RU2198994C1

RU2198994C1 - Turbodrill-reduction gear

Info

Publication number: RU2198994C1
Application number: RU2002104043A
Authority: RU
Inventors: Ю.Р. Иоанесян; Л.С. Курумов; С.Л. Симонянц
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Велл Процессинг"
Priority date: 2002-02-19
Filing date: 2002-02-19
Publication date: 2003-02-20

Abstract

FIELD: mining, particularly, equipment for drilling oil and gas wells, more specifically, downhole motors. SUBSTANCE: turbodrill-reduction gear has three independent interconnected sections: lower section - bit shaft; middle section - reduction gear; and upper section - turbine. Turbodrill-reduction gear is made so that driving and driven shafts of reduction gear section are locked in radial and axial positions in false body having distance pieces with the help of rotary members of radial bearings and radial-thrust bearings locked in its turn in body of reduction gear section by double nipple sub. Driving shaft has nut-carrier to whose eccentric trunnion, internal gear-wheel is secured and connected with driving shaft by means of double-slider coupling and bit shaft seal is throttle. In this case, stator members of throttle seal of bit shaft, stator holders of pivot and their distant rings are locked in body of bit shaft section with the help of nipple nut. Rotary bushings of shaft throttle seal, pivot, rotary holders and their distance rings are locked on bit shaft with the help of nut-coupling. In this case, chord of blades profile of stator stages of turbine section has direction of left-hand screw, and chord of blades profile of rotor stages has direction of right-hand screw. EFFECT: increased efficiency and service life. 4 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к техническим средствам, с помощью которых бурятся нефтяные и газовые скважины; в более узком подразделении этих средств - к забойным двигателям - турбобурам, с помощью которых приводятся во вращение шарошечные долота, разрушающие забои стволов бурящихся скважин. The invention relates to technical means by which oil and gas wells are drilled; in a narrower division of these means - downhole motors - turbodrills, with the help of which the cone bits are rotated, destroying the faces of the drilled wells.

Дальним аналогом нашего изобретения является турбобур, изготовлявшийся и использовавшийся в СССР с 1924 по 1934 год согласно патенту 546; автор М.А. Капелюшников; приоритет от 19.02.22 г. A further analogue of our invention is a turbodrill, manufactured and used in the USSR from 1924 to 1934 according to patent 546; author M.A. Kapelushnikov; priority of 02/19/22

Однако все главные узлы этого турбобура: турбина, редуктор, осевая опора - обладали очень низким сроком службы (не превышающим 20 часов), были смонтированы в едином корпусе, что не позволяло вести их обезличенный-специализированный ремонт и замену. Из-за своей низкой эффективности он был снят с производства. However, all the main components of this turbodrill: turbine, gearbox, axial support - had a very low service life (not exceeding 20 hours), were mounted in a single building, which did not allow for their anonymous, specialized repair and replacement. Due to its low efficiency, it was discontinued.

Ближайшим аналогом нашего изобретения является "Редукторный турбобур", выполняемый согласно описанию патента РФ 2.112 856, Бюл. 16 от 10.06.98 г. The closest analogue of our invention is the "Gear turbodrill", performed according to the description of the patent of the Russian Federation 2.112 856, Bull. 16 dated 06/10/98

У этого редукторного турбобура имеются турбинная и шпиндельная секции, снабженные корпусами и валами, и редуктор, располагающийся между турбинной секцией и шпинделем. Входной и выходной валы редуктора связаны между собой планетарной зубчатой передачей Баррета, при этом корпуса турбинной секции, корпус редуктора и корпус шпинделя жестко связаны друг с другом посредством резьб; все элементы редукторной передачи Баррета и опорные элементы шпинделя располагаются в общей маслозаполненной камере. This gear turbo-drill has a turbine and spindle sections provided with housings and shafts, and a gear located between the turbine section and the spindle. The input and output shafts of the gearbox are interconnected by a Barrett planetary gear transmission, while the turbine section housings, the gearbox housing and the spindle housing are rigidly connected to each other by means of threads; all elements of the Barrett reduction gear and the supporting elements of the spindle are located in a common oil-filled chamber.

По нашему мнению, главным недостатком такого редукторного турбобура является сама схема, предусматривающая использование планетарной передачи Баррета, размещенной в одной камере с опорными элементами шпинделя. Дело в том, что опоры сателлитов наиболее слабое силовое звено этой схемы, а опорные элементы шпинделя могут работать в несколько раз дольше (но заменяться должны вместе). К тому же одноярусная схема планетарной передачи редуктора Баррета может обеспечить коэффициент редуцирования оборотов не свыше 3,75, в то время как для реализации всех потенциальных возможностей редукторного турбобура этот коэффициент должен укладываться в пределы диапазона значений от 7 до 10. In our opinion, the main drawback of such a gear turbo-drill is the scheme itself, which provides for the use of the Barrett planetary gear located in the same chamber with the spindle support elements. The fact is that the supports of the satellites are the weakest power link of this circuit, and the support elements of the spindle can work several times longer (but must be replaced together). In addition, the single-tier scheme of the planetary transmission of the Barrett reducer can provide a reduction coefficient of revolutions of not more than 3.75, while to realize all the potential capabilities of the gear turbodrill, this coefficient must fall within the range of values from 7 to 10.

