RU2457308C2 - Spindle oil-filled section of hydraulic downhole motor - Google Patents
Spindle oil-filled section of hydraulic downhole motor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2457308C2 RU2457308C2 RU2010141341/03A RU2010141341A RU2457308C2 RU 2457308 C2 RU2457308 C2 RU 2457308C2 RU 2010141341/03 A RU2010141341/03 A RU 2010141341/03A RU 2010141341 A RU2010141341 A RU 2010141341A RU 2457308 C2 RU2457308 C2 RU 2457308C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- threaded
- shaft
- radial
- housing
- filled
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Earth Drilling (AREA)
- Sliding-Contact Bearings (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к гидравлическим приводам для вращательного бурения, размещаемым в скважинах, и может быть использовано в гидравлических героторных винтовых двигателях и турбобурах для бурения нефтяных и газовых скважин.The invention relates to hydraulic drives for rotary drilling, placed in wells, and can be used in hydraulic gerotor screw engines and turbodrills for drilling oil and gas wells.
Известен шпиндель забойного двигателя, включающий корпус, полый вал с установленными и закрепленными на нем нижним и верхним уплотнительными узлами, нижними и верхними радиальными опорами, 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, при этом 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 (RU 2272117, 20.03.2006).A downhole motor spindle is known, including a housing, a hollow shaft with lower and upper sealing assemblies, lower and upper radial bearings, axial bearings, an oil lubricator installed inside the oil bath, a high-pressure housing, the cavity of which is divided into chambers by pistons one of which is connected to the oil bath, and the second to the high-pressure cavity of the washing liquid, while the oil lubricator is made diaphragm and connected to the high-pressure cavity rinse 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 diaphragm lubricator, high-pressure housing, upper radial support and upper sealing assembly, connected to each other, while the oil chamber of the high-pressure housing is made with 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 cover the housing of the high pressure housing, and the second chamber of the high pressure housing is connected to a hydraulic communication channel (RU 2272117, 03.20.2006).
Недостатками известного шпинделя забойного двигателя являются низкая надежность, сложность конструкции и высокая стоимость подготовки забойного двигателя к эксплуатации. Это объясняется наличием редукционного клапана и поршневого узла внутри картера в конструкции шпинделя, вследствие этого, при подготовке забойного двигателя к эксплуатации требуется проверка работоспособности редукционного клапана.The disadvantages of the known spindle downhole motor are low reliability, design complexity and the high cost of preparing the downhole motor for operation. This is explained by the presence of a pressure reducing valve and a piston assembly inside the crankcase in the spindle design; as a result, when preparing a downhole motor for operation, a check of the performance of the pressure reducing valve is required.
Недостатками шпинделя забойного двигателя являются также отсутствие ловильного устройства на полом валу, в резьбе которого закреплено долото, и невозможность подъема из скважины долота с частью полого вала шпинделя, корпусом шпинделя и бурильной колонной при обрыве хвостовика или ступенчатого перехода в средней части полого вала шпинделя.The drawbacks of the downhole motor spindle are also the lack of a fishing device on the hollow shaft, in the thread of which the bit is fixed, and the inability to lift the bit from the well with a part of the hollow spindle shaft, the spindle body and the drill string when the shank breaks or a step transition in the middle part of the spindle hollow shaft.
Недостатком известного шпинделя забойного двигателя является также неполная возможность повышения герметичности масляной камеры в картере высокого давления с уплотнениями вследствие перепада давления бурового раствора, действующего на поршневой узел внутри картера с уплотнениями, над давлением масла внутри картера с уплотнениями, а также над давлением масла, "дросселируемого" через редукционный клапан, что приводит к попаданию абразивных частиц бурового раствора в масляную камеру радиальной и осевой опор, вызывает износ шариков осевой многоступенчатой опоры, перегрев нижнего и верхнего уплотнительных узлов, снижает ресурс и надежность работы шпинделя забойного двигателя, а также приводит к отказам в работе.A disadvantage of the known downhole motor spindle is also the incomplete possibility of increasing the tightness of the oil chamber in the high-pressure crankcase with seals due to the differential pressure of the drilling fluid acting on the piston assembly inside the crankcase with seals, above the oil pressure inside the crankcase with seals, and also above the oil pressure "throttled" "through a pressure reducing valve, which leads to the penetration of abrasive particles of the drilling fluid into the oil chamber of the radial and axial bearings, causes wear of the balls multi-stage support, overheating of the lower and upper sealing units, reduces the resource and reliability of the downhole motor spindle, and also leads to failure in operation.
Известна маслонаполненная шпиндельная секция турбобура, содержащая корпус, вал с нижним и верхним уплотнительными узлами, образующими масляную камеру, в которой установлены радиальные и осевые опоры, гидравлически сообщенную с диафрагменным лубрикатором, секция турбобура снабжена балластными элементами, установленными в свободных объемах масляной камеры, при этом лубрикатор заполнен маслом на 75÷80% объема масляной полости (RU 2331750, 20.08.2008).Known oil-filled spindle section of the turbodrill, comprising a housing, a shaft with lower and upper sealing units forming an oil chamber, in which radial and axial bearings are mounted, hydraulically connected with a diaphragm lubricator, the turbodrill section is equipped with ballast elements installed in the free volumes of the oil chamber, the lubricator is filled with oil for 75 ÷ 80% of the volume of the oil cavity (RU 2331750, 08.20.2008).
Недостатком известной шпиндельной секции турбобура является неполная возможность обеспечения герметичности масляной камеры вследствие перепада давления бурового раствора, действующего на нижний и верхний уплотнительные узлы, образующие масляную камеру, в которой установлены радиальные и осевые опоры, гидравлически сообщенную с диафрагменным лубрикатором, над давлением масла внутри масляной полости.A disadvantage of the known spindle section of the turbodrill is the incomplete ability to ensure the tightness of the oil chamber due to the differential pressure of the drilling fluid acting on the lower and upper sealing units forming the oil chamber, in which radial and axial bearings are installed, hydraulically connected with the diaphragm lubricator, above the oil pressure inside the oil cavity .
Недостаток известной шпиндельной секции турбобура объясняется неполным заполнением масла: на 75÷80% объема масляной полости, что не предотвращает попадание абразивных частиц бурового раствора, прокачиваемого под высоким давлением, например, 25÷35 МПа, в масляную полость, не обеспечивает гарантированную смазку, "насосную циркуляцию" и охлаждение радиальных (роликовых) опор качения и охлаждение осевых (шариковых) опор, при этом в опорах возникает "прихват" шариков и роликов, которые способствуют перегреву и повышенному износу шариков и роликов, что приводит к увеличенным радиальным и осевым люфтам вала шпинделя в осевых и радиальных опорах качения, а также к отказам в работе.The disadvantage of the known spindle section of the turbodrill is due to incomplete filling of oil: 75 ÷ 80% of the volume of the oil cavity, which does not prevent the abrasive particles of the drilling fluid pumped under high pressure, for example, 25 ÷ 35 MPa, into the oil cavity, does not provide guaranteed lubrication, " pump circulation "and cooling of radial (roller) bearings and cooling of axial (ball) bearings, while in the bearings there is a" sticking "of balls and rollers, which contribute to overheating and increased wear of the balls and roller Which leads to increased radial and axial play of the spindle shaft in the axial and radial rolling bearings, as well as to failure in operation.
