RU219593U1

RU219593U1 - flexible shaft

Info

Publication number: RU219593U1
Application number: RU2023115439U
Authority: RU
Inventors: Артем Аркадьевич Горбунов; Марат Зарифович Махмутов; Владимир Олегович Рожин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Перфодриллинг Технолоджи"
Filing date: 2023-06-13
Publication date: 2023-07-26

Abstract

Полезная модель относится к устройствам для бурения скважин, может быть применима в условиях производственной базы и в полевых условиях на скважине, предусматривающих возможность ремонта. Ремонтопригодность устройства обеспечивается за счет того, что в гибком вале, содержащем гибкую часть и концевые элементы, гибкая часть состоит из последовательно расположенных втулок, шарнирно соединенных между собой с помощью полуосей. Каждая втулка содержит вилочную и хвостовую часть. Вилочная часть каждой втулки содержит зубцы, на двух диаметрально расположенных зубцах выполнены сквозные резьбовые отверстия. Хвостовая часть каждой втулки содержит выемки для вхождения ответных зубцов соседней втулки. В двух диаметрально расположенных выемках выполнены сквозные пазы. Продольные оси сквозных пазов в выемках одной втулки и оси резьбовых отверстий зубцов этой же втулки расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях. Полуоси выполнены с резьбой в верхней части. The utility model relates to devices for drilling wells, can be applied in the conditions of the production base and in the field at the well, providing for the possibility of repair. The maintainability of the device is ensured due to the fact that in the flexible shaft containing the flexible part and the end elements, the flexible part consists of successive bushings pivotally connected to each other by semiaxes. Each bushing contains a fork and a tail section. The fork part of each bushing contains teeth, on two diametrically located teeth there are through threaded holes. The tail part of each bush contains recesses for the entry of counter teeth of the adjacent bush. Through grooves are made in two diametrically located recesses. The longitudinal axes of the through grooves in the recesses of one bushing and the axes of the threaded holes of the teeth of the same bushing are located in mutually perpendicular planes. The axle shafts are threaded in the upper part.

Description

Полезная модель относится к добывающей отрасли, в частности, к устройствам для перфорации обсаженных скважин и вскрытия продуктивных пластов. Используется для передачи вращения от приводного вала погружного двигателя бурильному инструменту при бурении. Может быть применима в условиях производственной базы и в полевых условиях на скважине, предусматривающих возможность ремонта.The utility model relates to the mining industry, in particular, to devices for perforating cased wells and drilling in productive formations. Used to transmit rotation from the drive shaft of the submersible motor to the drilling tool during drilling. It can be applied in the conditions of the production base and in the field conditions at the well, providing for the possibility of repair.