Изобретение позволяет решить все проблемы создания долговечного и относительно недорогого "короткого" редукторного турбобура за счет увеличения передаточного отношения в одной ступени при использовании эксцентичного планетарного редуктора с внутренним зацеплением рабочих колес, доведя его до значений в 8-10, и при этом использовать только 15-40 ступеней давления турбины. При этом на турбине будет реализован относительно небольшой перепад давлений, что позволяет увеличить эффективность работы гидромониторных шарошечных долот. The invention allows to solve all the problems of creating a durable and relatively inexpensive "short" gear turbo-drill by increasing the gear ratio in one stage when using an eccentric planetary gear with internal impeller engagement, bringing it to values of 8-10, and only use 15- 40 steps of turbine pressure. At the same time, a relatively small pressure drop will be realized on the turbine, which will increase the efficiency of hydraulic cone bits.

Сущность изобретения заключается в создании турбобура-редуктора, включающего в себя три независимые, скрепляемые друг с другом посредством корпусных резьб (непосредственно на роторном столе буровой установки) секции: нижнюю - шпиндельную, в корпусе которой установлены статорные элементы уплотнения вала шпинделя, статорные обоймы шаровой пяты и их проставочные кольца; на валу шпиндельной секции с помощью гайки-муфты зафиксированы роторные элементы уплотнения и роторные элементы-обоймы шаровой пяты и их проставочные кольца. The essence of the invention lies in the creation of a turbo-drill gearbox, which includes three independent sections fastened to each other by means of body threads (directly on the rotary table of the drilling rig): lower — spindle sections, in the case of which stator elements of the spindle shaft seal are installed, stator holders of the ball heel and their spacer rings; on the shaft of the spindle section with the help of a nut-clutch fixed rotary elements of the seal and rotor elements of the casing of the ball heel and their spacer rings.

Следующая - средняя - редукторная секция, в корпусе которой с помощью двухниппельного переводника эафиксирован фальш-корпус, в котором с возможностью взаимного вращения установлены два вала - ведущий и ведомый. На ведущем валу на эксцентричной цапфе с возможностью вращения относительно нее закреплено внутреннее зубчатое колесо, находящееся в одностороннем зацеплении с большим зубчатым колесом, неподвижно зафиксированным в фальш-корпусе. Внутреннее зубчатое колесо на своем конце имеет кулачковую муфту Ольдгейма, которая передает вращение с внутреннего зубчатого колеса на ведомый вал, также снабженный кулачковой муфтой. The next - middle - gear section, in the case of which, with the help of a two-pin sub, a false case is fixed, in which two shafts are installed with the possibility of mutual rotation - master and follower. On the drive shaft on an eccentric pin with the possibility of rotation relative to it, an internal gear wheel is fixed, which is in one-sided meshing with a large gear wheel, motionlessly fixed in the false housing. The internal gear at its end has an Oldheim cam clutch, which transmits rotation from the internal gear to the driven shaft, also equipped with a cam clutch.

Следующая - верхняя - турбинная секция в своем корпусе имеет неподвижно зафиксированные с помощью двухниппельного переводника статорные ступени давления турбины, статорные элементы радиальных опор, статорные обоймы пяты и их проставочные кольца, а на валу турбинной секции с помощью гайки неподвижно зафиксированы роторные элементы радиальных опор, роторные ступени давления турбины, роторные обоймы осевой пяты и их проставочные кольца. При этом хорда профиля лопаток статорных ступеней давления турбины имеет направление левого винта, а хорда профиля лопаток роторных ступеней давления турбины имеет направление правого винта. The next - upper - turbine section in its casing has stator stages of turbine pressure, stator elements of radial bearings, stator cages of the heel and their spacer rings fixedly fixed with a two-pin sub, and rotor elements of radial supports, rotor, are fixedly fixed on the shaft of the turbine section with a nut pressure levels of the turbine, rotor cages of the axial heel and their spacer rings. In this case, the chord of the profile of the blades of the stator stages of pressure of the turbine has the direction of the left screw, and the chord of the profile of the blades of the rotor stages of pressure of the turbine has the direction of the right screw.

