RU2224078C2

RU2224078C2 - Spiral well engine

Info

Publication number: RU2224078C2
Application number: RU2002107750/03A
Authority: RU
Inventors: С.А. Шаманов; Н.А. Стрельцов; А.Н. Гончаров
Original assignee: Дочернее общество с ограниченной ответственностью Буровая компания ОАО "Газпром" ДООО "Бургаз"
Priority date: 2002-03-28
Filing date: 2002-03-28
Publication date: 2004-02-20

Abstract

FIELD: engines for boring horizontal or slanted wells in areas of shaft incurvature. SUBSTANCE: engine has moveable section with hollow rotor connected to resilient torsion bar at its upper end, spindle section with body connected to body of moveable section by means of curved switcher, and a joint for connecting spindle shaft to resilient torsion bar. Joint has grooved driving sleeve connected to housing having an inner butt-end, driven nipple having a fixed finger, and elastic corrugated casing, forming an operating enclosure together with the housing. Axes of sleeve and nipple are perpendicular to each other. Operating enclosure is filled with oiling fluid. Fingers have inserts in grooves of driving sleeve. Interacting butt-ends of nipple and sleeve are provided with removable abutment and elastic bearing support. EFFECT: increased durability and load capacity of engine. 4 dwg

Description

Изобретение относится к области буровой техники, в частности к искривленным винтовым забойным двигателям, предназначенным для бурения горизонтальных и наклонно-направленных нефтяных и газовых скважин на участках искривления ствола.The invention relates to the field of drilling equipment, in particular to curved helical downhole motors designed for drilling horizontal and directional oil and gas wells in areas of curvature of the barrel.

Для бурения таких скважин используют винтовые забойные двигатели с кривым переводником между двигательной и шпиндельной секциями и шарниром, расположенным в области установки этого переводника для соединения шпиндельного вала с торсионом ротора двигательной секции.For drilling such wells, downhole helical motors are used with a curved sub between the motor and spindle sections and a hinge located in the installation area of this sub to connect the spindle shaft to the torsion bar of the motor section rotor.

Известен винтовой забойный двигатель, предназначенный для бурения вертикальных скважин, с шарнирным соединением, которое служит для связи сплошного ротора двигательной секции с валом шпиндельной секции и состоит из промежуточного патрубка с разнесенными по концам шарнирами (патент СССР № 1012640, Е 21 В 4/02, 1979). Такое шарнирное соединение позволяет при работе винтового забойного двигателя компенсировать только параллельное смещение оси ротора относительно оси шпиндельного вала на величину эксцентриситета и используется в винтовых забойных двигателях только прямого исполнения.Known downhole screw motor designed for drilling vertical wells, with a swivel connection, which serves to connect a continuous rotor of the motor section with the shaft of the spindle section and consists of an intermediate pipe with spaced apart joints (USSR patent No. 1012640, E 21 B 4/02, 1979). Such a swivel joint allows only the parallel displacement of the rotor axis relative to the axis of the spindle shaft by the eccentricity during operation of the downhole motor and is used only for direct execution in downhole motors.

Собственно шарнир содержит снаружи зубчатый венец, внутри которого установлены зубчатые полумуфты, закрепленные подвижными гайками. Между полумуфтами в сферических расточках установлен центральный шар для передачи осевых усилий. В рабочей полости, образованной венцом, гайками и полумуфтами, помещены шайбы, обоймы и эластичные элементы. Элементы выполнены в виде гладких рукавов и служат уплотнениями. Концы каждого рукава закреплены в обойме и на полумуфте.Actually, the hinge contains a gear ring on the outside, inside of which gear half-couplings are mounted, fixed with movable nuts. Between the coupling halves in the spherical bores, a central ball is mounted to transmit axial forces. Washers, clips and elastic elements are placed in the working cavity formed by the crown, nuts and half-couplings. Elements are made in the form of smooth sleeves and serve as seals. The ends of each sleeve are fixed in a ferrule and on a coupling half.

Поверхности деталей в рабочей полости шарнира покрыты слоем консистентной смазки, нанесенной при сборке изделия. При этом свободное от консистентной смазки пространство в рабочей полости заполняет атмосферный воздух. Гладкие уплотнительные рукава предназначены для сохранения смазки и предохранения рабочей полости шарнира от попадания бурового раствора.The surfaces of the parts in the working cavity of the hinge are covered with a layer of grease applied during assembly of the product. At the same time, the space free from grease in the working cavity fills the atmospheric air. Smooth sealing sleeves are designed to preserve lubrication and protect the working cavity of the hinge from ingress of drilling fluid.

