RU2112856C1 - Reduction-unit turbo-drill - Google Patents
Reduction-unit turbo-drill Download PDFInfo
- Publication number
- RU2112856C1 RU2112856C1 RU96121261/03A RU96121261A RU2112856C1 RU 2112856 C1 RU2112856 C1 RU 2112856C1 RU 96121261/03 A RU96121261/03 A RU 96121261/03A RU 96121261 A RU96121261 A RU 96121261A RU 2112856 C1 RU2112856 C1 RU 2112856C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- spindle
- shaft
- turbine
- gearbox
- gear
- Prior art date
Links
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 13
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 13
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 13
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 3
- 238000005553 drilling Methods 0.000 abstract description 27
- 239000012530 fluid Substances 0.000 abstract description 7
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 5
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 2
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 238000004540 process dynamic Methods 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 235000019592 roughness Nutrition 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 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
- E21B4/006—Mechanical motion converting means, e.g. reduction gearings
-
- 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
- E21B4/02—Fluid rotary type drives
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)
- General Details Of Gearings (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
Description
Изобретение касается буровой техники, а более точно турбобуров с редуктором. The invention relates to drilling equipment, and more precisely turbodrills with a gearbox.
Наиболее целесообразно настоящее изобретение использовать при бурении нефтяных и газовых скважин. Оно может быть также применено в горнорудной и строительной отраслях промышленности. Наибольший эффект может быть получен при бурении глубоких высокотемпературных наклоннонаправленных и горизонтальных скважин. It is most expedient to use the present invention when drilling oil and gas wells. It can also be applied in the mining and construction industries. The greatest effect can be obtained when drilling deep high-temperature directional and horizontal wells.
Использование редукторных турбобуров известно давно. Один из первых турбобуров содержал планетарный редуктор, установленный между рабочим органом - турбиной и опорным узлом, предназначенным для передачи веса бурильных труб на долото. Редуктор размещен в маслонаполненной камере. Уплотнения камеры выполнены в виде набивочных уплотнений с металлическими промежуточными кольцами. Основными недостатками устройства являлось отсутствие средств для снижения перепадов давления на уплотнениях (лубрикатора) и низкая стойкость указанных уплотнений в специфических условиях работы на забое в процессе бурения. Вследствие этого работоспособность редуктора была чрезвычайно низка, а долговечность не достигала и 10 ч даже при небольшой мощности, развиваемой одной ступенью турбины турбобура. The use of gear turbodrills has long been known. One of the first turbodrills contained a planetary gearbox installed between the working body - the turbine and the support unit, designed to transfer the weight of drill pipes to the bit. The gearbox is located in an oil-filled chamber. The chamber seals are made in the form of gaskets with metal intermediate rings. The main disadvantages of the device were the lack of tools to reduce pressure drops on the seals (lubricator) and the low resistance of these seals in specific working conditions on the face during drilling. As a result, the gearbox operability was extremely low, and the durability did not reach even 10 hours even with a small power developed by one stage of the turbodrill turbine.
Основные условия, влияющие на работу редукторного турбобура в процессе бурения, характеризуются следующим. The main conditions affecting the operation of the gear turbodrill during drilling are characterized by the following.
Для производительной работы долота необходимо передать на забой от движущих органов большие мощность и крутящий момент при ограниченном диаметре турбобура. Так, при диаметре турбобура 120 мм крутящий момент на долоте в процессе бурения составляет 70-120 кГц. В результате анизотропности разбуриваемых пород, наличия неровностей забоя и зубчатой поверхности шарошек долота последнее вместе с турбобуром подвержено интенсивным осевым вибрациям. Это сопровождается колебаниями величины крутящего момента, причем размах колебаний может достигать и даже превышать удвоенное значение указанной выше величины среднего крутящего момента. В последнем случае возможно реверсивное движение долота, а следовательно и элементов редуктора. Крутильные колебания приводят к значительным перегрузкам всех элементов турбобура, включая редуктор. For productive work of the bit, it is necessary to transfer large power and torque to the face from the moving bodies with a limited diameter of the turbodrill. So, with a diameter of a turbodriller of 120 mm, the torque on the bit during drilling is 70-120 kHz. As a result of the anisotropy of the drilled rocks, the presence of roughnesses in the bottom and the serrated surface of the bit cone, the latter, together with the turbodrill, is subjected to intense axial vibrations. This is accompanied by fluctuations in the magnitude of the torque, and the amplitude of the oscillations can reach or even exceed twice the value of the above average magnitude of the torque. In the latter case, a reverse movement of the bit, and consequently the gearbox elements, is possible. Torsional vibrations lead to significant overloads of all elements of the turbodrill, including the gearbox.