Недостатком известной шпиндельной секции турбобура является неполная возможность повышения ресурса и надежности осевых (шариковых) и радиальных (роликовых) опор вала, имеющего резьбу для долота, невозможность использования в гидравлических героторных винтовых двигателях для бурения изогнутых наклонных и горизонтальных скважин, что объясняется недостаточной ударной прочностью и усталостной выносливостью, низкой стойкостью к возникновению резонансных вибраций и "прихвату" при действии максимальной осевой и радиальных нагрузок (от долота) в изогнутой колонне бурильных труб, при изменении знака осевой нагрузки, действующей на радиальные опоры скольжения и упорные подшипники, повышенного износа радиальных опор скольжения при радиальных люфтах, определяемых величиной износа, например, в пределах 30÷50% от величины допустимого износа вала шпинделя с долотом в нижней опоре скольжения, вследствие попадания абразивных частиц бурового раствора в масляную полость радиальных опор скольжения и упорных подшипников шпинделя с долотом в передней опоре шпиндельной секции турбобура.A disadvantage of the known spindle section of the turbodrill is the incomplete possibility of increasing the resource and reliability of the axial (ball) and radial (roller) bearings of the shaft having a thread for the bit, the inability to use in hydraulic gerotor screw motors for drilling curved inclined and horizontal wells, which is explained by insufficient impact strength and fatigue endurance, low resistance to the occurrence of resonant vibrations and “sticking” under the action of maximum axial and radial loads (from to lot) in a curved drill pipe string, when the sign of the axial load acting on the radial sliding bearings and thrust bearings changes, increased wear of the radial sliding bearings with radial play, determined by the amount of wear, for example, within 30 ÷ 50% of the allowable wear of the spindle shaft with a bit in the lower bearing of the slide due to the ingress of abrasive particles of the drilling fluid into the oil cavity of the radial sliding bearings and thrust bearings of the spindle with a bit in the front support of the spindle section of the turbobu pa
Другим недостатком шпиндельной секции турбобура является отсутствие ловильного устройства на валу шпиндельной секции, на резьбе которого закреплено долото, и невозможность подъема из скважины долота с частью полого вала шпиндельной секции, корпусом шпиндельной секции и бурильной колонной при обрыве хвостовика или ступенчатого перехода в средней части вала шпиндельной секции.Another disadvantage of the spindle section of the turbodrill is the lack of a fishing device on the shaft of the spindle section, on the thread of which the bit is fixed, and the inability to lift the bit from the well with a part of the hollow shaft of the spindle section, the spindle section housing and the drill string when the shank breaks or a step transition in the middle part of the spindle shaft sections.
Наиболее близкой к заявляемой конструкции является герметичная шпиндельная секция, применяемая для бурения скважин, имеющая первый трубчатый элемент, второй трубчатый элемент, телескопически установленный в первом трубчатом элементе, второй трубчатый элемент, имеющий внутренний канал, через который проходит буровой раствор под давлением, производимым насосом, зазор между первым и вторым трубчатыми элементами, определяющий герметичную маслонаполненную камеру, которая имеет один конец под буровое долото, изолированный с помощью уплотнительных средств, которые направлены к буровому долоту, и один конец под насос, изолированный с помощью уплотнительных средств, данные уплотнительные средства находятся в герметичной камере, включающие неподвижное механическое уплотнение, расположенное в герметичной камере, между уплотнительными средствами насоса и уплотнительными средствами бурового долота, механическое уплотнение, разделяющее герметичную камеру на насосную секцию и долотную секцию, а также насосные уплотнительные средства, будучи зависимыми от давления, таким образом, что насосные уплотнительные средства оказывают давление на масло в насосной секции герметичной камеры в ответ на давление, оказываемое буровым раствором, прокачиваемым вдоль внутреннего канала за счет действия насосов, при этом уплотнительные средства со стороны бурового долота, будучи зависимыми от давления, таким образом, что уплотнительные средства бурового долота оказывают давление на масло внутри долотной секции герметичной камеры в ответ на давление, оказываемое буровым раствором, перемещающимся наружу к первому трубчатому элементу и второму трубчатому элементу, механическое уплотнение включает средства для невращающегося присоединения первого уплотнительного кольца к первому трубчатому элементу, средства для невращающегося присоединения второго уплотнительного кольца ко второму трубчатому элементу и средства для герметичного зацепления первого уплотнительного кольца и второго уплотнительного кольца, тем самым формирования механического уплотнения, изолирующего перепад давления между насосной секцией и долотной секцией герметичной камеры (US 5377771, Jan. 3, 1995).Closest to the claimed design is a sealed spindle section used for drilling wells, having a first tubular element, a second tubular element telescopically mounted in the first tubular element, a second tubular element having an internal channel through which the drilling fluid passes under pressure produced by the pump, the gap between the first and second tubular elements, defining a sealed oil-filled chamber, which has one end under the drill bit, isolated with a seal wearable means, which are directed to the drill bit, and one end under the pump, isolated using sealing means, these sealing means are in a sealed chamber, including a stationary mechanical seal located in the sealed chamber, between the sealing means of the pump and the sealing means of the drill bit, mechanical a seal separating the sealed chamber into a pump section and a chisel section, as well as pump sealing means, being dependent on pressure, so that at the same time, the pump sealing means exert pressure on the oil in the pump section of the sealed chamber in response to the pressure exerted by the drilling fluid pumped along the internal channel due to the action of the pumps, while the sealing means on the side of the drill bit being pressure-dependent, thus that the sealing means of the drill bit exert pressure on the oil inside the bit section of the sealed chamber in response to the pressure exerted by the drilling fluid moving outward to the first tubular mu element and the second tubular element, the mechanical seal includes means for non-rotating attachment of the first sealing ring to the first tubular element, means for non-rotating connecting of the second sealing ring to the second tubular element and means for tightly engaging the first sealing ring and the second sealing ring, thereby forming a mechanical a seal isolating the differential pressure between the pump section and the chisel section of the sealed chamber (US 53 77771, Jan. 3, 1995).
Недостатком известной герметичной шпиндельной секции, применяемой для бурения скважин, является неполная возможность повышения ресурса и надежности радиальных опор скольжения и упорных подшипников трубчатых элементов вала, что объясняется недостаточной ударной прочностью и усталостной выносливостью, низкой стойкостью к возникновению резонансных вибраций и "прихвату" при действии максимальной осевой и радиальных нагрузок (от долота) в изогнутой колонне бурильных труб, при изменении знака осевой нагрузки, действующей на упорные подшипники, при повышенном износе радиальных опор скольжения и радиальных люфтах, определяемых величиной износа, например, в пределах 30÷50% от величины допустимого износа вала с долотом в нижней опоре скольжения, вследствие попадания абразивных частиц бурового раствора в масляную полость радиальных опор скольжения и упорных подшипников трубчатых элементов вала.A disadvantage of the known sealed spindle section used for drilling wells is the incomplete ability to increase the resource and reliability of radial sliding bearings and thrust bearings of tubular shaft elements, which is explained by insufficient impact strength and fatigue endurance, low resistance to resonance vibrations and “tacking” under maximum axial and radial loads (from the bit) in a curved drill pipe string, when the sign of the axial load acting on the thrust bearings changes pnniks, with increased wear of radial sliding bearings and radial play, determined by the amount of wear, for example, within 30 ÷ 50% of the allowable shaft wear with a bit in the lower sliding bearing, due to the abrasive particles of the drilling fluid entering the oil cavity of the radial sliding bearings and thrust bearings of tubular shaft elements.
Недостатки известной шпиндельной секции объясняются резьбовым соединением трубчатых элементов вала между упорными подшипниками, а также установкой (центрированием) переднего упорного роликоподшипника 32 и двух задних упорных роликоподшипников 30, 28 в разных трубчатых элементах вала: в переднем трубчатом элементе 14 и, соответственно, в заднем трубчатом элементе 14b, соединенных резьбой 13 между упорными подшипниками, что не обеспечивает экономических преимуществ для обеспечения требуемой прочности и точности (соосности) двух частей вала с долотом в опорах скольжения 24 и 26.The disadvantages of the known spindle section are explained by the threaded connection of the tubular shaft elements between the thrust bearings, as well as the installation (centering) of the front thrust roller bearing 32 and two rear
Недостатки известной шпиндельной секции объясняются отсутствием собственной радиальной опоры скольжения, расположенной в масляной камере между передним и задним упорными подшипниками (в зоне максимального значения эквивалентных напряжений), при совместном действии максимальной осевой и радиальных нагрузок (от долота) в изогнутой колонне бурильных труб, при изменении знака осевой нагрузки, действующей на упорные подшипники, возникновении вибраций, что не позволяет уменьшать максимальное значение эквивалентных напряжений (по Мизесу), увеличивать передаваемый крутящий момент, повышать ресурс и надежность шпиндельной секции.The disadvantages of the known spindle section are explained by the lack of its own radial sliding bearings located in the oil chamber between the front and rear thrust bearings (in the zone of maximum equivalent stresses), under the combined action of the maximum axial and radial loads (from the bit) in a curved drill pipe string, when changing the sign of the axial load acting on the thrust bearings, the occurrence of vibrations, which does not allow to reduce the maximum value of equivalent stresses (according to Mises), increase the transmitted torque, increase the resource and reliability of the spindle section.