Изобретение поясняется чертежами. The invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 приведена общая компоновка верхней - турбинной секции. Figure 1 shows the General layout of the upper turbine section.

На фиг.2 - конструкция статорной ступени давления турбины. Figure 2 - design of the stator stage of the pressure of the turbine.

На фиг. 3 - конструкция роторной ступени давления турбины. In FIG. 3 - design of a rotary pressure stage of a turbine.

На фиг.4 - общая компоновка верхней половины средней - редукторной секции. Figure 4 - General layout of the upper half of the middle - gear section.

На фиг. 5 - общая компоновка нижней половины средней - редукторной секции. In FIG. 5 - General layout of the lower half of the middle - gear section.

На фиг.6 - общая компоновка шпинделя - нижней опорной секции. Figure 6 - General layout of the spindle - the lower support section.

Турбобур-редуктор состоит из трех независимых элементов секций, соединяемых посредством корпусных резьб в единый механизм-агрегат, способный вращать долото, непосредственно на роторном столе буровой установки. The turbo-drill gearbox consists of three independent sections elements, connected by means of body threads into a single assembly mechanism, capable of rotating the bit, directly on the rotary table of the drilling rig.

Конструкция и специфика изготовления деталей и узлов каждой секции предусматривают их производство на различных заводах: общими элементами всех трех секций могут являться их корпуса; упорно-регулировочные и проставочные втулки; ниппельные переводники; радиальные опоры. The design and the specifics of the manufacture of parts and assemblies of each section provide for their production at various plants: common elements of all three sections may be their bodies; persistent adjusting and spacer bushings; nipple sub; radial bearings.

Корпус 1 верхней - турбинной секции своим верхним - резьбовым концом присоединяется к нижней трубе бурильной колонны (на фиг.1 не показана). The housing 1 of the upper turbine section with its upper threaded end is attached to the lower pipe of the drill string (not shown in Fig. 1).

В корпусе 1 с помощью двухниппельного соединительного переводника 2 сжаты с большим осевым усилием и неподвижно зафиксированы: упорно-регулировочная втулка 3; упорно-регулировочное кольцо 4; статорные элементы 5 двух-пяти радиальных опор; "фонари" 6 осевой пяты; от одной до двенадцати статорных обойм 7 осевой пяты; проставочные кольца 8 обойм 7; статорные ступени давления 9 турбины. Фонари 6 имеют отверстия 10, гидравлически сообщающие объем пространства внутри корпуса 1, в котором размещаются статорные ступени давления 9 турбины, с пространством, располагающимся между внутренней поверхностью корпуса 1 и наружной поверхностью фонарей 6, а также с пространством, располагающимся вне и за статорными обоймами 7 и их проставочными кольцами 8. In the housing 1 with the help of a two-pin connecting sub 2 are compressed with great axial force and fixedly fixed: thrust-adjusting sleeve 3; thrust-adjusting ring 4; stator elements 5 of two to five radial bearings; "lights" 6 axial heels; from one to twelve stator clips of 7 axial heels; spacer rings 8 clips 7; stator pressure stages 9 of the turbine. Lanterns 6 have openings 10 hydraulically communicating the amount of space inside the housing 1, in which the stator pressure stages 9 of the turbine are located, with a space located between the inner surface of the housing 1 and the outer surface of the lamps 6, as well as with a space located outside and behind the stator clips 7 and their spacer rings 8.

На валу 11 верхней турбинной секции с помощью гайки 12 сжаты и неподвижно зафиксированы роторные элементы втулки 13 двух-пяти радиальных опор; от двух до тринадцати роторных обойм 14 осевой пяты и их проставочные кольца 15; упор 16 вала 11 и роторные ступени давления 17 турбины. На валу 11 с помощью резьбы закреплена шлицевая (квадратная или шестигранная) муфта 18. Статорные ступени давления 9 турбины имеют лопатки 19, хорда 20 профиля которых образует с плоскостью, перпендикулярной оси ступени, острый угол α. При этом хорда 20 профиля лопаток 19 имеет направление "левого" винта. On the shaft 11 of the upper turbine section with the help of a nut 12, the rotor elements of the sleeve 13 of two to five radial bearings are compressed and fixedly fixed; from two to thirteen rotor cages 14 of the axial heel and their spacer rings 15; emphasis 16 of the shaft 11 and the rotary pressure stage 17 of the turbine. A spline (square or hexagonal) coupling 18 is mounted on the shaft 11 by means of a thread. The stator pressure stages 9 of the turbine have blades 19, the profile chord 20 of which forms an acute angle α with a plane perpendicular to the axis of the stage. In this case, the chord 20 of the profile of the blades 19 has the direction of the "left" screw.

