RU2581856C1

RU2581856C1 - Volumetric downhole motor

Info

Publication number: RU2581856C1
Application number: RU2015110397/03A
Authority: RU
Inventors: Токтамыс Нусипхулович Мендебаев; Нурлан Жаксибекович Смашов
Original assignee: Товарищество с ограниченной ответственностью "Научно-внедренческий центр "Алмас"
Priority date: 2015-03-23
Filing date: 2015-03-23
Publication date: 2016-04-20

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: invention relates to mining, namely to downhole equipment of well drilling. Volumetric downhole motor comprises body with longitudinal supply channels, shaft installed inside housing with possibility of rotation, having semi-cylindrical sections sliding in contact with housing, and central channel by means of lateral radial hole interconnected with cavity of housing. Longitudinal feed channels are thus being separated extending in housing cavity directed in upper and lower side of inner walls of semi-cylindrical sections. Lateral radial holes pass between semi-cylindrical sections along shaft rotation extending in central channel, where S-shape partition is rigidly fixed, consisting of parts, turned to each other in circle, concave surfaces of which face side radial holes.

EFFECT: provides for growth of torque value on shaft due to complete use of potential energy of flushing fluid.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области горного дела, а именно к забойным средствам бурения скважин.The invention relates to the field of mining, namely, downhole tools for drilling wells.

Известен объемный забойный двигатель, содержащий корпус, в полости которого расположен вращающийся вал с прикрепленными к нему лопастями формой полуцилиндра. Патент Российской Федерации №2220270, кл.⁷Е21В 4/02, 2001.A volumetric downhole motor is known, comprising a housing in the cavity of which a rotating shaft with blades attached to it with the shape of a half cylinder is located. Patent of the Russian Federation No. 2220270, cl. ⁷ EB21 4/02, 2001.

В объемном забойном двигателе вал приводится во вращение силой воздействия скоростного напора промывочной жидкости на лопасти полуцилиндрической формы, чего недостаточно для достижения высоких значений крутящего момента при ограниченных расходах промывочной жидкости.In a volumetric downhole motor, the shaft is driven into rotation by the force of the impact pressure of the flushing fluid on the blades of a semi-cylindrical shape, which is not enough to achieve high torque values with limited flushing fluid flow rates.

Прототипом выбран объемный забойный двигатель, содержащий корпус с продольными подводящими каналами, установленный в полости корпуса с возможностью вращения, вал имеющий полуцилиндрические участки, скользяще контактирующие с корпусом, и центральный канал, посредством боковых радиальных отверстий сообщающийся с полостью корпуса. Патент Республики Казахстан №28039, кл. Е21В 4/02, 2013.The prototype is a volumetric downhole motor containing a housing with longitudinal supply channels mounted rotatably in the housing cavity, a shaft having half-cylindrical sections sliding contact with the housing, and a central channel communicating with the housing cavity via lateral radial holes. Patent of the Republic of Kazakhstan No. 28039, cl. ЕВВ 4/02, 2013.

В прототипе, хотя и в создании крутящего момента на валу кроме скоростного напора промывочной жидкости участвует еще и сила веса последней, однако полное использование потенциальной энергии промывочной жидкости не обеспечивается ввиду отсутствия роста давлений в полости корпуса, что является причиной снижения эффективности работы объемного забойного двигателя.In the prototype, although the weight of the latter is also involved in creating torque on the shaft, in addition to the high-speed pressure of the flushing fluid, the full use of the potential energy of the flushing fluid is not ensured due to the lack of pressure growth in the body cavity, which causes a decrease in the efficiency of the volumetric downhole motor.

Задача изобретения - повышение эффективности работы объемного забойного двигателя.The objective of the invention is to increase the efficiency of the volumetric downhole motor.

Технический результат - рост величины крутящего момента на валу за счет полного использования потенциальной энергии промывочной жидкости.The technical result is an increase in the magnitude of the torque on the shaft due to the full use of the potential energy of the flushing fluid.

Это достигается тем, что в объемном забойном двигателе, содержащем корпус с продольными подводящими каналами, установленный в полости корпуса с возможностью вращения вал, имеющий полуцилиндрические участки, скользяще контактирующие с корпусом, и центральный канал, посредством боковых радиальных отверстий сообщающийся с полостью корпуса, согласно изобретению, продольные подводящие каналы выполнены разделяясь выходящими в полость корпуса направленно в верхние и нижние стороны внутренней стенки полуцилиндрических участков, боковые радиальные отверстия проведены между полуцилиндрическими участками по ходу вращения вала, выходящими в центральный канал, где жестко закреплена перегородка формой «S», состоящая из частей, развернутых между собой по кругу, вогнутые поверхности которых обращены в боковые радиальные отверстия.This is achieved by the fact that in a volumetric downhole motor comprising a housing with longitudinal supply channels installed in the cavity of the housing rotatably with a shaft having semi-cylindrical sections gliding in contact with the housing and a central channel communicating with the housing cavity via lateral radial holes according to the invention , longitudinal feed channels are made separating into the cavity of the housing directed to the upper and lower sides of the inner wall of the semi-cylindrical sections, the side ra dialial holes are made between the semi-cylindrical sections along the shaft rotation, which exit into the central channel, where a partition of shape “S” is rigidly fixed, consisting of parts deployed in a circle with each other, concave surfaces of which face the lateral radial holes.

