RU2185488C1

RU2185488C1 - Screw hydraulic downhole motor

Info

Publication number: RU2185488C1
Application number: RU2001108263/03A
Authority: RU
Inventors: Г.А. Щелконогов; Ю.А. Коротаев; М.Г. Бобров; В.Ю. Николаев; С.Г. Трапезников
Original assignee: Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Буровая техника"
Priority date: 2001-03-27
Filing date: 2001-03-27
Publication date: 2002-07-20

Abstract

FIELD: drilling equipment, particularly, screw hydraulic downhole motors for drilling of oil and gas wells. SUBSTANCE: screw hydraulic downhole motor has an additional radial support installed on coupler in zone below windows for passage of drilling mud for interaction of extreme surface of coupler with internal surface of the additional radial support which is immovably secured in body. EFFECT: higher reliability and prolonged service life of screw hydraulic downhole motor. 3 dwg

Description

Изобретение относится к буровой технике, а именно к винтовым забойным двигателям, предназначенным для бурения нефтяных и газовых скважин. The invention relates to drilling equipment, namely to downhole screw motors designed for drilling oil and gas wells.

Известен винтовой забойный двигатель, содержащий секцию рабочих органов, включающую статор, эксцентрично установленный внутри него ротор, секцию шпиндельную, содержащую корпус, полый выходной вал, осевые и радиальные опоры, соединительную муфту с окнами для пропуска промывочной жидкости и узел соединения ротора с полым выходным валом, выполненный в виде двойной зубчатой муфты (см., например, а.с. 237596, F 04 C, опубл. 12.11.69 г. Бюл. 8). Known downhole screw motor containing a section of the working bodies, including a stator, an eccentric rotor installed inside it, a spindle section, comprising a housing, a hollow output shaft, axial and radial bearings, a coupling with windows for the passage of flushing fluid, and a rotor connection unit with a hollow output shaft made in the form of a double gear clutch (see, for example, AS 237596, F 04 C, publ. 12.11.69, Bull. 8).

Недостатком известного винтового забойного двигателя является то, что в результате эксцентричного расположения ротора в статоре при работе двигателя на радиальные опоры секции шпиндельной действуют дополнительные радиальные усилия, возникающие вследствие передачи осевых гидравлических сил с ротора на полый выходной вал под некоторым углом, величина которого зависит от величины эксцентриситета ротора, установленного в статоре, и от длины узла соединения ротора с полым выходным валом. A disadvantage of the known downhole screw motor is that as a result of the eccentric location of the rotor in the stator during operation of the motor, additional radial forces act on the radial bearings of the spindle section due to the transmission of axial hydraulic forces from the rotor to the hollow output shaft at a certain angle, the magnitude of which depends on the value the eccentricity of the rotor installed in the stator, and the length of the node connecting the rotor with a hollow output shaft.

Величина этих дополнительных радиальных усилий прямо пропорциональна осевым гидравлическим силам и тангенсу угла наклона узла соединения ротора с полым выходным валом к центральной оси двигателя. The magnitude of these additional radial forces is directly proportional to the axial hydraulic forces and the tangent of the angle of inclination of the rotor connection unit with the hollow output shaft to the central axis of the engine.

В результате действия дополнительных радиальных усилий на радиальные опоры секции шпиндельной, а также на рабочие органы (ротор и статор), радиальные опоры и рабочие органы дополнительно истираются, изнашиваются и преждевременно приходят в негодность. As a result of the action of additional radial forces on the radial bearings of the spindle section, as well as on the working bodies (rotor and stator), the radial bearings and working bodies additionally wear out, wear out and become prematurely unusable.

Другим недостатком известного винтового забойного двигателя является то, что узел соединения ротора с полым выходным валом секции шпиндельной выполнен в виде открытой зубчатой муфты. Промывочная жидкость, содержащая мелкие абразивные частицы, попадая в зубчатое зацепление, способствует интенсивному износу зубьев зубчатой муфты. Эти недостатки известного винтового забойного двигателя на позволяют снизить нагрузки на радиальные опоры секции шпиндельной, на рабочие органы и не дают возможности предотвратить преждевременный износ и разрушение рабочих органов и радиальных опор секции шпиндельной. Another disadvantage of the known downhole screw motor is that the connection unit of the rotor with the hollow output shaft of the spindle section is made in the form of an open gear clutch. Flushing fluid containing small abrasive particles, getting into gearing, contributes to intensive wear of the teeth of the gear coupling. These shortcomings of the well-known downhole screw motor do not reduce the load on the radial bearings of the spindle section, on the working bodies and do not make it possible to prevent premature wear and destruction of the working bodies and radial bearings of the spindle section.

