RU2272117C2 - Downhole motor spindle - Google Patents
Downhole motor spindle Download PDFInfo
- Publication number
- RU2272117C2 RU2272117C2 RU2004106746/03A RU2004106746A RU2272117C2 RU 2272117 C2 RU2272117 C2 RU 2272117C2 RU 2004106746/03 A RU2004106746/03 A RU 2004106746/03A RU 2004106746 A RU2004106746 A RU 2004106746A RU 2272117 C2 RU2272117 C2 RU 2272117C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pressure
- oil
- housing
- lubricator
- spindle
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Hydraulic Motors (AREA)
- Spinning Or Twisting Of Yarns (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин забойными двигателями: турбобурами, винтовыми двигателями и электробурами.The invention relates to the field of drilling oil and gas wells with downhole motors: turbodrills, screw motors and electric drills.
Известны различные типы шпинделей, которые на сегодняшний день нашли широкое применение в промышленности: шпиндели с открытой осевой опорой, предназначенные для работы с серийными турбобурами 3ТСШ1-195 и А7ГТШ [1, стр.5-11], а также шпиндели с лабиринтным дисковым уплотнением ШФД [1, стр.18-19] и герметизированный маслонаполненный шпиндель ШГД [1, стр.20-23].There are various types of spindles that are widely used in industry today: spindles with an open axial support, designed to work with serial turbodrills 3TSSh1-195 and A7GTSh [1, pp. 5-11], as well as spindles with labyrinth disk seal SHFD [1, p. 18-19] and a sealed oil-filled spindle SHGD [1, p. 20-23].
Недостатком шпинделей с открытой осевой опорой является быстрый износ радиальных и осевых опор, связанный с работой на промывочной жидкости, содержащий высокий процент абразива, что значительно снижает моторесурс всего шпинделя и составляет 80-100 часов.The disadvantage of spindles with an open axial support is the rapid wear of the radial and axial bearings associated with flushing fluid, containing a high percentage of abrasive material, which significantly reduces the motor life of the entire spindle and is 80-100 hours.
Недостатком шпинделей типа ШФД и герметизированных маслонаполненных шпинделей является то, что, все они выполнены с использованием резинометалических радиальных опор, которые в силу заложенной технологии их изготовления не могут выполнять функции радиальной опоры, поскольку согласно [2, стр.30] опоры скольжения должны иметь радиальный зазор 0,015-0,025 мм, а не 0,54 мм [3]. При зазоре в 0,15-0,20 мм опора скольжения считается непригодной для эксплуатации. По этой причине ожидать надежной работы маслонаполненных шпинделей в течение длительного срока не приходится.The disadvantage of SHF type spindles and sealed oil-filled spindles is that all of them are made using rubber-metal radial bearings, which, due to the inherent technology of their manufacture, cannot perform the functions of a radial support, since according to [2, p. 30] the sliding bearings must have a radial the gap is 0.015-0.025 mm, not 0.54 mm [3]. With a gap of 0.15-0.20 mm, the sliding bearing is considered unsuitable for operation. For this reason, it is not necessary to expect reliable operation of oil-filled spindles for a long time.
Известны также шпиндели, выполненные в маслозащищенном варианте на базе осевых и радиальных опор качения [4, стр.122-124, 5, 6].Also known are spindles made in an oil protected version based on axial and radial rolling bearings [4, p.122-124, 5, 6].
В качестве прототипа выбран шпиндель забойного двигателя [5], включающий корпус, полый вал, с установленными и закрепленными на нем нижнем и верхнем уплотнительными узлами, нижними и верхними радиальными и осевыми опорами, масляный лубрикатор, установленный внутри масляной ванны, картер высокого давления, полость которого посредством поршней разделена на камеры, одна из которых сообщена с масляной ванной, а вторая с полостью высокого давления промывочной жидкости.The spindle of the downhole motor [5] was selected as a prototype, including a housing, a hollow shaft, with lower and upper sealing assemblies, lower and upper radial and axial bearings installed and fixed on it, an oil lubricator installed inside the oil bath, a high-pressure sump, cavity which by means of pistons is divided into chambers, one of which is in communication with the oil bath, and the second with a high-pressure cavity of the washing liquid.
