RU2285106C2 - Articulated clutch for drilling string connection with downhole motor - Google Patents
Articulated clutch for drilling string connection with downhole motor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2285106C2 RU2285106C2 RU2005101854/03A RU2005101854A RU2285106C2 RU 2285106 C2 RU2285106 C2 RU 2285106C2 RU 2005101854/03 A RU2005101854/03 A RU 2005101854/03A RU 2005101854 A RU2005101854 A RU 2005101854A RU 2285106 C2 RU2285106 C2 RU 2285106C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hollow shaft
- coupling
- cam
- clutch
- central axis
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам для бурения наклонно направленных и горизонтальных скважин, а именно к шарнирным муфтам для соединения бурильной колонны с забойным двигателем.The invention relates to devices for drilling directional and horizontal wells, in particular to articulated couplings for connecting a drill string to a downhole motor.
Известен шарнирный отклонитель компоновки бурильной колонны, содержащий, по меньшей мере, два трубчатых элемента, концы которых с радиальным зазором коаксиально размещены по отношению друг к другу и соединены между собой шарниром в виде двух аксиально установленных ступенчатых пальцев, размещенных в радиальных отверстиях трубчатых элементов, и уплотнение упомянутого зазора [1].Known articulated diverter assembly of the drill string containing at least two tubular elements, the ends of which with a radial clearance are coaxially placed with respect to each other and interconnected by a hinge in the form of two axially mounted stepped fingers located in the radial holes of the tubular elements, and sealing said gap [1].
В известной конструкции уплотнение выполнено в виде гибкого цилиндрического элемента, размещенного в полостях трубчатых элементов с уплотнением своих концов по внутренним поверхностям соответствующих трубчатых элементов, причем ступени большего диаметра пальцев обращены к оси трубчатых элементов с возможностью взаимодействия с наружной поверхностью цилиндрического элемента.In the known construction, the seal is made in the form of a flexible cylindrical element located in the cavities of the tubular elements with a seal of its ends on the inner surfaces of the corresponding tubular elements, the steps of a larger diameter of the fingers facing the axis of the tubular elements with the possibility of interaction with the outer surface of the cylindrical element.
Недостатком известной конструкции является отсутствие регулировки в окружном положении ее одноплоскостного изгиба относительно плоскости искривления регулятора угла перекоса (косого переводника), устанавливаемого в забойном двигателе, по существу, относительно плоскости искривления изогнутой колонны бурильных труб, что объясняется различным окружным положением конической резьбы по краям трубчатых элементов 1 и 2 при их свинчивании с моментом затяжки в компоновке низа бурильной колонны.A disadvantage of the known design is the lack of adjustment in the circumferential position of its single-plane bending relative to the curvature plane of the skew angle regulator (oblique sub) installed in the downhole motor, essentially relative to the curvature plane of the curved drill pipe string, which is explained by the different circumferential position of the conical thread along the edges of the
Другим недостатком известной конструкции является отсутствие направленного одноплоскостного изгиба бурильной колонны в месте ее соединения с забойным двигателем в плоскости искривления колонны бурильных труб, по существу, в плоскости искривления косого переводника, устанавливаемого в забойном двигателе.Another disadvantage of the known design is the lack of directional single-plane bending of the drill string at its junction with the downhole motor in the plane of curvature of the drill pipe string, essentially in the curvature plane of the oblique sub installed in the downhole motor.
Направленный одноплоскостной изгиб бурильной колонны в месте ее соединения с забойным двигателем необходим для уменьшения напряжений в компоновке низа бурильной колонны при ее вращении во время прохождения прямолинейных участков (участков стабилизации) наклонно направленной скважины, например, при опускании колонны бурильных труб в скважину с направленным (без изменения знака) изгибом колонны бурильных труб в месте изгиба скважины.Directional single-plane bending of the drill string at its junction with the downhole motor is necessary to reduce stresses in the layout of the bottom of the drill string when it rotates during straight sections (stabilization sections) of an angled directional well, for example, when lowering the drill pipe string into the well with directional (without sign changes) by bending the drill pipe string at the bend of the well.
Известен шарнирный переводник, содержащий корпус и полый вал со сферической опорной пятой, снабженные контактирующими элементами для передачи крутящего момента, например зубьями, сферические подпятники, установленные в корпусе, и уплотнительный элемент [2].Known articulated sub, comprising a housing and a hollow shaft with a spherical support heel, equipped with contacting elements for transmitting torque, such as teeth, spherical thrust bearings installed in the housing, and a sealing element [2].
Известный шарнирный переводник снабжен установленным в корпусе полым штоком с уплотнением, хвостовик которого размещен в полости полого вала, а уплотнительный элемент размещен на хвостовике штока на расстоянии не более 1/4 радиуса уплотняемой поверхности от плоскости, проходящей через центр сферы опорной пяты и перпендикулярной оси полого вала.The known swivel sub is provided mounted in a housing a hollow stem with a seal, the shank of which is placed in the hollow shaft cavity, and a sealing member disposed on the shank rod at a distance of not more than 1/4 the radius of the sealing surface of the plane passing through the center of the sphere of the support heels and perpendicular to the axis of the hollow shaft.