Известен винтовой забойный двигатель, содержащий секцию рабочих органов, включающую статор, эксцентрично установленный внутри него ротор, секцию шпиндельную, содержащую корпус, полый выходной вал, радиально-упорный подшипник, соединительную муфту с окнами для пропуска промывочной жидкости и узел соединения ротора с полым выходным валом, выполненный в виде торсиона (см., например, патент СССР 784397, Е 21 В 4/02, опубл. 15.09.92 г. Бюл. 34). Known downhole screw motor containing a section of the working bodies, including a stator, an eccentric rotor installed inside it, a spindle section, comprising a housing, a hollow output shaft, an angular contact bearing, a coupling with windows for passage of flushing fluid, and a rotor connection unit with a hollow output shaft made in the form of a torsion bar (see, for example, USSR patent 784397, E 21 B 4/02, publ. 09/15/92, Bull. 34).

В известном винтовом забойном двигателе устранены некоторые недостатки и частично решен вопрос обеспечения надежности узла соединения ротора с полым выходным валом секции шпиндельной. In the well-known downhole motor, some drawbacks have been eliminated and the issue of ensuring the reliability of the rotor connection unit with the hollow output shaft of the spindle section has been partially resolved.

Недостатком известного винтового забойного двигателя является то, что в узле соединения ротора с полым выходным валом секции шпиндельной, выполненном в виде торсиона, его (торсиона) рабочая часть значительно удалена от радиально-упорного подшипника, воспринимающего радиальные нагрузки от сил упругости искривленного торсиона. В результате при работе винтового забойного двигателя на верхний консольный конец полого выходного вала воздействуют дополнительные знакопеременные с высокой частотой нагрузки от сил упругости вращающегося и планетарно обращающегося торсиона. Они (нагрузки) изгибают полый выходной вал и создают дополнительный изгибающий момент, величина которого прямо пропорциональна величине нагрузки и длине консольного конца полого выходного вала. Знакопеременные напряжения изгиба в полом выходном валу существенно влияют на его циклическую прочность и не позволяют достичь необходимой надежности и долговечности всего винтового забойного двигателя. A disadvantage of the known downhole screw motor is that in the node connecting the rotor to the hollow output shaft of the spindle section, made in the form of a torsion, its (torsion) working part is significantly removed from the angular contact bearing, which receives radial loads from the elastic forces of the curved torsion bar. As a result, during the operation of the downhole screw motor, additional alternating alternating signs with a high frequency of load from the elastic forces of the rotating and planetary circulating torsion act on the upper cantilever end of the hollow output shaft. They (loads) bend the hollow output shaft and create an additional bending moment, the magnitude of which is directly proportional to the magnitude of the load and the length of the cantilever end of the hollow output shaft. Alternating bending stresses in the hollow output shaft significantly affect its cyclic strength and do not allow to achieve the necessary reliability and durability of the entire downhole motor.

Практика эксплуатации винтовых забойных двигателей показывает, что нередки случаи поломок полого выходного вала секции шпиндельной в месте установки соединительной муфты именно из-за высокочастотных знакопеременных нагрузок, создаваемых узлом кинематического соединения ротора с полым выходным валом шпинделя, выполненным в виде торсиона. The practice of operating downhole screw motors shows that there are frequent cases of breakdowns of the hollow output shaft of the spindle section at the installation site of the coupler precisely because of the high-frequency alternating loads created by the kinematic connection of the rotor with the hollow output spindle shaft made in the form of a torsion bar.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату является винтовой забойный двигатель, содержащий секцию рабочих органов, включающую статор, эксцентрично установленный внутри него ротор, секцию шпиндельную, содержащую корпус, полый выходной вал, осевые и радиальные опоры, соединительную муфту с окнами для пропуска промывочной жидкости через полый выходной вал, установленную на полом выходном валу. и узел кинематического соединения ротора с полым выходным валом (см., например, патент США 4,729,675, Е 21 В 4/00, опубл. 08.03.1988 г.). Closest to the invention in terms of technical nature and the technical result achieved is a downhole screw motor comprising a working body section including a stator, an rotor eccentrically mounted inside it, a spindle section containing a housing, a hollow output shaft, axial and radial bearings, a coupling with windows for passage of flushing fluid through a hollow output shaft mounted on a hollow output shaft. and node kinematic connection of the rotor with a hollow output shaft (see, for example, US patent 4,729,675, E 21 4/00, publ. 08.03.1988).