Процесс бурения предполагает использование бурового раствора, содержащего твердые абразивные частицы, что приводит к быстрому износу деталей редуктора и опор. При герметизации редуктора в маслонаполненной камере, защищенной уплотнениями, интенсивному изнашиванию подвергаются сами уплотнения. Этот процесс усиливается тем, что давление раствора пульсирует, в результате чего частицы, содержащиеся в растворе, периодически нагнетаются в зазоры уплотнений. The drilling process involves the use of a drilling fluid containing solid abrasive particles, which leads to rapid wear of gear parts and bearings. When the gearbox is sealed in an oil-filled chamber protected by seals, the seals themselves undergo intensive wear. This process is enhanced by the fact that the pressure of the solution pulsates, as a result of which the particles contained in the solution are periodically pumped into the gaps of the seals.
Буровой раствор нередко содержит также химически активные элементы (например, сероводород, различные соли и т.д.), что приводит к коррозии и ускоренному разрушению деталей, испытывающих высокие удельные нагрузки. The drilling fluid often also contains chemically active elements (for example, hydrogen sulfide, various salts, etc.), which leads to corrosion and accelerated destruction of parts experiencing high specific loads.
По условиям проводки скважин часто требуется искривлять ее траекторию, переходить с вертикального направления на наклонное и горизонтальное. При этом в конструкции забойного двигателя необходимо предусмотреть возможность его искривления (как по корпусу, так и по валу). Широко применяемые в бурении турбобуры имеют значительную длину и высокую скорость вращения, что не позволяет использовать их при изменении траектории скважин на большой глубине. Более короткие и низкооборотные винтовые забойные двигатели в большой степени удовлетворяют требованиям бурения в этих условиях, за исключением тех случаев, когда забойная температура превышает 130-150oC. Наличие резинового элемента в одной из основных деталей двигателя - статоре, испытывающем высокие нагрузки при бурении, определяет его сравнительно низкий температурный предел. В этих условиях наиболее приемлемым является редукторный турбобур. Благодаря наличию редуктора длина турбобура без потери крутящего момента может быть сокращена почти пропорционально передаточному числу редуктора, а отсутствие силовых резиновых элементов позволяет повысить его температурный предел до 250-300oC, что достаточно для подавляющего большинства условий бурения. При этом надежность и работоспособность редукторного турбобура может быть обеспечена только при учете в его конструкции указанных выше условий динамичности процесса, агрессивности бурового раствора и требований корректировки траектории скважины.According to the conditions of well drilling, it is often required to bend its trajectory, switch from vertical to inclined and horizontal directions. At the same time, it is necessary to provide for the possibility of its curvature in the construction of the downhole motor (both along the body and along the shaft). Widely used in drilling turbodrills have a considerable length and high rotation speed, which does not allow their use when changing the trajectory of wells at great depths. Shorter and lower-speed downhole screw motors to a large extent satisfy the drilling requirements under these conditions, except when the bottomhole temperature exceeds 130-150 o C. The presence of a rubber element in one of the main engine parts - a stator experiencing high drilling loads, determines its relatively low temperature limit. Under these conditions, a gear turbodrill is most suitable. Due to the presence of the gearbox, the length of the turbodrill without loss of torque can be reduced almost proportionally to the gear ratio of the gearbox, and the absence of power rubber elements can increase its temperature limit to 250-300 o C, which is sufficient for the vast majority of drilling conditions. At the same time, the reliability and operability of the gear turbo-drill can only be ensured if its design takes into account the above-mentioned conditions of process dynamics, drilling fluid aggressiveness and requirements for correcting the well trajectory.
Известны редукторные турбобуры типа ТРМ (Applications of downhole motors in ultradeep drilling. N. Derkach. Publications of VI Jnternational Symphosium of the continental crust through drilling. Paris, April, 1992, pp. 201-210), широко применяемые при бурении в Западной Сибири и сверхглубоких скважинах. Они содержат турбину, верхней шпиндель, воспринимающий гидравлическую нагрузку от турбины, редукторную вставку и нижний шпиндель, передающий осевое усиление на долото. Корпуса турбины, шпинделей и редуктора жестко связаны между собой, валы их соединены с возможностью передачи крутящего момента. Редуктор установлен в маслонаполненной камере, опоры шпинделей работают в буровом растворе. Основными недостатками этого турбобура являются:
- большая длина, не позволяющая работать в горизонтальных скважинах;
- низкая долговечность шпинделей, работающих в агрессивных растворах;
-отсутствие устройств, снижающих динамические нагрузки на валы и элементы редуктора.TPM type turbo-drills are known (Applications of downhole motors in ultradeep drilling. N. Derkach. Publications of VI Jnternational Symphosium of the continental crust through drilling. Paris, April, 1992, pp. 201-210), widely used in drilling in Western Siberia and super deep wells. They contain a turbine, an upper spindle that receives the hydraulic load from the turbine, a gearbox and a lower spindle that transfers axial reinforcement to the bit. Cases of the turbine, spindles and gearbox are rigidly interconnected, their shafts are connected with the possibility of transmitting torque. The gearbox is installed in an oil-filled chamber, the spindle bearings work in the drilling fluid. The main disadvantages of this turbodrill are:
- a large length that does not allow to work in horizontal wells;
- low durability of spindles working in aggressive solutions;
-lack of devices that reduce dynamic loads on shafts and gear elements.