Недостатком этого шарнирного соединения является сложность конструкции, трудоемкость в изготовлении и большие габариты по длине, что не позволяет устанавливать его в искривленных винтовых забойных двигателях, предназначенных для горизонтального и наклонно-направленного бурения.The disadvantage of this swivel is the complexity of the design, the complexity of manufacturing and large dimensions in length, which does not allow it to be installed in curved downhole screw motors designed for horizontal and directional drilling.

Под воздействием давления столба бурового раствора порции атмосферного воздуха, заполняющие вместе с консистентной смазкой рабочую полость шарнира, настолько сжимаются, а иногда охлопываются, уменьшая до предела свой объем, что эластичные элементы вдавливаются в зазор между зубчатым венцом и зубчатыми полумуфтами, повреждаются и герметичность шарнира нарушается. Буровой раствор попадает в рабочую полость, зубья зацепления при работе интенсивно изнашиваются, шарнир быстро выходит из строя.Under the influence of the pressure of the drilling fluid column, the portions of atmospheric air that fill together with the grease the working cavity of the hinge are so compressed and sometimes collapse, reducing their volume to the limit that the elastic elements are pressed into the gap between the ring gear and the gear half couplings, they are damaged and the joint is not tight. . The drilling fluid enters the working cavity, the gear teeth wear out intensively during operation, the hinge quickly fails.

Известен также винтовой забойный двигатель для наклонно-направленного бурения (патент РФ № 2081986, Е 21 В 4/02, 1997), принятый за прототип как наиболее близкий по своему назначению и принципу действия к заявленному объекту. Он содержит двигательную секцию, полый ротор и упругий торсион которой связаны между собой в своей верхней части, шпиндельную секцию, корпус которой соединен с корпусом двигательной секции переводником, и шарнирный узел, кинематически связывающий свободный нижний конец торсиона с валом шпиндельной секции. Шарнирный узел выполнен в виде муфты, встроенной своей верхней частью в глухое отверстие торсиона, полумуфты с глухим отверстием, в котором размещена нижняя часть муфты, и двух расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях пальцев, установленных в сквозных отверстиях, выполненных в торсионе, муфте и полумуфте. Причем пальцы установлены в отверстиях упругого торсиона и полумуфты неподвижно на сварке, а муфта посажена на пальцах подвижно с зазором.Also known is a downhole screw motor for directional drilling (RF patent No. 2081986, Е 21 В 4/02, 1997), adopted as a prototype as the closest in its purpose and principle of operation to the claimed object. It contains a motor section, the hollow rotor and the elastic torsion of which are interconnected in its upper part, a spindle section, the body of which is connected to the body of the motor section by a sub, and a hinge assembly kinematically connecting the free lower end of the torsion bar with the shaft of the spindle section. The hinge assembly is made in the form of a coupling integrated with its upper part into the blind hole of the torsion bar, half coupling with a blind hole in which the lower part of the coupling is located, and two fingers located in mutually perpendicular planes of the fingers installed in through holes made in the torsion bar, coupling and half coupling. Moreover, the fingers are installed in the holes of the elastic torsion bar and the coupling half motionlessly in welding, and the coupling is mounted on the fingers movably with a gap.

При вращении ротора двигательной секции муфта, перемещаясь по дуге и колеблясь относительно пальцев, одновременно передает крутящий момент и осевые усилия, создаваемые перепадом давления бурового раствора на ротор двигательной секции. За счет дугообразного перемещения концов муфты вокруг перпендикулярно установленных пальцев при колебаниях "вправо-влево" и "вперед-назад" осевое усилие ротора двигательной секции преобразуется в ударные нагрузки, которые передаются от ротора и упругого торсиона двигательной секции к шпиндельному валу и долоту. Высокая частота и сила ударов выводят из строя детали винтового забойного двигателя и датчики контроля телесистемы, устанавливаемой непосредственно над винтовым забойным двигателем для контроля в пространстве профиля бурящейся скважины.When the rotor of the motor section rotates, the clutch, moving along the arc and oscillating relative to the fingers, simultaneously transmits the torque and axial forces created by the differential pressure of the drilling fluid to the rotor of the motor section. Due to the arcuate movement of the ends of the coupling around the perpendicularly mounted fingers during oscillations "right-left" and "back and forth" the axial force of the rotor of the motor section is converted into shock loads, which are transmitted from the rotor and the elastic torsion of the motor section to the spindle shaft and bit. High frequency and impact force disable the parts of the downhole motor and control sensors of the telesystem installed directly above the downhole motor for monitoring the profile of the well being drilled in the space.