Вышеуказанное техническое решение принято за прототип, в связи с тем, что секция рабочих органов имеет кинематическое соотношение числа зубьев "ротор-статор" 1:2, обеспечивающее наибольший эксцентриситет, следовательно, и наибольший угол отклонения оси ротора к оси статора. The above technical solution is taken as a prototype, due to the fact that the section of the working bodies has a kinematic ratio of the number of teeth "rotor-stator" 1: 2, providing the greatest eccentricity, therefore, the largest angle of deviation of the rotor axis to the stator axis.

В известном винтовом забойном двигателе частично решен вопрос передачи осевых усилий и момента силы с ротора на полый выходной вал и на корпус секции шпиндельной с помощью узла кинематического соединения ротора с полым выходным валом, выполненным в виде герметизированного шарового карданного вала с двумя универсальными шарнирами. In the well-known downhole screw motor, the issue of transmitting axial forces and torque from the rotor to the hollow output shaft and to the spindle section housing using the kinematic connection unit of the rotor with the hollow output shaft, made in the form of a sealed spherical driveshaft with two universal joints, is partially solved.

Недостатком известного винтового забойного двигателя является то, что при работе двигателя дополнительные радиальные усилия, возникающие в результате вращения и планетарного обращения эксцентрично установленного ротора вокруг центральной оси статора, передаются под углом, изменяющимся по направлению, добавочно нагружают непроизводительной нагрузкой радиальные опоры секции шпиндельной, понуждая их работать с перегрузкой. В связи с этим радиальные опоры быстрее истираются, теряют свою форму и размеры, и винтовой забойный двигатель преждевременно теряет свою работоспособность и досрочно направляется на ремонт. A disadvantage of the known downhole screw motor is that during the operation of the engine, additional radial forces arising from rotation and planetary rotation of the eccentrically mounted rotor around the central axis of the stator are transmitted at an angle that changes in direction, additionally loading the radial bearings of the spindle section with an unproductive load, forcing them work with overload. In this regard, the radial bearings wear out faster, lose their shape and size, and the downhole screw motor prematurely loses its performance and is sent ahead of schedule for repairs.

Другим недостатком известного винтового забойного двигателя является то, что в результате существенного удаления нижнего универсального шарнира карданного вала в узле кинематического соединения ротора с полым выходным валом от ближайшей радиальной опоры секции шпиндельной на полый выходной вал действует дополнительный изгибающий момент. Этот момент вызывает дополнительные знакопеременные напряжения изгиба в полом выходном валу, которые приводят к преждевременному его разрушению. Another disadvantage of the known downhole screw motor is that as a result of a substantial removal of the lower universal joint of the driveshaft in the kinematic assembly of the rotor with the hollow output shaft from the nearest radial support of the spindle section, an additional bending moment acts. This moment causes additional alternating bending stresses in the hollow output shaft, which lead to its premature destruction.

Эти и другие недостатки известного винтового забойного двигателя не позволяют в полной мере обеспечить длительную безаварийную работу не дают возможности повышать надежность, долговечность и достаточную экономическую эффективность использования винтовых забойных двигателей. These and other disadvantages of the well-known downhole motor do not fully ensure long trouble-free operation and do not provide the opportunity to increase the reliability, durability and sufficient economic efficiency of the use of downhole helical motors.

