RU2255194C1

RU2255194C1 - Boring rig

Info

Publication number: RU2255194C1
Application number: RU2004106077/03A
Authority: RU
Inventors: В.А. Иванов (RU); В.А. Иванов; В.И. Некрасов (RU); В.И. Некрасов; В.В. Новоселов (RU); В.В. Новоселов
Priority date: 2004-03-01
Filing date: 2004-03-01
Publication date: 2005-06-27

Abstract

FIELD: oil and gas well boring equipment.

SUBSTANCE: boring rig comprises turbodrill, drill bit and reducer including several planetary mechanisms and installed in-between. Sun gears of both planetary mechanisms are secured to turbodrill rotor shaft. Carrier with plane pinion axes of upper planetary mechanism is connected to boring rig body. Ring gear is attached to upper link of drill bit. Ring gear of lower planetary mechanism is linked with plane pinion axes of upper planetary mechanism, carrier thereof is connected with lower link of drill bit.

EFFECT: increased efficiency due to increase in turbodrill rotor speed up to optimal value, reduced number of turbodrill steps and hydraulic resistance thereof, increased flushing liquid flow velocity, reduced reactive moment on turbodrill stator and pipe string.

1 dwg

Description

Изобретение относится к бурению скважин для газо- и нефтедобычи.The invention relates to the drilling of wells for gas and oil production.

Известно буровое устройство, состоящее из турбобура и бурового долота (Касьянов В.М. Гидромашины и компрессоры. - М.: Недра, 1970. – 232 с.; Иогансен К.В. Спутник буровика. - М.: Недра, 1981. – 199 с.).A drilling device is known, consisting of a turbodrill and a drill bit (Kasyanov V.M. Hydraulic machines and compressors. - M .: Nedra, 1970. - 232 p .; Johansen K.V. Sputnik driller. - M .: Nedra, 1981. - 199 s.).

Турбобур, предназначенный для вращения бурового долота при бурении скважин, представляет собой многоступенчатую гидравлическую турбину, приводимую в действие потоком промывочной жидкости от бурового насоса. Каждая ступень турбины состоит из двух лопаточных систем: неподвижной (статор) и вращающейся (ротор) (Касьянов В.М., С.14-16). Буровое долото, предназначенное для разрушения породы, установлено на валу ротора турбины и представляет собой, как правило, лопасти с рабочими кромками (Иогансен К.В., С.10-13).A turbo-drill designed to rotate a drill bit when drilling wells is a multi-stage hydraulic turbine driven by a flow of flushing fluid from a mud pump. Each stage of the turbine consists of two blade systems: fixed (stator) and rotating (rotor) (Kasyanov V.M., S.14-16). A drill bit designed to destroy the rock is mounted on the turbine rotor shaft and, as a rule, is a blade with working edges (K. Johansen, S.10-13).

Буровое устройство имеет невысокую эффективность, так как гидравлическая турбина работает в неоптимальном режиме из-за невысокой частоты вращения ротора, которая ограничивается условиями работы бурового долота, установленного на валу ротора. Большое число ступеней турбины, необходимое для создания высокого вращающего момента, снижает КПД из-за значительного гидравлического сопротивления, оказываемого лопаточными системами многоступенчатых турбобуров. Это гидравлическое сопротивление приводит к уменьшению скорости потока промывочной жидкости, что вызывает снижение критической скорости восходящего потока - так называемая скорость витания, представляющая собой такую скорость течения жидкости, при которой твердые частицы остаются во взвешенном состоянии, т.е. не увлекаются вверх и не падают вниз.The drilling device has low efficiency, since the hydraulic turbine is operating in a suboptimal mode due to the low rotor speed, which is limited by the operating conditions of the drill bit mounted on the rotor shaft. The large number of turbine stages necessary to create a high torque reduces the efficiency due to the significant hydraulic resistance exerted by the blade systems of multi-stage turbodrills. This hydraulic resistance leads to a decrease in the flow rate of the flushing fluid, which causes a decrease in the critical velocity of the upward flow - the so-called soaring speed, which is such a flow velocity of the fluid at which solid particles remain in suspension, i.e. Do not get carried up and do not fall down.

Задачей изобретения является повышение эффективности работы бурового устройства.The objective of the invention is to increase the efficiency of the drilling device.