Недостатком известной конструкции является малый угол отклонения полого вала 2 относительно корпуса 1, по существу, не более одного градуса в угловом измерении, вследствие того, что полый вал 2 имеет сферическую опорную пяту 3, на которой выполнены наружные зубья 4, находящиеся в зацеплении с внутренними зубьями корпуса 5.A disadvantage of the known design is the small angle of deviation of the
Другим недостатком известной конструкции является отсутствие регулировки в окружном положении ее изгиба относительно плоскости искривления регулятора угла перекоса (косого) переводника, устанавливаемого в забойном двигателе, по существу, относительно плоскости искривления изогнутой колонны бурильных труб, что объясняется различным окружным положением конической резьбы по краям корпуса 1 и полого вала 2 при их свинчивании с моментом затяжки в компоновке низа бурильной колонны.Another disadvantage of the known design is the lack of adjustment in the circumferential position of its bend relative to the curvature plane of the skew angle regulator (oblique) of the sub installed in the downhole motor, essentially relative to the curvature plane of the curved drill pipe string, due to the different circumferential position of the tapered thread along the edges of the housing 1 and
Другим недостатком известной конструкции является отсутствие направленного одноплоскостного изгиба бурильной колонны в месте ее соединения с забойным двигателем в плоскости искривления колонны бурильных труб, по существу, в плоскости искривления регулятора угла перекоса (косого переводника), устанавливаемого в забойном двигателе.Another disadvantage of the known construction is the lack of directional single-plane bending of the drill string at its junction with the downhole motor in the plane of curvature of the drill pipe string, essentially in the plane of curvature of the skew angle adjuster (oblique sub) installed in the downhole motor.
Направленный одноплоскостной изгиб бурильной колонны в месте ее соединения с забойным двигателем необходим для уменьшения напряжений в компоновке низа бурильной колонны при ее вращении во время прохождения прямолинейных участков (участков стабилизации) наклонно направленной скважины, например, при опускании колонны бурильных труб в скважину с направленным (без изменения знака) изгибом колонны бурильных труб в месте изгиба скважины.Directional single-plane bending of the drill string at its junction with the downhole motor is necessary to reduce stresses in the layout of the bottom of the drill string when it rotates during straight sections (stabilization sections) of an angled directional well, for example, when lowering the drill pipe string into the well with directional (without sign changes) by bending the drill pipe string at the bend of the well.
Известен шарнир бурильной колонны, включающий ниппель со сферическим торцом, полусферическими пазами и резьбовым соединительным участком для связи с бурильной колонной, муфту с ответным сферическому торцу ниппеля раструбом, полумуфту с полусферическими пазами, шары, расположенные в плоскостях, образованных совмещенными полусферическими пазами ниппеля и полумуфты, и уплотнительные элементы [3].A well-known hinge of the drill string, including a nipple with a spherical end face, hemispherical grooves and a threaded connecting section for communication with the drill string, a sleeve with a corresponding spherical end face of the nipple socket, a half coupling with hemispherical grooves, balls located in planes formed by half-spaced and half-spaced and sealing elements [3].
В известной конструкции полусферические пазы в ниппеле и полумуфте расположены на горизонтальной плоскости, проходящей через центр сфер шарнира, причем диаметр d1 шаров и диаметр d2 плоскости, образованной совмещенными полусферическими пазами ниппеля и полумуфты, выбираются из соотношенияIn the known construction, the hemispherical grooves in the nipple and the coupling half are located on a horizontal plane passing through the center of the hinge spheres, the diameter d 1 of the balls and the diameter d 2 of the plane formed by the combined hemispherical grooves of the nipple and the coupling half are selected from the relation
где R - радиус сферы шарнира; α - угол искривления шарнира.where R is the radius of the sphere of the hinge; α is the angle of curvature of the hinge.
Недостатком известной конструкции является ее низкая надежность при свинчивании колонны бурильных труб вследствие недостаточной контактной прочности элементов, передающих крутящий момент: шаров 6 в тороидальных пазах в тороидальной плоскости b, полусфер в ниппеле 2 и полумуфте 4.A disadvantage of the known design is its low reliability when making up the drill pipe string due to insufficient contact strength of the elements transmitting torque: balls 6 in the toroidal grooves in the toroidal plane b, hemispheres in the
Другим недостатком известной конструкции является отсутствие регулировки в окружном положении ее изгиба относительно плоскости искривления регулятора угла перекоса (косого переводника), устанавливаемого в забойном двигателе, по существу, относительно плоскости искривления изогнутой колонны бурильных труб, что объясняется различным окружным положением резьбы по краям ниппеля 2, бурильной трубы 1 и бурильной трубы 3 при их свинчивании с моментом затяжки в компоновке низа бурильной колонны.Another disadvantage of the known design is the lack of adjustment in the circumferential position of its bend relative to the curvature plane of the skew angle adjuster (oblique sub) installed in the downhole motor, essentially relative to the curvature plane of the curved drill pipe string, due to the different circumferential position of the thread along the edges of the
Другим недостатком известной конструкции является отсутствие направленного одноплоскостного изгиба бурильной колонны в месте ее соединения с забойным двигателем в плоскости искривления колонны бурильных труб, по существу, в плоскости искривления регулятора угла перекоса (косого переводника), устанавливаемого в забойном двигателе.Another disadvantage of the known construction is the lack of directional single-plane bending of the drill string at its junction with the downhole motor in the plane of curvature of the drill pipe string, essentially in the plane of curvature of the skew angle adjuster (oblique sub) installed in the downhole motor.
Направленный одноплоскостной изгиб бурильной колонны в месте ее соединения с забойным двигателем необходим для уменьшения напряжений в компоновке низа бурильной колонны при ее вращении во время прохождения прямолинейных участков (участков стабилизации) наклонно направленной скважины, например, при опускании колонны бурильных труб в скважину с направленным (без изменения знака) изгибом колонны бурильных труб в месте изгиба скважины.Directional single-plane bending of the drill string at its junction with the downhole motor is necessary to reduce stresses in the layout of the bottom of the drill string when it rotates during straight sections (stabilization sections) of an angled directional well, for example, when lowering the drill pipe string into the well with directional (without sign changes) by bending the drill pipe string at the bend of the well.