Задачами предлагаемого изобретения являются устранение имеющихся недостатков известного винтового забойного двигателя и уменьшение дополнительных радиальных нагрузок на радиальные опоры, на полый выходной вал секции шпиндельной, на рабочие органы, предотвращение преждевременного истирания, износа и досрочного разрушения радиальных опор и полого выходного вала секции шпиндельной, сохранение на более длительный период в работоспособном состоянии его (двигателя) узлов и в конечном счете повышение надежности и долговечности винтового забойного двигателя. The objectives of the invention are to eliminate the existing disadvantages of the known downhole motor and reduce additional radial loads on the radial bearings, on the hollow output shaft of the spindle section, on the working bodies, to prevent premature abrasion, wear and premature destruction of the radial bearings and hollow output shaft of the spindle section, to save a longer period in the operational state of its (engine) nodes and ultimately increase the reliability and durability of the screw downhole motor.

Поставленные задачи решаются за счет того, что в известном винтовом забойном двигателе, содержащем секцию рабочих органов, включающую статор и эксцентрично установленный внутри него ротор, секцию шпиндельную, содержащую корпус, полый выходной вал, осевые и радиальные опоры, соединительную муфту с окнами для пропуска промывочной жидкости через полый выходной вал, установленную на полом выходном валу, и узел кинематического соединения ротора с полым выходным валом секции шпиндельной, согласно изобретению, он содержит дополнительную радиальную опору, установленную на соединительной муфте в зоне ниже окон для пропуска промывочной жидкости, для взаимодействия наружной поверхности соединительной муфты с внутренней поверхностью дополнительной радиальной опоры, причем дополнительная радиальная опора закреплена в корпусе неподвижно. The tasks are solved due to the fact that in the well-known downhole motor containing a section of working bodies, including a stator and an eccentrically mounted rotor inside it, a spindle section containing a housing, a hollow output shaft, axial and radial bearings, a coupling with windows for skipping the flushing liquid through a hollow output shaft mounted on a hollow output shaft, and the kinematic assembly of the rotor with the hollow output shaft of the spindle section, according to the invention, it contains an additional an additional support mounted on the coupling in the area below the windows for the passage of flushing fluid, for the interaction of the outer surface of the coupling with the inner surface of the additional radial bearings, and the additional radial bearing is fixed in the housing motionless.

В результате того, что в предлагаемом винтовом забойном двигателе содержится дополнительная радиальная опора, установленная на соединительной муфте в зоне ниже окон для пропуска промывочной жидкости, для взаимодействия наружной поверхности соединительной муфты с внутренней поверхностью дополнительной радиальной опоры, причем дополнительная радиальная опора закреплена в корпусе неподвижно, нижний конец узла кинематического соединения ротора с полым выходным валом секции шпиндельной устанавливается в собственную опору и дополнительная радиальная нагрузка, возникающая вследствие вращения и высокочастотного планетарного обращения ротора вокруг центральной оси статора, передается на дополнительную радиальную опору, на корпус секции шпиндельной и гасится всей массой двигателя, а радиальные опоры и полый выходной вал секции шпиндельной полностью разгружаются от дополнительной радиальной нагрузки. As a result of the fact that the proposed downhole screw motor contains an additional radial support mounted on the coupling in the area below the windows for the passage of flushing fluid, for the interaction of the outer surface of the coupling with the inner surface of the additional radial support, and the additional radial support is fixed in the housing, the lower end of the kinematic connection of the rotor with the hollow output shaft of the spindle section is installed in its own support and supplement te a radial load that occurs due to the rotation and the high-frequency treatment planetary rotor about the central axis of the stator is transmitted to the additional radial support on a spindle housing section and the whole mass is quenched motor and radial bearing sections and a hollow output shaft of the spindle is completely unloaded from the additional radial load.

При этом значительно сокращается величина амплитуды высокочастотных колебаний нижнего конца узла кинематического соединения ротора с полым выходным валом, а также верхнего консольного конца полого выходного вала. Это приводит к уменьшению величины изгибающего полый выходной вал момента, к уменьшению внутренних напряжений изгиба в полом выходном валу, уменьшению истирания и износа радиальных опор и как следствие к повышению надежности и долговечности всего винтового забойного двигателя. This significantly reduces the amplitude of the high-frequency oscillations of the lower end of the kinematic connection of the rotor with the hollow output shaft, as well as the upper cantilever end of the hollow output shaft. This leads to a decrease in the magnitude of the bending moment of the hollow output shaft, to a decrease in the internal bending stresses in the hollow output shaft, to a reduction in the abrasion and wear of the radial bearings and, as a result, to an increase in the reliability and durability of the entire downhole motor.