Недостатки известного устройства следующие.The disadvantages of the known device are as follows.
1. Масляный лубрикатор поршневого типа не имеет возможности мгновенно реагировать на пиковые составляющие давления, которые имеют место при движении промывочной жидкости, а следовательно, не обеспечивается равномерное давление внутри и снаружи масляной ванны, при пульсациях, возникающих в буровом растворе.1. The piston type oil lubricator does not have the ability to instantly respond to the peak pressure components that occur when the flushing fluid moves, and therefore, uniform pressure is not provided inside and outside the oil bath when pulsations occur in the drilling fluid.
2. Уплотнительные узлы выполнены на базе торцовых уплотнений, которые относятся к пятой группе уплотнительных устройств и предопределяют постоянную утечку масла из резервуара, как в процессе работы, так и в процессе спускоподьемных операций.2. Sealing units are made on the basis of mechanical seals, which belong to the fifth group of sealing devices and determine the constant leakage of oil from the reservoir, both during operation and during tripping operations.
3. Сброс масла при повышении температуры, внутри масляной ванны осуществляется непосредственно в промывочную жидкость, что ухудшает экологическую обстановку с одной стороны, а с другой не позволяет рационально использовать весь смазывающий материал.3. Oil is discharged when the temperature rises, inside the oil bath it is carried out directly into the flushing liquid, which worsens the environmental situation on the one hand, and on the other does not allow rational use of all lubricant.
Указанные недостатки негативно отражаются на моторесурсе шпинделя в целом, а также на возможности его использования с другими типами приводов.These shortcomings adversely affect the spindle motor as a whole, as well as the possibility of its use with other types of drives.
Целью изобретения является повышение моторесурса шпинделя.The aim of the invention is to increase the motor resource of the spindle.
Задача достигается тем, что шпиндель забойного двигателя, включающий корпус, полый вал с установленными и закрепленными на нем нижним и верхним уплотнительными узлами, нижними и верхними радиальными и осевыми опорами, масляный лубрикатор, установленный внутри масляной ванны, картер высокого давления, полость которого посредством поршней разделена на камеры, одна из которых сообщена с масляной ванной, а вторая с полостью высокого давления промывочной жидкости, масляный лубрикатор выполнен диафрагменным и связан с полостью высокого давления промывочной жидкости посредством гидравлического канала связи, образованного внутренней поверхностью корпуса шпинделя и наружной поверхностью роторной сборки, включающей связанные между собой по наружным поверхностям диафрагменный лубрикатор, картер высокого давления, верхнюю радиальную опору и верхний уплотнительный узел, при этом масляная камера картера высокого давления выполнена с возможностью сброса масла из масляной ванны верхней радиальной опоры и связана с ней посредством редукционного клапана, установленного в крышке корпуса картера высокого давления, а вторая камера картера высокого давления связана с гидравлическим каналом связи.The objective is achieved in that the downhole motor spindle, comprising a housing, a hollow shaft with lower and upper sealing assemblies, lower and upper radial and axial bearings mounted and fixed on it, an oil lubricator installed inside the oil bath, a high-pressure housing, the cavity of which is provided by pistons divided into chambers, one of which is connected to the oil bath, and the second to the high-pressure cavity of the washing liquid, the oil lubricator is made diaphragm and connected to the high-pressure cavity the washing fluid through a hydraulic communication channel formed by the inner surface of the spindle housing and the outer surface of the rotor assembly, including a diaphragm lubricator, a high pressure housing, an upper radial support and an upper sealing assembly, connected with each other, while the oil chamber of the high pressure housing the possibility of oil discharge from the oil bath of the upper radial support and is connected with it by means of a pressure reducing valve installed in the roofs e housing high pressure housing, and the second high pressure chamber is connected with the crankcase hydraulic communication channel.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых признаков и связей.Comparative analysis with the prototype shows that the inventive device is characterized by the presence of new signs and relationships.