Роторные ступени давления 17 турбины имеют лопатки 21, хорда 22 профиля которых образует с плоскостью, перпендикулярной продольной оси ступени, острый угол β. При этом хорда 22 имеет направление "правого" винта. The rotor pressure stages 17 of the turbine have blades 21, the chord 22 of the profile of which forms an acute angle β with a plane perpendicular to the longitudinal axis of the stage. In this case, the chord 22 has the direction of the "right" screw.

В корпусе 23 средней - редукторной секции с помощью двухниппельного переводника 2 сжаты с большим осевым усилием и неподвижно зафиксированы: упорно-регулировочная втулка 3; упорно-регулировочное кольцо 4; статорные элементы 5 двух-четырех радиальных опор; фонари 24 с зафиксированными в них с возможностью осевого перемещения, но без возможности проворота, статорными элементами 25 торцового уплотнения; фонари 24 ввернуты в фальш-корпус 33, в котором неподвижно сжаты и зафиксированы статорные элементы 26 радиально-упорных подшипников и большое зубчатое колесо 27 внутреннего зацепления. Отверстия 10 фонарей 24 гидравлически сообщают верхнюю внутрикорпусную полость 28 с кольцевым пространством, расположенным внутри корпуса 23 и с внешней стороны фальш-корпуса 33. Внутрикорпусная полость 29, расположенная под нижним фонарем 24, через окна 10 также гидравлически связана с кольцевой полостью за фальш-корпусом 33. In the housing 23 of the middle gear section using a two-pin sub 2 are compressed with great axial force and motionlessly fixed: thrust-adjusting sleeve 3; thrust-adjusting ring 4; stator elements 5 of two to four radial bearings; lights 24 with fixed in them with the possibility of axial movement, but without the possibility of rotation, the stator elements 25 of the mechanical seal; lanterns 24 are screwed into the false housing 33, in which the stator elements 26 of the angular contact bearings and the large internal gear gear 27 are fixedly fixed and fixed. The holes 10 of the lanterns 24 hydraulically communicate with the upper housing cavity 28 with an annular space located inside the housing 23 and on the outside of the false housing 33. The internal housing 29 located under the lower lamp 24 is also hydraulically connected to the annular cavity behind the false housing through the windows 10 33.

Каждый статорный элемент 25 торцового уплотнения, зафиксированный в фонаре 24, имеет резиновое уплотнение 31 и четыре-восемь пружин 32, обеспечивающих возможность осевого перемещения статорного элемента 25. Рабочая поверхность статорного элемента 25 имеет торцовую наплавку 34 износостойкого релитового сплава. Each stator element 25 of the mechanical seal fixed in the lantern 24 has a rubber seal 31 and four to eight springs 32, which enable axial movement of the stator element 25. The working surface of the stator element 25 has an end surfacing 34 of wear-resistant relit alloy.

В корпусе 23 с помощью статорных элементов 26 радиально-упорных подшипников фиксируются в осевом и радиальном направлениях с возможностью вращения два вала: ведущий 35 и ведомый 36. Ведущий вал 35 имеет сквозное сверление 37. К верхней части вала 35 на резьбе крепится масляный лубрикатор 38, в котором имеется подвижной поршень-разделитель 39. К верхней части лубрикатора 38 на резьбе крепится шлицевая (квадратная или шестигранная) муфта 40, имеющая сквозное сверление 41, гидравлически соединяющее надмуфтовое пространство с надпоршневой полостью лубрикатора 38. На ведущем валу 35 с помощью гайки-водила 42 сжаты и неподвижно зафиксированы роторные элементы-втулки 13 одной-двух радиальных опор: проставочные втулки 43; роторный диск 44 статорного элемента 25 торцового уплотнения; роторные элементы 45 одного-двух радиально-упорных подшипников. In the housing 23, with the help of stator elements 26 of the angular contact bearings, two shafts are fixed axially and radially rotatably: the drive shaft 35 and the drive shaft 36. The drive shaft 35 has through-hole drilling 37. An oil lubricator 38 is attached to the top of the shaft 35, in which there is a movable piston-separator 39. To the upper part of the lubricator 38 on the thread is attached a spline (square or hex) coupling 40, having a through hole 41, hydraulically connecting the over-coupling space with the over-piston cavity of the lubricator a motor 38. On the drive shaft 35, using the carrier nut 42, the rotor sleeves 13 of one or two radial bearings are compressed and fixedly fixed: spacer sleeves 43; rotor disk 44 of the stator member 25 of the mechanical seal; rotor elements 45 of one or two angular contact bearings.