Известен редуктор забойного двигателя (см. патент США N 4222445 от 16.09.1980), размещенный между турбиной и шпинделем, снабженный корпусом, входным и выходным валами и зубчатыми передачами. Редуктор размещен в маслонаполненной камере. Указанный редуктор имеет устройство для снижения динамических нагрузок на валы и элементы редуктора, выполненное в виде фрикционной ступени передачи, в которой при перегрузках имеет место проскальзывание во фрикционном контакте. Однако такое устройство имеет ряд недостатков:
- сложность конструкции;
- снижение крутящего момента, при котором происходит проскальзывание, по мере износа фрикционной передачи.A downhole motor gearbox is known (see US patent N 4222445 of 09.16.1980), located between the turbine and the spindle, provided with a housing, input and output shafts and gears. The gearbox is located in an oil-filled chamber. The specified gearbox has a device for reducing dynamic loads on shafts and gearbox elements, made in the form of a friction gear stage, in which slippage occurs in the friction contact during overloads. However, such a device has several disadvantages:
- design complexity;
- a decrease in the torque at which slippage occurs as the friction gear is worn.
Известна конструкция редукторного забойного двигателя (см. патент Англии N 2073285, кл. E 21 B 4/02, от 14.10.1981), содержащий привод (турбину) редуктор и опорную часть шпиндель). Корпуса и валы турбины, редуктора (размещенного между турбиной и (шпинделем) и шпинделя жестко соединены между собой. Редуктор и шпиндель размещены в общей маслонаполненной камере. Недостатками устройства является отсутствие элементов, уменьшающих динамические нагрузки на зубчатые передачи и валы, а также отсутствие средств искривления забойного двигателя для изменения траектории скважины. A known design of a downhole gear motor (see England patent N 2073285, class E 21 B 4/02, 10/14/1981), comprising a drive (turbine) gearbox and a spindle bearing part). The cases and shafts of the turbine, gearbox (located between the turbine and (spindle) and the spindle are rigidly interconnected. The gearbox and spindle are placed in a common oil-filled chamber. The disadvantages of this device are the absence of elements that reduce dynamic loads on gears and shafts, as well as the lack of curvature downhole motor to change the trajectory of the well.
Наиболее близким техническим решением является редукторный забойный двигатель согласно патенту Канады N 1257865, кл. B 21 B 3/00 от 25.07.1989. В случае использования турбинного привода, предусмотренного данным изобретением как один из вариантов, редукторный турбобур содержит турбину и шпиндель, снабженные корпусами валами, редуктор, размещенный между турбиной и шпинделем, снабженный корпусом, входным и выходным валами и зубчатыми передачами, причем корпуса и валы редуктора, турбины и шпинделя жестко связаны между собой, а редуктор и шпиндель размещены в общем маслонаполненной камере. The closest technical solution is the downhole gear motor according to Canadian patent N 1257865, class. B 21 B 3/00 from 07.25.1989. In the case of using the turbine drive provided by this invention as one of the options, the gear turbo-drill comprises a turbine and a spindle equipped with shafts, a gear located between the turbine and the spindle, equipped with a housing, input and output shafts and gears, and the gear housing and shafts, turbines and spindles are rigidly interconnected, and the gearbox and spindle are placed in a common oil-filled chamber.
Недостатком известного редукторного турбобура является отсутствие устройства, снижающего динамическую нагрузку на элементы редуктора и валы. A disadvantage of the known gear turbodrill is the lack of a device that reduces the dynamic load on the gear elements and shafts.