Технический результат изобретения - увеличивается производительности бурового устройства за счет роста частоты вращения ротора турбобура до оптимального значения.The technical result of the invention is increased productivity of the drilling device due to the increase in the rotational speed of the rotor of the turbodrill to the optimum value.

Указанный технический результат достигается тем, что в буровом устройстве, содержащем турбобур и буровое долото, между турбобуром и буровым долотом установлен редуктор, состоящий из двух планетарных механизмов, солнечные шестерни обоих планетарных механизмов закреплены на валу ротора турбобура, у верхнего планетарного механизма водило с осями сателлитов закреплено к корпусу бурового устройства, а эпициклическое колесо соединено с верхним звеном бурового долота; у нижнего планетарного механизма эпициклическое колесо закреплено к осям сателлитов верхнего планетарного механизма, а водило соединено с нижним звеном бурового долота.The specified technical result is achieved by the fact that in the drilling device containing the turbo-drill and the drill bit, a gearbox is installed between the turbo-drill and the drill bit, consisting of two planetary gears, the sun gears of both planetary gears are mounted on the rotor shaft of the turbo-drill, at the upper planetary gear carrier with satellite axles fixed to the body of the drilling device, and the epicyclic wheel is connected to the upper link of the drill bit; at the lower planetary gear, the epicyclic wheel is fixed to the satellite axes of the upper planetary gear, and the carrier is connected to the lower link of the drill bit.

Установка редуктора между турбобуром и буровым долотом позволяет при невысокой частоте вращения бурового долота (8-12 об/с) увеличить частоту вращения ротора турбобура. Вращающий момент на валу ротора зависит от частоты вращения во второй степени. Увеличение частоты вращения ротора приводит к значительному росту вращающего момента, что позволяет уменьшить число ступеней турбобура и его гидравлическое сопротивление, повысить скорость потока промывочной жидкости и эффективность работы бурового устройства. Реактивный момент на статоре турбобура, воспринимаемый колонной труб, резко уменьшается за счет вращения звеньев бурового долота в противоположных направлениях.The installation of a gearbox between the turbodrill and the drill bit allows for a low rotational speed of the drill bit (8-12 r / s) to increase the rotor speed of the turbodrill. The torque on the rotor shaft depends on the speed of rotation in the second degree. Increasing the rotor speed leads to a significant increase in torque, which reduces the number of stages of the turbodrill and its hydraulic resistance, increases the flow rate of flushing fluid and the efficiency of the drilling device. The reactive moment at the turbo-drill stator, perceived by the pipe string, sharply decreases due to rotation of the drill bit in opposite directions.

На чертеже представлена схема бурового устройства.The drawing shows a diagram of a drilling device.

Буровое устройство содержит турбобур и буровое долото. В корпусе (трубе) 1 бурового устройства расположены ступени турбины, состоящие из двух лопастных систем: статор 2 и ротор 3 (показана только одна ступень турбины). Между турбобуром и буровым долотом установлен редуктор. На валу 4 ротора 3 турбобура закреплены солнечные шестерни 5 и 6 планетарных механизмов - верхнего и нижнего. Солнечная шестерня 5 зацеплена с сателлитами 7, установленными на осях 8 водила, закрепленных на корпусе 1 бурового устройства. Эпициклическое колесо 9 трубчатым валом 10 соединено с верхним звеном 11 бурового долота. Солнечная шестерня 6 зацеплена с сателлитами 12, установленными на осях водила 13, который валом 14, расположенным внутри трубчатого вала 10, соединен с нижним звеном 15 бурового долота. Сателлиты 12 зацеплены также с эпициклическим колесом 16, которое закреплено на осях 8 водила, закрепленных на корпусе 1 бурового устройства.The drilling device comprises a turbodrill and a drill bit. In the housing (pipe) 1 of the drilling device, turbine stages are located, consisting of two blade systems: stator 2 and rotor 3 (only one turbine stage is shown). A gearbox is installed between the turbodrill and the drill bit. On the shaft 4 of the rotor 3 of the turbodrill, the sun gears 5 and 6 of the planetary mechanisms are fixed - upper and lower. The sun gear 5 is engaged with the satellites 7 mounted on the axles 8 of the carrier mounted on the housing 1 of the drilling device. The epicyclic wheel 9 is connected by a tubular shaft 10 to the upper link 11 of the drill bit. The sun gear 6 is engaged with the satellites 12 mounted on the axles of the carrier 13, which is connected to the lower link 15 of the drill bit by a shaft 14 located inside the tubular shaft 10. The satellites 12 are also engaged with the epicyclic wheel 16, which is fixed on the axles 8 of the carrier, mounted on the housing 1 of the drilling device.

