RU200583U1 - SCREW BOTTOM MOTOR WITH ROTATING STATOR - Google Patents
SCREW BOTTOM MOTOR WITH ROTATING STATOR Download PDFInfo
- Publication number
- RU200583U1 RU200583U1 RU2020117553U RU2020117553U RU200583U1 RU 200583 U1 RU200583 U1 RU 200583U1 RU 2020117553 U RU2020117553 U RU 2020117553U RU 2020117553 U RU2020117553 U RU 2020117553U RU 200583 U1 RU200583 U1 RU 200583U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- stator
- rotor
- section
- working bodies
- rotating
- Prior art date
Links
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 10
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 8
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims description 7
- 238000005553 drilling Methods 0.000 abstract description 7
- 238000007789 sealing Methods 0.000 abstract description 5
- 238000009826 distribution Methods 0.000 abstract description 4
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 210000004907 gland Anatomy 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B4/00—Drives for drilling, used in the borehole
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Rotary Pumps (AREA)
- Hydraulic Motors (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к гидравлическим винтовым забойным двигателям (ВЗД) и может быть использована в различных технологиях бурения нефтяных и газовых скважин для привода долот и керноотборных снарядов. Заявленное техническое решение позволяет упростить конструкцию ВЗД с вращающимся статором, улучшить его динамические характеристики и условия очистки призабойной зоны скважины. Поставленные задачи достигаются за счет исключения из конструкции забойного двигателя отдельного узла уплотнения полости высокого давления вращающегося статора, изменения схемы распределения потока жидкости внутри двигателя и увеличения массы вращающихся элементов статорной группы. Представлена компоновка ВЗД для реализации предложенной схемы. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.The utility model refers to hydraulic screw downhole motors (PDM) and can be used in various technologies for drilling oil and gas wells to drive bits and core barrels. The claimed technical solution allows to simplify the design of the PDM with a rotating stator, to improve its dynamic characteristics and conditions for cleaning the bottomhole zone of the well. The tasks are achieved by eliminating a separate unit for sealing the high-pressure cavity of the rotating stator from the design of the downhole motor, changing the flow distribution pattern inside the engine and increasing the mass of the rotating elements of the stator group. The layout of the PDM for the implementation of the proposed scheme is presented. 3 C.p. f-ly, 1 dwg
Description
Полезная модель относится к техническим средствам для бурения нефтяных газовых скважин, в частности к гидравлическим забойным двигателям для привода породоразрушающего инструмента.The utility model relates to technical means for drilling oil gas wells, in particular, downhole hydraulic motors for driving rock cutting tools.
Выпускаемые промышленностью гидравлические винтовые забойные двигатели (ВЗД) спроектированы по традиционной кинематической схеме. Рабочие органы таких двигателей, представляющие собой винтовой героторный механизм с внутренним циклоидальным зацеплением, состоят из неподвижного статора с внутренней винтовой поверхностью и находящегося внутри него ротора с наружной винтовой поверхностью, который совершает планетарное движение. Числа заходов винтовых поверхностей статора и ротора, имеющих одинаковое направление, отличаются на единицу, а их шаги пропорциональны числам заходов (Балденко Д.Ф. и др. Одновинтовые гидравлические машины. Том 2. ИРЦ Газпром, 2007).Industrial downhole hydraulic motors (PDM) are designed according to the traditional kinematic scheme. The working bodies of such engines, which are a helical gerotor mechanism with an internal cycloidal engagement, consist of a stationary stator with an internal screw surface and a rotor with an external screw surface inside it, which makes a planetary motion. The number of entries of the helical surfaces of the stator and rotor, having the same direction, differ by one, and their steps are proportional to the number of entries (Baldenko DF et al. Single-screw hydraulic machines.