Поверхности трения муфты и пальцев не защищены от абразивной среды бурового раствора, быстро изнашиваются, выходят из строя и преждевременно выводят из строя шарнирный узел и винтовой забойный двигатель.The friction surfaces of the coupling and fingers are not protected from the abrasive medium of the drilling fluid, wear out quickly, fail, and prematurely disable the hinge assembly and the downhole screw motor.

Встроенный в упругий торсион и шпиндельный вал шарнирный узел незначительно укорачивает шпиндельную секцию и на увеличение интенсивности набора кривизны бурящейся скважины практически положительно не влияет. Зато при ремонте, когда вместе с вышедшим из строя шарнирным узлом приходится менять дорогостоящие упругий торсион и шпиндельный вал, это вызывает большие осложнения, поскольку требуются дополнительные затраты на приобретение и своевременную доставку запчастей. Такие двигатели становятся дорогими в ремонте и нерентабельными в эксплуатации.The hinge assembly integrated into the elastic torsion bar and spindle shaft slightly shortens the spindle section and has practically no positive effect on increasing the intensity of the set of curvature of the well being drilled. But during the repair, when together with the failed hinge assembly it is necessary to change the expensive elastic torsion and spindle shaft, this causes great complications, since additional costs are required for the acquisition and timely delivery of spare parts. Such engines become expensive to repair and unprofitable in operation.

Решаемая изобретением задача заключается в повышении нагрузочной способности и долговечности винтовых забойных двигателей при работе с повышенными перекосом и смещением осей ротора двигательной секции и шпиндельного вала и снижении стоимости в эксплуатации и ремонте.The problem solved by the invention is to increase the load capacity and durability of downhole screw motors when working with increased skew and displacement of the rotor axes of the motor section and spindle shaft and reducing the cost of operation and repair.

Для этого в известном винтовом забойном двигателе, содержащем двигательную секцию, у которой полый ротор связан с упругим торсионом в своей верхней части, шпиндельную секцию, корпус которой соединен с корпусом двигательной секции кривым переводником, и соединяющий шпиндельный вал с упругим торсионом шарнир, последний содержит ведущую муфту с пазами, соединенную с кожухом, имеющим внутренний торец, ведомый ниппель с пальцем на неподвижной посадке, оси которых перпендикулярны друг относительно друга, и эластичный гофрированный чехол, образующий с кожухом рабочую полость, заполненную смазывающей жидкостью, при этом на пальцах установлены вкладыши, размещенные в пазах муфты, а взаимодействующие торцы ведомого ниппеля и ведущей муфты снабжены сменными пятой и эластичной опорой подпятника.To do this, in a known downhole screw motor containing a motor section, in which the hollow rotor is connected with an elastic torsion bar in its upper part, a spindle section, the casing of which is connected to the casing of the motor section by a curved sub, and the hinge connecting the spindle shaft to the elastic torsion bar contains the drive a coupling with slots connected to a casing having an inner end, a driven nipple with a finger on a fixed fit, the axes of which are perpendicular to each other, and an elastic corrugated cover, the working cavity, which is filled with a lubricant, with a casing, while on the fingers there are liners placed in the grooves of the coupling, and the interacting ends of the driven nipple and the driving coupling are equipped with interchangeable fifth and elastic bearing of the thrust bearing.

Существенными признаками, отличительными от наиболее близкого аналога (патент РФ № 2081986, Е 21 В 4/02, 1997), являются наличие в шарнире ведущей муфты с пазами, соединенной с кожухом, имеющим внутренний торец, ведомого ниппеля с пальцем на неподвижной посадке, оси которых перпендикулярны друг относительно друга, и эластичного гофрированного чехла, образующего с кожухом рабочую полость, заполненную смазывающей жидкостью, при этом на пальцах установлены вкладыши, размещенные в пазах ведущей муфты, а взаимодействующие торцы ведомого ниппеля и ведущей муфты снабжены сменными пятой и эластичной опорой подпятника; кроме того, боковые поверхности рабочих граней вкладышей выполнены бомбинированными и снабжены наклонными маслоподводящими канавками со скошенными боковыми стенками; кроме того, эластичная опора подпятника выполнена из полиуретана.The essential features distinguishing from the closest analogue (RF patent No. 2081986, Е 21 В 4/02, 1997) are the presence of a drive coupling with grooves in the hinge connected to a housing having an inner end, a driven nipple with a finger on a fixed fit, axis which are perpendicular to each other, and an elastic corrugated cover that forms a working cavity filled with a lubricant with a casing, while on the fingers there are liners placed in the grooves of the drive clutch, and the interacting ends of the driven nipple and lead the clutch is equipped with interchangeable heel and elastic bearing of the thrust bearing; in addition, the lateral surfaces of the working faces of the liners are made bombarded and provided with inclined oil-supplying grooves with beveled side walls; in addition, the elastic bearing of the thrust bearing is made of polyurethane.