Повышенные напряжения в вышеуказанной области, между передним и задним упорными подшипниками, обусловлены, по существу, двумя факторами:The increased stresses in the above region, between the front and rear thrust bearings, are due, essentially, to two factors:
- наличием концентратора напряжений в виде свободной от силовых связей с ниппелем резьбовой канавки или проточки для сбега резьбы;- the presence of a stress concentrator in the form of a threaded groove or groove for thread removal free from power connections with the nipple;
- резким изменением крутильной и изгибной жесткости в месте перехода от соединения муфты с ниппелем, связанными силовыми взаимодействиями в резьбе в одно целое, и выполняющего роль жесткой заделки по отношению к свободной части муфты со сравнительно тонкой стенкой.- a sharp change in torsional and bending stiffness at the point of transition from the coupling of the coupling with the nipple, connected by force interactions in the thread as a whole, and acting as a rigid seal with respect to the free part of the coupling with a relatively thin wall.
Недостатки известной конструкции объясняются большим значением коэффициента напряжения в радиальных опорах скольжения и в упорных подшипниках вала шпиндельной секции (Stress ratio, отношение изменяющейся амплитуды напряжения к среднему напряжению), по существу, равного 5÷9, а также большой вероятностью возникновения резонансных вибраций и "прихвата" при действии максимальной осевой и радиальных нагрузок (от долота) в изогнутой колонне бурильных труб, при изменении знака осевой нагрузки, действующей на упорные подшипники, при использовании двигателя в горизонтальных управляемых компоновках низа бурильной колонны, на участках изменения кривизны наклонной скважины, преимущественно в режиме максимальной мощности.The disadvantages of the known construction are explained by the large value of the stress coefficient in the radial sliding bearings and in the thrust bearings of the shaft of the spindle section (Stress ratio, the ratio of the varying voltage amplitude to the average voltage), essentially equal to 5 ÷ 9, as well as the high probability of resonant vibrations and "sticking" "under the action of maximum axial and radial loads (from the bit) in a curved drill pipe string, when the sign of the axial load acting on the thrust bearings changes, when using driver in horizontal controlled layout of the bottom of the drill string, in areas of change in the curvature of an inclined well, mainly in maximum power mode.
Недостатком известной шпиндельной секции является также неполная возможность повышения предельного момента затяжки резьбового соединения первого и второго трубчатых элементов вала шпинделя, предотвращения увеличения наружного диаметра муфтовых резьбовых соединений (кольцевых силовых поясов) вблизи упорных торцов, что не позволяет уменьшать максимальное значение эквивалентных напряжений (по Мизесу), повышать прочность резьбового соединения и увеличивать передаваемый крутящий момент, например, от ротора двигателя к приводному валу, валу шпинделя и долоту для бурения скважин, а также неполная возможность предотвращения отказов и аварий вследствие отворачивания резьбовых соединений для вращающихся с долотом компоновок ротора двигателя в скважине.A disadvantage of the known spindle section is also the incomplete possibility of increasing the tightening torque of the threaded joint of the first and second tubular elements of the spindle shaft, preventing an increase in the outer diameter of the coupling threaded joints (ring power belts) near the thrust ends, which does not allow to reduce the maximum value of equivalent stresses (according to Mises) , increase the strength of the threaded connection and increase the transmitted torque, for example, from the rotor of the engine to the drive shaft , the spindle shaft and the chisel for drilling wells, as well as the incomplete ability to prevent failures and accidents due to loosening of threaded joints for rotary engine rotor assemblies with a chisel in the well.
Недостатком известной шпиндельной секции является также неполная возможность повышения герметичности масляной камеры путем устранения перепада давления бурового раствора, действующего на кольцевой поршень с внутренним и наружным уплотнениями, до величины давления бурового раствора за наружной поверхностью корпуса (в "затрубном" пространстве).A disadvantage of the known spindle section is also the incomplete possibility of increasing the tightness of the oil chamber by eliminating the differential pressure of the drilling fluid acting on the annular piston with internal and external seals to the pressure of the drilling fluid behind the outer surface of the housing (in the "annulus" space).
Давление бурового раствора, прокачиваемого вдоль внутреннего канала полого вала, например, 25÷35 МПа, действующее в скважине на кольцевой поршень с внутренним и наружным уплотнениями, приводит к попаданию абразивных частиц бурового раствора, например, до 2% песка с размерами 0,15÷0,95 мм и до 5% нефтепродуктов в полимер - глинистом буровом растворе плотностью 1,16÷1,26 г/см3, в масляную камеру радиальных и осевых опор, что вызывает износ роликов упорных подшипников, перегрев уплотнительных средств кольцевого поршня, снижает ресурс и надежность работы шпиндельной секции.The pressure of the drilling fluid pumped along the internal channel of the hollow shaft, for example, 25 ÷ 35 MPa, acting in the borehole on the annular piston with internal and external seals, leads to the ingress of abrasive particles of the drilling fluid, for example, up to 2% sand with dimensions of 0.15 ÷ 0.95 mm and up to 5% of petroleum products in a polymer - clay mud with a density of 1.16 ÷ 1.26 g / cm 3 into the oil chamber of radial and axial bearings, which causes wear of the thrust bearing rollers, overheating of the annular piston sealing means, reduces service life and reliability s spindle section.
Недостатком известной герметичной шпиндельной секции является также отсутствие ловильного устройства на переднем полом элементе вала, в резьбе которого закреплено долото, и невозможность подъема из скважины долота с частью переднего полого элемента вала шпиндельной секции, корпусом шпиндельной секции и бурильной колонной при обрыве хвостовика или ступенчатого перехода в средней части переднего полого элемента вала шпиндельной секции.A disadvantage of the known sealed spindle section is also the absence of a fishing device on the front hollow shaft element, in the thread of which the bit is fixed, and the inability to lift the bit from the well with a part of the front hollow shaft element of the spindle section, the spindle section housing and the drill string when the shank breaks or a step transition to the middle part of the front hollow shaft element of the spindle section.
Техническим результатом изобретения является повышение ресурса и надежности шпиндельной маслонаполненной секции забойного двигателя за счет повышения прочности и усталостной выносливости радиальных опор скольжения и упорных подшипников вала шпиндельной секции, повышения герметичности масляной камеры, уменьшения амплитуды резонансных вибраций вала шпиндельной секции, повышения стойкости к возникновению "прихвата" при действии максимальной осевой и радиальных нагрузок (от долота) в изогнутой колонне бурильных труб, при изменении знака осевой нагрузки, действующей на упорные подшипники, при повышенном износе радиальных опор скольжения за счет того, что она содержит дополнительный резьбовой трубчатый элемент корпуса, имеющий собственную радиальную опору скольжения, расположенную между передним и задним упорными подшипниками, с которой соединен с возможностью скольжения хвостовик переднего резьбового полого элемента вала, при этом кольцевой поршень с внутренними и наружными уплотнениями, отделяющий герметичную масляную камеру от полости, заполненной буровым раствором, установлен между собственной радиальной опорой скольжения дополнительного резьбового трубчатого элемента корпуса и задней радиальной опорой скольжения и образует с задней радиальной опорой скольжения, валом и корпусом разгрузочную полость, заполненную буровым раствором, а между задней радиальной опорой скольжения и кольцевым поршнем в резьбовом трубчатом элементе корпуса выполнены отверстия для выхода части прокачиваемого бурового раствора через радиальный зазор задней радиальной опоры скольжения и разгрузочную полость за наружную поверхность корпуса (в "затрубное" пространство).The technical result of the invention is to increase the resource and reliability of the oil-filled spindle section of the downhole motor by increasing the strength and fatigue endurance of the radial sliding bearings and thrust bearings of the shaft of the spindle section, increasing the tightness of the oil chamber, decreasing the amplitude of resonant vibrations of the shaft of the spindle section, and increasing the resistance to the occurrence of "sticking" under the action of maximum axial and radial loads (from the bit) in a curved string of drill pipes, when changing aka axial load acting on thrust bearings, with increased wear of radial sliding bearings due to the fact that it contains an additional threaded tubular housing element having its own radial sliding support located between the front and rear thrust bearings, to which the front shank is slidingly connected a threaded hollow shaft element, with an annular piston with internal and external seals separating the sealed oil chamber from the cavity filled with the drill hole In fact, it is installed between its own radial sliding support of an additional threaded tubular housing element and the rear radial sliding support and forms an unloading cavity filled with drilling fluid with the rear radial sliding support, shaft and housing, and between the rear radial sliding support and the annular piston in the threaded tubular housing element openings are made for the exit of a portion of the pumped drilling fluid through the radial clearance of the rear radial sliding support and the discharge cavity and the outer surface of the housing (in the "annular" space).