Известен гибкий вал по патенту России на изобретение RU2701015, Е21 В43/11, 2019. Гибкий вал представляет собой цепь звеньев, соединенных друг с другом концевыми частями. Цепь звеньев выполнена в виде чередующихся цилиндрической втулки и вкладыша. На обеих концевых частях цилиндрической втулки выполнены четыре прорези, образующие при этом четыре зубца, размещенные попарно друг напротив друга под углом 90°. Причем в центральной части двух противоположно расположенных зубцов с одной стороны цилиндрической втулки выполнены сквозные отверстия, и в центральной части соседних зубцов, но с другого конца цилиндрической втулки также выполнены сквозные отверстия. Звенья, выполненные в виде вкладыша, представляют собой втулку с четырьмя выступами, выполненными в виде прямоугольного параллелепипеда и размещенными в средней части вкладыша вдоль внешней поверхности попарно друг против друга, образовывая при этом на вкладыше две концевые части. Выступы вкладыша выполнены в виде прямоугольного параллелепипеда с двумя скошенными внешними углами. На концевых частях вкладышей выполнены сквозные пазы овальной формы. Два паза размещены друг против друга на одной концевой части вкладыша, а еще два паза размещены с противоположного конца вкладыша друг против друга. Звенья соединены друг с другом посредством штифта крепежного, проходящего через отверстие цилиндрической втулки и сквозной паз вкладыша. Недостатком является низкая ремонтопригодность гибкого вала из-за сложности разбора вала и невозможности замены звеньев в полевых условиях. Низкая ремонтопригодность обусловлена сложностью извлечения штифтов, составной конструкцией каждого звена, невозможностью ремонта без применения специального оборудования.A flexible shaft is known according to the Russian patent for the invention RU2701015, E21 B43/11, 2019. The flexible shaft is a chain of links connected to each other by end parts. The chain of links is made in the form of an alternating cylindrical bushing and an insert. On both end parts of the cylindrical sleeve, four slots are made, forming four teeth, placed in pairs opposite each other at an angle of 90°. Moreover, through holes are made in the central part of two opposite teeth on one side of the cylindrical sleeve, and through holes are also made in the central part of adjacent teeth, but from the other end of the cylindrical sleeve. Links made in the form of an insert represent a sleeve with four protrusions made in the form of a rectangular parallelepiped and placed in the middle part of the insert along the outer surface in pairs opposite each other, thus forming two end parts on the insert. The protrusions of the insert are made in the form of a rectangular parallelepiped with two bevelled outer corners. On the end parts of the liners, oval-shaped through grooves are made. Two grooves are placed opposite each other on one end of the liner, and two more grooves are placed opposite each other from the opposite end of the liner. The links are connected to each other by means of a fastening pin passing through the hole of the cylindrical bushing and the through groove of the insert. The disadvantage is the low maintainability of the flexible shaft due to the difficulty of disassembling the shaft and the impossibility of replacing the links in the field. Low maintainability is due to the difficulty of extracting the pins, the composite structure of each link, the impossibility of repair without the use of special equipment.

Известен гибкий вал по патенту России на изобретение RU2239733, F16C 1/02, 2004.A flexible shaft is known according to the Russian patent for the invention RU2239733, F16C 1/02, 2004.

Гибкий вал содержит звенья, образованные пересечением двух взаимно перпендикулярных цилиндрических поверхностей одинакового диаметра и имеющих центральное отверстие. На углах звеньев располагаются три упора. Высота упоров ограничена внешней цилиндрической поверхностью вала. Съемный ограничитель крепится на четвертом угле звеньев, например, винтами и служит для фиксации звеньев. Шарнирное соединение звеньев осуществляется цилиндрическими соединительными элементами с центральным отверстием, имеющими по торцам две вилки, внутренние цилиндрические поверхности, которых имеют дугу охвата, большую длины дуги цилиндрических поверхностей звеньев. Вал также содержит концевые элементы: ведущий и ведомый. Внутри вала вставлен гибкий упругий цилиндрический элемент, например цилиндрическая пружина или рукав высокого давления. Цилиндрический элемент может быть надет на гибкий вал, образуя оболочку. Недостатком является сложность конструкции, большое количество конструктивных элементов, использование соединительных элементов. Все это затрудняет сборку/разборку вала и осложняет ремонт устройства.The flexible shaft contains links formed by the intersection of two mutually perpendicular cylindrical surfaces of the same diameter and having a central hole. There are three stops at the corners of the links. The height of the stops is limited by the outer cylindrical surface of the shaft. The removable limiter is attached to the fourth corner of the links, for example, with screws and serves to fix the links. The hinged connection of the links is carried out by cylindrical connecting elements with a central hole, having two forks at the ends, internal cylindrical surfaces, which have an arc of coverage, a greater length of the arc of the cylindrical surfaces of the links. The shaft also contains end elements: leading and driven. A flexible elastic cylindrical element is inserted inside the shaft, for example, a coil spring or a high-pressure hose. The cylindrical element can be put on a flexible shaft, forming a shell. The disadvantage is the complexity of the design, a large number of structural elements, the use of connecting elements. All this complicates the assembly / disassembly of the shaft and complicates the repair of the device.