Кроме того, достигается уменьшение поступления мелких абразивных частиц в осевые и радиальные опоры секции шпиндельной и уменьшение связанного с ним гидроабразивного износа, приводящего к катастрофическому истиранию взаимно перемещающихся и скользящих поверхностей, снижение коэффициента трения опорных поверхностей и, следовательно, сохраняются на более длительный период в работоспособном состоянии рабочие поверхности и опорные узлы винтового забойного двигателя. In addition, there is a reduction in the flow of small abrasive particles into the axial and radial bearings of the spindle section and a reduction in the hydroabrasive wear associated with it, which leads to catastrophic abrasion of mutually moving and sliding surfaces, a decrease in the coefficient of friction of the bearing surfaces and, therefore, remain for a longer period in working a condition working surfaces and supporting nodes of a downhole motor.

Таким образом, реализация отличительных признаков в совокупности с известными в предлагаемом винтовом забойном двигателе создает возможность ликвидировать недостатки, присущие известному винтовому забойному двигателю, и обеспечить сокращение дополнительных радиальных нагрузок на радиальные опоры и на полый выходной вал секции шпиндельной, на рабочие органы, предотвратить преждевременное истирание, износ и досрочное разрушение радиальных опор и полого выходного вала секции шпиндельной и сохранить на более длительный период в работоспособном состоянии его (двигателя) узлы и в конечном счете повысить надежность и долговечность винтового забойного двигателя. Thus, the implementation of the distinguishing features in conjunction with the well-known in the screw downhole motor creates the opportunity to eliminate the disadvantages inherent in the known screw downhole motor, and to reduce the additional radial loads on the radial bearings and the hollow output shaft of the spindle section, on the working bodies, to prevent premature abrasion , wear and early destruction of the radial bearings and the hollow output shaft of the spindle section and save for a longer period of work special condition of its (engine) units and ultimately increase the reliability and durability of a downhole screw motor.

Для пояснения сущности предлагаемого изобретения предоставлены чертежи. На фиг.1 показан общий вид винтового забойного двигателя, его верхняя часть (секция рабочих органов), продольный разрез. На фиг.2 изображен общий вид винтового забойного двигателя, его нижняя часть (секция шпиндельная), продольный разрез. На фиг.3 показан поперечный разрез по А-А на фиг.1 секции рабочих органов. To clarify the essence of the invention, drawings are provided. Figure 1 shows a General view of the downhole motor, its upper part (section of the working bodies), a longitudinal section. Figure 2 shows a General view of a downhole motor, its lower part (spindle section), a longitudinal section. Figure 3 shows a cross section along aa in figure 1 of the section of the working bodies.

Винтовой забойный двигатель содержит секцию 1 рабочих органов, включающую статор 2 с осью O₁-O₁ и установленный эксцентрично внутри него ротор 3 с осью O₂-О₂, шпиндельную секцию 4, содержащую корпус 5, полый выходной вал 6, осевые опоры 7, верхнюю радиальную опору 8 и нижнюю радиальную опору 9, соединительную муфту 10 с окнами 11 для пропуска промывочной жидкости через полый выходной вал 6, установленную на полом выходном валу 6, и узел 12 кинематического соединения ротора 3 с полым выходным валом 6 шпиндельной секции 4.The downhole screw motor contains a working element section 1, including a stator 2 with an axis O ₁ -O ₁ and an rotor 3 mounted eccentrically inside it with an axis O ₂ -O ₂ , a spindle section 4, comprising a housing 5, a hollow output shaft 6, axial bearings 7 , an upper radial support 8 and a lower radial support 9, a coupling 10 with windows 11 for passing the flushing fluid through the hollow output shaft 6 mounted on the hollow output shaft 6, and the kinematic connection unit 12 of the rotor 3 with the hollow output shaft 6 of the spindle section 4.

