RU2232244C1 - Pit-face engine - Google Patents

Pit-face engine Download PDF

Info

Publication number
RU2232244C1
RU2232244C1 RU2002130419/03A RU2002130419A RU2232244C1 RU 2232244 C1 RU2232244 C1 RU 2232244C1 RU 2002130419/03 A RU2002130419/03 A RU 2002130419/03A RU 2002130419 A RU2002130419 A RU 2002130419A RU 2232244 C1 RU2232244 C1 RU 2232244C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output shaft
hollow output
flow
drilling
ports
Prior art date
Application number
RU2002130419/03A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002130419A (en
Inventor
М.В. Шардаков (RU)
М.В. Шардаков
С.А. Лузгин (RU)
С.А. Лузгин
Original Assignee
Шардаков Михаил Валерьевич
Лузгин Сергей Анатольевич
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Шардаков Михаил Валерьевич, Лузгин Сергей Анатольевич filed Critical Шардаков Михаил Валерьевич
Priority to RU2002130419/03A priority Critical patent/RU2232244C1/en
Publication of RU2002130419A publication Critical patent/RU2002130419A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2232244C1 publication Critical patent/RU2232244C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: drilling equipment engineering.
SUBSTANCE: device has driving section and spindle section consisting of body, hollow output shaft, axial support, radial support. In body of spindle section opposite to ports for liquid flow into hollow output shaft not moveably relatively to the body a through flow bushing is placed serving as additional radial support and made with inner channels. Ports for flow of washing liquid in hollow output shaft and inner channels of through flow bushing are placed in such a way that bushing periodically covers ports for liquid flow during rotation of hollow output shaft. Axial support of hollow output shaft is spring-loaded.
EFFECT: higher drilling productiveness due to more effective destruction of rock by chisel during forcing of, except rotational, also additional axial vibrations(strikes) onto the chisel and better washing of pit-face of slurry by working fluid due to its feeding into pit-face area in form of portions forming impulse hydraulic strikes in drilling area.
2 cl, 4 dwg

Description

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

Известны забойные двигатели, состоящие из двигательной и шпиндельной секции, включающей корпус, полый выходной вал, осевую опору и радиальные опоры (см. книги: Расчет, конструирование и эксплуатация турбобуров, М.: Недра, 1976 г., стр.50-56; Винтовые забойные двигатели, М.: Недра, 1999 г., стр.18, стр.32-35).Known downhole motors, consisting of a motor and spindle sections, including a housing, a hollow output shaft, axial support and radial bearings (see books: Calculation, design and operation of turbodrills, M .: Nedra, 1976, pp. 50-56; Screw downhole motors, M .: Nedra, 1999, p. 18, p. 32-35).

При работе данных забойных двигателей долоту придается только вращательное движение при промывке забойной зоны относительно постоянным, не меняющимся по расходу потоком рабочей жидкости. Разрушение породы происходит последовательным срезанием ее слоев при вращении долота.During operation of these downhole motors, the bit is only given a rotational movement when flushing the bottomhole zone with a relatively constant, unchanged flow rate of the working fluid. The destruction of the rock occurs by sequential cutting of its layers during the rotation of the bit.

Известен винтовой забойный двигатель по патенту №2110660 (опубл. 20.07.2002), содержащий секцию рабочих органов, включающую статор и эксцентрично установленный внутри него ротор, секцию шпиндельную, содержащую корпус, полый выходной вал, осевые и радиальные опоры, соединительную муфту с окнами для пропуска промывочной жидкости через полый выходной вал, установленную на полом выходном валу, и узел кинематического соединения ротора с полым выходным валом секции шпиндельной, причем он содержит дополнительную радиальную опору, установленную на соединительной муфте в зоне ниже окон для пропуска промывочной жидкости, для взаимодействия наружной поверхности соединительной муфты с внутренней поверхностью дополнительной радиальной опоры, причем дополнительная радиальная опора закреплена в корпусе неподвижно.Known downhole screw motor according to patent No. 2110660 (publ. July 20, 2002), comprising a working body section including a stator and an eccentrically mounted rotor inside it, a spindle section containing a housing, a hollow output shaft, axial and radial bearings, a coupling with windows for the passage of flushing fluid through the hollow output shaft mounted on the hollow output shaft, and the kinematic assembly of the rotor with the hollow output shaft of the spindle section, and it contains an additional radial support mounted on soy extension sleeve in the area below the windows for the passage of flushing fluid, for the interaction of the outer surface of the coupling with the inner surface of the additional radial bearings, and the additional radial bearing is fixed in the housing motionless.