Известна и другая кинематическая схема ВЗД - с вращающимся статором и ротором, связанным с колонной бурильных труб (Patent US 4011917. Process and universal downhole motor for driving a tool / W. Tiraspolsky, R. Rouviere; 15.03.1977). Недостатком такой схемы, которая наиболее близка к предлагаемому техническому решению, является конструктивная сложность, обусловленная необходимостью уплотнения полости высокого давления вращающегося статора.Known and another kinematic diagram of the PDM - with a rotating stator and a rotor associated with the drill string (Patent US 4011917. Process and universal downhole motor for driving a tool / W. Tiraspolsky, R. Rouviere; 03/15/1977). The disadvantage of this scheme, which is the closest to the proposed technical solution, is the structural complexity due to the need to seal the high-pressure cavity of the rotating stator.
Задачи, на решение которых направлено заявленное техническое решение, заключаются в упрощении конструкции ВЗД с вращающимся статором, улучшении его динамических характеристик, а также условий очистки призабойной зоны в процессе бурения скважины.The tasks to be solved by the claimed technical solution are to simplify the design of the PDM with a rotating stator, improve its dynamic characteristics, as well as the conditions for cleaning the bottomhole zone while drilling a well.
Поставленные задачи достигаются за счет исключения из конструкции забойного двигателя отдельного узла уплотнения полости высокого давления вращающегося статора, изменения схемы распределения потока жидкости внутри двигателя и увеличения массы вращающихся элементов статорной группы.The set tasks are achieved by eliminating a separate unit for sealing the high-pressure cavity of the rotating stator from the design of the downhole motor, changing the flow distribution pattern inside the engine and increasing the mass of the rotating elements of the stator group.
Предлагаемая полезная модель представляет модернизированное конструктивное решение схемы ВЗД с вращающимся статором и имеет ряд технических преимуществ по сравнению как с двигателем Тираспольского (по патенту US 4011917), так и с традиционной кинематической схемой ВЗД.The proposed utility model represents a modernized design solution of the PDM circuit with a rotating stator and has a number of technical advantages over both the Tiraspolsky engine (according to US patent 4011917) and the traditional kinematic PDM circuit.
Полезная модель винтового забойного двигателя с вращающимся статором представлена в описании и на фиг. 1, где изображена общая компоновка ВЗД и показано направление движения потока рабочей жидкости внутри двигателя.A utility model of a downhole drilling motor with a rotating stator is presented in the description and in FIG. 1, which shows the general arrangement of the PDM and shows the direction of movement of the working fluid flow inside the engine.
Винтовой забойный двигатель включает в свой состав шпиндельную секцию, связанную с бурильной колонной, и секцию рабочих органов, передающую вращение породоразрушающему инструменту на забое скважины.The downhole screw motor includes a spindle section connected to the drill string and a section of working bodies transmitting rotation to the rock cutting tool at the bottom of the well.
Шпиндельная секция расположена сверху и содержит корпус 1 и полый вал 2 с радиальными и осевыми опорами. Шпиндельная секция воспринимает осевые и радиальные нагрузки, возникающие в процессе работы двигателя, а также осуществляет передачу нагрузки от веса колонны бурильных труб на забой скважины.The spindle section is located on top and contains a
Секция рабочих органов, выполненная на базе винтового героторного механизма с внутренним циклоидальным зацеплением, включает концентрично вращающийся вместе с корпусом 1 шпинделя статор 3, связанный с породоразрушающим инструментом, и находящийся внутри него ротор 4, ось которого совершает переносное движение вокруг оси статора, а также полый шарнирный узел 5 (с внутренним проточным каналом А), соединяющий ротор 4 с неподвижным полым валом 2 шпиндельной секции, связанным посредством резьбы с бурильной колонной. Вращающийся статор 3 соединяется с корпусом 1 шпиндельной секции посредством резьбового переводника 6, а с породоразрушающим инструментом при помощи наддолотного переводника 7.The section of the working bodies, made on the basis of a helical gerotor mechanism with an internal cycloidal engagement, includes a
Отличительная особенность двигателя состоит в том, что рабочая жидкость из бурильной колонны поступает в винтовые рабочие органы последовательно через полый вал 2 шпиндельной секции, внутренний проточный канал С шарнирного соединения 5, осевой канал А ротора 4 и радиальные отверстия Б, расположенные в центральной части ротора.A distinctive feature of the engine is that the working fluid from the drill string enters the screw working bodies sequentially through the
Таким образом, в отличие от типовых схем распределения потока жидкости, использованных в традиционной схеме ВЗД с неподвижным статором и в схеме двигателя Тираспольского, для которых характерным является подвод рабочей жидкости к верхнему торцу поперечного сечения рабочих органов, в предложенной модернизированной схеме ВЗД с вращающимся статором поток жидкости подводится к центральной части рабочих органов через осевые и радиальные каналы роторной группы двигателя.Thus, in contrast to the typical fluid flow distribution schemes used in the traditional SDM scheme with a fixed stator and in the Tiraspolsky engine scheme, which are characterized by the supply of working fluid to the upper end of the cross-section of the working bodies, in the proposed modernized SDM scheme with a rotating stator, the flow the liquid is supplied to the central part of the working bodies through the axial and radial channels of the rotor group of the engine.