Он (двигатель) также содержит дополнительную радиальную опору 13, установленную на соединительной муфте 10, в зоне 14, ниже окон 11 для пропуска промывочной жидкости, для взаимодействия наружной поверхности 15 соединительной муфты 10 с внутренней поверхностью 16 дополнительной радиальной опоры 13, которая закреплена в корпусе 5 неподвижно. Сверху к статору 2 присоединен верхний переводник 17, а снизу - соединительный переводник 18. Узел 12 кинематического соединения ротора 3 с полым выходным валом 6 шпиндельной секции 4 может быть выполнен в виде торсиона 19 или в виде гибкой муфты, карданного вала, зубчатой двусторонней муфты и т.п.(не показаны). Ротор 3 может быть изготовлен полым или сплошным. Осевые опоры 7 и радиальные опоры 8 и 9 могут быть выполнены резинометаллическими, шаровыми, с твердосплавным покрытием трущихся поверхностей. Возможны другие конструктивные варианты выполнения винтового забойного двигателя. It (the engine) also contains an additional radial support 13 mounted on the coupling 10 in the area 14, below the windows 11 for passing the flushing fluid, for the interaction of the outer surface 15 of the coupling 10 with the inner surface 16 of the additional radial support 13, which is fixed in the housing 5 motionless. The top sub 17 is attached to the top of the stator 2, and the connecting sub 18 is attached to the bottom. The kinematic connection unit of the rotor 3 with the hollow output shaft 6 of the spindle section 4 can be made 12 in the form of a torsion bar 19 or in the form of a flexible coupling, cardan shaft, two-way clutch and etc. (not shown). The rotor 3 can be made hollow or solid. Axial bearings 7 and radial bearings 8 and 9 can be made of rubber-metal, spherical, with carbide coating of rubbing surfaces. Other design options for the implementation of a downhole screw motor are possible.

Верхним переводником 17 винтовой забойный двигатель присоединяется к бурильным трубам (не показаны). Секция 1 рабочих органов и шпиндельная секция 4 соединяются между собой соединительным переводником 18, снизу к полому выходному валу 6 присоединяется долото (не показано). The top sub 17 of the downhole motor is connected to drill pipes (not shown). Section 1 of the working bodies and spindle section 4 are interconnected by a connecting sub 18, a bit (not shown) is attached to the hollow output shaft 6 from below.

