RU2319823C2 - Bottomhole drive spindle - Google Patents
Bottomhole drive spindle Download PDFInfo
- Publication number
- RU2319823C2 RU2319823C2 RU2006102218/03A RU2006102218A RU2319823C2 RU 2319823 C2 RU2319823 C2 RU 2319823C2 RU 2006102218/03 A RU2006102218/03 A RU 2006102218/03A RU 2006102218 A RU2006102218 A RU 2006102218A RU 2319823 C2 RU2319823 C2 RU 2319823C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- shaft
- radial
- support
- housing
- radial support
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к буровой технике, а именно к опорным узлам (шпинделям) забойных двигателей, предназначенных для бурения нефтяных и газовых скважин.The invention relates to drilling equipment, and in particular to reference nodes (spindles) of downhole motors designed for drilling oil and gas wells.
Известен шпиндель забойного двигателя (прототип), включающий корпус, вал, крепежно-соединительные элементы: верхний и нижний переводники корпуса, полумуфту вала, посредством резьб которых в корпусе и на валу закрепляются осевым сжатием соответствующие элементы осевой опоры, радиальные опоры, втулки радиальных опор, контактирующие между собой по рабочим поверхностям, корпусные и внутренние регулировочные, дистанционные, подкладные кольца (или втулки). Корпус с закрепленными в нем элементами (деталями) образует систему корпуса, а вал с закрепленными на нем элементами - систему вала (см. справочник по турбобурам, Шумова З.И., Собкина И.В., М., Недра, 1970, стр.34-41 и каталог "Забойные двигатели и запасные части" И.Я.Вальдман и др., М., Недра, 1080, стр.43, 63...66).A well-known downhole motor spindle (prototype), comprising a housing, a shaft, mounting and connecting elements: upper and lower housing sub, a coupling half of the shaft, through the threads of which in the housing and on the shaft are mounted axial compression, the corresponding elements of the axial support, radial bearings, bushings of radial bearings, contacting each other on working surfaces, housing and internal adjusting, distance, backing rings (or bushings). A casing with elements (parts) fixed in it forms a casing system, and a shaft with elements fixed on it forms a shaft system (see the reference guide for turbodrills, Shumova Z.I., Sobkina I.V., M., Nedra, 1970, p. .34-41 and catalog "Downhole motors and spare parts" I.Ya. Waldman et al., M., Nedra, 1080, pp. 43, 63 ... 66).
Недостатком указанных шпинделей является то, что радиальные опоры и втулки радиальных опор подвержены большим напряжениям сжатия (см. например, "Расчет, конструирование и эксплуатация турбобуров", М.Т.Гусман и др., М., Недра, 1976, стр.210, 357, 358). Эти напряжения отрицательно влияют на износостойкость их рабочих поверхностей, а следовательно, на работоспособность шпинделя и забойного двигателя в целом.The disadvantage of these spindles is that radial bearings and bushings of radial bearings are subject to high compressive stresses (see, for example, "Calculation, Design and Operation of Turbodrills", M.T.Gusman et al., M., Nedra, 1976, p. 210 , 357, 358). These stresses negatively affect the wear resistance of their working surfaces, and therefore, the performance of the spindle and the downhole motor as a whole.
Такое конструктивное выполнение опор, кроме того, несет повышенную опасность аварийной поломки вала из-за расположения нижней втулки радиальной опоры выше упорного уступа вала и концентрации на упорном уступе вала суммы местных напряжений растяжения вала от сжатия деталей на валу и напряжений изгиба вала от боковой силы, действующей на долото.Such a constructive implementation of the supports, in addition, carries an increased risk of emergency shaft breakage due to the location of the lower sleeve of the radial support above the thrust shoulder of the shaft and the concentration on the thrust shoulder of the shaft of the sum of local tensile stresses of the shaft from compression of parts on the shaft and bending stresses of the shaft from lateral force, acting on a chisel.
Известен винтовой забойный двигатель (см. патент РФ №2185488), полумуфта (муфта) вала шпинделя которого выполняет дополнительную функцию втулки радиальной опоры, что ограничивает срок работы полумуфты как соединительно-крепежного элемента. Кроме того, большие местные напряжения в полумуфте в месте стыка "вал - внутренний уступ полумуфты" усугубляется наличием износостойкой, а следовательно, хрупкой наружной поверхности полумуфты. Кроме того, верхняя радиальная опора расположена в корпусе, что задалживает определенную часть его длины.A downhole screw motor is known (see RF patent No. 2185488), the half-coupling (coupling) of the spindle shaft of which performs the additional function of a radial support sleeve, which limits the life of the half-coupling as a connecting and fixing element. In addition, the large local stresses in the coupling half at the junction of the “shaft - inner ledge of the coupling half” are exacerbated by the presence of a wear-resistant and, therefore, brittle outer surface of the coupling half. In addition, the upper radial support is located in the housing, which covers a certain part of its length.