Известен гибкий вал по патенту России на изобретение RU2297558, F16C 1/02, 2007. Гибкий вал состоит из звеньев, соединенных друг с другом концевыми частями. Каждое звено выполнено в виде цилиндрической втулки с центральным отверстием. На одной из концевых частей втулки выполнен соединительный элемент в виде двух выступов, каждый из которых - таврового профиля, расположенных в диаметральной плоскости оппозитно друг другу. При этом внешние поверхности стенок выполнены заодно с внешней кольцевой поверхностью цилиндрической втулки. Расстояние между внутренними поверхностями стенок приблизительно равно диаметру центрального отверстия. На другой концевой части перпендикулярно диаметральной плоскости расположения выступа выполнено гнездо в виде поперечного сквозного паза таврового профиля, ориентированного вырезом полки внутрь цилиндрической втулки, а вырезом стенки - к торцу втулки. При этом размерные параметры, а также профиль паза выполнены из условия размещения в упомянутом пазу выступы для обеспечения шарнирного соединения одного звена с другим. Внутри центрального отверстия размещен сердечник. В качестве сердечника может быть использована полая трубка, поверх которой установлен защитный слой в виде спирали. Недостатком является сложная форма звеньев, обуславливающая сложность монтажа гибкого вала. Наличие защитного слоя в виде спирали так же затрудняет ремонт устройства.A flexible shaft is known according to the Russian patent for the invention RU2297558, F16C 1/02, 2007. The flexible shaft consists of links connected to each other by end parts. Each link is made in the form of a cylindrical bushing with a central hole. On one of the end parts of the sleeve, a connecting element is made in the form of two protrusions, each of which is a T-profile, located opposite each other in the diametrical plane. In this case, the outer surfaces of the walls are made integral with the outer annular surface of the cylindrical bushing. The distance between the inner surfaces of the walls is approximately equal to the diameter of the central hole. On the other end part, perpendicular to the diametrical plane of the protrusion, a socket is made in the form of a transverse through groove of the T-profile, oriented by the flange cutout inside the cylindrical bushing, and by the wall cutout - to the end of the bushing. At the same time, the dimensional parameters, as well as the profile of the groove, are made from the condition of placing protrusions in the said groove to provide a hinged connection of one link with another. A core is placed inside the central hole. As a core, a hollow tube can be used, on top of which a protective layer in the form of a spiral is installed. The disadvantage is the complex shape of the links, which makes it difficult to mount the flexible shaft. The presence of a protective layer in the form of a spiral also makes it difficult to repair the device.

В качестве ближайшего аналога заявляемому техническому решению выбран гибкий вал по патенту России на изобретение RU2415312, F16C 1/02, 2011, содержащий гибкую часть, концевые элементы и цилиндрические кольца. Гибкая часть выполнена из цепи одинаковых коротких цилиндрических втулок, шарнирно соединенных друг с другом посредством ступенчатых полуосей. Один конец каждой цилиндрической втулки выполнен в виде вилки, а другой конец - в виде хвостовика. Контактные поверхности вилки и хвостовика каждой втулки взаимно перпендикулярны. Центральные отверстия цилиндрических втулок образуют канал, в котором установлены защитная спираль и полая гибкая труба для подачи жидкости, необходимой для промывания режущей головки и удаления стружки и частиц грунта из зоны перфорации. Недостатком является невозможность осуществления ремонта в полевых условиях, невозможность замены изношенных втулок из-за наличия внешних цилиндрических колец, надетых на гибкий вал поверх втулок.As the closest analogue to the claimed technical solution, a flexible shaft is selected according to the Russian patent for the invention RU2415312, F16C 1/02, 2011, containing a flexible part, end elements and cylindrical rings. The flexible part is made of a chain of identical short cylindrical bushings pivotally connected to each other by means of stepped semi-axes. One end of each cylindrical bushing is made in the form of a fork, and the other end is in the form of a shank. The contact surfaces of the fork and the shank of each sleeve are mutually perpendicular. The central holes of the cylindrical bushings form a channel in which a protective spiral and a hollow flexible pipe are installed to supply the liquid necessary for washing the cutting head and removing chips and soil particles from the perforation zone. The disadvantage is the impossibility of carrying out repairs in the field, the impossibility of replacing worn bushings due to the presence of external cylindrical rings put on the flexible shaft over the bushings.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение ремонтопригодности гибкого вала.The technical result of the proposed utility model is to improve the maintainability of the flexible shaft.