При работе данного забойного двигателя долоту придается только вращательное движение при промывке забойной зоны относительно постоянным, не меняющимся по расходу потоком рабочей жидкости. Разрушение породы происходит последовательным срезанием ее слоев при вращении долота.During operation of this downhole motor, the bit is only given a rotational movement when flushing the bottomhole zone with a relatively constant, unchanged flow rate of the working fluid. The destruction of the rock occurs by sequential cutting of its layers during the rotation of the bit.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения производительности бурения за счет более эффективного разрушения горной породы долотом при придании долоту помимо вращательного еще и дополнительных осевых колебаний (ударов) и лучшей промывки забоя от шлама рабочей жидкостью за счет поступления ее в забойную зону в виде порций, создающих импульсные гидроудары в зоне бурения.The present invention solves the problem of increasing drilling productivity due to more efficient destruction of the rock by the bit when giving the bit, in addition to rotational, additional axial vibrations (impacts) and better washing of the bottom from the sludge by the working fluid due to its entering the bottomhole zone in the form of portions that create pulsed water hammer in the drilling zone.

Для достижения указанного технического результата в забойном двигателе, содержащем двигательную секцию и шпиндельную секцию, состоящую из корпуса, полого выходного вала, осевой опоры, радиальных опор, в корпусе шпиндельной секции напротив окон для протока жидкости в полый выходной вал неподвижно по отношению к корпусу расположена проточная втулка, служащая дополнительной радиальной опорой, выполненная с внутренними каналами, и при этом окна для пропуска промывочной жидкости в полый выходной вал и внутренние каналы проточной втулки расположены таким образом, что втулка периодически перекрывает при повороте полого выходного вала окна для протока жидкости, причем осевая опора полого выходного вала может быть подпружинена.To achieve the technical result, in a downhole motor containing a motor section and a spindle section, consisting of a housing, a hollow output shaft, an axial support, radial bearings, in the housing of the spindle section opposite the windows for fluid flow into the hollow output shaft, the flowing motionless is relative to the housing a sleeve serving as an additional radial support, made with internal channels, while windows for passing washing fluid into the hollow output shaft and internal channels of the flow sleeve are laid such that the sleeve overlaps periodically when turning the hollow output shaft for fluid flow window, wherein the axial support of the hollow output shaft may be biased.

Отличительными признаками предлагаемого забойного двигателя от указанного выше, наиболее близкого к нему, является то, что в корпусе шпиндельной секции напротив окон для протока жидкости в полый выходной вал неподвижно по отношению к корпусу расположена проточная втулка, служащая дополнительной радиальной опорой, выполненная с внутренними каналами, и при этом окна для пропуска промывочной жидкости в полый выходной вал и внутренние каналы проточной втулки расположены таким образом, что втулка периодически перекрывает при повороте полого выходного вала окна для протока жидкости, причем осевая опора полого выходного вала может быть подпружинена.Distinctive features of the proposed downhole motor from the above, closest to it, is that in the housing of the spindle section opposite the windows for the flow of fluid into the hollow output shaft, the flow sleeve, which serves as an additional radial support, made with internal channels, is stationary with respect to the housing, and at the same time, the windows for passing the flushing fluid into the hollow output shaft and the internal channels of the flowing sleeve are located so that the sleeve periodically overlaps when turning the floor th output shaft box for fluid flow, wherein the axial support of the hollow output shaft may be biased.