Задачами предлагаемого изобретения являются устранение указанных недостатков известных шпинделей, увеличение их срока работы.The objectives of the invention are to remedy these disadvantages of the known spindles, increasing their service life.
Это достигается тем, что в известном шпинделе забойного двигателя, включающем системы корпуса и вала, первая из которых содержит корпус, установленные в нем радиальные опоры с их рабочими поверхностями, корпусные элементы осевой опоры, корпусные регулировочные, дистанционные, подкладные кольца и скрепленные с корпусом посредством резьб осевым сжатием между упорными уступами, образованными торцами двух переводников, скрученных с корпусом, или между внутренним уступом корпуса и уступом, образованным торцом одного переводника, а система вала содержит вал, установленные на нем втулки радиальных опор с их рабочими поверхностями, внутренние регулировочные, дистанционные, подкладные кольца, внутренние элементы осевой опоры и скрепленные с валом посредством резьбы осевым сжатием между упорными уступами, а именно между упорным уступом вала и упорным уступом, образованным торцом полумуфты, имеющей промывочные каналы, согласно изобретению хотя бы на одной втулке радиальной опоры или радиальной опоре выполнен кольцевой выступ, посредством которого эта втулка радиальной опоры или радиальная опора закреплена осевым сжатием в системе вала или в системе корпуса.This is achieved by the fact that in the well-known spindle of the downhole motor, which includes housing and shaft systems, the first of which contains the housing, radial bearings installed therein with their working surfaces, axial bearing housing elements, housing adjustment, distance, backing rings and fastened to the housing by threads by axial compression between thrust ledges formed by the ends of two sub twisted with the housing, or between the inner ledge of the housing and the ledge formed by the end of one sub, and the system Ala contains a shaft, bushings of radial bearings with their working surfaces mounted on it, internal adjusting, distance, backing rings, internal elements of the axial support and fastened to the shaft by axial compression between the thrust ledges, namely between the thrust shoulder of the shaft and the thrust ledge formed an end face of a coupling half having flushing channels according to the invention, at least on one sleeve of the radial support or radial support, an annular protrusion is made, by means of which this sleeve of the radial support or the radial bearing is fixed by axial compression in the shaft system or in the housing system.
Кроме того, рабочая поверхность хотя бы одной крайней втулки радиальной опоры и/или крайней радиальной опоры, имеющих кольцевой выступ, расположена хотя бы частично вне интервала (пространства, расстояния) - между упорными уступами соответствующей системы вала или корпуса.In addition, the working surface of at least one extreme sleeve of the radial support and / or extreme radial support having an annular protrusion is located at least partially outside the interval (space, distance) between the stop ledges of the corresponding shaft or housing system.
Целесообразно при этом располагать верхнюю и нижнюю втулку радиальной опоры с их рабочими поверхностями соответственно на полумуфте, выше упорного уступа, и на валу ниже упорного уступа вала, а крайние опоры с их рабочими поверхностями - вне интервала между упорными уступами корпуса.In this case, it is advisable to place the upper and lower bush of the radial support with their working surfaces, respectively, on the coupling half, above the stop shoulder, and on the shaft below the stop shoulder of the shaft, and the extreme bearings with their working surfaces outside the interval between the stop ledges of the housing.
Целесообразно также, чтобы верхняя втулка радиальной опоры, установленная на полумуфте, частично перекрывала в осевом направлении промывочные каналы полумуфты.It is also advisable that the upper sleeve of the radial support mounted on the coupling half partially overlaps in the axial direction the washing channels of the coupling half.
На фиг.1 и на фиг.2 показаны продольные разрезы конструктивного исполнения предлагаемого шпинделя в двух вариантах.Figure 1 and figure 2 shows a longitudinal section of the structural design of the proposed spindle in two versions.
