаметральный габарит при проектировании высокооборотного ВЗД для привода импрегнированных алмазных долот.

Разработка ВЗД в капсульном исполнении может быть эффективна для двигателей с диаметральным габаритом 120 мм и выше, а также для двигателей, используемых в моторизованных РУС.

Claims

1. Винтовой забойный двигатель для бурения нефтяных и газовых скважин, состоящий из верхнего переводника, секции рабочих органов модульного исполнения, включающей статор и ротор с сопряженными винтовыми поверхностями и числами зубьев, отличающихся на единицу, подшипниковой секции модульного исполнения, включающей осевую, радиальные опоры и выходной вал, а также узел соединения винтового ротора и выходного вала, отличающийся тем, что модули секций располагаются в цилиндрической капсуле, имеющей дно с отверстием и резьбу в верхней части, а закрепление корпусных деталей модулей в капсуле осуществляется при помощи затяжки резьбового соединения капсулы с верхним переводником.

2. Винтовой забойный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что отверстие в дне капсулы используется как элемент нижней радиальной опоры выходного вала.

3. Винтовой забойный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что в статоре модуля рабочих органов выполнены сквозные продольные канавки.

4. Винтовой забойный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что между корпусами модуля рабочих органов и подшипникового модуля расположена регулировочная втулка.

5. Винтовой забойный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что на сопряженных торцовых поверхностях верхнего переводника и статора модуля рабочих органов выполнены шлицевые прорези, находящиеся в зацеплении между собой.