Другим техническим результатом изобретения является обеспечение возможности подъема из скважины долота с частью переднего полого элемента вала шпиндельной секции, корпусом шпинделя и бурильной колонной при обрыве хвостовика переднего резьбового полого элемента вала шпиндельной секции за счет того, что между торцом переднего упорного подшипника и торцом переднего резьбового полого элемента вала на резьбе переднего резьбового полого элемента вала закреплена ловильная гайка с передним и задним опорными торцами, диаметр которой превышает диаметр передней радиальной опоры скольжения в переднем резьбовом трубчатом элементе корпуса.Another technical result of the invention is the possibility of lifting from the well a bit with a part of the front hollow element of the shaft of the spindle section, the spindle body and the drill string when the shank of the front threaded hollow element of the shaft of the spindle section breaks due to the fact that between the end of the front thrust bearing and the end of the front threaded hollow a shaft element on the thread of the front threaded hollow shaft element, a fishing nut with a front and rear support ends is fixed, the diameter of which is greater than AET diameter of the front radial sliding bearings in the front threaded tubular body member.
Этот технический результат достигается тем, что шпиндельная маслонаполненная секция гидравлического забойного двигателя, состоящая из трубчатого корпуса и полого вала, соединенных между собой с возможностью скольжения, трубчатый корпус выполнен из резьбовых трубчатых элементов, полый вал выполнен из резьбовых полых элементов, размещенных на осевой опоре, выполненной в виде переднего и заднего упорных подшипников, а также на передней и задней радиальных опорах скольжения, через полый вал прокачивается буровой раствор под давлением, передний резьбовой полый элемент вала имеет резьбу для долота, между передним резьбовым трубчатым элементом корпуса и резьбовым полым элементом вала со стороны резьбы для долота расположен передний уплотнительный модуль, между корпусом и валом установлен с возможностью скольжения кольцевой поршень с внутренними и наружными уплотнениями, между передним уплотнительным модулем, кольцевым поршнем, корпусом и валом образована герметичная масляная камера, а кольцевой поршень отделяет герметичную масляную камеру от полости, заполненной буровым раствором, согласно изобретению, содержит дополнительный резьбовой трубчатый элемент корпуса, имеющий собственную радиальную опору скольжения, расположенную между передним и задним упорными подшипниками, с которой соединен с возможностью скольжения хвостовик переднего резьбового полого элемента вала, имеющего резьбу для долота, между торцом переднего упорного подшипника и торцом переднего резьбового полого элемента вала на резьбе переднего резьбового полого элемента вала закреплена ловильная гайка с передним и задним опорными торцами, диаметр которой превышает диаметр передней радиальной опоры скольжения в переднем резьбовом трубчатом элементе корпуса, при этом кольцевой поршень с внутренними и наружными уплотнениями, отделяющий герметичную масляную камеру от полости, заполненной буровым раствором, установлен между собственной радиальной опорой скольжения дополнительного резьбового трубчатого элемента корпуса и задней радиальной опорой скольжения и образует с задней радиальной опорой скольжения, валом и корпусом разгрузочную полость, заполненную буровым раствором, а между задней радиальной опорой скольжения и кольцевым поршнем в резьбовом трубчатом элементе корпуса выполнены отверстия для выхода части прокачиваемого бурового раствора через радиальный зазор задней радиальной опоры скольжения и разгрузочную полость за наружную поверхность корпуса.This technical result is achieved by the fact that the oil-filled spindle section of the hydraulic downhole motor, consisting of a tubular body and a hollow shaft, interconnected with the possibility of sliding, the tubular body is made of threaded tubular elements, the hollow shaft is made of threaded hollow elements placed on an axial support, made in the form of front and rear thrust bearings, as well as on the front and rear radial sliding bearings, drilling fluid is pumped through the hollow shaft under pressure, ne The middle threaded hollow shaft element has a thread for the bit, between the front threaded tubular housing element and the threaded hollow shaft element, there is a front sealing module on the thread side for the bit, an annular piston with internal and external seals is mounted sliding between the housing and the front, between the front sealing a module, an annular piston, a housing and a shaft form a sealed oil chamber, and an annular piston separates a sealed oil chamber from a cavity filled with drill the solution, according to the invention, contains an additional threaded tubular housing element having its own radial sliding support located between the front and rear thrust bearings, with which the shank of the front threaded hollow shaft element having a thread for the bit is connected between the end of the front thrust bearing and an end face of the front threaded hollow shaft element on the thread of the front threaded hollow shaft element is fixed fishing nut with front and rear bearings ends, the diameter of which exceeds the diameter of the front radial sliding support in the front threaded tubular element of the housing, while the annular piston with internal and external seals separating the sealed oil chamber from the cavity filled with drilling fluid is installed between its own radial sliding support of the additional threaded tubular housing element and the rear radial sliding support and forms with the rear radial sliding support, shaft and housing a discharge cavity filled with drill th solution and radial support between the rear and the annular piston sliding in the threaded tubular body member has openings for exit portion of drilling fluid pumped through the radial clearance rear radial sliding bearing and a discharge cavity for the outer surface of the housing.
На заднем торце ловильной гайки, контактирующем с передним торцом переднего упорного подшипника, и на заднем торце дополнительного резьбового трубчатого элемента корпуса, контактирующем с передним торцом заднего упорного подшипника, выполнены радиальные проточные пазы.At the rear end of the fishing nut in contact with the front end of the front thrust bearing, and at the rear end of the additional threaded tubular housing element in contact with the front end of the rear thrust bearing, radial flow grooves are made.
Передний и задний упорные подшипники установлены, каждый одним из двух внутренних опорных колец на одном цилиндрическом поясе хвостовика переднего резьбового полого элемента вала, имеющего резьбу для долота.The front and rear thrust bearings are installed, each with one of two internal support rings on one cylindrical belt of the shank of the front threaded hollow shaft element having a thread for the bit.
Передний уплотнительный модуль установлен в переднем резьбовом трубчатом элементе корпуса и содержит два неподвижных в продольном направлении кольцевых уплотнения, кольцевую камеру между неподвижными кольцевыми уплотнениями, заполненную смазкой, и резьбовые пробки в плоскости кольцевой камеры.The front sealing module is installed in the front threaded tubular element of the housing and contains two longitudinally sealed annular seals, an annular chamber between the stationary annular seals filled with grease, and threaded plugs in the plane of the annular chamber.
Выполнение шпиндельной маслонаполненной секции гидравлического забойного двигателя таким образом, что она содержит дополнительный резьбовой трубчатый элемент корпуса, имеющий собственную радиальную опору скольжения, расположенную между передним и задним упорными подшипниками, с которой соединен с возможностью скольжения хвостовик переднего резьбового полого элемента вала, имеющего резьбу для долота, при этом кольцевой поршень с внутренними и наружными уплотнениями, отделяющий герметичную масляную камеру от полости, заполненной буровым раствором, установлен между собственной радиальной опорой скольжения дополнительного резьбового трубчатого элемента корпуса и задней радиальной опорой скольжения и образует с задней радиальной опорой скольжения, валом и корпусом разгрузочную полость, заполненную буровым раствором, а между задней радиальной опорой скольжения и кольцевым поршнем в резьбовом трубчатом элементе корпуса выполнены отверстия для выхода части прокачиваемого бурового раствора через радиальный зазор задней радиальной опоры скольжения и разгрузочную полость за наружную поверхность корпуса (в "затрубное" пространство), обеспечивает повышение ресурса и надежности шпиндельной маслонаполненной секции забойного двигателя за счет повышения герметичности масляной камеры, повышения ударной прочности и усталостной выносливости радиальных опор скольжения и упорных подшипников вала шпиндельной секции, уменьшения амплитуды резонансных вибраций вала шпиндельной секции, повышения стойкости к возникновению "прихвата" при действии максимальной осевой и радиальных нагрузок (от долота) в изогнутой колонне бурильных труб, при изменении знака осевой нагрузки, действующей на упорные подшипники, при повышенном износе радиальных опор скольжения.The execution of the oil-filled spindle section of the hydraulic downhole motor so that it contains an additional threaded tubular housing element having its own radial sliding support located between the front and rear thrust bearings, with which the shank of the front threaded hollow shaft element having a thread for the bit is connected wherein the annular piston with internal and external seals separating the sealed oil chamber from the cavity filled with level solution, installed between the own radial sliding support of the additional threaded tubular housing element and the rear radial sliding support and forms an unloading cavity filled with drilling fluid with the rear radial sliding support, the shaft and the housing, and between the rear radial sliding support and the annular piston in the threaded tubular element the housing has openings for the exit of a portion of the pumped drilling fluid through the radial clearance of the rear radial sliding support and unloading a cavity beyond the outer surface of the housing (into the "annulus" space), provides increased resource and reliability of the spindle oil-filled section of the downhole motor by increasing the tightness of the oil chamber, increasing the impact strength and fatigue endurance of the radial sliding bearings and thrust bearings of the shaft of the spindle section, and reducing the amplitude of resonant vibrations shaft of the spindle section, increasing resistance to the occurrence of "sticking" under the action of maximum axial and radial loads (from the bit) in the bend a hollow drill pipe string, when the sign of the axial load acting on the thrust bearings changes, with increased wear of the radial sliding bearings.