Благодаря наличию этих признаков повышается производительность бурения за счет более эффективного разрушения горной породы долотом. Долоту помимо вращательного придаются еще и дополнительные осевые колебания (удары) улучшается промывка забоя от шлама рабочей жидкостью за счет поступления ее в забойную зону в виде порций, создающих импульсные гидроудары в зоне бурения.Due to the presence of these features, drilling productivity is improved due to more efficient rock destruction with a chisel. In addition to the rotary bit, additional axial vibrations (impacts) are also added; washing of the bottom from the sludge with the working fluid improves due to its entry into the bottomhole zone in the form of portions that create pulsed water hammer in the drilling zone.

Предлагаемый забойный двигатель иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-4:The proposed downhole motor is illustrated by the drawings shown in figures 1-4:

на фиг.1 показана двигательная секция забойного двигателя (вариант винтового забойного двигателя);figure 1 shows the engine section of the downhole motor (a variant of the downhole screw motor);

на фиг.2 - шпиндельная секция забойного двигателя;figure 2 - spindle section of the downhole motor;

на фиг.3 - разрез А-А на фиг.1 (положение полого выходного вала, когда проток открыт);figure 3 is a section aa in figure 1 (the position of the hollow output shaft when the duct is open);

на фиг.4 - разрез А-А на фиг.1 (положение полого выходного вала, когда проток закрыт).figure 4 is a section aa in figure 1 (the position of the hollow output shaft when the duct is closed).

Забойный двигатель содержит двигательную секцию (фиг.1) и шпиндельную секцию (фиг.2), состоящую из корпуса 1, полого выходного вала 4, осевой опоры 7, радиальных опор 10. В корпусе шпиндельной секции 1 забойного двигателя вращательно-ударного действия выше верхней радиальной опоры 2 неподвижно по отношению к корпусу расположена проточная втулка 3 с каналами на ее внутренней поверхности, служащая дополнительной радиальной опорой, а полый выходной вал 4 или соединительная муфта 5 имеют окна 6 для протока бурового раствора внутрь полого выходного вала к долоту, которые при вращении полого выходного вала от двигательной секции периодически перекрываются внутренней поверхностью проточной втулки 3 (фиг.3), а осевая опора 7 полого выходного вала подпружинена тарельчатыми пружинами 8, дающими возможность осевого перемещения полого выходного вала относительно корпуса на 1-2 мм в пределах жесткости пружин и осевого усилия на долоте.The downhole motor comprises a motor section (Fig. 1) and a spindle section (Fig. 2) consisting of a housing 1, a hollow output shaft 4, an axial support 7, radial bearings 10. In the casing of the spindle section 1 of a downhole motor of rotary-impact action above the upper radial bearings 2 motionless sleeve 3 is located relative to the housing with channels on its inner surface, which serves as an additional radial support, and the hollow output shaft 4 or the coupling 5 have windows 6 for the flow of drilling fluid into the hollow outlet to the bit, which when rotating the hollow output shaft from the engine section periodically overlap the inner surface of the flow sleeve 3 (Fig.3), and the axial support 7 of the hollow output shaft is spring-loaded with Belleville springs 8, allowing axial movement of the hollow output shaft relative to the housing by 1- 2 mm within the limits of spring stiffness and axial force on the bit.