При этом:Wherein:

- выполнение эластичного чехла гофрированным повышает его упругость, увеличивает емкость полости для смазывающей жидкости и камеры для сбора осаждающихся взвешенных частиц продуктов износа;- the execution of an elastic cover corrugated increases its elasticity, increases the capacity of the cavity for the lubricating fluid and the chamber for collecting precipitated suspended particles of wear products;

- выполнение кожуха с внутренним торцем предотвращает рассоединение ведущей муфты и ведомого ниппеля шарнира в случае всплытия ротора при спуске инструмента в скважину или при обратной циркуляции бурового раствора через долото в бурильные трубы.- the implementation of the casing with the inner end prevents the disengagement of the drive clutch and the driven nipple of the hinge in the event of the emergence of the rotor when the tool is lowered into the well or when the drilling fluid circulates back through the bit into the drill pipes.

Кроме того, для снятия концентрации напряжения боковые поверхности рабочих граней вкладышей выполнены бомбинированными и снабжены наклонными маслоподводящими канавками (способствует выносу продуктов износа из рабочей зоны вкладышей и притоку свежей смазки к поверхностям трения) со скошенными боковыми стенками (способствующими возникновению жидкостного трения), а эластичная опора подпятника выполнена из полиуретана.In addition, to relieve stress concentration, the lateral surfaces of the working faces of the liners are bombarded and equipped with inclined oil-supplying grooves (which contributes to the removal of wear products from the working zone of the liners and the influx of fresh lubricant to the friction surfaces) with beveled side walls (contributing to the occurrence of liquid friction), and an elastic support the thrust bearing is made of polyurethane.

На чертеже изображен винтовой забойный двигатель, где:The drawing shows a downhole screw motor, where:

- на фиг.1 показан общий вид двигателя;- figure 1 shows a General view of the engine;

- на фиг.2 - шарнир;- figure 2 - hinge;

- на фиг.3, 4 - вкладыш в продольном разрезе и с сечением А-А;- figure 3, 4 - liner in a longitudinal section and with a section aa;

- на фиг.5 - вид Б на фиг.3.- figure 5 is a view of B in figure 3.

Винтовой забойный двигатель включает двигательную и шпиндельную секции. Двигательная секция содержит упругий торсион 1, верхний переводник 2, корпус 3 с закрепленным в нем статором, полый ротор 4 и нижний переводник 5. Упругий торсион 1 и полый ротор 4 связаны между собой в своей верхней части переводником 6. Корпус 3 двигательной секции через переводник 5 и короткий кривой переводник 7 соединен с корпусом 8 шпиндельной секции. Последняя также содержит полый шпиндельный вал 9 и упорно-радиальный подшипник 10 с комплектом уплотнительных колец 11. Нижний конец упругого торсиона 1 связан с верхним концом шпиндельного вала 9 шарниром, выполненным в виде индивидуального кинематического узла с быстроразъемными, например, коническими соединениями. Шарнир содержит ведущую муфту 12 с двумя сквозными пазами 13, соединенный с ней кожух 14 с внутренним торцом 15, ведомый ниппель 16 и эластичный гофрированный чехол 17, образующий с кожухом 14 рабочую полость 18, заполненную смазывающей жидкостью. Полость 18 герметизирована уплотнительным кольцом 19 и хомутами 20 и 21, посредством которых концы эластичного гофрированного чехла 17 закреплены на кожухе 14 и ведомом ниппеле 16. Часть рабочей полости 18 в интервале размещения эластичного гофрированного чехла 17 увеличена в объеме за счет гофр для сбора взвешенных частиц продуктов износа шарнира. При работе винтового забойного двигателя с повышенными перекосом и смещением оси ротора 4 двигательной секции относительно шпиндельного вала 9, вращении и пространственном перемещении ведущей муфты 12 шарнира относительно ведомого ниппеля 16, гофры способствуют упругости эластичного гофрированного чехла 17, долговечной и надежной работе шарнира и винтового забойного двигателя в целом.The downhole screw motor includes motor and spindle sections. The engine section contains an elastic torsion 1, an upper sub 2, a housing 3 with a stator fixed therein, a hollow rotor 4 and a lower sub 5. An elastic torsion 1 and a hollow rotor 4 are connected to each other in their upper part by a sub 6. The housing 3 of the motor section through an sub 5 and a short curved sub 7 is connected to the housing 8 of the spindle section. The latter also contains a hollow spindle shaft 9 and a thrust-radial bearing 10 with a set of sealing rings 11. The lower end of the elastic torsion bar 1 is connected to the upper end of the spindle shaft 9 by a hinge made in the form of an individual kinematic unit with quick-disconnect, for example, conical joints. The hinge contains a drive sleeve 12 with two through grooves 13, a casing 14 connected to it with an inner end 15, a driven nipple 16 and an elastic corrugated cover 17, which forms a working cavity 18 filled with a lubricating fluid with the casing 14. The cavity 18 is sealed with a sealing ring 19 and clamps 20 and 21, by means of which the ends of the elastic corrugated cover 17 are fixed to the casing 14 and the driven nipple 16. The part of the working cavity 18 in the interval of placement of the elastic corrugated cover 17 is increased in volume due to the corrugations for collecting suspended particles of products hinge wear. When operating a downhole screw motor with increased skew and displacement of the axis of the rotor 4 of the motor section relative to the spindle shaft 9, rotation and spatial movement of the drive coupling 12 of the hinge relative to the driven nipple 16, the corrugations contribute to the elasticity of the elastic corrugated cover 17, the durable and reliable operation of the hinge and the screw downhole motor generally.