Во-первых, масляный лубрикатор выполнен диафрагменным и связан с полостью высокого давления промывочной жидкости посредством гидравлического канала связи, образованного внутренней поверхностью корпуса шпинделя и наружный поверхностью роторной сборки, включающей связанный между собой по наружным поверхностям диафрагменный лубрикатор, картер высокого давления, верхнею радиальную опору и верхний уплотнительный узел, что позволяет мгновенно выравнивать давление внутри масляной ванны с давлением промывочной жидкости.Firstly, the oil lubricator is made diaphragm and is connected to the high-pressure cavity of the washing liquid through a hydraulic communication channel formed by the inner surface of the spindle housing and the outer surface of the rotor assembly, including a diaphragm lubricator, high-pressure housing, upper radial support, and upper sealing unit, which allows you to instantaneously equalize the pressure inside the oil bath with the pressure of the flushing fluid.
Во-вторых, масляная камера картера высокого давления выполнена с возможностью сброса масла из масляной ванны верхней радиальной опоры и связана с ней посредствам редукционного клапана, установленного в крышке корпуса картера высокого давления, а вторая камера картера высокого давления связана с гидравлическим каналом связи, что позволяет сбрасывать часть масла через редукционный клапан не в промывочную жидкость, а в специальную камеру, которая поршнями разделяет масло от промывочной жидкости.Secondly, the oil chamber of the high pressure housing is configured to discharge oil from the oil bath of the upper radial support and is connected with it by means of a pressure relief valve installed in the housing cover of the high pressure housing, and the second chamber of the high pressure housing is connected to the hydraulic communication channel, which allows discharge part of the oil through a pressure reducing valve, not into the washing liquid, but into a special chamber, which separates the oil from the washing liquid with pistons.
Сравнение заявленного решения с другими техническими решениями показывает, что предлагаемый шпиндель, выполненный по данной схеме, позволяет практически устранить утечку масла со стороны одного уплотнительного узла и оставить в работе другое уплотнительное устройство, что существенно повысит срок службы шпинделя в целом.Comparison of the claimed solution with other technical solutions shows that the proposed spindle, made according to this scheme, can virtually eliminate the leakage of oil from one of the sealing unit and leave another sealing device in operation, which will significantly increase the life of the spindle as a whole.
На фиг.1 представлен шпиндель забойного двигателя. На фиг.2 представлен картер высокого давления.Figure 1 shows the spindle of a downhole motor. Figure 2 presents the high pressure sump.
Устройство (фиг.1) включает в себя корпус 1 и полый вал 2. На полом валу 2 установлены и закреплены нижний уплотнительный узел 3, нижняя радиальная опора 4, осевая опора 5, диафрагменный лубрикатор 6, картер высокого давления 7, верхняя радиальная опора 8 и верхний уплотнительный узел 9. Диафрагменный лубрикатор 6, картер высокого давления 7, верхняя радиальная опора 8 и верхний уплотнительный узел 9 соединены между собой по наружным поверхностям и образуют герметичный кожух роторной сборки 12.The device (Fig. 1) includes a housing 1 and a hollow shaft 2. On the hollow shaft 2, a lower sealing assembly 3, a lower radial support 4, an axial support 5, a diaphragm lubricator 6, a high-pressure housing 7, an upper radial support 8 are mounted and fixed and the upper sealing assembly 9. The diaphragm lubricator 6, the high pressure housing 7, the upper radial bearing 8 and the upper sealing assembly 9 are interconnected on the outer surfaces and form a sealed casing of the rotor assembly 12.