Другим недостатком этого турбобура является то, что корпуса редуктора и шпинделя, а также выходной вал редуктора и вал шпинделя, жестко связанные друг с другом в маслонаполненной камере, не допускают перекоса осей забойного двигателя в месте, наиболее близко расположенном к забою скважины, что ухудшает возможность управления изменением траектории ствола скважины. Из практики применения забойного двигателя согласно известному патенту следует, что перекос осей двигателя производится над редуктором, что существенно ухудшает управление траекторией ствола, требует применения специального карданного узла, расположенного вне маслонаполненной камеры. Недостатком такого устройства является и необходимость герметизации каждого шарнирного элемента кардана, что усложняет конструкцию и снижает ее надежность. Another disadvantage of this turbodrill is that the gearbox and spindle housings, as well as the gearbox output shaft and spindle shaft, rigidly connected to each other in the oil-filled chamber, do not allow the axes of the downhole motor to skew in the place closest to the bottom of the borehole, which worsens the possibility control the change in the trajectory of the wellbore. From the practice of using a downhole motor according to a well-known patent, it follows that the axes of the engine are skewed over the gearbox, which significantly worsens the control of the trunk path, requires the use of a special universal joint located outside the oil-filled chamber. A disadvantage of such a device is the need to seal each cardan hinge element, which complicates the design and reduces its reliability.
Задачей настоящего изобретения является обеспечение снижения динамических нагрузок на валы и элементы редуктора турбобура, увеличение возможности управления траекторией скважины, упрощение конструкции шарнирных узлов и повышение надежности работы редукторного турбобура. The objective of the present invention is to reduce dynamic loads on the shafts and elements of the turbodrill gearbox, increase the ability to control the well path, simplify the design of the hinge assemblies and increase the reliability of the gear turbodrill.
Поставленная задача достигается тем, что в маслонаполненной камере между выходным валом редуктора и валом шпинделя установлен связанный с ними вал-торсион, охватываемый с зазором защитной втулкой, связанной с корпусами редуктора и шпинделя и образующей часть внешнего кожуха маслонаполненной камеры, а корпуса редуктора и шпинделя связаны между собой переводником, внутренняя поверхность которого образует с наружной поверхностью защитной втулки кольцевой канал для прохода промывочной жидкости. Переводник, соединяющий корпус редуктора и шпинделя, выполнен прямым или с пересечением осей резьб на его концах. Вал-торсион соединен с выходным валом редуктора и валом шпинделя посредством соединительных муфт, допускающих угловой перекос (например, зубчатых муфт). Защитная втулка связана с корпусами редуктора и шпинделя через уплотнительные элементы, допускающие угловые перемещения указанных корпусов друг относительно друга без нарушения герметичности. The task is achieved in that in the oil-filled chamber between the output shaft of the gearbox and the spindle shaft there is a torsion shaft connected to them, covered with a gap by a protective sleeve connected to the gearbox and spindle housings and forming part of the outer casing of the oil-filled chamber, and the gearbox and spindle are connected between each other a sub, the inner surface of which forms with the outer surface of the protective sleeve an annular channel for the passage of washing liquid. The sub connecting the gear housing and the spindle is made direct or with the intersection of the axes of the threads at its ends. The torsion shaft is connected to the output shaft of the gearbox and the spindle shaft by means of couplings that allow angular misalignment (for example, gear couplings). The protective sleeve is connected to the gearbox and spindle housings through sealing elements that allow angular movement of these housings relative to each other without violating the tightness.
Вал-торсион, находящийся внутри охватывающей втулки в маслонаполненной камере, за счет упругой деформации скручивания в значительной степени снижает амплитуду колебаний крутящего момента от неравномерной работы долота на забое при передаче их на валы турбобура и зубчатые передачи редуктора, способствуя, тем самым, повышению надежности и долговечности наиболее напряженных элементов и всего турбобура. Пересечение осей резьб переводника совместно с соединением вала-торсиона с соседними валами соединительными муфтами, допускающими угловой перекос (сферическими шарнирами) придает редукторному турбобуру свойства забойного двигателя-отклонителя, позволяющего при бурении изменять траекторию ствола скважины. При этом размещение отклоняющего устройства между редуктором и шпинделем позволяет значительно приблизить его к долоту и повысить эффективность управления траекторией. Уплотнения защитной втулки, допускающие угловые перекосы корпусов редуктора и шпинделя, позволяют сохранить герметичность маслонаполненной камеры при любых технологически необходимых перекосах, что предотвращает попадание агрессивного раствора в маслонаполненную камеру и исключает необходимость герметизировать дополнительно шарнирные муфты и другие элементы турбобура, упрощает конструкцию и повышает надежность и долговечность турбобура. The torsion shaft located inside the enclosing sleeve in an oil-filled chamber, due to the elastic twisting deformation, significantly reduces the amplitude of torque fluctuations from uneven operation of the bit on the face when transferring them to the turbodrills and gears of the gearbox, thereby improving reliability and the durability of the most stressed elements and the entire turbodrill. The intersection of the axes of the threads of the sub together with the connection of the torsion shaft with adjacent shafts with angular misalignment couplings (spherical joints) gives the gear turbodrill the properties of the downhole diverter motor, which allows changing the borehole path during drilling. Moreover, the placement of the deflecting device between the gearbox and the spindle allows you to significantly bring it closer to the bit and increase the efficiency of path management. Seals of the protective sleeve allowing angular misalignment of the gearbox and spindle housings allow maintaining the tightness of the oil-filled chamber at any technologically necessary distortions, which prevents the ingress of aggressive solution into the oil-filled chamber and eliminates the need to seal additional articulated couplings and other elements of the turbodrill, simplifies the design and increases reliability and durability turbodrill
На фиг. 1 представлена схема продольного разреза редукторного турбобура; на фиг. 2 - вариант исполнения соединения корпусов переводником с пересекающимися осями резьб; на фиг. 3 - соотношение углов перекоса резьб переводника и углов поворота вала-торсиона в шарнирах; на фиг. 4 - схема обеспечения герметизации охватывающей втулки при искривлении турбобура. In FIG. 1 is a longitudinal section diagram of a gear turbodrill; in FIG. 2 - embodiment of the connection of the housings by a sub with intersecting axes of threads; in FIG. 3 - the ratio of the skew angles of the threads of the sub and the angles of rotation of the shaft-torsion bar in hinges; in FIG. 4 is a diagram for providing sealing of the female sleeve when the turbodrill is curved.