Технический результат достигается за счет того, что в гибком вале, содержащем гибкую часть и концевые элементы, гибкая часть состоит из последовательно расположенных втулок, шарнирно соединенных между собой с помощью полуосей, каждая втулка содержит вилочную и хвостовую часть, согласно полезной модели, вилочная часть каждой втулки содержит зубцы, на двух диаметрально расположенных зубцах выполнены сквозные резьбовые отверстия, хвостовая часть каждой втулки содержит выемки для вхождения ответных зубцов соседней втулки, в двух диаметрально расположенных выемках каждой втулки выполнены сквозные пазы, продольные оси сквозных пазов в выемках одной втулки и оси резьбовых отверстий зубцов этой же втулки расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях, полуоси выполнены с резьбой в верхней части.The technical result is achieved due to the fact that in a flexible shaft containing a flexible part and end elements, the flexible part consists of sequentially arranged bushings pivotally connected to each other by means of semi-axes, each bushing contains a fork and a tail part, according to the utility model, the fork part of each The bushing contains teeth, on two diametrically located teeth, through threaded holes are made, the tail part of each bushing contains recesses for the mating teeth of the neighboring bushing, in two diametrically located recesses of each bushing, through grooves are made, the longitudinal axes of the through grooves in the recesses of one bushing and the axis of the threaded holes the teeth of the same sleeve are located in mutually perpendicular planes, the axle shafts are threaded in the upper part.

Технический результат обеспечивается выполнением сквозных резьбовых отверстий в зубцах вилочных частей втулок и выполнением полуосей для шарнирного соединения втулок с резьбой в верхней части и с потайной головкой. Это позволяет использовать разъемное резьбовое соединение для закрепления полуосей в теле втулки. За счет этого обеспечивается возможность быстрого извлечения и установки осей шарнирного соединения звеньев вала, которыми являются втулки, без применения узкоспециализированного инструмента и разрушающих операций. Установка полуосей с помощью резьбы позволяет производить ремонт вала в полевых условиях на скважине, с выбраковкой и заменой изношенных звеньев. Выполнение каждой втулки с зубцами на одном конце и с ответными им выемками на другом конце, а также расположение на этих концах отверстий и пазов во взаимно перпендикулярных плоскостях, позволяет шарнирно соединить все втулки друг с другом без использования промежуточных элементов, например, без внутренних вкладышей во втулках. Это облегчает монтаж/демонтаж устройства за счет уменьшения количества деталей, за счет уменьшения разбираемых соединений, за счет простоты соединения последовательно расположенных втулок.The technical result is ensured by the implementation of through threaded holes in the teeth of the fork parts of the bushings and the implementation of semi-axes for the hinged connection of the bushings with a thread in the upper part and with a countersunk head. This allows you to use a detachable threaded connection to secure the axle shafts in the body of the sleeve. Due to this, it is possible to quickly remove and install the axes of the swivel of the shaft links, which are the bushings, without the use of highly specialized tools and destructive operations. The installation of semi-axes with the help of a thread allows the shaft to be repaired in the field at a well, with culling and replacement of worn links. The execution of each sleeve with teeth at one end and with recesses in response to them at the other end, as well as the arrangement of holes and grooves at these ends in mutually perpendicular planes, allows all the sleeves to be pivotally connected to each other without the use of intermediate elements, for example, without internal inserts in bushings. This facilitates the assembly/dismantling of the device by reducing the number of parts, by reducing the number of connections to be dismantled, and by the ease of connecting consecutive bushings.

На фигуре 1 представлен гибкий вал в сборе.The figure 1 shows the flexible shaft assembly.

На фигуре 2 представлен общий вид звена-втулки гибкого вала.The figure 2 shows a General view of the link-sleeve of the flexible shaft.

На фигуре 3 представлен продольный разрез звена-втулки гибкого вала при сечении по пазам хвостовой части.The figure 3 shows a longitudinal section of the link-sleeve of the flexible shaft when sectioned along the grooves of the tail section.