Такое выполнение радиальных опор скольжения шпиндельной маслонаполненной секции гидравлического забойного двигателя, при котором передняя радиальная опора скольжения, расположенная в резьбовом трубчатом элементе корпуса, и собственная радиальная опора скольжения, расположенная между передним и задним упорными подшипниками, с которой соединен с возможностью скольжения хвостовик переднего резьбового полого элемента вала, имеющего резьбу для долота, находятся в герметичной масляной камере, а задняя радиальная опора скольжения смазывается и охлаждается частью бурового раствора (5÷12%), который прокачивается через полый вал под давлением, например, 25÷35 МПа, обеспечивает уменьшение амплитуды резонансных вибраций вала шпиндельной секции за счет демпфирования резонансных вибраций ротора гидравлического винтового героторного двигателя, приводного вала и вала шпиндельной секции при радиальных люфтах, определяемых величиной износа, например, в пределах 30÷42% (0,23÷0,55 мм) от величины допустимого износа вала шпиндельной секции с долотом в передней опоре скольжения.This embodiment of the radial sliding bearings of the oil-filled spindle section of the hydraulic downhole motor, in which the front radial sliding bearing located in the threaded tubular element of the housing, and its own radial sliding bearing located between the front and rear thrust bearings, with which the shank of the front threaded hollow is connected a shaft element having a thread for the bit are located in a sealed oil chamber, and the rear radial lubrication sliding support It is cooled and cooled by a part of the drilling fluid (5–12%), which is pumped through the hollow shaft under pressure, for example, 25–35 MPa, and provides a reduction in the amplitude of the resonant vibrations of the shaft of the spindle section due to damping of the resonant vibrations of the rotor of the hydraulic screw gerotor motor, drive shaft and the shaft of the spindle section with radial play defined by the amount of wear, for example, within 30–42% (0.23–0.55 mm) of the allowable wear of the shaft of the spindle section with a bit in the front sliding support.
Такое выполнение шпиндельной маслонаполненной секции гидравлического забойного двигателя уменьшает значение коэффициента напряжения в радиальных опорах скольжения и в упорных подшипниках вала шпиндельной секции (Stress ratio, отношение изменяющейся амплитуды напряжения к среднему напряжению), по существу, равного (3,1÷4,5), снижает вероятность возникновения резонансных вибраций, "прихвата" при действии максимальной осевой и радиальных нагрузок (от долота) в изогнутой колонне бурильных труб, при изменении знака осевой нагрузки, действующей на упорные подшипники, при использовании двигателя в горизонтальных управляемых компоновках низа бурильной колонны, на участках изменения кривизны наклонной скважины, преимущественно в режиме максимальной мощности.This embodiment of the oil-filled spindle section of the hydraulic downhole motor reduces the value of the stress coefficient in the radial sliding bearings and in the thrust bearings of the spindle section shaft (Stress ratio, the ratio of the changing voltage amplitude to the average voltage), essentially equal to (3.1 ÷ 4.5), reduces the likelihood of resonant vibrations, “sticking” under the action of maximum axial and radial loads (from the bit) in a curved drill pipe string, when the sign of the axial load acting on thrust bearings, when using the engine in horizontal controllable bottom of the drill string, in areas where the curvature of the deviated well changes, mainly in maximum power mode.
Такое выполнение шпиндельной маслонаполненной секции гидравлического забойного двигателя повышает также точность параметров кривизны ствола скважины и технико-экономические показатели бурения: увеличивает проходку скважины на рейс долота, уменьшает время простоя буровой установки.This embodiment of the oil-filled spindle section of the hydraulic downhole motor also increases the accuracy of the parameters of the borehole curvature and the technical and economic performance of drilling: increases the penetration of the well on the bit flight, reduces the downtime of the rig.
Выполнение шпиндельной маслонаполненной секции гидравлического забойного двигателя таким образом, что между торцом переднего упорного подшипника и торцом переднего резьбового полого элемента вала на резьбе переднего резьбового полого элемента вала закреплена ловильная гайка с передним и задним опорными торцами, диаметр которой превышает диаметр передней радиальной опоры скольжения в переднем резьбовом трубчатом элементе корпуса, обеспечивает возможность подъема из скважины долота с частью переднего полого элемента вала шпиндельной секции, корпусом шпиндельной секции и бурильной колонной при обрыве хвостовика переднего резьбового полого элемента вала.The execution of the oil-filled spindle section of the hydraulic downhole motor in such a way that between the end of the front thrust bearing and the end of the front threaded hollow shaft element on the thread of the front threaded hollow shaft element is fixed a catch nut with front and rear support ends, the diameter of which exceeds the diameter of the front radial sliding support in the front threaded tubular element of the housing, provides the possibility of lifting from the well a bit with a part of the front hollow element of the shaft spindle th section, the body section of the spindle and the drill string when the shank is broken front threaded hollow shaft member.
Выполнение шпиндельной маслонаполненной секции гидравлического забойного двигателя таким образом, что на заднем торце ловильной гайки, контактирующем с передним торцом переднего упорного подшипника, и на заднем торце дополнительного резьбового трубчатого элемента корпуса, контактирующем с передним торцом заднего упорного подшипника, выполнены радиальные проточные пазы, обеспечивает охлаждение и смазку упорных роликовых подшипников, по существу, обеспечивает "насосную циркуляцию" масла при давлении 25÷35 МПа в переднем и заднем упорных роликовых подшипниках через радиальные проточные пазы на заднем торце ловильной гайки, а также на заднем торце дополнительного трубчатого элемента корпуса.The execution of the oil-filled spindle section of the hydraulic downhole motor in such a way that radial flow grooves are made at the rear end of the fishing nut in contact with the front end of the front thrust bearing and at the rear end of the additional threaded tubular housing element in contact with the front end of the rear thrust bearing provides cooling and lubrication of thrust roller bearings, essentially, provides "pump circulation" of oil at a pressure of 25 ÷ 35 MPa in the front and rear thrust x roller bearings, radial flow through the slots on the rear end of a fishing nut, as well as at the rear end of the tubular body an additional element.
Радиально расположенные цилиндрические ролики в сепараторе упорного подшипника выполняют функцию лопаток центробежного насоса, по существу, обеспечивают "насосную циркуляцию": масло, находящееся между роликами, отбрасывается роликами в направлении от оси вращения к внутренней поверхности наружного резьбового трубчатого элемента корпуса и образует зону повышенного давления, проходит через кольцевой зазор между наружным кольцом подшипника и резьбовым трубчатым элементом корпуса, проходит по направлению к оси вращения через радиальные проточные пазы на заднем торце ловильной гайки, а также через радиальные проточные пазы на заднем торце дополнительного резьбового трубчатого элемента корпуса, проходит через кольцевой зазор между внутренним кольцом подшипника и резьбовым полым элементом вала и возвращается во внутреннюю полость упорного подшипника.Radially arranged cylindrical rollers in the thrust bearing cage function as centrifugal pump vanes, essentially provide "pump circulation": the oil located between the rollers is discarded by the rollers in the direction from the axis of rotation to the inner surface of the outer threaded tubular housing element and forms a pressure zone, passes through the annular gap between the outer ring of the bearing and the threaded tubular element of the housing, passes towards the axis of rotation through the radial e flow grooves on the rear end of a fishing nut and flow through radial grooves in the rear end of the additional threaded tubular body member extends through the annular gap between the inner bearing ring and the threaded shaft and a hollow member returns into the inner space of the thrust bearing.