Картер высокого давления 7 (фиг.2) выполнен по типу поршневого лубрикатора, причем с одной стороны корпус 10 снабжен крышкой 11, с установленным в ней редукционным клапаном 13, а с другой стороны полость корпуса связана с промывочной жидкостью. Поршни 14 разделяют картер высокого давления 7 на две камеры 15 и 16.The high-pressure sump 7 (Fig. 2) is designed as a piston lubricator, and on the one hand the
Причем объем камеры 15 для сброса масла составляет порядка (8-12)% от общего объема масляной ванны, что исключает самопроизвольный сброс всего масла через редукционный клапан 13 при работе в забойных условиях. Между кожухом - наружной поверхностью роторной сборки 12 и внутренней поверхностью корпуса 1 образован гидравлический канал связи 17. Полость высокого давления промывочной жидкости 18 через гидравлический канал связи 17 соединена с наружной поверхностью диафрагменного лубрикатора 6. Диафрагменный лубрикатор 6 позволяет иметь внутри масленой ванны величину давления, превышающую на (0,10-0,20)МПа давление промывочной жидкости. То есть верхний уплотнительный узел 9 всегда находится под небольшим перепадом давления в (0,10-0,20)МПа, действующим со стороны масляной ванны.Moreover, the volume of the
В данном устройстве несложно реализовать схему, при которой под большим перепадом давления будет находиться верхний уплотнительный узел 9. Для этого необходимо гидравлический канал связи 17 заглушить со стороны промывочной жидкости и соединить его с затрубным пространством. При этом нижний уплотнительный узел 3 будет находиться под небольшим перепадом давления (0,10-0,20)МПа, а верхний уплотнительный узел 9 будет испытывать весь перепад давления промывочной жидкости из полости 18. Однако при такой схеме отсутствует возможность визуального контроля за утечкой смазывающего агента из масляной ванны.In this device, it is not difficult to implement a scheme in which the upper sealing assembly 9 will be under a large differential pressure. For this, it is necessary to plug the hydraulic communication channel 17 from the side of the flushing fluid and connect it to the annulus. In this case, the lower sealing unit 3 will be under a small pressure drop (0.10-0.20) MPa, and the upper sealing unit 9 will experience the entire pressure drop of the flushing fluid from the cavity 18. However, with such a scheme, there is no possibility of visual monitoring of the leakage of the lubricant agent from the oil bath.
Работа шпинделя осуществляется следующим образом.The operation of the spindle is as follows.
Когда отсутствует циркуляция промывочной жидкости в скважине, давление внутри и снаружи корпуса 1 шпинделя выровнены. Гидравлическое давление из полости высокого давления 18 по гидравлическому каналу связи 17 передается на наружную поверхность диафрагменного лубрикатора 6. Через резиновую манжету (на фиг.1 не обозначена) гидростатическое давление передается в масляную ванну шпинделя и происходит выравнивание давления на нижнем уплотнительном узле 3 и верхнем уплотнительном узле 9. Отсутствует перепад давления на уплотнительных узлах.When there is no circulation of flushing fluid in the well, the pressure inside and outside the spindle housing 1 is aligned. The hydraulic pressure from the high-pressure cavity 18 is transmitted through the hydraulic communication channel 17 to the outer surface of the diaphragm lubricator 6. Through a rubber sleeve (not indicated in Fig. 1), the hydrostatic pressure is transmitted to the spindle oil bath and pressure is equalized on the lower sealing assembly 3 and the upper sealing Node 9. There is no pressure drop across the sealing units.
При включении циркуляции начинается вращение вала забойного двигателя и вала шпинделя. Давление из полости 18 высокого давления по гидравлическому каналу 17 передается на наружную поверхность диафрагменного лубрикатора 6 и через резиновую манжету выравнивается давление внутри масляной ванны. Верхний уплотнительный узел 9 практически не испытывает перепада давления. Однако на нижнем уплотнительном узле 3 появляется перепад давления, равный по величине перепаду давления, срабатываемому в насадках долота.When the circulation is turned on, the rotation of the shaft of the downhole motor and the spindle shaft begins. The pressure from the high-pressure cavity 18 is transmitted through the hydraulic channel 17 to the outer surface of the diaphragm lubricator 6 and the pressure inside the oil bath is leveled through a rubber sleeve. The upper sealing unit 9 practically does not experience a pressure drop. However, a pressure drop appears on the lower sealing assembly 3, which is equal in magnitude to the pressure drop triggered in the bit nozzles.