В рабочем состоянии рабочая полость 18 должна быть полностью заполнена смазывающей жидкостью без каких-либо остатков атмосферного воздуха. Для полного вытеснения атмосферного воздуха и замещения его смазывающей жидкостью заполнение рабочей полости 18 ведут при ослабленном креплении хомута 20 и повернутом на 180° относительно положения шарнира на фиг. 2. После полного вытеснения из полости 18 атмосферного воздуха и полного ее заполнения смазывающей жидкостью хомут 20 зажимают окончательно, а пресс-масленку 22 меняют на заглушку 23.In working condition, the working cavity 18 should be completely filled with lubricating fluid without any residual air. To completely displace atmospheric air and replace it with lubricating fluid, the filling of the working cavity 18 is carried out with the clamp of the clamp 20 loosened and turned 180 ° relative to the hinge position in FIG. 2. After complete displacement of atmospheric air from the cavity 18 and its complete filling with lubricating fluid, the clamp 20 is clamped finally, and the grease nipple 22 is replaced with a plug 23.

Во время работы винтового забойного двигателя взвешенные частицы продуктов износа под действием гравитационных сил оседают, освобождая верхнюю часть рабочей полости 18 от продуктов износа, скапливаются в нижней части рабочей полости 18 в интервале эластичного гофрированного чехла 17 и уплотняются под действием вибрации от работающего долота, не взмучивая и не загрязняя смазывающую жидкость в верхней части рабочей полости 18. Это способствует повышению износостойкости и долговечной работе шарнира.During the operation of a downhole motor, suspended particles of wear products under the influence of gravitational forces settle, freeing the upper part of the working cavity 18 from the wear products, accumulate in the lower part of the working cavity 18 in the interval of the elastic corrugated cover 17 and are compacted by vibration from the working bit, without stirring and without contaminating the lubricating fluid in the upper part of the working cavity 18. This contributes to increased wear resistance and durable operation of the hinge.

В ведомом ниппеле 16 симметрично относительно его оси установлен на неподвижной посадке палец 24, ось которого перпендикулярна оси ведомого ниппеля 16. По концам пальца 24 установлены вкладыши 25, размещенные в пазах 13 ведущей муфты 12 в области герметизированной рабочей полости 18.In the driven nipple 16 symmetrically with respect to its axis, a finger 24 is mounted on a fixed landing, the axis of which is perpendicular to the axis of the driven nipple 16. At the ends of the finger 24, liners 25 are installed, located in the grooves 13 of the drive sleeve 12 in the area of the sealed working cavity 18.

Взаимодействующие торцы ведомого ниппеля 16 и ведущей муфты 12 снабжены сменной пятой 26 и сменным подпятником 27 на эластичной опоре 28, выполненной из полиуретана. Такая опора в условиях бурения нефтяных и газовых скважин обладает улучшенными упругими свойствами по сравнению с другими известными эластичными материалами (например, резина и др.), не набухает под воздействием нефтепродуктов и химреагентов в буровом растворе, интенсивно сглаживает ударные осевые нагрузки, снижает вибрацию винтового забойного двигателя и тем способствует повышению его долговечности.The interacting ends of the driven nipple 16 and the drive sleeve 12 are provided with a removable heel 26 and a removable thrust bearing 27 on an elastic support 28 made of polyurethane. Such support in the conditions of drilling oil and gas wells has improved elastic properties compared to other known elastic materials (for example, rubber, etc.), does not swell under the influence of oil products and chemicals in the drilling fluid, intensively smoothes shock axial loads, reduces the vibration of the bottomhole screw engine and thereby contributes to its durability.