Редукторный турбобур включает турбину 1, редуктор 2, шпиндель 3. Турбина состоит из трубчатого корпуса 4, вала 5, роторных 6 и статорных 7 дисков, установленных соответственно на валу 5 и в корпусе 4, радиальных подшипников скольжения 8, уплотнения 9, радиально-упорной опоры качения 10. В верхней части турбины корпус 1 соединен с верхним переводником 12 для присоединения к колонне бурильных труб (на фиг. не показана). На вал 5 сверху навинчена гайка 13, позволяющая через втулку 14 зафиксировать на валу 5 вращающиеся с ним детали турбины (ротор 6), уплотнения 9 и опоры качения 10. Аналогично переводником 12 через втулку 15 в корпусе 4 зафиксированы невращающиеся детали тех же элементов. Редуктор 2 включает входной вал 16, выходной вал 17, планетарную передачу 18, включающую зубчатые передачи, изображенные схематично. Вал 5 турбины 1 соединен с входным валом 16 редуктора 2 соединительной (зубчатой) муфтой 19. На данной фигуре корпус редуктора 2 выполнен заодно с корпусом 4 турбины 1. The gear turbo drill includes a turbine 1, a gear 2, a spindle 3. The turbine consists of a tubular body 4, a shaft 5, a rotor 6 and a stator 7 discs mounted respectively on the shaft 5 and in the housing 4, radial plain bearings 8, seals 9, angular contact rolling bearings 10. In the upper part of the turbine, the housing 1 is connected to the upper sub 12 for connection to the drill pipe string (not shown in FIG.). A nut 13 is screwed on top of the shaft 5, which allows the turbine parts (rotor 6), seals 9 and rolling bearings 10 to be rotated with it on the shaft 5 to be fixed on the shaft 5 through the sleeve 14. Non-rotating parts of the same elements are fixed through the adapter 12 through the sleeve 15 in the housing 4. The gearbox 2 includes an input shaft 16, an output shaft 17, a planetary gear 18, including gears, shown schematically. The shaft 5 of the turbine 1 is connected to the input shaft 16 of the gearbox 2 by a connecting (gear) coupling 19. In this figure, the gearbox housing 2 is integral with the housing 4 of the turbine 1.
Возможен вариант выполнения корпусов турбины 1 и редуктора 2 раздельными и связанными между собой жестко, например, с помощью переводника (на фиг. не показано). A possible embodiment of the turbine housing 1 and the gearbox 2 is separate and rigidly interconnected, for example, using an adapter (not shown in Fig.).
Шпиндель 3 включает корпус 20, вал 21, радиальные опоры скольжения 22 и 23, радиально-упорную опору качения 24, уплотнение 25. На вал 21 навинчена гайка 26, позволяющая зафиксировать на нем вращающиеся с ним детали опор скольжение 22 и 23, опоры качения 24, уплотнения 25. На нижний конец корпуса 20 навинчена гайка-центратор 27. The spindle 3 includes a housing 20, a shaft 21, radial sliding bearings 22 and 23, an angular contact rolling support 24, a seal 25. A nut 26 is screwed onto the shaft 21, which allows it to fix the sliding parts 22 and 23 of the rolling bearings with it, 24 , seals 25. A centralizer nut 27 is screwed onto the lower end of the housing 20.