Работает винтовой забойный двигатель следующим образом. Промывочная жидкость через бурильные трубы под давлением поступает в верхний переводник 17, в секцию 1 рабочих органов. Ротор 3, эксцентрично установленный в статоре 2, под действием избыточного давления потока промывочной жидкости планетарно обращается вокруг оси O₁-O₁ статора 2, поворачивается вокруг собственной оси О₂-О₂ и вращает узел 12 кинематического соединения ротора 3 с полым выходным валом 6 шпиндельной секции 4, выполненный в виде торсиона 19, соединительную муфту 10, полый выходной вал 6 и долото, которое разрушает породу. Промывочная жидкость после секции 1 рабочих органов подается через соединительный переводник 18, окна 11 для пропуска промывочной жидкости, через полый выходной вал 6 к долоту для очистки забоя от выбуренной породы. Осевая гидравлическая нагрузка от потока промывочной жидкости воздействует на ротор 3, через узел 12 кинематического соединения ротора 3 с полым выходным валом 6 шпиндельной секции 4, выполненный в виде торсиона 19, соединительную муфту 10, на полый выходной вал 6. В связи с эксцентричной установкой ротора 3 с осью O₂-O₂ в статоре 2 с осью O₁-O₁ секции 1 рабочих органов узел 12 кинематического соединения ротора 3 с полым выходным валом 6 шпиндельной секции 4 передает осевую гидравлическую нагрузку на полый выходной вал 6 под некоторым углом к оси O₁-O₁ статора 2, изменяющимся по направлению. Из-за этого возникают дополнительные радиальные нагрузки на верхний консольный конец полого выходного вала 6, стремящиеся отклонить его и установленную на нем соединительную муфту 10 от оси O₁-O₁ статора 2. Этому препятствует взаимодействие наружной поверхности 15 соединительной муфты 10 с внутренней поверхностью 16 дополнительной радиальной опоры 13, и дополнительные радиальные нагрузки передаются дополнительной радиальной опоре 13, неподвижно закрепленной в корпусе 5 шпиндельной секции 4, и гасятся массой всего двигателя, а верхняя радиальная опора 8, нижняя радиальная опора 9 и полый выходной вал 6 шпиндельной секции 4 освобождаются от дополнительных радиальных нагрузок, в связи с этим снижается износ и исключается преждевременное их разрушение. Забойная нагрузка передается с долота на полый выходной вал 6 шпиндельной секции 4, осевые опоры 7, нижнюю радиальную опору 9, верхнюю радиальную опору 8 и дополнительную радиальную опору 13 на корпус 5 и гасится всей массой винтового забойного двигателя.The downhole screw motor operates as follows. Flushing fluid through the drill pipe under pressure enters the upper sub 17, in section 1 of the working bodies. The rotor 3, eccentrically mounted in the stator 2, under the influence of excess pressure of the flushing fluid flow planetary revolves around the axis O ₁ -O _{1 of the} stator 2, rotates around its own axis O ₂ -O ₂ and rotates the kinematic connection unit 12 of the rotor 3 with the hollow output shaft 6 spindle section 4, made in the form of a torsion bar 19, a coupling 10, a hollow output shaft 6 and a bit that destroys the rock. The washing liquid after section 1 of the working bodies is fed through a connecting sub 18, windows 11 for passing the washing liquid through the hollow output shaft 6 to the bit for cleaning the bottom of the cuttings. The axial hydraulic load from the flow of washing liquid acts on the rotor 3, through the node 12 of the kinematic connection of the rotor 3 with the hollow output shaft 6 of the spindle section 4, made in the form of a torsion bar 19, the coupling 10, on the hollow output shaft 6. In connection with the eccentric installation of the rotor 3 with the axis O ₂ -O ₂ in the stator 2 with the axis O ₁ -O ₁ section 1 of the working bodies of the node 12 kinematic connection of the rotor 3 with the hollow output shaft 6 of the spindle section 4 transfers the axial hydraulic load to the hollow output shaft 6 at an angle to the axis O ₁ -O ₁ Tatorey 2, changing in direction. Because of this, additional radial loads arise on the upper cantilever end of the hollow output shaft 6, which tend to deflect it and the coupling 10 mounted on it from the axis O ₁ -O _{1 of the} stator 2. This is prevented by the interaction of the outer surface 15 of the coupling 10 with the inner surface 16 additional radial bearings 13, and additional radial loads are transferred to the additional radial bearings 13, fixedly mounted in the housing 5 of the spindle section 4, and are quenched by the mass of the entire engine, and the upper radial Single support 8, the lower radial bearing 9 and the hollow shaft 6 the spindle sections 4 are released from the additional radial loads, thereby decreasing wear and premature excluded their destruction. The bottomhole load is transferred from the bit to the hollow output shaft 6 of the spindle section 4, axial bearings 7, the lower radial support 9, the upper radial support 8 and the additional radial support 13 to the housing 5 and is damped by the entire mass of the downhole screw motor.

Осевая составляющая забойной нагрузки через полый выходной вал 6, соединительную муфту 10, узел 12 кинематического соединения ротора 3 с полым выходным валом 6 частично воспринимается осевыми опорами 7, частично передается на ротор 3 и статор 2 секции 1 рабочих органов. Уменьшение амплитуды радиальных колебаний верхнего консольного конца полого выходного вала 6 в связи с содержанием в винтовом забойном двигателе дополнительной радиальной опоры 13, установленной на соединительной муфте 10, снижает угол наклона узла 12 кинематического соединения ротора 3 с полым выходным валом 6 к оси O₁- O₁ статора 2 и тем самым уменьшает величину дополнительной радиальной нагрузки на ротор 3 и на статор 2 секции 1 рабочих органов и на дополнительную радиальную опору 13.The axial component of the bottomhole load through the hollow output shaft 6, the coupling 10, the node 12 of the kinematic connection of the rotor 3 with the hollow output shaft 6 is partially perceived by the axial bearings 7, partially transmitted to the rotor 3 and stator 2 of section 1 of the working bodies. The decrease in the amplitude of the radial vibrations of the upper cantilever end of the hollow output shaft 6 due to the content in the downhole motor of the additional radial support 13 mounted on the coupling 10, reduces the angle of inclination of the node 12 kinematic connection of the rotor 3 with the hollow output shaft 6 to the axis O ₁ - O _{1 of the} stator 2 and thereby reduces the amount of additional radial load on the rotor 3 and on the stator 2 of section 1 of the working bodies and on the additional radial support 13.