Наиболее близкой к заявляемому изобретению является шарнирная муфта, преимущественно для бурильной колонны, содержащая ниппель со сферической опорной пятой, установленной в плоскости полумуфты между подпятниками, и герметизирующее кольцо, расположенное между полумуфтой и пятой в секторе с наибольшим поперечным сечением между подпятниками [4].Closest to the claimed invention is an articulated coupling, mainly for a drill string, containing a nipple with a spherical support heel mounted in the plane of the half coupling between the thrust bearings, and a sealing ring located between the half coupling and the fifth in the sector with the largest cross-section between the thrust bearings [4].
В известной конструкции полумуфта выполнена со сферической проточкой коаксиально сфере пяты в секторе от 10 до 30 градусов для размещения герметизирующего кольца.In a known construction, the coupling half is made with a spherical groove coaxial to the heel sphere in the sector from 10 to 30 degrees to accommodate the sealing ring.
Недостатком известной конструкции является отсутствие регулировки в окружном положении ее одноплоскостного изгиба относительно плоскости искривления регулятора угла перекоса (косого переводника), устанавливаемого в забойном двигателе, по существу, относительно плоскости искривления изогнутой колонны бурильных труб, что объясняется различным окружным положением конической резьбы по краям ниппеля 1 и переходника 4 при их свинчивании с моментом затяжки в компоновке низа бурильной колонны.A disadvantage of the known design is the lack of adjustment in the circumferential position of its single-plane bending relative to the curvature plane of the skew angle adjuster (oblique sub) installed in the downhole motor, essentially relative to the curvature plane of the curved drill pipe string, due to the different circumferential position of the tapered thread along the edges of the nipple 1 and adapter 4 when they are screwed up with a tightening torque in the layout of the bottom of the drill string.
Другим недостатком известной конструкции является отсутствие направленного одноплоскостного изгиба бурильной колонны в месте ее соединения с забойным двигателем в плоскости искривления колонны бурильных труб, по существу, в плоскости искривления регулятора угла перекоса (косого переводника), устанавливаемого в забойном двигателе.Another disadvantage of the known construction is the lack of directional single-plane bending of the drill string at its junction with the downhole motor in the plane of curvature of the drill pipe string, essentially in the plane of curvature of the skew angle adjuster (oblique sub) installed in the downhole motor.
Направленный одноплоскостной изгиб бурильной колонны в месте ее соединения с забойным двигателем необходим для уменьшения напряжений в компоновке низа бурильной колонны при ее вращении во время прохождения прямолинейных участков (участков стабилизации) наклонно направленной скважины, например, при опускании колонны бурильных труб в скважину с направленным (без изменения знака) изгибом колонны бурильных труб в месте изгиба скважины.Directional single-plane bending of the drill string at its junction with the downhole motor is necessary to reduce stresses in the layout of the bottom of the drill string when it rotates during straight sections (stabilization sections) of an angled directional well, for example, when lowering the drill pipe string into the well with directional (without sign changes) by bending the drill pipe string at the bend of the well.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение точности проходки наклонно направленных и горизонтальных скважин и повышение темпа набора параметров кривизны скважин за счет регулировки в окружном положении одноплоскостного изгиба шарнирной муфты относительно плоскости искривления бурильной колонны, по существу, в плоскости искривления регулятора угла перекоса (косого переводника), устанавливаемого в забойном двигателе.The technical problem to which the claimed invention is directed is to increase the accuracy of drilling of directional and horizontal wells and increase the pace of the set of parameters of the curvature of the wells by adjusting in the circumferential position the single-plane bending of the articulated sleeve relative to the curvature plane of the drill string, essentially in the plane of curvature of the angle adjuster skew (oblique sub) installed in the downhole motor.
Другой технической задачей является улучшение проходимости, по существу, уменьшение сопротивления и напряжений в компоновке низа бурильной колонны при ее вращении во время прохождения прямолинейных участков (участков стабилизации) наклонно направленных и горизонтальных скважин за счет направленного изгиба бурильной колонны (без изменения знака и потери устойчивости) в месте ее соединения с забойным двигателем в плоскости искривления регулятора угла перекоса (косого переводника), устанавливаемого в забойном двигателе.Another technical task is to improve throughput, essentially reducing the resistance and stresses in the layout of the bottom of the drill string during its rotation during the passage of straight sections (stabilization sections) of directional and horizontal wells due to directional bending of the drill string (without changing the sign and loss of stability) in the place of its connection with the downhole motor in the plane of curvature of the skew angle regulator (oblique sub) installed in the downhole motor.
Сущность технического решения заключается в том, что в шарнирной муфте для соединения бурильной колонны с забойным двигателем, содержащей торцовую полумуфту, переходник, полый вал со сферической опорной пятой и резьбовым хвостовиком, сферические подпятники, герметизирующие уплотнения, контактирующие со сферической пятой полого вала, а также установленную на полом валу кулачковую полумуфту, причем торцовая полумуфта и кулачковая полумуфта снабжены контактирующими элементами для передачи крутящего момента, выполненными в виде выступов и пазов, согласно изобретению, сферическая опорная пята полого вала закреплена в полом корпусе, установленном между переходником и торцовой полумуфтой, одна сторона которой содержит контактирующие элементы, расположенные в параллельных относительно ее центральной оси плоскостях, другая сторона торцовой полумуфты содержит контактирующие элементы, расположенные в окружном положении относительно ее центральной оси, а ответные контактирующие элементы расположены соответственно на кулачковой полумуфте и на полом корпусе, при этом центральная ось полого вала со сферической опорной пятой, резьбовым хвостовиком и установленной на полом валу кулачковой полумуфтой составляет относительно центральной оси полого корпуса и скрепленного с ним переходника, при минимальном отклонении, угол перекоса, равный 10% от максимального угла отклонения центральной оси полого вала и установленной на полом валу кулачковой полумуфты.The essence of the technical solution lies in the fact that in the hinged coupling for connecting the drill string with a downhole motor containing an end coupling, an adapter, a hollow shaft with a spherical support heel and a threaded shank, spherical thrust bearings, sealing seals in contact with the spherical fifth of the hollow shaft, and a cam coupling mounted on the hollow shaft, the mechanical coupling half and the cam coupling equipped with contacting elements for transmitting torque, made in the form of a protrusion in grooves, according to the invention, the spherical support heel of the hollow shaft is fixed in a hollow housing mounted between the adapter and the mechanical coupling half, one side of which contains contacting elements located in planes parallel to its central axis, the other side of the mechanical coupling half contains contacting elements located in circumferential position relative to its central axis, and the mating contact elements are respectively located on the cam coupling half and on the hollow body, while the axis of the hollow shaft with a spherical support heel, a threaded shank and a cam coupling mounted on the hollow shaft is relative to the central axis of the hollow body and the adapter fastened with it, with a minimum deviation, the skew angle equal to 10% of the maximum deflection angle of the central axis of the hollow shaft and the installed on the hollow shaft of the cam coupling half.