Для реализации данной схемы и необходимого распределения потока жидкости через рабочие органы ротор двигателя имеет модульное исполнение, отличающееся тем, что винтовая поверхность зубьев ротора имеет условный разрыв и разделяется на нижнюю (активную) и верхнюю (уплотнительную) части, при этом внутри ротора выполнены осевой А и радиальные Б каналы для прохода жидкости, а в нижней части ротор имеет дно Д или глухую крышку.To implement this scheme and the necessary distribution of the fluid flow through the working bodies, the rotor of the engine has a modular design, characterized in that the helical surface of the rotor teeth has a conditional gap and is divided into the lower (active) and upper (sealing) parts, while the axial A is made inside the rotor. and radial B channels for the passage of liquid, and in the lower part the rotor has a bottom D or a blind cover.
Нижняя часть рабочих органов от радиальных отверстий Б до нижней крышки Д служит для образования крутящего момента двигателя, а верхняя часть рабочих органов (выше радиальных отверстий Б) выполняет функции гидромеханического сальника, предотвращая движение потока жидкости по винтовым камерам в направлении верхнего торца рабочих органов.The lower part of the working bodies from the radial holes B to the lower cover D serves to generate the engine torque, and the upper part of the working bodies (above the radial holes B) performs the functions of a hydromechanical gland, preventing the flow of liquid through the screw chambers towards the upper end of the working bodies.
В зависимости от выполняемых технологических операций на корпусе 2 шпинделя и статоре 3 двигателя могут размещаться центраторы или децентраторы.Depending on the technological operations performed on the
Предложенный двигатель работает следующим образом. Буровой раствор с поверхности через бурильные трубы подается под давлением в неподвижный полый вал 2 шпинделя, далее поток жидкости направляется в проточный канал С шарнирного соединения 5 и через отверстия в роторе А и Б поступает в центральную часть винтовых камер рабочих органов. Основная часть потока движется вниз, заставляя вращаться статор двигателя и, дойдя до выхода (нижнего торца поперечного сечения рабочих органов), поступает в полость низкого давления F и далее направляется к промывочным отверстиям долота. Реактивный момент на роторе передается через шарнирное соединение колонне бурильных труб.The proposed engine works as follows. The drilling fluid from the surface through the drill pipes is supplied under pressure into the stationary
Направления винтовых поверхностей зубьев ротора и статора выбираются в зависимости от требуемого направления вращения статора.The directions of the helical surfaces of the rotor and stator teeth are selected depending on the required direction of rotation of the stator.