На фигуре 4 представлен продольный разрез звена-втулки гибкого вала при сечении по отверстиям хвостовой части.The figure 4 shows a longitudinal section of the link-sleeve of the flexible shaft when sectioned through the holes of the tail section.

Гибкий вал содержит концевой элемент 1 для соединения с приводом вращения и осевого перемещения и концевой элемент 2 для соединения с буровым инструментом 3. В качестве привода может быть использован гидравлический забойный двигатель, в качестве бурового инструмента может быть использовано долото, сверло. Между концевым элементом 1 и концевым элементом 2 установлена гибкая часть 4, состоящая из цепи последовательно соединенных звеньев, выполненных в виде втулок 5. Каждая втулка 5 содержит хвостовую часть 6, вилочную часть 7 с зубцами 8. На хвостовой части 6 каждой втулки 5 выполнены выемки 9. Донные части выемок 9 уплощены. В двух противолежащие друг другу зубцах 8 вилочной части 7 выполнены диаметрально расположенные сквозные резьбовые отверстия 10. В донной части двух противолежащие друг другу выемок 9 выполнены диаметрально расположенные сквозные пазы 11 овальной формы. Зубцы 8 одной втулки 5 входят в ответные им выемки 9 соседней втулки 5. Звенья 5 гибкого вала могут быть выполнены из стали 40ХН2МА, длина гибкого вала в сложенном состоянии составляет 1,5 метра. В резьбовые отверстия 10 зубцов 8 устанавливают винтовые полуоси 12. Каждая винтовая полуось 12 содержит резьбовую часть и свободный конец. При сборке резьбовая часть полуоси 12 установлена в резьбовом отверстии 10. Винтовые полуоси 12 установлены в резьбовых отверстиях 10 с натягом. Свободные концы полуосей 12 входят в продольные сквозные пазы 11 хвостовой части соседней втулки 5. Полуось 12 может быть выполнена с потайной головкой. Выполнение головки полуоси потайной снижает ее износ при работе вала.The flexible shaft contains an end element 1 for connection with a drive of rotation and axial movement and an end element 2 for connection with a drilling tool 3. A hydraulic downhole motor can be used as a drive, a chisel, a drill can be used as a drilling tool. A flexible part 4 is installed between the end element 1 and the end element 2, consisting of a chain of links connected in series, made in the form of bushings 5. Each bushing 5 contains a tail part 6, a fork part 7 with teeth 8. Recesses are made on the tail part 6 of each bushing 5 9. The bottom of the recesses 9 are flattened. In two opposite teeth 8 of the fork part 7, diametrically located through threaded holes 10 are made. In the bottom part of two opposite recesses 9, diametrically located through grooves 11 of oval shape are made. The teeth 8 of one bushing 5 are included in the recesses 9 of the adjacent bushing 5 that respond to them. The links 5 of the flexible shaft can be made of steel 40KhN2MA, the length of the flexible shaft in the folded state is 1.5 meters. In the threaded holes 10 of the teeth 8 set the helical semiaxes 12. Each helical semiaxle 12 contains a threaded part and a free end. When assembling the threaded part of the semi-axis 12 is installed in the threaded hole 10. The screw semi-axes 12 are installed in the threaded holes 10 with an interference fit. The free ends of the axle shafts 12 are included in the longitudinal through grooves 11 of the tail part of the adjacent sleeve 5. The axle shaft 12 can be made with a countersunk head. The implementation of the semi-axis head countersunk reduces its wear during shaft operation.

Гибкий вал работает следующим образом.Flexible shaft works as follows.