Сферический подпятник выполнен с продольным разъемом вдоль центральной оси полого корпуса, при этом максимальное угловое отклонение полого вала и установленной на нем кулачковой полумуфты относительно полого корпуса ограничивает внутренняя стенка сферического подпятника, а минимальное угловое отклонение полого вала и установленной на нем кулачковой полумуфты относительно полого корпуса ограничивают контактирующие между собой элементы полого корпуса, кулачковой и торцовой полумуфт за счет упора торцов направленных друг к другу выступов и пазов.The spherical thrust bearing is made with a longitudinal connector along the central axis of the hollow housing, while the maximum angular deviation of the hollow shaft and the cam half coupling mounted on it relative to the hollow housing is limited by the inner wall of the spherical thrust bearing, and the minimum angular deviation of the hollow shaft and the mounted half coupling coupling relative to the hollow housing is limited the contacting elements of the hollow body, cam and end coupling halves due to the stop ends directed towards each other you tupov and grooves.
Максимальный и соответственно минимальный углы отклонения центральной оси полого вала со сферической опорной пятой и резьбовым хвостовиком, а также центральной оси установленной на полом валу кулачковой полумуфты относительно полого корпуса, скрепленного резьбой с переходником, составляют 5 градусов и соответственно ноль градусов 30 минут.The maximum and, accordingly, the minimum deviation angles of the central axis of the hollow shaft with the spherical support heel and the threaded shank, as well as the central axis of the cam coupling half mounted on the hollow shaft relative to the hollow body fastened by the thread with the adapter, are 5 degrees and, accordingly, zero
Кулачковая полумуфта выполнена с внутренней резьбой, скреплена с резьбовым хвостовиком полого вала и герметично уплотнена их контактирующими торцами, при этом на наружной поверхности кулачковой полумуфты со стороны, в которую отклоняется полый вал относительно полого корпуса, выполнена продольная канавка.The cam coupling half is made with an internal thread, fastened to the threaded shank of the hollow shaft and hermetically sealed by their contacting ends, while a longitudinal groove is made on the outer surface of the cam coupling half from the side into which the hollow shaft is deflected relative to the hollow body.
Полый вал выполнен с устройством передачи крутящего момента между соединением его резьбового хвостовика и внутренней резьбы кулачковой полумуфты, расположенным со стороны резьбового хвостовика или сферической пяты в виде внутреннего шестигранника.The hollow shaft is made with a torque transmission device between the connection of its threaded shank and the internal thread of the cam coupling half, located on the side of the threaded shank or spherical heel in the form of an internal hexagon.
Выполнение шарнирной муфты для соединения бурильной колонны с забойным двигателем таким образом, что сферическая опорная пята полого вала закреплена в полом корпусе, установленном между переходником и торцовой полумуфтой, одна сторона которой содержит контактирующие элементы, расположенные в параллельных относительно ее центральной оси плоскостях, другая сторона торцовой полумуфты содержит контактирующие элементы, расположенные в окружном положении относительно ее центральной оси, а ответные контактирующие элементы расположены соответственно на кулачковой полумуфте и на полом корпусе, при этом центральная ось полого вала со сферической опорной пятой, резьбовым хвостовиком и установленной на полом валу кулачковой полумуфтой составляет относительно центральной оси полого корпуса и скрепленного с ним переходника, при минимальном отклонении, угол перекоса, равный 10% от максимального угла отклонения центральной оси полого вала и установленной на полом валу кулачковой полумуфты, обеспечивает повышение точности проходки наклонно направленных и горизонтальных скважин и повышение темпа набора параметров кривизны скважин за счет регулировки в окружном положении одноплоскостного изгиба шарнирной муфты относительно плоскости искривления бурильной колонны, по существу, в плоскости искривления регулятора угла перекоса (косого переводника), устанавливаемого в забойном двигателе.The implementation of the articulated coupling for connecting the drill string to the downhole motor so that the spherical support heel of the hollow shaft is fixed in the hollow body installed between the adapter and the end coupling, one side of which contains contacting elements located in planes parallel to its central axis, the other side of the end coupling halves contains contacting elements located in a circumferential position relative to its central axis, and the mating contact elements are located with responsibly on the cam coupling half and on the hollow housing, while the central axis of the hollow shaft with a spherical support heel, a threaded shank and the cam coupling mounted on the hollow shaft is relative to the central axis of the hollow housing and the adapter fastened with it, with a minimum deviation, the skew angle of 10 % of the maximum deflection angle of the central axis of the hollow shaft and the cam half coupling mounted on the hollow shaft, provides an increase in the accuracy of penetration of inclined and horizontal squels and increase the pace of the set of parameters of the curvature of the wells due to the adjustment in the circumferential position of the single-plane bending of the articulated sleeve relative to the curvature plane of the drill string, essentially in the curvature plane of the skew angle regulator (oblique sub) installed in the downhole motor.