Шпиндель (см. фиг.1) содержит корпус 1, вал 2, имеющий в нижней части резьбу 31 для присоединения породоразрушающего инструмента (на фиг. не показан), радиальные опоры 3, втулки радиальных опор 4, контактирующие по своим рабочим поверхностям, соответственно 5 и 6, осевую опору, например резинометаллическую, содержащую корпусные (наружные) элементы, например подпятники 7, корпусные (наружные) регулировочные, дистанционные, подкладные кольца (или втулки) 8, внутренние элементы, установленные на валу, например диски 9 осевой опоры, внутренние регулировочные, дистанционные, подкладные кольца (или втулки) 10, крепежно-соединительные элементы, например, такие, как верхний переводник 11, имеющий верхнюю резьбу 32 для присоединения двигательной секции, соединенный с корпусом 1 по резьбовому соединению 16, переводник 12, соединенный с корпусом по резьбовому соединению 17 в его (корпуса) нижней части и имеющий резьбу 33 для присоединения центратора, полумуфта вала 13, имеющая промывочные каналы 29 и конусно-шлицевые элементы 34 для соединения с валом двигательной секции забойного двигателя.The spindle (see Fig. 1) comprises a
Система корпуса шпинделя содержит корпус 1, установленные в нем радиальные опоры 3, корпусные элементы осевых опор - подпятники 7, корпусные регулировочные, дистанционные, подкладные кольца 8, обеспечивающие осевую непрерывность деталей в системе. Эти элементы скреплены с "натягом" (посредством осевого сжатия с соответствующими деформациями сжатия) в системе корпуса между уступами, образованными торцами 14, 15 переводников 11, 12, соединенных с корпусом по резьбовым соединениям 16, 17.The spindle housing system comprises a
Соответственно система вала содержит вал 2, установленные на нем или на других элементах системы вала втулки радиальных опор 4, внутренние элементы осевой опоры, например диски 9, внутренние регулировочные, дистанционные, подкладные кольца 10. Эти элементы скреплены в системе вала с натягом между упорным торцом 18 вала и вторым упорным уступом, образованным торцом 19 полумуфты 13, скрепленной с валом по резьбовому соединению 20.Accordingly, the shaft system comprises a
Основным отличительным признаком предлагаемого технического решения является то, что хотя бы на одной радиальной опоре 3 или на втулке 4 радиальной опоры выполнен кольцевой выступ 21 (на радиальной опоре) и/или кольцевой выступ 22 (на втулке радиальной опоры). Эти выступы могут быть выполнены из одной заготовки с радиальной опорой, втулкой радиальной опоры или же скреплены с ними, например, посредством резьбы, горячей, прессовой посадки, эксцентрика и т.д.The main distinguishing feature of the proposed technical solution is that at least one
Посредством закрепления в системах корпуса и вала осевым сжатием (натягом) соответственно по торцам 23, 24 кольцевых выступов 21 радиальных опор 3 и по торцам 25 и 26 кольцевых выступов 22 втулок радиальных опор 4 обеспечивается закрепление радиальных опор 3 в системе корпуса, а втулок радиальных опор 4 - в системе вала.By securing in the housing and shaft systems by axial compression (interference fit) respectively at the
При этом сжимающие усилия передаются только по кольцевым выступам, а радиальные опоры, втулки радиальных опор (их остовы) с их рабочими поверхностями 5 и 6 не несут сжимающих напряжений и деформаций.In this case, compressive forces are transmitted only along the annular protrusions, and radial bearings, bushings of radial bearings (their skeletons) with their working
Вариант двигателя, изображенный на фиг.1, имеет резинометаллические радиальные опоры 3, т.е. ее металлический остов облицован изнутри резиной, которая образует рабочую поверхность 5. Контактирующая с ней рабочая поверхность 6 втулки радиальной опоры 4 - упрочненная металлическая. Т.е. пара рабочих поверхностей - резинометаллическая.The engine embodiment shown in FIG. 1 has rubber-metal
Как вариант исполнения (фиг.2) возможно скрепление элементов системы корпуса осевым сжатием между упорным уступом 30, образованным ступенчатой расточкой корпуса, и упорным уступом, образованным торцом 15 переводника 12. Уступ, образованный ступенчатой расточкой корпуса, в этом варианте исполнения занимает верхнее положение, а уступ, образованный торцом 15 переводника 12, - нижнее. Возможен вариант с обратным расположением уступов.As an embodiment (FIG. 2), it is possible to fasten the elements of the housing system by axial compression between the