Гайка-водило 42 имеет подшипниковую цапфу 46, ось которой эксцентрично смещена на 5-25 мм относительно продольной оси вала. Цапфа 46 имеет сквозное сверление 47, которое гидравлически сообщает через сверление 37 вала 35 подпоршневую полость лубрикатора 38 с пространством, располагающимся вне цапфы 46 и гайки-водила 42. The carrier nut 42 has a bearing pin 46, the axis of which is eccentrically offset by 5-25 mm relative to the longitudinal axis of the shaft. The pin 46 has a through hole 47, which hydraulically communicates through the drill 37 of the shaft 35, the piston cavity of the lubricator 38 with a space located outside the pin 46 and the carrier nut 42.

На эксцентричной цапфе 46 с помощью радиально-упорных подшипников 48 фиксируется с возможностью вращения внутреннее зубчатое колесо 49, которое находится в одностороннем внутреннем зацеплении с большим зубчатым колесом 27, неподвижно зафиксированным в фальш-корпусе 33. Внутреннее зубчатое колесо 49 на своем нижнем торце имеет выполненную с ним как одно целое (из одной кованой заготовки) кулачковую полумуфту Ольдгейма 50, которая позволяет передавать вращающий момент при гарантированной несоосности двух вращающихся валов. On the eccentric pin 46, with the help of angular contact bearings 48, the internal gear 49, which is in one-sided internal engagement with the large gear 27 fixedly mounted in the false housing 33, is rotatably fixed. The internal gear 49 at its lower end has with it as a whole (from one forged workpiece) the cam coupling of Oldheim 50, which allows you to transmit torque with guaranteed misalignment of two rotating shafts.

На ведомом валу 36 с помощью гайки-полумуфты Ольдгейма 51 сжаты и неподвижно зафиксированы: роторные элементы - втулки 13 одной-двух радиальных опор; роторные элементы 45 одного-двух радиально-упорных подшипников; проставочные втулки 43; роторный диск 44 статорного элемента 25 торцового уплотнения. В нижней части ведомого вала 36 на резьбе крепится шлицевая (квадратная или шестигранная) муфта 52. Вал 36 имеет сквозное сверление 53. Муфта 52 имеет сквозное сверление 54, в нижнем конце которого установлен нагнетательный клапан 55. Клапан 55 через сверление 54 в муфте 52, через сверление 53 в валу 36 и через сверление 37 в валу 35 гидравлически связан с подпоршневой полостью лубрикатора 38. On the driven shaft 36 with the help of the half-coupling nut Oldheim 51 are compressed and fixedly fixed: rotor elements - bushings 13 of one or two radial bearings; rotor elements 45 of one or two angular contact bearings; spacer sleeves 43; rotor disk 44 of the stator element 25 of the mechanical seal. In the lower part of the driven shaft 36, a spline (square or hexagonal) coupling 52 is attached to the thread. The shaft 36 has a through drilling 53. The coupling 52 has a through drilling 54, at the lower end of which a pressure valve 55 is installed. The valve 55 through the drilling 54 in the coupling 52, through drilling 53 in the shaft 36 and through drilling 37 in the shaft 35 is hydraulically connected to the under-piston cavity of the lubricator 38.

В корпусе 56 шпинделя (нижняя опорная секция) турбобура-редуктора с помощью ниппельной гайки 57 сжаты с большим осевым усилием и неподвижно зафиксированы: упорно-регулировочная втулка 3; набор обрезиненных по осевой внутренней поверхности стальных втулок 58 общей длиной 1,5-2 м, которые с одной стороны представляют собой наборный статор щелевого дроссельного уплотнения полого вала 59 шпинделя, с другой стороны они представляют собой статорный элемент длинной радиальной опоры вала 59; от одной до пятнадцати статорных обойм 60 шаровой пяты шпинделя и их статорные проставочные кольца 61. In the housing 56 of the spindle (lower support section) of the turbodrill gear using a nipple nut 57 are compressed with great axial force and fixed: fixed-adjusting sleeve 3; a set of steel sleeves rubberized along the axial inner surface of the steel sleeve 58 with a total length of 1.5-2 m, which, on the one hand, are a stator slotted throttle seal of the spindle hollow shaft 59, on the other hand, they are a stator element of a long radial shaft support 59; from one to fifteen stator cages 60 of the spindle ball heel and their stator spacer rings 61.

На валу 59 с помощью шлицевой (квадратной или шестигранной) гайки-муфты 62 крепятся: набор цементированных по своей наружной поверхности и закаленных на твердость 57-62 HRC стальных втулок 63, которые представляют собой наборный ротор щелевого дроссельного уплотнения вала 59 и одновременно роторный элемент радиальной опоры вала 59; роторные обоймы 64 (от 2 до 16) шаровой пяты шпинделя и их проставочные кольца 65. On the shaft 59 using a spline (square or hexagonal) nut-coupling 62 are attached: a set of steel sleeves 63, cemented along their outer surface and hardened to a hardness of 57-62 HRC, which are a collapsible rotor of the slotted throttle shaft seal 59 and at the same time a radial rotor element shaft bearings 59; rotary cages 64 (from 2 to 16) of the spindle ball heel and their spacer rings 65.