Выполнение шпиндельной маслонаполненной секции гидравлического забойного двигателя таким образом, что передний и задний упорные подшипники установлены, каждый одним из двух внутренних опорных колец на одном цилиндрическом поясе хвостовика переднего резьбового полого элемента вала, имеющего резьбу для долота, обеспечивает экономические преимущества для обеспечения требуемой прочности и точности вала с долотом в опорах скольжения.The execution of the oil-filled spindle section of the hydraulic downhole motor in such a way that the front and rear thrust bearings are installed, each of one of the two inner support rings on one cylindrical belt of the shank of the front threaded hollow shaft element having a thread for the bit, provides economic advantages to ensure the required strength and accuracy shaft with a chisel in sliding bearings.
Экономические преимущества для обеспечения требуемой прочности и точности вала с долотом в опорах скольжения обеспечиваются за счет снижения максимального значения эквивалентных напряжений в собственной радиальной опоре скольжения, расположенной в масляной камере между передним и задним упорными подшипниками, при совместном действии максимальной осевой и радиальных нагрузок (от долота) в изогнутой колонне бурильных труб, при изменении знака осевой нагрузки, действующей на упорные подшипники вала шпиндельной секции, возникновения резонансных вибраций, что позволяет увеличивать передаваемый крутящий момент, повышать ресурс и надежность шпиндельной секции.Economic advantages for ensuring the required strength and accuracy of the shaft with a bit in the sliding bearings are ensured by reducing the maximum value of equivalent stresses in the own radial sliding bearing located in the oil chamber between the front and rear thrust bearings, under the combined action of the maximum axial and radial loads (from the bit ) in a curved drill pipe string, when the sign of the axial load acting on the thrust bearings of the shaft of the spindle section changes, resonant vibrations, which allows to increase the transmitted torque, increase the resource and reliability of the spindle section.
Выполнение шпиндельной маслонаполненной секции гидравлического забойного двигателя таким образом, что передний уплотнительный модуль установлен в переднем трубчатом элементе корпуса и содержит два неподвижных в продольном направлении кольцевых уплотнения, кольцевую камеру между неподвижными кольцевыми уплотнениями, заполненную смазкой, и резьбовые пробки в плоскости кольцевой камеры, обеспечивает прокачку смазки и ее полное заполнение в кольцевой камере между неподвижными кольцевыми уплотнениями, повышает надежность смазки и работы уплотнительных кромок кольцевых уплотнений при одинаковом давлении: масла внутри герметичной масляной камеры, бурового раствора в разгрузочной полости и бурового раствора за наружной поверхностью корпуса (в "затрубном" пространстве).The execution of the oil-filled spindle section of the hydraulic downhole motor so that the front sealing module is installed in the front tubular element of the housing and contains two longitudinally sealed annular seals, an annular chamber between the stationary annular seals, filled with lubricant, and threaded plugs in the plane of the annular chamber, provides pumping lubricant and its full filling in the annular chamber between the stationary O-rings, increases the reliability of the lubricant and Ota sealing edges of annular seals at the same pressure: the oil inside the sealed oil chamber, the drilling fluid in the cavity and the discharge of drilling fluid over the outer surface of the housing (in the "annular" space).
Ниже представлен лучший вариант шпиндельной маслонаполненной секции ДРМ-172РС.801 героторного винтового гидравлического двигателя ДРМ-172РС для бурения наклонных и горизонтальных скважин.Below is the best version of the spindle oil-filled section DRM-172RS.801 of the DRM-172RS gyratory rotary hydraulic motor for drilling inclined and horizontal wells.
На фиг.1 показан продольный разрез шпиндельной маслонаполненной секции гидравлического героторного винтового двигателя.Figure 1 shows a longitudinal section of a spindle oil-filled section of a hydraulic gerotor screw engine.
На фиг.2 показан элемент I на фиг.1 кольцевого поршня с уплотнениями, отделяющего масляную камеру от полости, заполненной буровым раствором, задняя радиальная опора скольжения, отверстия в трубчатом элементе корпуса для выхода части бурового раствора через радиальный зазор задней радиальной опоры скольжения за наружную поверхность корпуса (в "затрубное" пространство).Figure 2 shows the element I in figure 1 of an annular piston with seals separating the oil chamber from the cavity filled with drilling fluid, the rear radial sliding support, the holes in the tubular housing element to exit part of the drilling fluid through the radial clearance of the rear radial sliding support outside housing surface (in the "annulus" space).
На фиг.3 показан элемент II на фиг.1 ловильной гайки, закрепленной на резьбе переднего резьбового полого элемента вала между торцом переднего упорного подшипника и торцом в средней части переднего резьбового полого элемента вала.Figure 3 shows element II in figure 1 of a fishing nut fixed to the thread of the front threaded hollow shaft element between the end of the front thrust bearing and the end in the middle of the front threaded hollow shaft element.
На фиг.4 показан элемент III на фиг.1 заднего упорного роликового подшипника.Figure 4 shows the element III in figure 1 of the rear thrust roller bearing.
На фиг.5 показан разрез А-А на фиг.4 и радиальные проточные пазы на торце дополнительного резьбового трубчатого элемента корпуса для "насосной циркуляции" масла в заднем упорном роликовом подшипнике.Figure 5 shows a section aa in figure 4 and the radial flow grooves at the end of the additional threaded tubular housing element for the "pump circulation" of oil in the rear thrust roller bearing.
На фиг.6 показан элемент IV на фиг.1 переднего уплотнительного модуля, установленного в переднем резьбовом трубчатом элементе корпуса.Figure 6 shows element IV of figure 1 of the front sealing module installed in the front threaded tubular element of the housing.
Шпиндельная маслонаполненная секция гидравлического забойного двигателя состоит из трубчатого корпуса 1 и полого вала 2, соединенных между собой с возможностью скольжения, трубчатый корпус 1 выполнен из резьбовых трубчатых элементов 3, 4, полый вал выполнен из резьбовых полых элементов 5, 6, размещенных на осевой опоре, выполненной в виде переднего упорного подшипника 7 и заднего упорного подшипника 8, а также на передней радиальной опоре 9 скольжения и задней радиальной (твердосплавной) опоре 10 скольжения, показано на фиг.1-4.The oil-filled spindle section of the hydraulic downhole motor consists of a tubular housing 1 and a
Через полый вал 2 прокачивается буровой раствор 11 под давлением насоса на буровой установке, передний резьбовой полый элемент 5 вала 2 имеет резьбу 12 для долота, между передним резьбовым трубчатым элементом 3 корпуса 1 и резьбовым полым элементом 5 вала 2 со стороны резьбы 12 для долота расположен передний уплотнительный модуль 13, между корпусом 1 и валом 2 установлен с возможностью скольжения кольцевой поршень 14 с внутренними уплотнениями 15 и наружными уплотнениями 16, между передним уплотнительным модулем 13, кольцевым поршнем 14, корпусом 1 и валом 2 образована герметичная масляная камера 17, а кольцевой поршень 14 отделяет герметичную масляную камеру 17 от полости 18, заполненной буровым раствором 11, показано на фиг.1-4.Drilling
Шпиндельная маслонаполненная секция гидравлического забойного двигателя содержит дополнительный резьбовой трубчатый элемент 19 корпуса 1, имеющий собственную радиальную опору скольжения 20, расположенную между передним упорным подшипником 7 и задним упорным подшипником 8, а с собственной радиальной опорой скольжения 20 соединен с возможностью скольжения хвостовик 21 переднего резьбового полого элемента 5 вала 2, имеющего резьбу 12 для долота, показано на фиг.1, 3, 4.The oil-filled spindle section of the hydraulic downhole motor contains an additional threaded