Радиальная опора 3 в этом варианте шпинделя в отличие от радиальной опоры, приведенной на фиг.1, показана не резинометаллической, а цельнометаллической с упрочненной рабочей поверхностью 5 (например, цементированной, с твердосплавным покрытием, и т.д.), как и втулка радиальной опоры 4 с ее рабочей поверхностью 6. В этом варианте технологические и эксплуатационные требования к обоим элементам идентичны, особенно в части отрицательного влияния вышеуказанных деформаций на их стойкость и работоспособность*. (* Термины "радиальная опора" и "втулка радикальной опоры" приняты в технической литературе по забойным двигателям. По своей же сути они являются соответственно наружным (корпусным) элементом (или втулкой) радикальной опоры и внутренним (входящим в систему вала) элементом радикальной опоры как системы (сборочного узла) элементов. Такое наименование этих элементов радикальной опоры устранило бы кажущуюся альтернативу между ними).The radial bearing 3 in this embodiment of the spindle, in contrast to the radial bearing shown in FIG. 1, is shown not rubber-metal, but all-metal with a hardened working surface 5 (for example, cemented, with carbide coating, etc.), as well as the radial bush supports 4 with its working
В системах корпуса и вала радиальные опоры и втулки радиальных опор в зависимости от конструктивного выполнения шпинделя могут располагаться кольцевым выступом вниз по ходу потока или повернутыми на 180°. На фиг.1 и 2 верхняя радиальная опора установлена своим кольцевым выступом 21 вниз, а собственно радиальная опора с ее рабочей поверхностью 5 расположена выше, в основном во внутренней полости верхнего переводника 11 (фиг.1) или как вариант (фиг.2) выше упорного уступа 30 корпуса 1, в его суженной части. Кольцевой выступ 21 опоры подвержен осевому сжатию между упорным уступом 30 корпуса 1 или (фиг.1) уступом, образованным торцом 14 переводника 11 и нижерасположенными элементами системы корпуса. Верхняя втулка радиальной опоры 4 (фиг.2 и 1), контактирующая по своей рабочей поверхности 6 с радиальной опорой 3 по ее рабочей поверхности 5, установлена и скреплена в системе вала на полумуфте 13 посредством силового сжатия кольцевого выступа 22, расположенного в нижней части втулки. При этом усилие сжатия воспринимает только кольцевой выступ втулки 22, а втулка радиальной опоры с ее рабочей поверхностью 6 свободна от напряжений.In housing and shaft systems, the radial bearings and bushings of the radial bearings, depending on the design of the spindle, can be located with an annular protrusion downstream or rotated 180 °. In figures 1 and 2, the upper radial bearing is mounted with its
Целесообразно, чтобы верхняя часть втулки радиальной опоры 4 частично перекрывала в осевом направлении проточные каналы 29 полумуфты 13, т.е. место 28 промывочных каналов располагалось ниже торца 27 втулки 4.It is advisable that the upper part of the sleeve of the
Нижняя радиальная опора 3 (повторные цифровые выноски подчеркнуты) и втулка радиальной опоры 4 в отличие от верхних повернуты на 180°, то есть установлены кольцевыми выступами вверх. При этом кольцевой выступ 22 расположен на упорном уступе 18 вала и закреплен осевым сжатием в системе вала, а втулка радиальной опоры 4, на которой выполнен этот выступ, с ее рабочей поверхностью 6 расположена на валу в основном ниже упорного уступа в ненапряженном состоянии. Кольцевой выступ 21 нижней радиальной опоры 3, контактирующей с крайней нижней втулкой 4, расположен и закреплен на нижнем упорном уступе системы корпуса, образованном торцом 15 нижнего переводника 12, основная часть нижней радиальной опоры с ее рабочей поверхностью 5 расположена во внутренней полости нижнего переводника 12 в ненапряженном состоянии.The lower radial support 3 (repeated digital callouts are underlined) and the sleeve of the
Возможно противоположное расположение кольцевых выступов в контактирующей по своим поверхностям 5 и 6 паре "радиальная опора 3 - втулка радиальной опоры 4". Такое расположение в средней паре показано на фиг.1, в которой радиальная опора 3 имеет кольцевой выступ 21 вверху, а втулка радиальной опоры 4 - кольцевой выступ 22 внизу с соответствующим противоположным расположением по отношению к выступам рабочих поверхностей 5 и 6.Perhaps the opposite location of the annular protrusions in contacting on their
Основные преимущества предложенного шпинделя обусловлены отсутствием напряжений сжатия и соответствующей деформации радиальной опоры и втулки радиальной опоры с их рабочими поверхностями, что положительно влияет на износостойкость указанных рабочих поверхностей, предотвращает растрескивание, повреждение этих поверхностей, обладающих повышенной хрупкостью и отличной от основного металла этих элементов деформационной характеристикой, позволяет использовать новые, более износостойкие материалы для покрытия рабочих поверхностей радиальных опор и втулок радиальных опор, снижает требования к их толщине и качеству стали.The main advantages of the proposed spindle are due to the absence of compression stresses and the corresponding deformation of the radial bearing and the sleeve of the radial bearing with their working surfaces, which positively affects the wear resistance of these working surfaces, prevents cracking, damage to these surfaces, which have increased fragility and a deformation characteristic different from the base metal of these elements allows you to use new, more wear-resistant materials for coating work surfaces p Adial bearings and bushings of radial bearings, reduces the requirements for their thickness and quality of steel.