Между выходным валом 17 редуктора 2 и валом 21 с гайкой 26 установлен вал-торсион 28, связанный с указанными элементами 17 и 26 зубчатыми муфтами 29 и 30. Втулка 31 охватывает вал 28 с зазором a и c помощью уплотнений 32 и 33 герметично соединена с деталями 34 и 35, неподвижно связанными с корпусами 4 и 20. Корпуса 4 и 20 также связаны между собой переводником 36. Внутренняя поверхность переводника 36 образует с наружной поверхностью охватывающей вал-торсион 28 втулки 31 кольцевой зазор б. Between the output shaft 17 of the gearbox 2 and the shaft 21 with the nut 26, a
Уплотнения 9 и 24 совместно со втулками 34, 35 и 37 образуют камеру в (включающую и радиальный зазор a), заполненную маслом. В свою очередь, корпуса 4 и 20 и переводник 36 образуют с втулками 34, 31, 35, 36 и наружными поверхностями уплотнений 9 и 24 продольный кольцевой канал г для прохода промывочной жидкости. Seals 9 and 24 together with
На фиг. 1 показан вариант исполнения турбобура с прямым переводником 34, позволяющий проводить прямые участки ствола скважины. На фиг. 2 показан вариант исполнения турбобура с косым переводником 36, когда его резьбы имеют пересекающиеся в точке 0 оси. При этом шпиндель 3 устанавливается под углом α , равным углу перекоса осей резьб переводника 36, к турбине 1 и редуктору 2. По условиям технологии бурения угол α обычно не превышает 3o. При этом угол перекоса вала-торсиона 28 относительно оси турбины 1 и редуктора 2, равный β , меньше угла α , как и угол γ между валом-торсионом 28 и осью шпинделя 3. Из чертежа на фиг. 3 видно, что α = β + γ.
Углы перекоса зубчатых концов д и е торсиона 28 соответствуют небольшим углам β и γ . Нормальная работа зубчатых муфт при таких небольших значениях углов перекоса обеспечивается выполнением зубьев сферическими. Могут быть использованы и другие варианты соединительных муфт - сферических шарниров.In FIG. 1 shows an embodiment of a turbodrill with a
The skew angles of the gear ends d and e of the
Аналогичным образом угол поворота охватывающей втулки 31 относительно оси турбины 1 и редуктора 2 меньше угла α. Уплотнения 32 и 33 могут быть выполнены различным образом. Наиболее простой и достаточно надежный способ герметизации - О-образными резиновыми кольцами представлен на фиг. 4. Для того, чтобы при перекосе втулки 31 на угол δ , меньший угла α , была обеспечена надежная герметизация без деформации втулок 31 и 34 и защемления резинового кольца 32 между указанными втулками 31 и 34 на длине м обеспечивается зазор к, величина которого рассчитывается, исходя из следующих условий:
- зазор к должен быть достаточно малым, чтобы при максимально возможном перепаде давлений на соответствующем уплотнительном кольце (32) оно не выдавливалось в этот зазор;
- при повороте втулки 31 на угол δ зазор должен быть достаточным, чтобы не было напряженного контакта между втулками 31 и 34, т.е. к = м • t δ . Как правило, величина зазора к не превышает 0,5 мм.Similarly, the angle of rotation of the enclosing
- the gap k should be small enough so that at the maximum possible pressure difference on the corresponding o-ring (32) it does not extrude into this gap;
- when turning the
Для удобства работы переводник 36 может быть выполнен с регулируемым углом α пересечения осей от 0 до 2,5-3o. В этом случае для изменения угла перекоса не требуется разъединение секций, вся работа по изменению угла может быть выполнена непосредственно на буровой.For convenience, the
Работа описанного редукторного турбобура осуществляется следующим образом. Буровой раствор подается от буровых насосов на поверхности земли через колонну бурильных труб (не показано), через турбину 1, далее по кольцевому каналу он проходит через вал 21 шпинделя 3 к долоту и забою скважины. В турбине 3, воздействуя последовательно на роторные 6 и статорные 7 диски турбины, он создает на валу 5 вращение с определенной скоростью и крутящий момент. Указанные параметры вращения от вала 5 через соединительную муфту 19 передаются на входной вал 16 редуктора 2, в котором с помощью зубчатых передач частота вращения уменьшается, а крутящий момент увеличивается пропорционально передаточному отношению редуктора. Тем самым, достаточный момент вращения на выходе редуктора 2 может быть обеспечен даже при малом числе ступеней турбины 1, что позволяет сделать турбобур сравнительно коротким. The operation of the described gear turbodrill is as follows. The drilling fluid is supplied from the mud pumps on the earth's surface through a drill pipe string (not shown), through a turbine 1, then through an annular channel it passes through a shaft 21 of the spindle 3 to the bit and bottom of the well. In the turbine 3, acting sequentially on the rotor 6 and stator 7 turbine disks, it creates rotation with a certain speed and torque on the shaft 5. The indicated rotation parameters from the shaft 5 through the coupling 19 are transmitted to the input shaft 16 of the gearbox 2, in which the gear speed is reduced by means of gears, and the torque increases in proportion to the gear ratio of the gearbox. Thus, a sufficient torque at the output of the gearbox 2 can be ensured even with a small number of stages of the turbine 1, which makes the turbodrill relatively short.