Работа бурового устройства осуществляется следующим образом. Поток промывочной жидкости, поступающей от бурового насоса по корпусу (трубе) 1 бурового устройства, воздействует на лопаточные системы турбобура: статор 2 и ротор 3, приводит во вращение вал 4 ротора турбобура. Вращающий момент от вала 4 солнечными шестернями 5 и 6 передается на сателлиты 7 и 12. Сателлиты 7, вращаясь на осях 8 водила, закрепленных относительно корпуса 1, вращают эпициклическое колесо 9, трубчатый вал 10 и верхнее звено 11 бурового долота в направлении, противоположном вращению вала 4 ротора 3 турбины. Вращающий момент на верхнем звене 11 бурового долота увеличится и составит К по отношению к вращающему моменту на солнечной шестерне 5. Где К - внутренний параметр планетарного механизма, равный отношению числа зубьев эпициклического колеса 9 к числу зубьев солнечной шестерни 5. Солнечная шестерня 6 вращает сателлиты 12, которые, обкатываясь по эпициклическому колесу 16, остановленному осями 8 относительно корпуса 1, вращают водило 13, вал 14 и нижнее звено 15 бурового долота в направлении противоположном верхнему звену 11 бурового долота и совпадающим с направлением вращения вала 4 ротора турбины. Вращающий момент на этом звене также увеличится и составит К+1 по отношению к вращающему моменту на солнечной шестерне 6. Режущие кромки нижнего 15 и верхнего 11 звеньев бурового долота, вращаясь в противоположных направлениях, разрушают буровую породу, которая вымывается потоком промывочной жидкости и выносится к устью скважины.The operation of the drilling device is as follows. The flow of flushing fluid from the mud pump through the housing (pipe) 1 of the drilling device acts on the turbo-drill blade systems: stator 2 and rotor 3, and rotates the shaft 4 of the turbo-drill rotor. The torque from the shaft 4 by the sun gears 5 and 6 is transmitted to the satellites 7 and 12. The satellites 7, rotating on the axles 8 of the carrier, fixed relative to the housing 1, rotate the epicyclic wheel 9, the tubular shaft 10 and the upper link 11 of the drill bit in the opposite direction to the rotation shaft 4 of the rotor 3 of the turbine. The torque at the upper link 11 of the drill bit will increase and will be K relative to the torque on the sun gear 5. Where K is the internal parameter of the planetary mechanism, equal to the ratio of the number of teeth of the epicyclic wheel 9 to the number of teeth of the sun gear 5. The sun gear 6 rotates the satellites 12 which, rolling around the epicyclic wheel 16 stopped by the axles 8 relative to the housing 1, rotate the carrier 13, the shaft 14 and the lower link 15 of the drill bit in the direction opposite to the upper link 11 of the drill bit and coincide with the direction of rotation of the shaft 4 of the turbine rotor. The torque on this link will also increase and will be K + 1 relative to the torque on the sun gear 6. The cutting edges of the lower 15 and upper 11 links of the drill bit, rotating in opposite directions, destroy the drilling rock, which is washed out by the flow of flushing fluid and carried out to wellhead.

Эффективность работы бурового устройства увеличивается за счет повышения частоты вращения ротора турбобура до оптимального значения, уменьшения числа ступеней турбобура и его гидравлического сопротивления, повышения скорости потока промывочной жидкости и снижения реактивного момента на статоре турбобура и колонне труб.The efficiency of the drilling device is increased by increasing the rotor speed of the turbo-drill to the optimum value, reducing the number of stages of the turbo-drill and its hydraulic resistance, increasing the flow rate of flushing fluid and reducing the reactive moment at the turbo-drill stator and pipe string.

Claims

A drilling device comprising a turbo-drill and a drill bit, characterized in that a gearbox consisting of two planetary gears is installed between the turbo-drill and the drill bit, the sun gears of both planetary gears are mounted on the rotor shaft of the turbo-drill, the carrier with the satellite axles is fixed to the drill body at the upper planetary gear devices, and the epicyclic wheel is connected to the upper link of the drill bit, at the lower planetary mechanism the epicyclic wheel is fixed to the axes of the upper planetary satellites of the mechanism, and the carrier being connected to the lower link of the drill bit.