Выполнение шарнирной муфты для соединения бурильной колонны с забойным двигателем таким образом, что сферический подпятник выполнен с продольным разъемом вдоль центральной оси полого корпуса, при этом максимальное угловое отклонение полого вала и установленной на нем кулачковой полумуфты относительно полого корпуса ограничивает внутренняя стенка сферического подпятника, а минимальное угловое отклонение полого вала и установленной на нем кулачковой полумуфты относительно полого корпуса ограничивают контактирующие между собой элементы полого корпуса, кулачковой и торцовой полумуфт за счет упора торцов направленных друг к другу выступов и пазов, обеспечивает точность и стабильность максимального и минимального углового отклонений полого вала и установленной на нем кулачковой полумуфты относительно полого корпуса за счет уменьшения контактных напряжений.The implementation of the articulated coupling for connecting the drill string to the downhole motor so that the spherical thrust bearing is made with a longitudinal connector along the central axis of the hollow body, while the maximum angular deviation of the hollow shaft and the cam half coupling mounted on it relative to the hollow body is limited by the inner wall of the spherical thrust bearing, and the minimum the angular deviation of the hollow shaft and the cam half coupling mounted on it relative to the hollow body is limited by the contacting ele cients of the hollow body, the cam and the end of the coupling halves by the abutment ends of facing projections and the grooves provides the accuracy and stability of the maximum and minimum angular deviations of the hollow shaft and mounted thereon a cam coupling part relative to the hollow body by reducing the contact stresses.
Выполнение максимального и соответственно минимального углов отклонения центральной оси полого вала со сферической опорной пятой и резьбовым хвостовиком, а также центральной оси установленной на полом валу кулачковой полумуфты относительно полого корпуса, скрепленного резьбой с переходником, таким образом, что они составляют 5 градусов и соответственно ноль градусов 30 минут, обеспечивает, в сочетании с определенным углом отклонения регулятора угла перекоса (косого переводника), устанавливаемого в забойном двигателе, оптимальные углы входа в продуктивный пласт при бурении наклонно направленных и горизонтальных нефтяных и газовых скважин.The maximum and, respectively, the minimum deviation angles of the central axis of the hollow shaft with the spherical support fifth and threaded shank, as well as the central axis of the cam coupling half mounted on the hollow shaft relative to the hollow body, fastened by a thread with an adapter, so that they are 5 degrees and accordingly zero
Выполнение кулачковой полумуфты с внутренней резьбой, скрепленной с резьбовым хвостовиком полого вала, герметично уплотненной их контактирующими торцами, а также выполнение на наружной поверхности кулачковой полумуфты со стороны, в которую отклоняется полый вал относительно полого корпуса, скрепленного резьбой с переходником, продольной канавки обеспечивает надежную герметичность соединения при воздействии гидравлических ударов давления бурового раствора и знакопеременных механических нагрузок, а также точное окружное положении одноплоскостного изгиба шарнирной муфты относительно плоскости искривления бурильной колонны, по существу, в плоскости искривления регулятора угла перекоса (косого переводника), устанавливаемого в забойном двигателе.The implementation of the cam coupling with the internal thread fastened to the threaded shank of the hollow shaft, hermetically sealed by their contacting ends, as well as the execution of the longitudinal groove on the outer surface of the cam coupling from the side into which the hollow shaft deviates from the hollow shaft fastened by the thread with the adapter, provides reliable tightness joints when exposed to hydraulic shock pressure of the drilling fluid and alternating mechanical loads, as well as the exact circumferential position single-plane bending of the articulated coupling relative to the curvature plane of the drill string, essentially in the curvature plane of the skew angle adjuster (oblique sub) installed in the downhole motor.
Выполнение полого вала с устройством передачи крутящего момента между соединением его резьбового хвостовика и внутренней резьбы кулачковой полумуфты, расположенным со стороны резьбового хвостовика или сферической пяты, в виде внутреннего шестигранника уменьшает трудоемкость сборки и повышает надежность шарнирной муфты.The execution of a hollow shaft with a torque transmission device between the connection of its threaded shank and the internal thread of the cam coupling half, located on the side of the threaded shank or spherical heel, in the form of an internal hexagon reduces the complexity of assembly and increases the reliability of the articulated coupling.
Ниже представлен лучший вариант конструкции шарнирной муфты для соединения колонны бурильных труб с забойным (винтовым героторным гидравлическим) двигателем ДОШ - 172 PC, который предназначен для бурения горизонтальных скважин, имеющих участки малого и среднего радиуса 40...500 м долотами диаметром 215,9 мм с использованием бурового раствора плотностью до 1500 кг/м3 при забойной температуре до 100°С.Below is the best version of the design of the articulated coupling for connecting the drill pipe string to the bottomhole (screw gerotor hydraulic) DOSh-172 PC motor, which is designed for drilling horizontal wells with small and medium radius sections of 40 ... 500 m with bits with a diameter of 215.9 mm using a drilling fluid with a density of up to 1500 kg / m 3 at a bottomhole temperature of up to 100 ° C.
На фиг.1 изображена шарнирная муфта для соединения с максимальным углом перекоса бурильной колонны с забойным двигателем, продольный разрез.Figure 1 shows a hinged coupling for connecting with a maximum skew angle of the drill string with a downhole motor, a longitudinal section.
На фиг.2 изображена шарнирная муфта для соединения с минимальным углом перекоса бурильной колонны с забойным двигателем, продольный разрез.Figure 2 shows the articulated coupling for connecting with a minimum angle of distortion of the drill string with a downhole motor, a longitudinal section.
На фиг.3 изображен поперечный разрез А-А на фиг.2 соединения контактирующих элементов, равнорасположенных в окружном положении относительно центральной оси торцовой полумуфты.Figure 3 shows a cross section aa in figure 2 connecting contacting elements equally spaced in a circumferential position relative to the central axis of the mechanical coupling half.