Между торцом 22 переднего упорного подшипника 7 и торцом 23 переднего резьбового полого элемента 5 вала 2 на резьбе 24 переднего резьбового полого элемента 5 вала 2 закреплена ловильная гайка 25 с передним опорным торцом 26 и задним опорным торцом 27, диаметр 28 ловильной гайки 25 превышает диаметр 29 передней радиальной опоры 9 скольжения в переднем резьбовом трубчатом элементе 3 корпуса 1, показано на фиг.1, 3.Between the
Кольцевой поршень 14 с внутренними уплотнениями 15 и наружными уплотнениями 16, отделяющий герметичную масляную камеру 17 от полости 18, заполненной буровым раствором 11, установлен между собственной радиальной опорой 20 скольжения дополнительного резьбового трубчатого элемента 19 корпуса 1 и задней радиальной опорой 10 скольжения и образует с задней радиальной опорой 10 скольжения, валом 2 и корпусом 1 разгрузочную полость 30, заполненную буровым раствором 11, а между задней радиальной опорой 10 скольжения и кольцевым поршнем 14 в резьбовом трубчатом элементе 4 корпуса 1 выполнены отверстия 31 для выхода части 32 прокачиваемого бурового раствора 11 через радиальный зазор 33 задней радиальной опоры 10 скольжения и разгрузочную полость 30 за наружную поверхность 34 корпуса 1, по существу, в "затрубное" пространство 35, показано на фиг.1-4.An
Поз. 36 - направление потока прокачиваемого бурового раствора 11 с частями выбуренной породы в направлении от долота (от забоя скважины) на поверхность, к устью скважины, показано на фиг.1, 2.Pos. 36 - the direction of flow of the pumped
На заднем торце 27 ловильной гайки 25, контактирующем с передним торцом 22 переднего упорного подшипника 7, выполнены радиальные проточные пазы 37 глубиной 38, а на заднем торце 39 дополнительного резьбового трубчатого элемента 19 корпуса 1, контактирующем с передним торцом 40 заднего упорного подшипника 8, выполнены радиальные проточные пазы 41 глубиной 42, показано на фиг.1, 3, 4, 5.At the
Передний упорный подшипник 7 установлен внутренним опорным кольцом 43 на цилиндрическом поясе 44 хвостовика 21 переднего резьбового полого элемента 5 вала 2, имеющего резьбу 12 для долота, при этом задний упорный подшипник 8 установлен внутренним опорным кольцом 45 на том же цилиндрическом поясе 44 одинакового диаметра хвостовика 21 переднего резьбового полого элемента 5 вала 2, показано на фиг.3, 4.The front thrust bearing 7 is installed by the
Передний уплотнительный модуль 13 установлен в переднем резьбовом трубчатом элементе 3 корпуса 1 и содержит два неподвижных в продольном направлении кольцевых уплотнения 46, 47, кольцевую камеру 48 между неподвижными кольцевыми уплотнениями 46 и 47, заполненную смазкой 49, резьбовые пробки 50 в плоскости кольцевой камеры 48, а также резьбовые пробки 51 в плоскости переднего торца 52 передней радиальной опоры скольжения 9 и продольные пазы 53 в переднем трубчатом элементе 3 корпуса 1 на длине передней радиальной опоры 9 скольжения, показано на фиг.1, 3, 6.The
Аналогичные продольные пазы 54 выполнены в дополнительном резьбовом трубчатом элементе 19 корпуса 1, имеющем собственную радиальную опору скольжения 20, расположенную между передним упорным подшипником 7 и задним упорным подшипником 8, показано на фиг.1, 3, 6.Similar
Кроме того, на фиг.1 показано: герметичная масляная камера 17 заполнена маслом поз. 55 - Mobilube I SNC 75W-90.In addition, figure 1 shows: a sealed
На фиг.6 показано: смазка поз. 49 - ТОМФЛОН СБГ 230.Figure 6 shows: lubrication pos. 49 - TOMFLON SBG 230.
Шпиндельная маслонаполненная секция героторного винтового гидравлического двигателя ДРМ-172РС для бурения наклонных и горизонтальных скважин работает следующим образом.The spindle oil-filled section of the DRM-172RS gerotor screw hydraulic motor for drilling inclined and horizontal wells works as follows.
Поток бурового раствора 11, содержащий абразивные частицы, например, до 2% песка с размерами 0,15÷0,95 мм и до 5% нефтепродуктов, содержащихся в полимер - глинистом буровом растворе плотностью 1,16÷1,26 г/см3, под давлением 25÷35 МПа по колонне бурильных труб подается в многозаходные винтовые (шлюзовые) камеры между зубьями ротора и зубьями обкладки из эластомера героторного винтового гидравлического двигателя, образует область высокого давления и крутящий момент от гидравлических сил, который приводит в планетарно-роторное вращение ротор внутри эластомерной обкладки, закрепленной в корпусе двигателя, а также приводит во вращение приводной вал, вал 2 шпиндельной секции и долото, осуществляя бурение скважины.The
Частота вращения вала 2 шпиндельной секции составляет 40÷140 об/мин, рабочий диапазон расхода бурового раствора 11, прокачиваемого через вал 2 шпиндельной секции, составляет 20÷40 л/с, максимально допустимая нагрузка на долото и вал 2 шпиндельной секции составляет 25000 кгс, максимально допустимый передаваемый крутящий момент вала 2 шпиндельной секции составляет 1400 кгс·м.The rotational speed of the
Часть бурового раствора 11 (5÷12%) из полости 18 дросселируется и прокачивается через радиальный зазор в задней радиальной твердосплавной опоре 10 скольжения, осуществляя смазку и охлаждение задней радиальной твердосплавной опоры 10 скольжения, и оказывает давление на кольцевой поршень 14 с внутренними уплотнениями 15 и наружными уплотнениями 16, отделяющий герметичную масляную камеру 17 от полости 18, заполненной буровым раствором 11, который установлен между собственной радиальной опорой 20 скольжения дополнительного резьбового трубчатого элемента 19 корпуса 1 и задней радиальной опорой 10 скольжения и образует с задней радиальной опорой 10 скольжения, валом 2 и корпусом 1 разгрузочную полость 30, заполненную буровым раствором 11.Part of the drilling fluid 11 (5 ÷ 12%) from the
Между задней радиальной опорой 10 скольжения и кольцевым поршнем 14 в резьбовом трубчатом элементе 4 корпуса 1 выполнены отверстия 31 для выхода части 32 прокачиваемого бурового раствора 11 через радиальный зазор 33 задней радиальной опоры 10 скольжения и разгрузочную полость 30 за наружную поверхность 34 корпуса 1, по существу, в "затрубное" пространство 35.Between the rear radial slide bearing 10 and the
При этом создается одинаковое давление: бурового раствора 11 в разгрузочной полости 30, масла 55 внутри герметичной масляной камеры 17 и бурового раствора 11 за наружной поверхностью 34 корпуса, по существу, в "затрубном" пространстве 35.This creates the same pressure: the
Радиально расположенные цилиндрические ролики, например, 8 в сепараторе упорного подшипника 8 выполняют функцию лопаток центробежного насоса, по существу, обеспечивают "насосную циркуляцию": масло 55, находящееся между роликами 8, отбрасывается роликами 8 в направлении от оси вращения к внутренней поверхности наружного резьбового трубчатого элемента 4 корпуса 1, образует зону повышенного давления, проходит через кольцевой зазор между наружным кольцом подшипника и резьбовым трубчатым элементом 4 корпуса 1, проходит по направлению к оси вращения через радиальные проточные пазы, например, 41 на заднем торце дополнительного резьбового трубчатого элемента корпуса 19, проходит через кольцевой зазор между внутренним кольцом подшипника 8 и резьбовым полым элементом 5 вала 2 и возвращается во внутреннюю полость упорного подшипника, например, 8.Radially arranged cylindrical rollers, for example, 8 in the cage of the
Аналогично происходит смазка маслом 55 упорного подшипника 7, по существу "насосная циркуляция" масла 55, находящегося между роликами 7 упорного подшипника 7 через радиальные проточные пазы 37 глубиной 38, выполненные на заднем торце 27 ловильной гайки 25, контактирующем с передним торцом 22 переднего упорного подшипника 7.Likewise, the oil 55 of the thrust bearing 7 is lubricated, essentially the “pump circulation” of oil 55 located between the rollers 7 of the thrust bearing 7 through 38
На передний уплотнительный модуль 13, установленный в переднем резьбовом трубчатом элементе 3 корпуса 1, который содержит два неподвижных в продольном направлении кольцевых уплотнения 46, 47, кольцевую камеру 48 между неподвижными кольцевыми уплотнениями 46 и 47, заполненную смазкой 49, также действует давление бурового раствора 11 за наружной поверхностью 34 корпуса, по существу, давление бурового раствора в "затрубном" пространстве 35 (за долотом).On the
Давление бурового раствора в "затрубном" пространстве 35 (за долотом) и давление масла 54 внутри герметичной масляной камеры 17 выравнивается при нагреве масла за счет перемещения кольцевого поршня 14 с внутренними уплотнениями 15 и наружными уплотнениями 16, отделяющего герметичную масляную камеру 17 от полости 18, заполненной буровым раствором 11, который установлен между собственной радиальной опорой 20 скольжения дополнительного резьбового трубчатого элемента 19 корпуса 1 и задней радиальной опорой 10 скольжения.The pressure of the drilling fluid in the "annulus" space 35 (behind the bit) and the