Далее вращение с преобразованными параметрами (уменьшенной частотой и увеличенным крутящим моментом) передается через зубчатые муфты 29 и 30, вал-торсион 28, вал 21 шпинделя 3 на долото. При работе долота на забое из-за анизотропности пород и других причин, описанных выше, возникают колебания крутящего момента на долоте. При увеличении крутящего момента на долоте скорость вращения долота, вала 21 шпинделя 3 и нижнего конца е торсиона 28 уменьшается, в то время как верхний конец д торсиона 28 за счет его упругой податливости и инерционности ротора турбины, увеличенной пропорционально второй степени передаточного отношения редуктора, продолжает вращаться с более высокой скоростью вращения. Вал-торсион 28 при этом "закручивается", крутящий момент, передаваемый через него на долото увеличивается до величины, необходимой для преодоления препятствия вращению на долоте. Момент на долоте уменьшается и происходит "раскручивание" торсиона 28. Благодаря использованию торсиона 28, увеличивается время на преодоление препятствия по сравнению с жестким соединением валом 17 и 21, импульс крутящего момента уменьшается, благодаря чему многократно снижается размах колебаний напряжений в материале валов и элементов редуктора 2. Это позволяет увеличить долговечность и надежность всего турбобура. Next, the rotation with the converted parameters (reduced frequency and increased torque) is transmitted through
При использовании редукторного турбобура в качестве отклонителя, что достигается установкой переводника 36 с перекосом осей резьб по его концам, вал-торсион 28 совместно с муфтами 29 и 30 выполняет также роль карданного соединения, обеспечивающего передачу крутящего момента между валами с пересекающимися осями. При этом в полной мере сохраняется функция упругого демпфера крутильных колебаний торсиона 28. Маслонаполненный шпиндель 3 с опорами, размещенными в масле может быть выполнен малой длины, точка перегиба турбобура в этом случае близко расположена к забою скважины, что обеспечивает хорошие условия для управления ее траекторией. Установка торсиона 28 и муфт-шарниров 29 и 30 в маслонаполненной камере позволяет изолировать их от агрессивного воздействия бурового раствора и обеспечивает их длительную работу. Работа всех элементов передач и большинства опор в масле приводит к низким потерям на трение, что увеличивает КПД двигателя в целом. А отсутствие эластомеров в силовых парах позволяет обеспечить надежную работу турбобура в условиях повышенной температуры. When using a gear turbodrill as a deflector, which is achieved by installing a
Claims (4)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96121261/03A RU2112856C1 (en) | 1996-11-04 | 1996-11-04 | Reduction-unit turbo-drill |
| PCT/EP1997/006060 WO1998020228A1 (en) | 1996-11-04 | 1997-11-03 | Turbodrill with reduction gear |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96121261/03A RU2112856C1 (en) | 1996-11-04 | 1996-11-04 | Reduction-unit turbo-drill |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2112856C1 true RU2112856C1 (en) | 1998-06-10 |
| RU96121261A RU96121261A (en) | 1999-01-20 |
Family
ID=20186968
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU96121261/03A RU2112856C1 (en) | 1996-11-04 | 1996-11-04 | Reduction-unit turbo-drill |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2112856C1 (en) |
| WO (1) | WO1998020228A1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| MD3386G2 (en) * | 2005-08-01 | 2008-10-31 | Технический университет Молдовы | Rotary drilling device with liquid drive for deep wells |
| RU2663654C1 (en) * | 2014-12-29 | 2018-08-08 | Хэллибертон Энерджи Сервисиз, Инк. | Decrease of stick-slip effects on tools for rotary tilt-directional drilling |
| CN108868586A (en) * | 2018-08-21 | 2018-11-23 | 曾卫林 | Blade-free mud motor |
| RU2726690C1 (en) * | 2019-08-29 | 2020-07-15 | Закрытое акционерное общество "НГТ" | Spindle of screw downhole motor |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6173794B1 (en) * | 1997-06-30 | 2001-01-16 | Intedyne, Llc | Downhole mud motor transmission |
| GB0014776D0 (en) * | 2000-06-17 | 2000-08-09 | Neyrfor Weir Ltd | Drive system |