В отличие от обычных радиальных опор шпинделей, которые имеют на внутренней поверхности статорных втулок относительно тонкий слой привулканизированной резины, толщина которой не превышает 6% от диаметра центрируемого вала, притом, что на ее внутренней поверхности имеются от четырех до двадцати промывочных канавок, а также большой гарантированный посадочный зазор на соответствующие им статорные втулки - от 0,3 до 0,7 мм, втулки 58 шпинделя выполняются иначе. In contrast to conventional radial bearings of spindles, which have a relatively thin layer of vulcanized rubber on the inner surface of the stator bushings, the thickness of which does not exceed 6% of the diameter of the centered shaft, despite the fact that there are four to twenty flushing grooves on its inner surface, as well as a large guaranteed landing clearance for their corresponding stator bushings - from 0.3 to 0.7 mm, spindle bushings 58 are performed differently.

На внутренней поверхности их резиновых обкладок нет промывочных канавок, при этом толщина слоя привулканизированной резины укладывается в пределы диапазона значений от 10 до 20% от диаметра центрируемого вала (в зависимости от диаметрального габарита трубобура). There are no flushing grooves on the inner surface of their rubber linings, while the thickness of the layer of vulcanized rubber falls within the range of 10 to 20% of the diameter of the centered shaft (depending on the diametric dimension of the pipe drill).

Такая толщина резиновой обкладки позволяет посадить статорные втулки 58 на соответствующие им роторные втулки 63 с натягом до 0,1 мм и с зазором не более 0,1 мм. This thickness of the rubber lining allows the stator bushings 58 to fit on their respective rotor bushings 63 with an interference fit of up to 0.1 mm and with a gap of not more than 0.1 mm.

При этом в собранном в цеху шпинделе вал 59 можно провернуть, только приложив к нему вращающий момент порядка 1000 Нм. Moreover, in the spindle assembled in the workshop, shaft 59 can be turned only by applying a torque of about 1000 Nm to it.

Однако при опробовании турбобура на буровой при перепаде давлений в соплах долот в 3-7 МПа потери вращающего момента в щелевом дроссельном уплотнении практически отсутствуют, а утечки раствора через дроссельное уплотнение не превышают двух литров в секунду. However, when testing a turbodrill at a drill with a pressure drop in the nozzles of bits of 3-7 MPa, there are practically no loss of torque in the slotted throttle seal, and the leakage of the solution through the throttle seal does not exceed two liters per second.

В гайке-муфте 62 имеются окна 66, которые гидравлически сообщают внутреннюю полость вала 59 с пространством, расположенным вне вала 59 и гайки-муфты 62. In the nut-coupling 62 there are windows 66 that hydraulically communicate the internal cavity of the shaft 59 with the space located outside the shaft 59 and the nut-coupling 62.

С помощью упорно-регулировочной втулки 3 "утопание" торца гайки-муфты 62 относительно верхнего упорного торца корпуса 56 регулируется таким образом, чтобы при креплении корпуса 56 шпинделя к корпусу 23 средней - редукторной секции осевая нагрузка на вал 59 шпинделя не передавалась на роторные элементы 45 радиально-упорных подшипников средней - редукторной секции. Using the stop-adjusting sleeve 3, the “drowning” of the end face of the nut-coupling 62 relative to the upper stop end face of the housing 56 is adjusted so that when the spindle housing 56 is attached to the middle-gear section housing 23, the axial load on the spindle shaft 59 is not transmitted to the rotor elements 45 angular contact bearings of the middle - gear section.

Работа турбобура-редуктора
Три секции турбобура-редуктора: верхняя - турбинная, средняя - редукторная, нижняя - шпиндель, каждая из которых, как правило, имеет длину примерно 3,5 м, одновременно или отдельно друг от друга доставляются бортовой машиной на буровую.Work of a turbodrill reducer
Three sections of the turbo-drill gearbox: the upper one is turbine, the middle one is gearbox, the lower one is the spindle, each of which, as a rule, has a length of about 3.5 m, is delivered simultaneously or separately from the vehicle to the rig.