Работа забойного двигателя осуществляется следующим образом. Рабочая жидкость (буровой раствор) от бурового насоса под давлением до 20 МПа поступает по бурильной колонне к низу буровой колонны в двигательную секцию забойного двигателя и имеет давление перед входом в двигательную секцию P1 (фиг.1). Пройдя через двигательную секцию, рабочая жидкость вызывает вращение ротора 9 (турбинного вала) и имеет на входе в шпиндельную секцию давление Р2. При положении полого выходного вала относительно проточной втулки в положении, когда проток закрыт (фиг.4), давление Р2 резко повышается и стремится быть равным давлению P1 за счет инерции (кинетической энергии потока). Расход рабочей жидкости в двигательных секциях составляет от 0,5 (Д-42) до 50 л/с (Д1-240, Т12РТ-240). Далее при повороте ротора (турбинного вала) поворачивается полый выходной вал, ротор (турбинный вал) и полый выходной вал жестко соединены между собой торсионом или соединительной муфтой относительно проточной втулки, жестко закрепленной в корпусе, и открываются окна для протока рабочей жидкости во внутрь полого выходного вала к долоту. Давление Р2 резко уменьшается, разность давлений P1 и Р2 (перепад давления) на двигательной секции изменяется, расход жидкости скачкообразно увеличивается. Далее процесс повторяется, т.е. проток рабочей жидкости перекрывается проточной втулкой. При повороте полого выходного вала на один оборот происходит 4-кратное перекрытие и открытие потока рабочей жидкости.The work of the downhole motor is as follows. The working fluid (drilling fluid) from the mud pump under pressure up to 20 MPa enters through the drill string to the bottom of the drill string to the engine section of the downhole motor and has a pressure before entering the engine section P 1 (Fig. 1). After passing through the motor section, the hydraulic fluid causes rotation of the rotor 9 (turbine shaft) and has a spindle inlet section pressure P 2. When the position of the hollow output shaft relative to the flow sleeve in the position when the duct is closed (figure 4), the pressure P 2 rises sharply and tends to be equal to the pressure P 1 due to inertia (kinetic energy of the flow). The flow rate of the working fluid in the engine sections is from 0.5 (D-42) to 50 l / s (D1-240, T12RT-240). Then, when the rotor (turbine shaft) is rotated, the hollow output shaft is rotated, the rotor (turbine shaft) and the hollow output shaft are rigidly interconnected by a torsion bar or coupling relative to the flow sleeve rigidly fixed in the housing, and windows for the flow of working fluid into the hollow output are opened shaft to the bit. The pressure P 2 decreases sharply, the pressure difference P 1 and P 2 (differential pressure) on the engine section changes, the fluid flow increases spasmodically. Then the process is repeated, i.e. the working fluid duct is blocked by the flow sleeve. When the hollow output shaft is rotated one revolution, a 4-fold overlap and opening of the working fluid flow occurs.

Количество каналов проточной втулки и отверстий полого выходного вала (соединительной муфты) меняют в зависимости от условий бурения (твердости горной породы и необходимой энергии и частоты удара). Количество перекрытий потока может быть от 1 до 12 и более раз за один оборот полого выходного вала. Периодическое изменение перепада давления в двигательной секции вызывает периодическое изменение гидравлической выталкивающей осевой силы, действующей на ротор (турбинный вал), и т.к. ротор (турбинный вал) жестко соединен с полым выходным валом посредством торсиона или соединительной муфты, и полый выходной вал имеет возможность осевого перемещения в пределах жесткости тарельчатых пружин, ограничивающих его перемещение, то полый выходной вал и долото получают помимо вращательного еще и переменные осевые перемещения (удары) с частотой, пропорциональной количеству каналов проточной втулки и частоте вращения полого выходного вала, а рабочая жидкость поступает в зону бурения в виде волновых порций (импульсных гидроударов), обеспечивающих лучшую промывку (удаление) разрушенной породы (шлама) из забоя, повышается производительность бурения за счет более эффективного разрушения горной породы.The number of channels of the flow sleeve and the holes of the hollow output shaft (coupler) vary depending on the drilling conditions (rock hardness and the required energy and frequency of impact). The number of flow overlaps can be from 1 to 12 or more times per revolution of a hollow output shaft. A periodic change in the pressure drop in the engine section causes a periodic change in the hydraulic buoyancy axial force acting on the rotor (turbine shaft), and since the rotor (turbine shaft) is rigidly connected to the hollow output shaft by means of a torsion bar or a coupling, and the hollow output shaft has the possibility of axial movement within the stiffness of the Belleville springs limiting its movement, then the hollow output shaft and bit also receive variable axial displacements ( shocks) with a frequency proportional to the number of channels of the flow sleeve and the rotational speed of the hollow output shaft, and the working fluid enters the drilling zone in the form of wave portions (pulsed water hammer o), providing better flushing (removal) of the destroyed rock (sludge) from the bottom, increases drilling productivity due to more efficient destruction of the rock.