Ведомый ниппель 16, палец 24, вкладыши 25 и сменная пята 26 имеют систему осевых и радиальных каналов для подвода смазки к трущимся поверхностям шарнира. Палец 24 в средней части, кроме того, имеет наружную цилиндрическую проточку (на чертеже не показана) для прохода масла к сменной пяте 26 и сменному подпятнику 27, а вкладыши 25 - маслоподводящие канавки 29. Канавки 29 наклонены к оси движения вкладышей 25 вдоль пазов 13 ведущей муфты 12, что способствует выносу продуктов износа из рабочей зоны трения вкладышей 25 и притоку сюда свежей смазки. Боковые стенки канавок 29 скошены в виде трапеции или треугольника в сечении, что интенсифицирует образование масляного клина и способствует возникновению жидкостного трения в рабочей зоне вкладышей 25.The driven nipple 16, the finger 24, the liners 25 and the replacement heel 26 have a system of axial and radial channels for supplying lubricant to the rubbing surfaces of the hinge. The finger 24 in the middle part, in addition, has an external cylindrical groove (not shown) for the oil to pass to the replacement heel 26 and the replaceable thrust bearing 27, and the liners 25 have oil supply grooves 29. The grooves 29 are inclined to the axis of movement of the liners 25 along the grooves 13 leading clutch 12, which contributes to the removal of wear products from the friction zone of the liners 25 and the influx of fresh grease here. The side walls of the grooves 29 are beveled in the form of a trapezoid or triangle in cross section, which intensifies the formation of an oil wedge and contributes to the occurrence of liquid friction in the working area of the liners 25.

Наружный диаметр сферического участка сменной пяты 26 в 1,05-1,15 раза больше диаметра сменного подпятника 27, выполняемого обычно из более мягкого материала (бронза, латунь и др.). Это способствует работе сменной пяты 26 с постоянным перекрытием рабочей сферической поверхности сменного подпятника 27 при применяемых обычно в винтовых забойных двигателях углах перекосов осей ротора 4 и шпиндельного вала 9.The outer diameter of the spherical section of the removable heel 26 is 1.05-1.15 times the diameter of the removable thrust bearing 27, usually made of softer material (bronze, brass, etc.). This contributes to the work of the removable heel 26 with a constant overlap of the working spherical surface of the removable thrust bearing 27 when the angles of misalignment of the axes of the rotor 4 and spindle shaft 9 are usually used in downhole motors.

Радиус сферы сменной пяты 26 на 0,5-1,0 мм меньше радиуса сферы сменного подпятника 27. Это снижает концентрацию напряжений в пяте 26 и сменном подпятнике 27 и повышает нагрузочную способность и долговечность шарнира и винтового забойного двигателя.The radius of the sphere of the removable heel 26 is 0.5-1.0 mm smaller than the radius of the sphere of the removable thrust bearing 27. This reduces the stress concentration in the heel 26 and the replaceable thrust bearing 27 and increases the load capacity and durability of the hinge and downhole motor.

Опыт показывает, что выполнение наружных диаметров и радиусов сфер сменной пяты 26 и сменного подпятника 27 в указанных выше пределах при передаче осевых усилий снижает концентрацию напряжений в сменной пяте 26 и сменном подпятнике 27 и повышает нагрузочную способность и долговечность шарнира при работе с повышенными перекосом и смещением осей полого ротора 4 двигательной секции и шпиндельного вала 9.Experience shows that the implementation of the outer diameters and radii of the spheres of the removable heel 26 and the removable thrust bearing 27 within the above limits when transmitting axial forces reduces the stress concentration in the replaceable heel 26 and the replaceable thrust bearing 27 and increases the load capacity and durability of the hinge when working with increased skew and offset the axes of the hollow rotor 4 of the motor section and the spindle shaft 9.

Постоянные контакты сменной пяты 26 ведомого ниппеля 16 со сменным подпятником 27 ведущей муфты 12, а также наружных сферических поверхностей вкладышей 25 с внутренней цилиндрической поверхностью кожуха 14 обеспечивают передачу крутящего момента с равными угловыми скоростями, что очень важно для бесперебойной работы забойных датчиков телесистем.Permanent contacts of the removable heel 26 of the driven nipple 16 with the removable thrust bearing 27 of the drive clutch 12, as well as the outer spherical surfaces of the liners 25 with the inner cylindrical surface of the casing 14 provide torque transmission with equal angular speeds, which is very important for the smooth operation of downhole sensors of tele-systems.

Выполненная из полиуретана эластичная опора 28 сменного подпятника 27 эффективно снижает ударные осевые нагрузки и сглаживает вибрацию, идущую от долота. Это способствуют повышению долговечности винтового забойного двигателя.Made of polyurethane, the elastic support 28 of the removable thrust bearing 27 effectively reduces shock axial loads and smooths out vibration coming from the bit. This helps to increase the durability of the downhole screw motor.