Сборка турбобура в единый агрегат начинается на роторном столе буровой установки. К валу 59 шпинделя, удерживаемого над роторным столом с помощью талей и транспортного корпусного переводника, крепится долото. После этого шпиндель частично опускается под ротор и верхняя часть его корпуса 56 закрепляется в клиновом захвате роторного стола. Транспортный переводник открепляется от корпуса 56 шпинделя и закрепляется на корпусе 23 лежащей на мостках буровой средней - редукторной секции. Элеватор талей буровой заводится на "шею" транспортного переводника, редукторная секция поднимается над роторным столом и крепится своим двухниппельным переводником 2 к корпусу 56 шпинделя. При этом происходит скользящее смыкание муфт 52 редукторной секции и гайки-муфты 62 шпинделя. The assembly of the turbodrill into a single unit begins on the rotary table of the drilling rig. A chisel is attached to the spindle shaft 59, held above the rotary table with the help of hoists and a transport case sub. After that, the spindle partially lowers under the rotor and the upper part of its housing 56 is fixed in the wedge grip of the rotary table. The transport sub is detached from the spindle housing 56 and secured to the housing 23 of the drilling middle - gear section lying on the bridges. The drill hoist elevator is wound up on the "neck" of the transport sub, the gear section rises above the rotary table and is attached with its two-pin sub 2 to the spindle body 56. In this case, a sliding closure of the couplings 52 of the gear section and the spindle nut-coupling 62 occurs.

Перед закреплением редукторной секции на корпусе 56 шпинделя следует (если это не было сделано в турбинном цеху или, если это было сделано более чем 10 дней тому назад) через клапан 55 муфты 52 закачать во внутренние системы редукторной секции и в подпоршневую полость лубрикатора 38 масло цилиндровое 38 или 52. Before fixing the gear section to the spindle housing 56, it is necessary (if this was not done in the turbine workshop or if it was done more than 10 days ago) to pump the oil through the valve 55 of the coupling 52 into the internal systems of the gear section and into the piston cavity of the lubricator 38 38 or 52.

Вышеописанным способом к корпусу 23 редукторной секции крепится ниппельный переводник 2 корпуса 1 верхней турбинной секции. При этом происходит скользящее смыкание муфт 18 и 40. In the manner described above, a nipple sub 2 of the housing 1 of the upper turbine section is attached to the housing 23 of the gear section. When this happens sliding closure of the couplings 18 and 40.

На корпусе 1 закрепляется первая (нижняя) труба, или свеча бурильной колонны, и начинается спуск всей компоновки бурильного инструмента в ствол скважины. On the body 1, the first (lower) pipe, or drill plug, is fixed, and the entire assembly of the drilling tool is launched into the wellbore.

При спуске инструмента бурильная колонна через гидромониторные сопла долота, внутреннюю полость вала 59 шпинделя, через окна 66 гайки-муфты 62, через окна 10 фонарей 24 редукторной секции, через кольцевой пространство между внутренней поверхностью корпуса 23 и наружной поверхностью фальш-корпуса 33, через отверстия 10 фонарей 6 турбинной секции, через роторные ступени давления 17 турбины и ее статорные ступени давления 9 заполняется буровым раствором. Раствор, проникая через скользящие сочленения муфт 18 и 40 и далее через сверление 41, попадает в надпоршневую полость лубрикатора 38. При этом поршень 39 выравнивает давления в надпоршневой и подпоршневой (масляной) полости лубрикатора 38, то есть во всех внутренних маслозаполненных системах редукторной секции. When the tool is lowered, the drill string through the hydraulic nozzle of the bit, the inner cavity of the spindle shaft 59, through the windows 66 of the coupling nut 62, through the windows 10 of the lanterns 24 of the gear section, through the annular space between the inner surface of the housing 23 and the outer surface of the false housing 33, through the holes 10 lamps 6 of the turbine section, through the rotary pressure stages 17 of the turbine and its stator pressure stages 9 is filled with drilling fluid. The solution, penetrating through the sliding joints of the couplings 18 and 40 and then through the drilling 41, enters the supra-piston cavity of the lubricator 38. In this case, the piston 39 equalizes the pressure in the supra-piston and sub-piston (oil) cavity of the lubricator 38, that is, in all internal oil-filled systems of the gear section.

После доведения инструмента до положения "8 - 10 метров над старым забоем" спуск инструмента прекращают; наворачивают на последнюю - верхнюю трубу ведущий квадрат; включают насосы и турбобур-редуктор, трансформируя в турбине энергию потока бурового раствора в механические параметры мощности: частоту вращения и вращающий момент, реализуемый на долоте, начинает работать. After bringing the tool to the position of "8 - 10 meters above the old face", the tool is stopped; screw the leading square onto the last - upper pipe; turn on the pumps and the turbodrill gearbox, transforming the energy of the drilling fluid stream into the mechanical power parameters in the turbine: the rotational speed and torque realized on the bit begin to work.