На фиг.4 изображен поперечный разрез Б-Б на фиг.2 соединения контактирующих элементов, расположенных в плоскостях, параллельных центральной оси торцовой полумуфты.Figure 4 shows a transverse section bB in figure 2 of the connection of the contacting elements located in planes parallel to the Central axis of the mechanical coupling half.
Шарнирная муфта для соединения бурильной колонны 1 с винтовым забойным двигателем 2 содержит торцовую полумуфту 3, переходник 4, полый вал 5 со сферической опорной пятой 6 и резьбовым хвостовиком 7, сферические подпятники 8, 9, герметизирующие уплотнения 10, 11, контактирующие со сферической пятой 6 полого вала 5, а также установленную на полом валу 5 кулачковую полумуфту 12, причем торцовая полумуфта 3 и кулачковая полумуфта 12 снабжены контактирующими элементами 13 для передачи крутящего момента, выполненными в виде выступов 14 и пазов 15 изображено на фиг.1, 4.The articulated coupling for connecting the drill string 1 to the
Сферическая опорная пята 6 полого вала 5 закреплена в полом корпусе 16, установленном между переходником 4 и торцовой полумуфтой 3, одна сторона 17 торцовой полумуфты 3 содержит контактирующие элементы 18, расположенные в параллельных относительно ее центральной оси 19 плоскостях 20, 21, которые образуют пазы 15 изображено на фиг.1, 4.The spherical support heel 6 of the
Другая сторона 22 торцовой полумуфты 3 содержит контактирующие элементы (выступы) 23, расположенные в окружном положении относительно ее центральной оси 19, а ответные контактирующие элементы: выступы 14, а также пазы 24 расположены соответственно на кулачковой полумуфте 12 и на полом корпусе 16 изображено на фиг.1, 2, 4.The
Кроме того, на фиг.1, 2 изображено: поз.25 - центральная ось (оси) полого корпуса 16, скрепленного с ним переходника 4 и двигательной секции винтового забойного двигателя 2; поз.26 - центральная ось (оси) полого вала 5 и его резьбового хвостовика 7, а также установленной на полом валу 5 кулачковой полумуфты 12; поз.27 - максимальный угол отклонения α центральной оси 26 полого вала 5 и его резьбового хвостовика 7, а также установленной на полом валу 5 кулачковой полумуфты 12 относительно центральной оси 25 полого корпуса 16, скрепленного с ним переходника 4 и двигательной секции винтового забойного двигателя 2; поз.28 - угол перекоса (минимальный угол отклонения) β центральной оси 26 полого вала 5 и его резьбового хвостовика 7, а также установленной на полом валу 5 кулачковой полумуфты 12 относительно центральной оси 25 полого корпуса 16, скрепленного с ним переходника 4 и двигательной секции винтового забойного двигателя 2.In addition, figure 1, 2 shows: pos.25 - the Central axis (axis) of the
Центральная ось 26 полого вала 5 со сферической опорной пятой 6, резьбовым хвостовиком 7 и установленной на полом валу 5 кулачковой полумуфтой 12 составляет относительно центральной оси 25 полого корпуса 16 и скрепленного с ним переходника 4, при минимальном отклонении, угол перекоса β, 28, равный 10% от максимального угла α, 27 отклонения центральной оси 26 полого вала 5 и установленной на полом валу 5 кулачковой полумуфты 12, изображено на фиг.1, 2.The
Угловые отклонения 27, α, а также 28, β, центральной оси 26 полого вала 5 и установленной на полом валу 5 кулачковой полумуфты 12 осуществляются в одну сторону, без изменения направления (знака) относительно центральной оси 25 полого корпуса 16, скрепленного с ним переходника 4 и двигательной секции винтового забойного двигателя 2, изображено на фиг.1, 2.Angular deviations of 27, α, as well as 28, β, of the
Сферический подпятник 9 выполнен с продольным разъемом вдоль центральной оси 25 полого корпуса 16, например, из двух частей, на фиг.1 не показано, при этом максимальное угловое отклонение 27, α, полого вала 5 и установленной на нем кулачковой полумуфты 12 относительно полого корпуса 16 ограничивает внутренняя стенка 29 сферического подпятника 9, показано на фиг.1.The spherical thrust bearing 9 is made with a longitudinal connector along the
Минимальное угловое отклонение 28, β полого вала 5 и установленной на нем кулачковой полумуфты 12 относительно полого корпуса 16 ограничивают торцы 22 торцовой полумуфты 3, контактирующие с торцами 30 полого корпуса 16, а также торцы 31 торцовой полумуфты 3, контактирующие с торцами 32 кулачковой полумуфты 12, показано на фиг.2.The minimum
Максимальный 27, α и соответственно минимальный 28, β углы отклонения центральной оси 26 полого вала 5 со сферической опорной пятой 6 и резьбовым хвостовиком 7, а также центральной оси 26 установленной на полом валу 5 кулачковой полумуфты 12 относительно полого корпуса 16, скрепленного резьбой 33 с переходником 4, составляют 5 градусов и соответственно ноль градусов 30 минут, изображено на фиг.1, 2.The maximum 27, α and, accordingly, the minimum 28, β angles of deviation of the
Кулачковая полумуфта 12 выполнена с внутренней резьбой 34, скреплена с резьбовым хвостовиком 7 полого вала 5 и герметично уплотнена их контактирующими торцами по плоскости 35, при этом на наружной поверхности 36 кулачковой полумуфты 12 со стороны 37, в которую отклоняется полый вал 5 относительно полого корпуса 16, выполнена продольная канавка 38, расположенная симметрично относительно параллельных между собой контактирующих элементов 18 торцовой полумуфты 3 и выступов 14 кулачковой полумуфты 12, изображено на фиг.1.The
На наружной поверхности 39 торцовой полумуфты 3 выполнена продольная канавка 40 для окружного совмещения в одной плоскости продольной канавки 38, а также различных по высоте контактирующих элементов 18 кулачковой полумуфты 12 при сборке шарнирной муфты, изображено на фиг.1, 4.On the
Полый вал 5 выполнен с устройством 41 передачи крутящего момента между соединением его резьбового хвостовика 7 и внутренней резьбы 34 кулачковой полумуфты 12, расположенным со стороны резьбового хвостовика 7, в виде внутреннего шестигранника 42, изображено на фиг.1, 2.The
Устройство 41 передачи крутящего момента между соединением полого вала 5 и его резьбового хвостовика 7 с внутренней резьбой 34 кулачковой полумуфты 12, выполненное в виде внутреннего шестигранника 42, обеспечивает требуемый момент затяжки резьбы 34 и герметичное уплотнение контактирующих торцов по плоскости 35, изображено на фиг.2.A device 41 for transmitting torque between the connection of the
Шарнирная муфта для соединения бурильной колонны с забойным двигателем работает следующим образом.The hinged coupling for connecting the drill string to the downhole motor works as follows.