Боковые поверхности рабочих граней 30 вкладышей 25, передающие крутящий момент, выполнены бомбинированными. Это снимает концентрацию напряжений, возникающую за счет краевого эффекта, и тем способствует повышению нагрузочной способности шарнира и в целом винтового забойного двигателя.The lateral surfaces of the working faces 30 of the liners 25, transmitting torque, are made bombarded. This relieves stress concentration arising due to the edge effect, and thereby contributes to an increase in the loading capacity of the hinge and, in general, the downhole motor.

Заполнение рабочей полости 18 смазывающей жидкостью при повернутом на 180° положении шарнира позволяет полностью вытеснить из полости атмосферный воздух, что предотвращает деформацию кожуха 14 и порыв эластичного гофрированного чехла 18 под давлением столба бурового раствора в 150-200 кгс/см² при работе на забое скважины.Filling the working cavity 18 with lubricating fluid when the hinge is turned 180 ° allows completely displacing atmospheric air from the cavity, which prevents deformation of the casing 14 and the rupture of the elastic corrugated cover 18 under a drilling column pressure of 150-200 kgf / cm ² when working on the bottom of the well .

Герметизированный маслонаполненный шарнир в сочетании с упругим торсионом 1 обеспечивает компенсацию повышенных до 3-5° перекосов осей полого ротора 4 двигательной и вала 9 шпиндельной секций винтового забойного двигателя, а также передачу крутящего момента и осевой нагрузки к шпиндельному валу 9 и долоту. За счет постоянного контакта наружной поверхности вкладышей 25 с кожухом 14 и боковых граней - с пазами 13 ведущей муфты 12, а также сферической сменной пяты 26 со сменным подпятником 27 шарнир обеспечивает равномерное вращение шпиндельного вала 9 и долота без колебаний угловых скоростей. Это повышает качество отработки буровых долот на забое скважины и увеличивает проходку на долото. Нормально, без сбоев работает телесистема.A sealed oil-filled joint in combination with an elastic torsion 1 provides compensation for increased up to 3-5 ° distortions of the axes of the hollow rotor 4 of the motor and shaft 9 of the spindle sections of the downhole motor, as well as the transmission of torque and axial load to the spindle shaft 9 and the bit. Due to the constant contact of the outer surface of the liners 25 with the casing 14 and the side faces - with the grooves 13 of the drive sleeve 12, as well as a spherical removable heel 26 with a removable thrust bearing 27, the hinge ensures uniform rotation of the spindle shaft 9 and the bit without fluctuating angular velocities. This improves the quality of drilling bits at the bottom of the well and increases the penetration of the bit. Normally, the telesystem works without failures.

Винтовой забойный двигатель в сборе своим верхним переводником 2 двигательной секции крепится к телесистеме (на чертеже не показана) и спускается на бурильных трубах на забой скважины. К нижнему концу шпиндельного вала 9 через переводник с калибратором 31 крепится породоразрушающий инструмент - буровое долото (не показано).The downhole motor assembly with its upper sub 2 of the engine section is attached to the telesystem (not shown in the drawing) and descends on the bottom of the well on drill pipes. A rock cutting tool — a drill bit (not shown) —is attached to the lower end of the spindle shaft 9 through an adapter with a calibrator 31.

Винтовой забойный двигатель работает следующим образом. Под действием перепада давления бурового раствора, подаваемого по бурильным трубам буровыми насосами в направлении "Вход", вращение винтового полого ротора 4 двигательной секции передается через упругий торсион 1 и герметизированный маслонаполненный шарнир шпиндельному валу 9 и долоту.Screw downhole motor operates as follows. Under the influence of the differential pressure of the drilling fluid supplied through the drill pipes by the drilling pumps in the direction of “Inlet”, the rotation of the screw hollow rotor 4 of the motor section is transmitted through the elastic torsion 1 and the sealed oil-filled joint to the spindle shaft 9 and the bit.

Проходя между полым ротором 4 и статором, буровой раствор омывает герметизированный маслонаполненный шарнир и через боковые проходы в шпиндельном валу 9 поступает по его внутреннему каналу к долоту в направлении "Выход", вынося по затрубному пространству выбуренную породу на дневную поверхность.Passing between the hollow rotor 4 and the stator, the drilling fluid washes the sealed oil-filled joint and, through the side passages in the spindle shaft 9, enters the bit in the "Exit" direction through its internal channel and carries drill cuttings through the annulus to the surface.