При этом роторные ступени давления турбины турбобура вращают вал 11 верхней турбинной секции влево (направление левого винта). Планетарная зубчатая передача (большое (статорное) зубчатое колесо 27 и внутреннее (роторное) зубчатое колесо 49 редукторной секции) преобразует вращение ведущего вала 35 в "правильное" - правое вращение ведомого вала 36 и связанного с ним вала 59 шпинделя с закрепленным на его нижнем конце долотом. In this case, the rotor pressure stages of the turbo-drill turbine rotate the shaft 11 of the upper turbine section to the left (direction of the left screw). A planetary gear transmission (large (stator) gear wheel 27 and the internal (rotor) gear wheel 49 of the gear section) converts the rotation of the drive shaft 35 into the “right” - the right rotation of the driven shaft 36 and the spindle shaft 59 connected to it with the lower end fixed to it chisel.

Благодаря муфте Ольдгейма, передающей вращающий момент с зубчатого колеса 49 на ведомый вал 36, удается снизить частоту вращения ведомого вала 36 с соответствующим наращиванием вращающего момента в 8-10 раз. Сам процесс бурения забоя скважины отличается по своей технологической специфике от того, что имеет место при использовании героторных винтовых двигателей только тем, что осуществляется при существенно более низких перепадах давлений на рабочих органах и обеспечивает более высокие показатели работы долот. Thanks to the Oldheim coupling, which transmits torque from the gear 49 to the driven shaft 36, it is possible to reduce the rotation frequency of the driven shaft 36 with a corresponding increase in torque by 8-10 times. The process of drilling the bottom of the well differs in its technological specificity from what occurs when using gerotor screw engines only in that it is carried out at significantly lower pressure drops on the working bodies and provides higher performance bits.

Claims

1. A turbo-drill gearbox, including three independent sections that can be fastened together: the lower section is the spindle section, in the housing of which the spindle shaft seal is installed, on which the sealing elements and rotor elements of the shaft radial support are fixed with the help of the coupling nut, the middle one is the gearbox section, in the case of which, with the help of a double-pin adapter, a false case is fixed, in which two shafts are installed with the possibility of mutual rotation - driven and driving, on which the internal gear wheels are fixed о, which is in one-sided engagement with a large gear wheel fixedly fixed in the false casing, the upper one - the turbine section, in the casing of which the stator elements of the radial bearings, the stator pressure stages of the turbine, the stator cages of the heel and their spacer rings are fixedly fixed with a double-pin sub and on the shaft with the help of a nut the rotor elements of the radial bearings, rotor pressure stages of the turbine, rotor bearings of the axial heel and their spacer rings are fixedly fixed, characterized in that the horde of the profile of the blades of the stator stages of pressure of the turbine has the direction of the left screw, and the chord of the profile of the blades of the rotor stages of pressure of the turbine has the direction of the right screw, while the driving and driven shafts of the gear section are fixed in radial and axial positions in the false housing with lights using rotary radial elements bearings and angular contact bearings, fixed in turn in the gear section housing with a two-pin sub, the drive shaft having a carrier nut, on an eccentric pin on which the internal gear wheel is fixed with bearings, which is connected to the driven shaft of the gear section using the Oldheim cam clutch, and the spindle shaft seal is throttle, while the stator elements of the throttle shaft seal, the stator cage of the heel and their spacer rings are fixed in the housing of the spindle section with the help of a nipple nut, and on the spindle shaft with the help of a coupling nut, rotary bushings of the throttle shaft seal, rotary heel clips and their spacer rings are fixed.

2. The turbo-drill gearbox according to claim 1, characterized in that a piston oil lubricator is attached to the upper part of the drive shaft of the gear section on the thread, to the upper part of the housing of which a spline, square or hexagonal coupling is attached to the thread, having through drilling, hydraulically connecting the over-coupling space with a nadporson cavity of the lubricator.

3. The turbo-drill gearbox according to claim 1, characterized in that the drive and driven shafts of the gearbox section, the drive nut of the drive shaft and its eccentric pin, as well as the half-nut of the Oldheim drive shaft have through-holes, hydraulically communicating the working cavity of the gearbox section with a sub-piston cavity of the oil lubricator, and at the end of the driven shaft there is a spline, square or hexagonal coupling with through drilling, in which the discharge valve is fixed.

4. The turbo-drill gearbox according to claim 1, characterized in that the throttle shaft seal of its spindle is a set of rubber-coated stator steel bushings with a total length of 1.5-2 m fixed in the spindle housing with a nipple nut, and a rotary the throttle seal element is made in the form of a set of steel bushings of the same length, the outer surface of which is cemented and hardened to a hardness of 57. ..62 Rockwell units, fixed on its shaft using spline, square or hexagonal couplings s, the thickness of the rubber cover each inner surface of the stator sleeve fits into a range of values between 10 and 20% of the diameter of the centering shaft and the landing tolerance of the corresponding rotary sleeve ensures tightness to 0.1 mm and a gap of at least 0.1 mm.