Кулачковая полумуфта 12 соединяется с колонной бурильных труб 1, а переходник 4 соединяется с винтовым героторным гидравлическим двигателем ДОШ - 172 PC, имеющим собственный регулятор угла перекоса и реактивного момента (косой переводник) с углом 2 градуса 30 минут.The cam half-
Для регулировки в окружном положении одноплоскостного изгиба шарнирной муфты относительно плоскости искривления бурильной колонны 1, по существу, в плоскости искривления регулятора угла перекоса (косого переводника), устанавливаемого в забойном двигателе, при свинчивании бурильной колонны 1 с кулачковой полумуфтой 12 для окружной ориентации направленного одноплоскостного изгиба бурильной колонны 1 в месте ее соединения с забойным двигателем 2, совмещают в одной плоскости, со стороны, в которую будет отклоняться бурильная колонна, продольную канавку 38, расположенную симметрично относительно параллельных между собой контактирующих элементов 18 торцовой полумуфты 3 и выступов 14 кулачковой полумуфты 12, и продольную канавку 40 для окружного совмещения в одной плоскости продольной канавки 38, а также различных по высоте контактирующих элементов 18 кулачковой полумуфты 12, в плоскости искривления регулятора угла перекоса (косого переводника), устанавливаемого в забойном двигателе 2.For adjusting in a circumferential position a single-plane bend of the articulated sleeve relative to the curvature plane of the drill string 1, essentially in the curvature plane of the skew angle regulator (oblique sub) installed in the downhole motor, when screwing the drill string 1 with the
Для точной угловой ориентации продольной канавки 38, расположенной симметрично относительно параллельных между собой контактирующих элементов 18 торцовой полумуфты 3 и выступов 14 кулачковой полумуфты 12, и продольной канавки 40, расположенной на наружной поверхности 39 торцовой полумуфты 3, для окружного совмещения в одной плоскости, совмещают в требуемом угловом положении контактирующие элементы (выступы) 23 торцовой полумуфты 3 и пазы 24, расположенные соответственно на полом корпусе 16.For accurate angular orientation of the longitudinal groove 38, located symmetrically relative to the
Двигатель 2 под действием установленного на его корпусе центрирующего устройства (регулятора угла и реактивного момента) отклоняется от оси колонны бурильных труб 1, при этом центральная ось 26 полого вала 5 со сферической опорной пятой 6, резьбовым хвостовиком 7 и установленной на полом валу 5 кулачковой полумуфтой 12 отклоняется относительно центральной оси 25 полого корпуса 16, скрепленного с ним переходника 4 и двигательной секции винтового забойного двигателя 2 на угол, определяемый условиями сохранения устойчивости изогнутой колонны бурильных труб, по существу, для обеспечения непрерывного контакта со стенкой ствола скважины во время бурения и оптимальной осевой нагрузки на долото.
Осевая нагрузка от долота на бурильную колонну 1 передается через винтовой героторный гидравлический двигатель 2, переходник 4, полый вал 5 со сферической опорной пятой 6 через сферические подпятники 8, 9 на резьбовой хвостовик 7, контактирующие торцы 35 резьбового хвостовика 7 и кулачковой полумуфты 12, а далее на колонну бурильных труб 1.The axial load from the bit to the drill string 1 is transmitted through a screw gerotor
Реактивный момент от долота на бурильной колонне 1 воспринимается переходником 4, скрепленным резьбой 33 с полым корпусом 16, пазами 24, расположенными в полом корпусе 16, выступами 23 торцовой полумуфты 3, далее пазами 15 контактирующих элементов 18 торцовой полумуфты 3 и выступами 14 кулачковой полумуфты 12, а далее резьбовым отверстием кулачковой полумуфты 12.The reactive moment from the bit on the drill string 1 is perceived by the adapter 4, fastened by a
При вращении бурильной колонны 1, шарнирной муфты и забойного двигателя 2 с долотом во время прохождения прямолинейных участков (участков стабилизации) наклонно направленных и горизонтальных скважин, при опускании колонны бурильных труб 1 в скважину за счет того, что расположение центральной оси 26 полого вала 5 со сферической опорной пятой 6, резьбовым хвостовиком 7 и установленной на полом валу 5 кулачковой полумуфтой 12 составляет относительно центральной оси 25 полого корпуса 16 и скрепленного с ним переходника 4, при минимальном отклонении, угол перекоса β, 28, равный 10% от максимального угла α, 27, отклонения центральной оси 26 полого вала 5 и установленной на полом валу 5 кулачковой полумуфты 12, возникает направленный одноплоскостной изгиб бурильной колонны 1 в месте ее соединения с забойным (винтовым героторным гидравлическим) двигателем 2 без потери устойчивости (знака).When the drill string 1, the articulated coupling and the
Изобретение обеспечивает повышение точности проходки наклонно направленных и горизонтальных скважин, повышение темпа набора параметров кривизны скважин, а также улучшение проходимости, по существу, уменьшение сопротивления и напряжений в компоновке низа бурильной колонны.The invention provides improved accuracy of drilling of directional and horizontal wells, an increase in the rate of a set of parameters of well curvature, as well as improved throughput, essentially a decrease in resistance and stresses in the layout of the bottom of the drill string.