В случае, если породоразрушающий инструмент имеет правое вращение, то направление винтовых поверхностей зубьев рабочих органов принимается правым. Тогда нижняя часть винтовой пары функционирует в двигательном режиме, заставляя вращаться корпус и породоразрушающий инструмент по часовой стрелке, а верхняя часть винтовой пары работает в насосном режиме, выполняя функции гидромеханического сальника, препятствуя движению потока жидкости вверх в кольцевую камеру Е, расположенную между корпусным переводником 6 и шарнирным соединением 5 и сопряженную с нижней радиальной опорой шпиндельной секции.If the rock cutting tool has a right-hand rotation, then the direction of the helical surfaces of the teeth of the working bodies is assumed to be right. Then the lower part of the screw pair operates in a motor mode, forcing the body and the rock cutting tool to rotate clockwise, and the upper part of the screw pair operates in a pumping mode, performing the functions of a hydromechanical gland, preventing the fluid flow upward into the annular chamber E located between the
По сравнению с традиционной кинематической схемой ВЗД с неподвижным статором преимуществами предложенной конструкции являются:In comparison with the traditional kinematic diagram of the PDM with a fixed stator, the advantages of the proposed design are:
1) увеличенная масса и момент инерции концентрично вращающихся элементов статорной группы (корпус шпинделя, переводник, статор ВЗД), что обеспечивает повышенную устойчивость и равномерность вращения двигателя в условиях динамического нагружения долота;1) increased mass and moment of inertia of concentrically rotating elements of the stator group (spindle body, sub, SDM stator), which provides increased stability and uniformity of engine rotation under dynamic loading of the bit;
2) менее напряженный режим работы шарнирного соединения роторной группы в отсутствии непосредственного вращения ротора, что способствует повышению усталостной прочности данного узла.2) less stressful mode of operation of the swivel joint of the rotor group in the absence of direct rotation of the rotor, which contributes to an increase in the fatigue strength of this unit.
По сравнению с известной схемой ВЗД с вращающимся статором преимуществами предложенной конструкции являются:Compared with the well-known SDM with a rotating stator, the advantages of the proposed design are:
1) отсутствие необходимости отдельного узла уплотнения полости высокого давления вращающегося статора, что является сложной технической задачей в заданных конструктивных и эксплуатационных условиях;1) no need for a separate unit for sealing the high-pressure cavity of the rotating stator, which is a complex technical task in the given design and operating conditions;
2) более протяженная длина вращающихся наружных элементов (в габаритном размере двигателя), что улучшает условия выноса выбуренной породы в призабойной зоне скважины и расширяет возможности размещения опорно-центрирующих элементов на корпусе двигателя.2) a longer length of the rotating outer elements (in the overall size of the engine), which improves the conditions for the removal of cuttings in the bottomhole zone of the well and expands the possibilities of placing the support-centering elements on the engine housing.
Недостатком предложенной схемы является неполное использование длины рабочих органов, поскольку верхняя (уплотнительная) часть винтовой пары не участвует в образовании крутящего момента. Вместе с тем, современные технологии изготовления позволят создавать многошаговые винтовые рабочие органы, длина которых может достигать несколько метров. Поэтому необходимое для осуществления рабочего процесса в схеме с подводом жидкости к центральной части рабочих органов удлинение винтовой пары не будет являться ограничительным фактором и оказывать существенного влияния на характеристики двигателя.The disadvantage of the proposed scheme is the incomplete use of the length of the working bodies, since the upper (sealing) part of the screw pair does not participate in the formation of the torque. At the same time, modern manufacturing technologies will make it possible to create multi-stage screw working bodies, the length of which can reach several meters. Therefore, the elongation of the screw pair required for the implementation of the working process in a circuit with the supply of fluid to the central part of the working bodies will not be a limiting factor and will have a significant effect on the characteristics of the engine.