При этом кольцевой поршень 14 с внутренними уплотнениями 15 и наружными уплотнениями 16, расположенный с возможностью скольжения между корпусом 1 и валом 2, надежно отделяет герметичную масляную камеру 17 от попадания абразивных частиц бурового раствора 11 из разгрузочной полости 30.At the same time, the
Уплотнительные кромки двух неподвижных в продольном направлении кольцевых уплотнений 46, 47 надежно отделяют герметичную масляную камеру 17 от попадания абразивных частиц бурового раствора, например, до 2% песка с размерами 0,15÷0,95 мм и до 5% нефтепродуктов в полимер-глинистом буровом растворе плотностью 1,16-1,26 г/см3, в масляную камеру 17 радиальных и осевых опор, что предотвращает износ роликов упорных подшипников, перегрев уплотнительных средств кольцевого поршня, повышает ресурс и надежность работы шпиндельной секции.The sealing edges of two longitudinally stationary O-
При обрыве хвостовика 44 переднего резьбового полого элемента 5 вала 2 шпиндельной секции, преимущественно, по торцу 23, обеспечивается возможность подъема из скважины долота с частью переднего полого элемента 5 вала 2 шпиндельной секции, корпусом 1 шпинделя и бурильной колонной за счет того, что между торцом 22 переднего упорного подшипника 7 и торцом 23 переднего резьбового полого элемента 5 вала 2 на резьбе 24 переднего резьбового полого элемента 5 вала 2 закреплена ловильная гайка 25 с передним опорным торцом 26 и задним опорным торцом 27, диаметр 28 ловильной гайки 25 превышает диаметр 29 передней радиальной опоры 9 скольжения в переднем резьбовом трубчатом элементе 3 корпуса 1.When the
При использовании заявляемой шпиндельной маслонаполненной секции повышаются ресурс и надежность гидравлического забойного двигателя за счет повышения прочности и усталостной выносливости радиальных опор скольжения и упорных подшипников вала шпиндельной секции, повышения герметичности масляной камеры, уменьшения амплитуды резонансных вибраций вала шпиндельной секции, повышения стойкости к возникновению "прихвата" при действии максимальной осевой и радиальных нагрузок (от долота) в изогнутой колонне бурильных труб, при изменении знака осевой нагрузки, действующей на упорные подшипники, а также при повышенном износе радиальных опор скольжения.When using the inventive oil-filled spindle section, the life and reliability of the hydraulic downhole motor are increased by increasing the strength and fatigue endurance of the radial sliding bearings and thrust bearings of the spindle section shaft, increasing the tightness of the oil chamber, decreasing the amplitude of resonant vibrations of the spindle section shaft, and increasing resistance to the occurrence of "sticking" under the action of maximum axial and radial loads (from the bit) in a curved string of drill pipes, when changing aka axial load acting on the thrust bearings, as well as increased wear of the radial sliding bearings.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010141341/03A RU2457308C2 (en) | 2010-10-07 | 2010-10-07 | Spindle oil-filled section of hydraulic downhole motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010141341/03A RU2457308C2 (en) | 2010-10-07 | 2010-10-07 | Spindle oil-filled section of hydraulic downhole motor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2010141341A RU2010141341A (en) | 2012-04-20 |
| RU2457308C2 true RU2457308C2 (en) | 2012-07-27 |
Family
ID=46032197
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010141341/03A RU2457308C2 (en) | 2010-10-07 | 2010-10-07 | Spindle oil-filled section of hydraulic downhole motor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2457308C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107178309A (en) * | 2017-07-25 | 2017-09-19 | 盐城市荣嘉机械制造有限公司 | A kind of multi-stage diffluence foam screw drill |
| RU2776547C1 (en) * | 2021-08-30 | 2022-07-22 | Общество с ограниченной ответственностью ООО НПП "БУРИНТЕХ" | Rotary-controlled system for drilling wells with a closed decision cycle |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4098561A (en) * | 1975-03-10 | 1978-07-04 | Smith International, Inc. | Sealed bearings |
| SU1093779A1 (en) * | 1983-02-24 | 1984-05-23 | Уфимский Нефтяной Институт | Hole-bottom engine spindle |
| US5377771A (en) * | 1993-11-12 | 1995-01-03 | Vector Oil Tool Ltd. | Sealed bearing assembly used in earth drilling |
| RU2206695C1 (en) * | 2001-11-15 | 2003-06-20 | Щелконогов Геннадий Александрович | Spindle of downhole motor |
| RU2272117C2 (en) * | 2004-03-10 | 2006-03-20 | Виктор Константинович Сорокоумов | Downhole motor spindle |
| RU2331750C1 (en) * | 2006-12-18 | 2008-08-20 | Открытое акционерное общество специального машиностроения и металлургии "Мотовилихинские заводы" | Turbodrill oil-filled spindle section and commissioning method |
-
2010
- 2010-10-07 RU RU2010141341/03A patent/RU2457308C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4098561A (en) * | 1975-03-10 | 1978-07-04 | Smith International, Inc. | Sealed bearings |
| SU1093779A1 (en) * | 1983-02-24 | 1984-05-23 | Уфимский Нефтяной Институт | Hole-bottom engine spindle |
| US5377771A (en) * | 1993-11-12 | 1995-01-03 | Vector Oil Tool Ltd. | Sealed bearing assembly used in earth drilling |
| RU2206695C1 (en) * | 2001-11-15 | 2003-06-20 | Щелконогов Геннадий Александрович | Spindle of downhole motor |
| RU2272117C2 (en) * | 2004-03-10 | 2006-03-20 | Виктор Константинович Сорокоумов | Downhole motor spindle |
| RU2331750C1 (en) * | 2006-12-18 | 2008-08-20 | Открытое акционерное общество специального машиностроения и металлургии "Мотовилихинские заводы" | Turbodrill oil-filled spindle section and commissioning method |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107178309A (en) * | 2017-07-25 | 2017-09-19 | 盐城市荣嘉机械制造有限公司 | A kind of multi-stage diffluence foam screw drill |
| RU2776547C1 (en) * | 2021-08-30 | 2022-07-22 | Общество с ограниченной ответственностью ООО НПП "БУРИНТЕХ" | Rotary-controlled system for drilling wells with a closed decision cycle |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2010141341A (en) | 2012-04-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8181720B2 (en) | Sealing system and bi-directional thrust bearing arrangement for a downhole motor | |
| RU2405904C2 (en) | Drilling assembly for well (versions) and support mechanism and turbine power plant for drilling assembly | |
| US7549487B2 (en) | Mandrel and bearing assembly for downhole drilling motor | |
| CA2732327C (en) | Universal joint assembly | |
| US8932034B2 (en) | Well pump with seal section having a labyrinth flow path in a metal bellows | |
| CN101336344B (en) | Seal section oil seal for submersible pump assembly | |
| RU2324803C1 (en) | Screw downhole motor for inclined directional and horisontal boring | |
| RU2559981C2 (en) | Bearing assembly of downhole motor with oil seal with thrust bearing distal from bottomhole and lubricated by drilling mud | |
| RU2318135C1 (en) | Stator of screw gerotor hydraulic machine | |
| CN103299029B (en) | artificial lift tool | |
| AU2012397800B2 (en) | Downhole drilling assembly having a hydraulically actuated clutch and method for use of same | |
| RU2732322C1 (en) | Oscillator for a drill string | |
| CN108412420B (en) | Pulsation type composite impactor | |
| MX2013004085A (en) | Bearing systems containing diamond enhanced materials and downhole applications for same. | |
| US5385407A (en) | Bearing section for a downhole motor | |
| US20120224985A1 (en) | Electric submersible pump floating ring bearing and method to assemble same | |
| RU2355860C2 (en) | Hydraulic downhole engine | |
| MX2014001666A (en) | Bearing assembly for a vertical turbine pump. | |
| RU2341637C2 (en) | Miniature bottom-hole screw engine (versions) | |
| RU2457308C2 (en) | Spindle oil-filled section of hydraulic downhole motor | |
| RU2515627C1 (en) | Hydraulic downhole motor | |
| RU2586124C2 (en) | Hydraulic downhole motor | |
| RU2689014C1 (en) | Stator of screw gerotor hydraulic machine | |
| US4548283A (en) | Rotating shaft seal and bearing lubricating apparatus | |
| RU2357063C2 (en) | Gerotor hydraulic engine |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201008 |