При передаче осевого усилия, создаваемого перепадом давления бурового раствора на полый ротор 4, и крутящего момента, вращающего долото, силовой поток в шарнире разделяется по двум направлениям. Осевое усилие воспринимается сменной пятой 26 и сменным подпятником 27, а крутящий момент - рабочими поверхностями бомбинированных граней 30 вкладышей 25, перемещающихся во время работы вдоль боковых стенок пазов 13 муфты 12 при фазе "вправо-влево" и одновременно поворачивающихся относительно пальца 24 при фазе "вперед-назад". При этом осевые усилия воспринимаются упорно-радиальным подшипником 10 шпиндельного вала 9, а вращение и крутящий момент передаются к долоту плавно без колебаний угловых скоростей, т. е. имеет место шарнир равных угловых скоростей. Это положительно сказывается на работе датчиков телесистемы, ее надежности и долговечности.When transmitting the axial force created by the differential pressure of the drilling fluid to the hollow rotor 4, and the torque rotating the bit, the power flow in the hinge is divided in two directions. The axial force is perceived by the removable heel 26 and the removable thrust bearing 27, and the torque by the working surfaces of the bombed faces 30 of the liners 25, moving during operation along the side walls of the grooves 13 of the sleeve 12 during the phase "to the left and simultaneously turning relative to the finger 24 during the phase" back and forth". In this case, the axial forces are perceived by the thrust-radial bearing 10 of the spindle shaft 9, and the rotation and torque are transmitted to the bit smoothly without fluctuations in angular velocities, i.e., a hinge of equal angular velocities takes place. This has a positive effect on the operation of the telesystem sensors, its reliability and durability.

Наклонные маслоподводящие канавки 29 на рабочих поверхностях граней 30 вкладышей 25 усиливают интенсивность подачи жидкого масла к рабочим поверхностям боковых стенок пазов 13 муфты 12 и рабочим граням вкладышей 25 и интенсивно смывают продукты износа из зоны трения, а скошенные боковые стенки канавок способствуют возникновению жидкостного трения.The inclined oil supply grooves 29 on the working surfaces of the faces 30 of the liners 25 increase the intensity of liquid oil supply to the working surfaces of the side walls of the grooves 13 of the sleeve 12 and the working faces of the liners 25 and intensively wash the wear products from the friction zone, and the beveled side walls of the grooves contribute to the occurrence of fluid friction.

В процессе работы винтового забойного двигателя в герметизированной рабочей полости 18 в месте установки эластичного гофрированного чехла 17 оседают под действием гравитационных сил взвешенные частицы, освобождая верхнюю часть рабочей полости 18 от продуктов износа. Таким образом, смазывающая жидкость в зоне работы вкладышей 25, сменной пяты 26 и сменного подпятника 27 постоянно самоочищается от продуктов износа, т. е. имеет место самоочищающийся шарнир равных угловых скоростей.In the process of running a downhole motor in a sealed working cavity 18 at the installation site of the elastic corrugated cover 17, suspended particles settle under the action of gravitational forces, freeing the upper part of the working cavity 18 from wear products. Thus, the lubricating fluid in the working area of the liners 25, the removable heel 26 and the removable thrust bearing 27 is constantly self-cleaning from wear products, i.e., a self-cleaning joint of equal angular velocities takes place.

Винтовой забойный двигатель с кривым переводником, конструктивно выполненный в сочетании с предлагаемым решением шарнира, обладает повышенной надежностью и долговечностью и плавностью работы, что способствует надежной и долговечной работе телесистем при бурении горизонтальных и наклонно направленных нефтяных и газовых скважин.The downhole screw motor with a curved sub, structurally executed in combination with the proposed hinge solution, has increased reliability and durability and smooth operation, which contributes to the reliable and long-lasting operation of tele-systems when drilling horizontal and directional oil and gas wells.

Claims

1. A downhole screw motor comprising a motor section, in which the hollow rotor is connected with an elastic torsion bar in its upper part, a spindle section, the casing of which is connected to the casing of the motor section by a curved sub, and a hinge connecting the spindle shaft with the elastic torsion bar, characterized in that the hinge contains a lead coupling with grooves connected to a casing having an inner end, a driven nipple with a finger on a fixed fit, the axes of which are perpendicular to each other, and an elastic corrugated cover, the working cavity with a casing filled with a lubricating fluid; in this case, liners placed in the slots of the drive clutch are installed on the fingers, and the interacting ends of the driven nipple and the drive clutch are equipped with interchangeable heel and elastic thrust bearing.

2. The downhole screw motor according to claim 1, characterized in that the lateral surfaces of the working faces of the liners are made bombarded and provided with inclined oil-supplying grooves with beveled side walls.

3. The downhole screw motor according to claim 1, characterized in that the elastic bearing of the thrust bearing is made of polyurethane.