Отличительные признаки изобретения - продольные подводящие каналы выполнены разделяясь выходящими в полость корпуса направленно в верхние и нижние стороны внутренней стенки полуцилиндрических участков, обеспечивается увеличение площади приложения скоростного напора промывочной жидкости на внутренние стенки полуцилиндрических участков по высоте и окружности вала, происходит торможение потока промывочной жидкости у внутренней стенки, и появлением нарастающего давления, движущегося от нее в сторону продольных подводящих каналов, на поверхности вала создается реактивная сила, направленная по вращению, чем суммарно со скоростным напором и нарастающим давлением промывочной жидкости достигается рост величины крутящего момента на валу.Distinctive features of the invention — the longitudinal supply channels are made separating toward the upper and lower sides of the inner wall of the semi-cylindrical sections extending into the cavity of the housing, an increase in the area of application of the high-pressure head of the washing liquid to the internal walls of the semi-cylindrical sections along the height and circumference of the shaft, and the flow of the washing liquid near the internal walls, and the appearance of increasing pressure moving from it towards the longitudinal supply channels, n the shaft creates a reactive force directed along the rotational speed than with total pressure and increasing pressure of washing liquid is reached increase torque on the shaft.

Совокупностью отличительных признаков изобретения являются боковые радиальные отверстия, которые проведены между полуцилиндрическими участками по ходу вращения вала выходящими в центральный канал, где жестко закреплена перегородка формой «S», состоящая из частей, развернутых между собой по кругу, вогнутые поверхности которых обращены в боковые радиальные отверстия, осуществляется соединение потоков промывочной жидкости в боковых радиальных отверстиях, и в зоне их соединения, впереди внешней стенки полуцилиндрических участков по вращению произойдет местное снижение напора промывочной жидкости, с последующим увеличением напора потока по течению в боковых радиальных отверстиях, силой воздействующего на вогнутые поверхности перегородки, и образуя дополнительный крутящий момент в центральном канале вала.The set of distinguishing features of the invention are radial lateral openings, which are held between the semi-cylindrical sections along the shaft that extend into the central channel, where a partition of shape "S" is rigidly fixed, consisting of parts deployed in a circle with each other, concave surfaces of which are turned into lateral radial openings , flows of flushing fluid in the lateral radial holes are connected, and in the zone of their connection, in front of the outer wall of the semi-cylindrical sections along The application will result in a local decrease in the pressure of the flushing fluid, followed by an increase in the flow head with the flow in the lateral radial holes, which acts on the concave surfaces of the baffle and creates additional torque in the central channel of the shaft.

Таким образом, созданием нарастающего давления промывочной жидкости в полости корпуса вокруг вала и расширением площади приложения, перераспределением ее значений, наибольших у внутренней стенки полуцилиндрических участков, наименьших впереди внешней стенки по вращению, образованием реактивной силы вращения и дополнительного крутящего момента в центральном канале вала, обеспечиваются решение задачи изобретения и достижение технического результата.Thus, by creating increasing pressure of the flushing fluid in the body cavity around the shaft and expanding the application area, redistributing its values, the largest at the inner wall of the semicylindrical sections, the smallest in front of the outer wall in rotation, the formation of reactive rotation force and additional torque in the central shaft channel, are ensured solving the problem of the invention and achieving a technical result.

На фиг. 1 показан общий вид объемного забойного двигателя, на фиг. 2 - разрез по А-А на фиг. 1.In FIG. 1 shows a general view of a displacement downhole motor; FIG. 2 is a section along AA in FIG. one.

Объемный забойный двигатель содержит корпус 1 с продольными подводящими каналами разделяясь 2 и 3 выходящими в полость корпуса 1, где установлен на опорах скольжения 4 и 5 с возможностью вращения вал 6, имеющий полуцилиндрические участки 7 скользяще контактирующие с корпусом 1 и центральный канал 8, посредством боковых радиальных отверстий 9 сообщающийся с полостью корпуса 1.The downhole displacement motor comprises a housing 1 with longitudinal supply channels separating 2 and 3 extending into the cavity of the housing 1, where the shaft 6 is mounted on sliding bearings 4 and 5 and rotates, having semi-cylindrical sections 7 sliding contact with the housing 1 and the central channel 8, by means of side radial holes 9 in communication with the cavity of the housing 1.