В результате взаимодействия наружной поверхности 15 вращающейся соединительной муфты 10 с внутренней поверхностью 16 дополнительной радиальной опоры 13, которая неподвижно закреплена в корпусе 5 шпиндельной секции 4 и установлена на соединительной муфте 10 в зоне 14 ниже окон 11 для пропуска промывочной жидкости через полый выходной вал 6, уменьшается попадание мелких абразивных частиц в осевые опоры 7, верхнюю радиальную опору 8 и нижнюю радиальную опору 9. Благодаря этому предотвращается их преждевременное истирание, износ и досрочное разрушение, так как значительно уменьшается их гидроабразивный износ. As a result of the interaction of the outer surface 15 of the rotating coupling 10 with the inner surface 16 of the additional radial support 13, which is fixedly mounted in the housing 5 of the spindle section 4 and mounted on the coupling 10 in the region 14 below the windows 11 for passing the washing fluid through the hollow output shaft 6, reduced the ingress of small abrasive particles into the axial bearings 7, the upper radial bearing 8 and the lower radial bearing 9. This prevents their premature abrasion, wear and premature destruction nie, since their hydroabrasive wear is significantly reduced.

Таким образом, реализация отличительных признаков предлагаемого винтового забойного двигателя в сочетании и в совокупности с известными создает возможность ликвидировать недостатки, присущие известному винтовому забойному двигателю, и обеспечить достижение положительного технического результата:
- уменьшение консоли верхнего конца полого выходного вала и сокращение дополнительных радиальных нагрузок на радиальные опоры, на полый выходной вал шпиндельной секции и на рабочие органы;
- предотвращение преждевременного истирания, износа и досрочного разрушения радиальных опор и полого выходного вала шпиндельной секции;
- снижение просачивания промывочной жидкости, содержащей мелкие абразивные частицы, в опорные узлы шпиндельной секции;
- снижение коэффициента трения и сокращение потерь на трение в радиальных опорах шпиндельной секции;
- сохранение на более длительный период в работоспособном состоянии винтового забойного двигателя и его узлов.Thus, the implementation of the distinguishing features of the proposed downhole motor in combination with the known ones creates the opportunity to eliminate the disadvantages inherent in the known downhole motor and ensure the achievement of a positive technical result:
- reducing the console of the upper end of the hollow output shaft and reducing additional radial loads on the radial bearings, on the hollow output shaft of the spindle section and on the working bodies;
- prevention of premature attrition, wear and premature destruction of radial bearings and hollow output shaft of the spindle section;
- reduced leakage of washing liquid containing small abrasive particles into the support nodes of the spindle section;
- reducing the coefficient of friction and reducing friction losses in the radial bearings of the spindle section;
- preservation for a longer period in operable condition of the downhole screw motor and its components.

Все это позволяет повысить надежность и долговечность винтового забойного двигателя, предназначенного для бурения нефтяных и газовых скважин, повысить его экономическую эффективность, то есть позволяет решить поставленные в изобретении задачи. All this allows you to increase the reliability and durability of a downhole screw motor designed for drilling oil and gas wells, to increase its economic efficiency, that is, it allows to solve the problems posed in the invention.

Claims

A downhole screw motor comprising a working body section including a stator and a rotor eccentrically mounted inside it, a spindle section containing a housing, a hollow output shaft, axial and radial bearings, a coupling with windows for passing flushing fluid through a hollow output shaft mounted on the hollow output shaft the shaft, and the kinematic connection unit of the rotor with the hollow output shaft of the spindle section, characterized in that it contains an additional radial support mounted on the coupling in the area below the windows for the passage of flushing fluid, for the interaction of the outer surface of the coupling with the inner surface of the additional radial bearings, and the additional radial bearings are fixed in the housing motionless.