Гибкий вал используют в составе гидромеханического сверлящего перфоратора на скважине. В центральное отверстие гибкого вала вводят трубку для подачи промывочной жидкости, соединяют концевой элемент 1 с гидравлическим забойным двигателем, концевой элемент 2 соединяют с режущим буровым инструментом. Помещают установку гидромеханического сверлящего перфоратора внутрь обсадной колонны, от привода передают вращение и поступательное движение гибкой части гибкого вала и установленному на конце вала режущему инструменту. Через боковые поверхности зубцов 8 крутящий момент передают на боковые поверхности выемок 9. Происходит вращение гибкого вала с последовательной передачей крутящего момента от одной втулки 5 к другой. В результате вращение передается буровому инструменту 3. Передача осевого перемещения осуществляется за счет возможности перемещения свободных концов полуосей 12 в пазах 11. Производят перфорацию обсадной трубы, цементного камня скважины и формируют прямолинейный перфорационный канал в продуктивном пласте (породе) от оси скважины в радиальном направлении. Гибкий вал во время сверления выдерживает нагрузки на сжатие и растяжение с передачей необходимого крутящего момента. Во время работы гибкий вал проходит через канал в отклоняющем устройстве перфоратора со сменой направления своего движения. После прохождения стенки эксплуатационной обсадной колонны скважины, гибкий вал сохраняет прямолинейное поступательно-вращательное движение даже при отсутствии в заколонном пространстве скважины цементного камня или наличии каверны в пласте скважины. При повреждении, истирании, деформации звеньев-втулок вала производят замену этих втулок 5. Для этого извлекают промывочную трубку, выкручивают винтовые полуоси 12, выводят зубцы 8 одной втулки 5 из выемок 9 соседней втулки, удаляют изношенную втулку и производят ее замену. Предлагаемая конструкция вала позволяет производить его ремонт в условиях как производственной базы, так и в полевых условиях на скважине, с выбраковкой и заменой изношенных звеньев без применения узкоспециализированного инструмента.A flexible shaft is used as part of a hydromechanical drilling perforator in a well. A tube for supplying flushing fluid is inserted into the central hole of the flexible shaft, the end element 1 is connected to the hydraulic downhole motor, the end element 2 is connected to the cutting drilling tool. The installation of a hydromechanical drilling perforator is placed inside the casing string, rotation and translational motion of the flexible part of the flexible shaft and the cutting tool installed at the end of the shaft are transmitted from the drive. Through the side surfaces of the teeth 8, the torque is transmitted to the side surfaces of the recesses 9. The flexible shaft rotates with sequential transmission of torque from one sleeve 5 to another. As a result, the rotation is transmitted to the drilling tool 3. The transmission of axial movement is carried out due to the possibility of moving the free ends of the semi-axes 12 in the grooves 11. The casing pipe, the cement stone of the well are perforated and a straight perforation channel is formed in the productive formation (rock) from the axis of the well in the radial direction. The flexible shaft during drilling withstands compressive and tensile loads with the transfer of the required torque. During operation, the flexible shaft passes through the channel in the deflecting device of the perforator with a change in the direction of its movement. After passing the wall of the production casing of the well, the flexible shaft retains a rectilinear translational-rotational motion even in the absence of cement stone in the well annulus or the presence of a cavity in the well formation. In case of damage, abrasion, deformation of the shaft bushings, these bushings 5 are replaced. To do this, the flushing tube is removed, the helical axle shafts 12 are unscrewed, the teeth 8 of one bushing 5 are removed from the recesses 9 of the adjacent bushing, the worn bushing is removed and replaced. The proposed design of the shaft allows its repair both in the conditions of the production base and in the field at the well, with the rejection and replacement of worn links without the use of highly specialized tools.

Таким образом, полезная модель позволяет повысить ремонтопригодность гибкого вала.Thus, the utility model improves the maintainability of the flexible shaft.

Claims

A flexible shaft containing a flexible part and end elements, the flexible part consists of successively arranged bushings pivotally connected to each other by means of semi-axes, each bushing contains a fork and a tail part, characterized in that the fork part of each bush contains teeth, on two diametrically located teeth through threaded holes are made, the tail part of each bushing contains recesses for the mating teeth of the adjacent bushing to enter, through grooves are made in two diametrically located recesses of the bushing, the longitudinal axes of the through grooves in the recesses of one bushing and the axes of the threaded holes of the teeth of the same bushing are located in mutually perpendicular planes, half shafts are threaded in the upper part.