При этом продольные подводящие каналы 2 и 3 выполнены выходящими в полость корпуса 1 направленно в верхние и нижние стороны внутренней стенки полуцилиндрических участков 7, между ними проведены боковые радиальные отверстия 9 по ходу вращения вала выходящими в центральный канал 8, где жестко закреплена перегородка 10 формой «S», состоящая из частей, развернутых между собой по кругу, вогнутые поверхности которых обращены в боковые радиальные отверстия 9.In this case, the longitudinal supply channels 2 and 3 are made extending into the cavity of the housing 1 directionally to the upper and lower sides of the inner wall of the semi-cylindrical sections 7, lateral radial holes 9 are made between them in the direction of rotation of the shaft and exit to the central channel 8, where the partition 10 is rigidly fixed with the shape " S ", consisting of parts deployed among themselves in a circle, the concave surfaces of which are facing the lateral radial holes 9.

Объемный забойный двигатель работает следующим образом. Поток промывочной жидкости по продольным подводящим каналам 2 и 3 поступает в полость корпуса 1 направленно в верхние и нижние стороны внутренней стенки полуцилиндрических участков 7. При этом силой скоростного напора и нарастающим давлением потоков промывочной жидкости из-за торможения у внутренней стенки полуцилиндрических участков 7, вал 6 на опорах скольжения 4 и 5 приводится во вращательное движение.Volume downhole motor works as follows. The flow of flushing fluid through the longitudinal supply channels 2 and 3 enters the cavity of the housing 1 directed to the upper and lower sides of the inner wall of the half-cylindrical sections 7. In this case, the force of the pressure head and the increasing pressure of the flushing fluid flows due to braking at the inner wall of the half-cylindrical sections 7, the shaft 6 on the sliding bearings 4 and 5 is rotationally driven.

Далее потоки промывочной жидкости с нарастающим давлением в направлении, обратном вращению вала, поступают в боковые радиальные отверстия 9, где в зоне их соединения перед входом в боковые радиальные отверстия 9 происходят снижения давлений, что уменьшает гидравлические сопротивления вращению вала 6.Further, the flow of flushing fluid with increasing pressure in the direction opposite to the rotation of the shaft enters the lateral radial holes 9, where pressure drops occur in the zone of their connection before entering the lateral radial holes 9, which reduces the hydraulic resistance to rotation of the shaft 6.

В дальнейшем, при движении потоков промывочной жидкости по боковым радиальным отверстиям 9 произойдет рост давлений, выходом в центральный канал 8 и приложением скоростного напора на вогнутые стенки перегородки 10 формой «S», состоящей из частей, развернутых между собой по кругу, появляется дополнительный крутящий момент на валу 6.Further, when the flow of flushing fluid flows along the radial lateral openings 9, pressure will increase, exiting into the central channel 8 and applying a high-pressure head to the concave walls of the partition 10 in the form of “S”, consisting of parts deployed between themselves in a circle, an additional torque appears on shaft 6.

Отработанный поток промывочной жидкости по центральному каналу 8, создавая реактивный крутящий момент в направлении вращению вала 6 выходит на забой скважины или в следующую секцию (не показаны) объемного забойного двигателя.The spent flow of flushing fluid through the Central channel 8, creating a reactive torque in the direction of rotation of the shaft 6 goes to the bottom of the well or to the next section (not shown) of the volumetric downhole motor.

Опытный образец объемного забойного двигателя, изготовленный диаметром корпуса 108 мм в соответствии с существенными признаками изобретения, в ходе лабораторных экспериментов показал, что при расходах промывочной жидкости 120-180 л/мин величина крутящего момента у него заметно выше, чем у прототипа.A prototype of a volumetric downhole motor manufactured with a housing diameter of 108 mm in accordance with the essential features of the invention, in laboratory experiments showed that at a flow rate of flushing fluid of 120-180 l / min, the magnitude of its torque is noticeably higher than that of the prototype.

Claims

A downhole motor comprising a housing with longitudinal feed channels, a shaft rotatably mounted in the cavity of the housing, having semi-cylindrical sections slidingly contacting the housing, and a central channel communicating with the housing cavity via lateral radial holes, characterized in that the longitudinal feed channels are made Separating into the upper and lower sides of the inner wall of the semi-cylindrical sections facing the cavity of the housing, the lateral radial holes are drawn us between the semi-cylindrical portions of the rotation shaft move facing the central channel, wherein the partition is fixedly secured form «S», consisting of parts are deployed together in a circle, the concave surfaces which face in lateral radial openings.