Кроме того, в процессе работы шпинделя за счет сил трения выделяется тепло и происходит нагрев масла, которое при нагреве расширяется на (8-12)% от общего объема масляной ванны.In addition, during the operation of the spindle, heat is generated due to the friction forces and the oil is heated, which, when heated, expands by (8-12)% of the total oil bath volume.
При увеличении объема масляной ванны происходит повышение давления внутри нее. Чтобы не перегружать уплотнительные узлы предусмотрен клапан 13, который открывается, когда давление на 0,15-0,20 МПа превысит давление, имеющее место в полости высокого давления 18. Часть масла перетекает в камеру 15 и перемещает поршни 14 относительно корпуса 10 картера высокого давления. Поршни 14 отделяют масло от промывочной жидкости.With an increase in the volume of the oil bath, there is an increase in pressure inside it. In order not to overload the sealing units, a
Технико-экономическая эффективность от применения шпинделя очень высока. Согласно лабораторным испытанием осевые и радиальные подшипники, помещенные в масляную ванну, работают под очень большими нагрузками в течение 400 часов без какого-либо заметного износа. Вся сложность заключается в том, чтобы защитить масляную ванну от попадания в нее абразивной промывочной жидкости.Feasibility from the use of the spindle is very high. According to a laboratory test, axial and radial bearings placed in an oil bath operate under very high loads for 400 hours without any noticeable wear. The whole difficulty is to protect the oil bath from the ingress of abrasive flushing fluid.
Реализация данного устройства позволяет добиться практически безперепадного уплотнительного узла со стороны полости высокого давления. Чем меньше перепад давления на уплотнительном узле, тем меньше вероятность утечки и значительно ниже ее уровень. Работа нижнего уплотнительного узла, где создано избыточное давление со стороны масляной ванны в зону низкого давления, позволит, при неблагоприятных условиях, иметь утечку только на нижнем уплотнении и только в процессе работы шпинделя. При остановке циркуляции давления выравниваются, и утечки смазывающего материала не будут иметь места. Следует указать, что полезный объем диафрагменного лубрикатора почти вдвое превышает объем поршневых лубрикаторов, применяемых в современных маслонаполненных шпинделях.The implementation of this device allows to achieve a virtually non-differential sealing unit from the side of the high-pressure cavity. The smaller the differential pressure across the sealing assembly, the less likely it is to leak and its level is much lower. The operation of the lower sealing assembly, where excess pressure is created from the oil bath side into the low pressure zone, will allow, under adverse conditions, to leak only on the lower seal and only during the operation of the spindle. When the circulation stops, the pressures will equalize and there will be no leakage of lubricant. It should be noted that the useful volume of the diaphragm lubricator is almost twice the volume of the piston lubricators used in modern oil-filled spindles.
Таким образом на предлагаемом шпинделе можно получать очень высокий моторесурс за счет эффективного использования смазывающего материала.Thus, on the proposed spindle, you can get a very high motor resource due to the effective use of lubricant.
ЛитератураLiterature
1. Иоаннесян Ю.Р., Попко В.В., Симонянц С.Л. Конструкции и характеристики современных турбобуров. М., ВНИИОЭНГ, 1986. «Нефтяная промышленность» - обзорная информация, серия «Машины и нефтяное оборудование», выпуск 1(53).1. Ioannesyan Yu.R., Popko V.V., Simonyants S.L. Designs and characteristics of modern turbodrills. Moscow, VNIIOENG, 1986. “Oil industry” - overview information, series “Machines and oil equipment”, issue 1 (53).
2. Ануфриев В.И. Справочник конструктора машиностроителя, том 2, М.: Машиностроение, 1982.2. Anufriev V.I. Handbook of the designer of the mechanical engineer, volume 2, M .: Mechanical Engineering, 1982.
3. Детали резиновые и резинометаллические для опор гидравлических забойных двигателей. Технические условия ГОСТ 4671-76, М., Государственный комитет СССР по стандартам.3. Rubber and rubber-metal parts for supports of downhole hydraulic motors. Specifications GOST 4671-76, M., USSR State Committee for Standards.