Claims (2)

1. Забойный двигатель, содержащий двигательную секцию и шпиндельную секцию, состоящую из корпуса, полого выходного вала, осевой опоры, радиальных опор, отличающийся тем, что в корпусе шпиндельной секции напротив окон для протока жидкости в полый выходной вал неподвижно по отношению к корпусу расположена проточная втулка, служащая дополнительной радиальной опорой, выполненная с внутренними каналами, и при этом окна для пропуска промывочной жидкости в полый выходной вал и внутренние каналы проточной втулки расположены таким образом, что втулка периодически перекрывает при повороте полого выходного вала окна для протока жидкости.1. A downhole motor comprising a motor section and a spindle section, consisting of a housing, a hollow output shaft, an axial support, radial bearings, characterized in that in the housing of the spindle section opposite the windows for fluid flow into the hollow output shaft, the flowing motionless is relative to the housing a sleeve that serves as an additional radial support, made with internal channels, while the windows for passing the washing liquid into the hollow output shaft and the internal channels of the flow sleeve are located so that ulka periodically closes by rotating the hollow output shaft box for fluid flow. 2. 3абойный двигатель по п.1, отличающийся тем, что осевая опора полого выходного вала подпружинена.2. The desktop engine according to claim 1, characterized in that the axial support of the hollow output shaft is spring-loaded.
RU2002130419/03A 2002-11-12 2002-11-12 Pit-face engine RU2232244C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002130419/03A RU2232244C1 (en) 2002-11-12 2002-11-12 Pit-face engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002130419/03A RU2232244C1 (en) 2002-11-12 2002-11-12 Pit-face engine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2002130419A RU2002130419A (en) 2004-05-20
RU2232244C1 true RU2232244C1 (en) 2004-07-10

Family

ID=33413249

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002130419/03A RU2232244C1 (en) 2002-11-12 2002-11-12 Pit-face engine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2232244C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1430199B1 (en) An inverted motor for drilling
US6439318B1 (en) Downhole apparatus
US6279670B1 (en) Downhole flow pulsing apparatus
CN104533283B (en) One surge circumference torsional impact generator
CN103256007B (en) Underground dynamic pressurizing drilling rig
CN107664013A (en) Vane type axial and circumferential composite impact device
JP6777363B2 (en) Multi-fluid drilling system
NO20110518A1 (en) Pulse Generator
CN106639864A (en) Vibrating impacting short piece
US2750154A (en) Drilling tool
EP2754850B1 (en) An apparatus and method for cutting a wellbore
RU2232244C1 (en) Pit-face engine
RU29552U1 (en) Downhole motor
CN106639882A (en) While-drilling micro hole opener in sliding drilling mode
CN203655160U (en) Mixed-flow type underground power pressurizing drilling tool
RU2029848C1 (en) In-stope hydraulic power low frequency impactor
RU2195542C1 (en) Turbodrill
RU2305743C1 (en) Downhole motor
SU927947A1 (en) Percussive earth-drilling tool
US20220325609A1 (en) Tubing obstruction removal device
RU61770U1 (en) BOTTOM HYDRAULIC ENGINE
RU2285102C1 (en) Downhole motor
RU2061848C1 (en) Device for well shooting
CN116065949A (en) Axial impactor and rotary impact drilling tool based on rotary impeller driving
SU717270A1 (en) Borehole-drilling apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20091113