| WO2015076826A1 (en) | 2013-11-22 | 2015-05-28 | Halliburton Energy Services, Inc. | Down hole harmonic drive transmission |
| CN105257210B (en) * | 2015-11-18 | 2018-01-30 | 西南石油大学 | The pinpoint turbodrill of rotor can be achieved |
| CN110607988B (en) * | 2019-10-17 | 2021-01-12 | 中国石油集团渤海钻探工程有限公司 | Drilling speed increasing device for deep well hard formation |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2937008A (en) * | 1955-09-30 | 1960-05-17 | Whittle Frank | High-speed turbo-drill with reduction gearing |
| US3669199A (en) * | 1970-03-19 | 1972-06-13 | Youngstown Sheet And Tube Co | Drilling apparatus |
| US4222445A (en) * | 1979-01-08 | 1980-09-16 | Vadetsky Jury V | Reduction unit of drilling motor |
| DE3012779C2 (en) * | 1980-04-02 | 1982-11-25 | Zahnradfabrik Friedrichshafen Ag, 7990 Friedrichshafen | Drill bit direct drives |
| GB2152588B (en) * | 1984-01-14 | 1987-08-26 | Inst Burovoi Tekhnik | Downhole rotary fluid-pressure motor |
| CA1257865A (en) * | 1986-11-14 | 1989-07-25 | Kenneth H. Wenzel | Sealing means for lubricant chambers in down-hole drilling tools |
-
1996
- 1996-11-04 RU RU96121261/03A patent/RU2112856C1/en not_active IP Right Cessation
-
1997
- 1997-11-03 WO PCT/EP1997/006060 patent/WO1998020228A1/en active Application Filing
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| MD3386G2 (en) * | 2005-08-01 | 2008-10-31 | Технический университет Молдовы | Rotary drilling device with liquid drive for deep wells |
| RU2663654C1 (en) * | 2014-12-29 | 2018-08-08 | Хэллибертон Энерджи Сервисиз, Инк. | Decrease of stick-slip effects on tools for rotary tilt-directional drilling |
| CN108868586A (en) * | 2018-08-21 | 2018-11-23 | 曾卫林 | Blade-free mud motor |
| CN108868586B (en) * | 2018-08-21 | 2024-02-09 | 曾卫林 | Blade-free underground power drilling tool |
| RU2726690C1 (en) * | 2019-08-29 | 2020-07-15 | Закрытое акционерное общество "НГТ" | Spindle of screw downhole motor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO1998020228A1 (en) | 1998-05-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2405904C2 (en) | Drilling assembly for well (versions) and support mechanism and turbine power plant for drilling assembly | |
| US4679638A (en) | Downhole progressive cavity type drilling motor with flexible connecting rod | |
| US10753159B1 (en) | Flexible coupling | |
| US8627901B1 (en) | Laser bottom hole assembly | |
| US4011917A (en) | Process and universal downhole motor for driving a tool | |
| US4636151A (en) | Downhole progressive cavity type drilling motor with flexible connecting rod | |
| US9534638B2 (en) | Retention means for a seal boot used in a universal joint in a downhole motor driveshaft assembly | |
| RU2629315C2 (en) | Rotor bearing for downhole drilling motor with moving cavity | |
| CN108798503B (en) | Screw type circumferential impact drilling tool | |
| CN101440693B (en) | High temperature deep well screw drilling tool | |
| RU2324803C1 (en) | Screw downhole motor for inclined directional and horisontal boring | |
| RU2112856C1 (en) | Reduction-unit turbo-drill | |
| US11661801B2 (en) | Anti-rotation coupling for use in a downhole assembly | |
| CN107676040B (en) | Shell guide type deflecting drilling tool | |
| US20160108970A1 (en) | Articulated Drive Shaft | |
| CN102913165A (en) | Well-drilling downhole turbine-drive while-drilling vibrator | |
| US4222445A (en) | Reduction unit of drilling motor | |
| US20030181245A1 (en) | Downhole universal joint assembly | |
| EA001702B1 (en) | Downhole motor assembly | |
| CA3038945A1 (en) | Reciprocation-dampening drive shaft assembly | |
| RU2179226C2 (en) | Knuckle joint | |
| RU2162132C2 (en) | Gerator hydraulic motor | |
| CN115822443B (en) | High-rotation-speed screw drilling tool system beneficial to prolonging service life and drilling method | |
| RU2161236C1 (en) | Turbodrill with reduction gear | |
| US11905764B1 (en) | Coupling with enhanced torsional, fatigue strength, and wear resistance |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20070502 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20111105 |