Источники информацииInformation sources
1. RU 2082864, Е 21 В 7/08, 27.06.1997.1. RU 2082864, E 21
2. RU 2192535, Е 21 В 7/08, 10.11.2002.2. RU 2192535, E 21
3. RU 2007536, Е 21 В 7/08, 15.02.1994.3. RU 2007536, E 21
4. SU 1070294, Е 21 В 7/08, F 16 C 11/06, 30.01.1984 - прототип.4. SU 1070294, E 21
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005101854/03A RU2285106C2 (en) | 2005-01-26 | 2005-01-26 | Articulated clutch for drilling string connection with downhole motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005101854/03A RU2285106C2 (en) | 2005-01-26 | 2005-01-26 | Articulated clutch for drilling string connection with downhole motor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2005101854A RU2005101854A (en) | 2006-07-10 |
| RU2285106C2 true RU2285106C2 (en) | 2006-10-10 |
Family
ID=36830279
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005101854/03A RU2285106C2 (en) | 2005-01-26 | 2005-01-26 | Articulated clutch for drilling string connection with downhole motor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2285106C2 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2622560C1 (en) * | 2016-06-14 | 2017-06-16 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "Пакер" | Swivel adapter for pumping stands |
| RU2667397C1 (en) * | 2017-10-04 | 2018-09-19 | Общество с ограниченной ответственностью "Эконефтехимтехника" | Rod string |
| WO2019132691A1 (en) * | 2017-12-25 | 2019-07-04 | Общество с ограниченной ответственностью "Перфобур" | Drilling assembly with a small hydraulic downhole motor |
| RU195139U1 (en) * | 2017-12-25 | 2020-01-15 | Общество с ограниченной ответственностью "Перфобур" | DRILL LAYOUT WITH A SMALL HYDRAULIC BOTTOM DRIVE MOTOR |
| RU2784510C1 (en) * | 2022-02-11 | 2022-11-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Фирма "Радиус-Сервис" | Gerotor hydraulic motor |
-
2005
- 2005-01-26 RU RU2005101854/03A patent/RU2285106C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2622560C1 (en) * | 2016-06-14 | 2017-06-16 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "Пакер" | Swivel adapter for pumping stands |
| RU2667397C1 (en) * | 2017-10-04 | 2018-09-19 | Общество с ограниченной ответственностью "Эконефтехимтехника" | Rod string |
| WO2019132691A1 (en) * | 2017-12-25 | 2019-07-04 | Общество с ограниченной ответственностью "Перфобур" | Drilling assembly with a small hydraulic downhole motor |
| RU195139U1 (en) * | 2017-12-25 | 2020-01-15 | Общество с ограниченной ответственностью "Перфобур" | DRILL LAYOUT WITH A SMALL HYDRAULIC BOTTOM DRIVE MOTOR |
| US11286724B2 (en) * | 2017-12-25 | 2022-03-29 | Obschestvo S Ogranichennoi Otvetstvennostyu “Perfobur” | Drilling assembly with a small hydraulic downhole motor |
| RU2784510C1 (en) * | 2022-02-11 | 2022-11-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Фирма "Радиус-Сервис" | Gerotor hydraulic motor |
| RU2787045C1 (en) * | 2022-04-18 | 2022-12-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Фирма "Радиус-Сервис" | Method for controlling the position of curvature planes of a gerotor engine when drilling directional wells |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2005101854A (en) | 2006-07-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2765901C1 (en) | Adjustable bending node for downhole engine | |
| US11015392B2 (en) | Dual member pipe joint for a dual member drill string | |
| US4938299A (en) | Flexible centralizer | |
| US8033917B2 (en) | Drive shaft assembly for a downhole motor | |
| US9038750B2 (en) | Rotary joint for subterranean drilling | |
| JP6038044B2 (en) | Screw connection for drilling and operating hydrocarbon wells | |
| US9587436B2 (en) | CV joint for down hole motor and method | |
| CN106536850A (en) | Rotary shouldered connections and thread design | |
| RU2285106C2 (en) | Articulated clutch for drilling string connection with downhole motor | |
| US20170370420A1 (en) | Universal Joint | |
| US20190162242A1 (en) | Universal joint | |
| US7093654B2 (en) | Downhole component with a pressure equalization passageway | |
| US5527220A (en) | Articulatable joint with multi-faceted ball and socket | |
| CA3038945A1 (en) | Reciprocation-dampening drive shaft assembly | |
| US20180073566A1 (en) | Drive shaft assembly | |
| US20120205113A1 (en) | Subsurface Safety Valve for High Temperature and High Pressure Wells | |
| US20030044225A1 (en) | Swivel | |
| RU2428556C1 (en) | Well swivel | |
| CA3096724C (en) | Lobular connection for tubulars | |
| CN209483234U (en) | Drill string abrasionproof drag reduction adapter | |
| RU2312968C1 (en) | Articulated sucker rod connection | |
| RU2613541C1 (en) | Flexible drip | |
| RU2767259C1 (en) | Coupling threaded connection (options) | |
| RU41328U1 (en) | SWIVEL ADAPTER | |
| RU145309U1 (en) | FLEXIBLE COUPLING |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160127 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20170210 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210127 |