Кроме того, расположение радиальных опор, имеющих кольцевые выступы, хотя бы частично вне интервала (расстояния, размера) между упорными уступами позволяет сократить длину корпуса шпинделя и шпинделя в целом или же увеличить расстояние между радиальными опорами, что особенно важно при установке между шпинделем и вышележащей двигательной секцией кривого переводника.In addition, the location of radial bearings having annular protrusions, at least partially outside the interval (distance, size) between the stop ledges, allows to reduce the length of the spindle body and the spindle as a whole or to increase the distance between the radial bearings, which is especially important when installing between the spindle and the overlying the motor section of the curve sub.
Частичное осевое перекрытие верхней втулкой радиальной опоры промывочных каналов полумуфты обеспечивает рациональную организацию потока промывочной жидкости и предохранение промывочных каналов от интенсивного размыва, максимально уменьшает консольную часть вала.Partial axial overlapping of the upper sleeve of the radial support of the washing channels of the coupling half ensures the rational organization of the flow of washing liquid and the protection of the washing channels from intensive erosion, minimizing the cantilever part of the shaft.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006102218/03A RU2319823C2 (en) | 2006-01-27 | 2006-01-27 | Bottomhole drive spindle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006102218/03A RU2319823C2 (en) | 2006-01-27 | 2006-01-27 | Bottomhole drive spindle |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2006102218A RU2006102218A (en) | 2007-08-10 |
RU2319823C2 true RU2319823C2 (en) | 2008-03-20 |
Family
ID=38510594
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006102218/03A RU2319823C2 (en) | 2006-01-27 | 2006-01-27 | Bottomhole drive spindle |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2319823C2 (en) |
-
2006
- 2006-01-27 RU RU2006102218/03A patent/RU2319823C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
ВАЛЬДМАН И.Я. и др. Забойные двигатели и запасные части. - М.: Недра, 1980, с.43, 63-66. ГУСМАН М.Т. и др. Расчет, конструирование и эксплуатация турбобуров. - М.: Недра, 1976, с.210, 357-358. * |
ШУМОВА З.И. СОБКИНА И.В. Справочник по турбобурам. - М.: Недра, 1970, с.34-41. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2006102218A (en) | 2007-08-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7252160B2 (en) | Electromagnetic gap sub assembly | |
US7703982B2 (en) | Bearing apparatuses, systems including same, and related methods | |
US5037212A (en) | Bearing structure for downhole motors | |
US4067596A (en) | Dual flow passage drill stem | |
RU2291270C1 (en) | Rolling cutter drilling bit | |
CA2476370C (en) | Electromagnetic gap sub assembly | |
RU2319823C2 (en) | Bottomhole drive spindle | |
AU781712B2 (en) | Torque reduction tool | |
US20200232297A1 (en) | Rotating Control Device with Multiple Seal Cartridge | |
RU2586124C2 (en) | Hydraulic downhole motor | |
CN112761546A (en) | Drag-reducing and wear-resisting drill string protector | |
RU2367761C2 (en) | Hydraulic downhole motor | |
US11473377B2 (en) | Rotating control device with flexible sleeve | |
US20190383103A1 (en) | Split threads for fixing accessories to a body | |
CN213087934U (en) | Petroleum drill pipe abrasion-proof protector | |
RU2232859C2 (en) | Downhole hydraulic motor | |
CN219570040U (en) | Mechanical seal flushing pipe assembly for petroleum and natural gas drilling | |
SU945356A1 (en) | Drilling tool centering device | |
US20190032408A1 (en) | Moveable cutters and devices including one or more seals for use on earth-boring tools in subterranean boreholes and related methods | |
CN219101245U (en) | Center drill rod for raise boring machine | |
RU2241107C1 (en) | Screw face engine | |
SU1263800A1 (en) | Centering device for drilling tool | |
RU2151850C1 (en) | Radial support of face motor | |
CN219139694U (en) | Mechanical shock absorber for drill string | |
US11280134B2 (en) | Ground drilling device, method for making a ground drilling device, method for maintaining a ground drilling device, and use of a ground drilling device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140128 |