Предложенная полезная модель ВЗД обладает важным техническим преимуществом - универсальностью, что позволяет использовать ее при бурении вертикальных и наклонных интервалов профиля скважины, а также при бурении интервалов с отбором керна, когда между долотом и вращающимся корпусом двигателя устанавливается керноприемная труба.The proposed utility model of PDM has an important technical advantage - versatility, which makes it possible to use it when drilling vertical and inclined intervals of the well profile, as well as when drilling intervals with coring, when a core pipe is installed between the bit and the rotating motor housing.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020117553U RU200583U1 (en) | 2020-05-18 | 2020-05-18 | SCREW BOTTOM MOTOR WITH ROTATING STATOR |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020117553U RU200583U1 (en) | 2020-05-18 | 2020-05-18 | SCREW BOTTOM MOTOR WITH ROTATING STATOR |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU200583U1 true RU200583U1 (en) | 2020-10-30 |
Family
ID=73399157
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020117553U RU200583U1 (en) | 2020-05-18 | 2020-05-18 | SCREW BOTTOM MOTOR WITH ROTATING STATOR |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU200583U1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113818811A (en) * | 2021-10-18 | 2021-12-21 | 江苏华亚石油机械制造有限公司 | Wear-resistant and erosion-resistant screw drilling tool for oil shale in-situ mining and machining process |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4011917A (en) * | 1974-08-19 | 1977-03-15 | Wladimir Tiraspolsky | Process and universal downhole motor for driving a tool |
US4764094A (en) * | 1985-07-22 | 1988-08-16 | Vsesojuzny Nauchno-Issledovatelsky Institut Burovoi Tekhniki | Screw machine having a plurality of symmetrically arranged rotors |
US5501580A (en) * | 1995-05-08 | 1996-03-26 | Baker Hughes Incorporated | Progressive cavity pump with flexible coupling |
RU2324803C1 (en) * | 2007-04-16 | 2008-05-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Вниибт-Буровой Инструмент" | Screw downhole motor for inclined directional and horisontal boring |
-
2020
- 2020-05-18 RU RU2020117553U patent/RU200583U1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4011917A (en) * | 1974-08-19 | 1977-03-15 | Wladimir Tiraspolsky | Process and universal downhole motor for driving a tool |
US4764094A (en) * | 1985-07-22 | 1988-08-16 | Vsesojuzny Nauchno-Issledovatelsky Institut Burovoi Tekhniki | Screw machine having a plurality of symmetrically arranged rotors |
US5501580A (en) * | 1995-05-08 | 1996-03-26 | Baker Hughes Incorporated | Progressive cavity pump with flexible coupling |
RU2324803C1 (en) * | 2007-04-16 | 2008-05-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Вниибт-Буровой Инструмент" | Screw downhole motor for inclined directional and horisontal boring |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113818811A (en) * | 2021-10-18 | 2021-12-21 | 江苏华亚石油机械制造有限公司 | Wear-resistant and erosion-resistant screw drilling tool for oil shale in-situ mining and machining process |
CN113818811B (en) * | 2021-10-18 | 2023-11-21 | 江苏华亚石油机械制造有限公司 | Wear-resistant corrosion-resistant screw drilling tool for oil shale in-situ exploitation and processing technology |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3999901A (en) | Progressive cavity transducer | |
US3975121A (en) | Wafer elements for progressing cavity stators | |
CN104612582B (en) | Underground vibrating percussion tool based on screw rod Yu Double helix ball screw | |
US6173794B1 (en) | Downhole mud motor transmission | |
US5957220A (en) | Percussion drill assembly | |
US3975120A (en) | Wafer elements for progressing cavity stators | |
WO2003027433A9 (en) | An inverted motor for drilling | |
NO318706B1 (en) | Rotary device for use in a wellbore | |
BR102018073615A2 (en) | PROGRESSIVE CABITY DEVICE BALANCED CHARGE POWER SECTION | |
RU2318135C1 (en) | Stator of screw gerotor hydraulic machine | |
RU200583U1 (en) | SCREW BOTTOM MOTOR WITH ROTATING STATOR | |
RU2283442C1 (en) | Stator of screw gerotor hydraulic machine | |
RU2477367C1 (en) | Method of simultaneous stage operation and pumping of two formations with one well, and device for its implementation | |
US5911284A (en) | Downhole mud motor | |
CN101307674A (en) | Long life spiral transduction apparatus | |
CN105888554A (en) | Hydraulic push-return impact oscillator | |
CN104632072A (en) | Underground vibration impact tool based on turbine and double helix ball screw | |
GB2084697A (en) | Planetary mechanism | |
RU172421U1 (en) | Drill string rotator | |
US2254641A (en) | Earth-boring apparatus and motor therefor | |
US4823889A (en) | Downhole screw motor | |
RU200831U1 (en) | BOTTOM HYDRAULIC ROTATOR | |
CN107816326A (en) | A kind of double-walled counterflush drilling instrument | |
RU189891U1 (en) | Swivel head for manual drilling rig | |
RU2254438C2 (en) | Method for drilling wells on depression |