4. Султанов Б.З., Шаммасов Н.Х. Забойные буровые машины и инструменты. М., Недра, 1976.4. Sultanov B.Z., Shammasov N.Kh. Downhole drilling machines and tools. M., Nedra, 1976.
5. Авторское свидетельство СССР №1792481, кл. Е 21В 4/02, 1993 г.5. Copyright certificate of the USSR No. 1792481, cl. E 21B 4/02, 1993
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004106746/03A RU2272117C2 (en) | 2004-03-10 | 2004-03-10 | Downhole motor spindle |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004106746/03A RU2272117C2 (en) | 2004-03-10 | 2004-03-10 | Downhole motor spindle |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004106746A RU2004106746A (en) | 2005-08-20 |
| RU2272117C2 true RU2272117C2 (en) | 2006-03-20 |
Family
ID=35845875
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004106746/03A RU2272117C2 (en) | 2004-03-10 | 2004-03-10 | Downhole motor spindle |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2272117C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2457308C2 (en) * | 2010-10-07 | 2012-07-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Фирма "Радиус-Сервис" | Spindle oil-filled section of hydraulic downhole motor |
| WO2013016471A1 (en) * | 2011-07-28 | 2013-01-31 | Schlumberger Canada Limited | System and method for enhancing hydraulic fluids for down hole use |
-
2004
- 2004-03-10 RU RU2004106746/03A patent/RU2272117C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2457308C2 (en) * | 2010-10-07 | 2012-07-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Фирма "Радиус-Сервис" | Spindle oil-filled section of hydraulic downhole motor |
| WO2013016471A1 (en) * | 2011-07-28 | 2013-01-31 | Schlumberger Canada Limited | System and method for enhancing hydraulic fluids for down hole use |
| US10066185B2 (en) | 2011-07-28 | 2018-09-04 | Schlumberger Technology Corporation | System and method for enhancing hydraulic fluids for down hole use |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004106746A (en) | 2005-08-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2633403C (en) | Seal section oil seal for submersible pump assembly | |
| CA2840417C (en) | Well pump with seal section having a labyrinth flow path in a metal bellows | |
| GB2053319A (en) | Earth boring apparatus | |
| US12055014B2 (en) | Sealing system for downhole tool | |
| US20080047756A1 (en) | Hydrostatic mechanical seal with local pressurization of seal interface | |
| RU2645106C1 (en) | Device for hydraulic protection of submersible oil-filled electric motor | |
| CN105008659B (en) | Pit shaft transmission equipment | |
| RU2272117C2 (en) | Downhole motor spindle | |
| RU2290539C2 (en) | Submersible screw pump relief unit | |
| CN216381193U (en) | Screw drill sealing transmission shaft assembly | |
| US3666333A (en) | Sealing arrangement for the casings of underground motors | |
| RU2331750C1 (en) | Turbodrill oil-filled spindle section and commissioning method | |
| RU2646985C1 (en) | Node for hydraulic protection of the submersible oil-completed electric motor (options) | |
| CN216691893U (en) | Bearing box with mechanical seal | |
| RU2386002C1 (en) | Oil protection system of downhole motor | |
| RU2234785C2 (en) | Device for hydraulic protection of submersible oil-filled electric motor | |
| JP2001132847A (en) | Rotating shaft sealing device | |
| RU2115991C1 (en) | Liquid-filled submersible electric motor | |
| RU2221322C2 (en) | Device for protecting electric motor against stratal liquid | |
| RU206362U1 (en) | Discharge device for screw submersible pump | |
| RU2023848C1 (en) | Bottom hole engine lubrication protection system | |
| RU206107U1 (en) | Discharge device for screw submersible pump | |
| RU2057882C1 (en) | Spindle of face motor | |
| RU193139U1 (en) | HYDRAULIC PROTECTION DEVICE FOR SUBMERSIBLE OIL-FILLED ELECTRIC MOTOR | |
| RU2457308C2 (en) | Spindle oil-filled section of hydraulic downhole motor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080311 |