RU2652724C1 - Stator of screw gyratory hydraulic machine - Google Patents
Stator of screw gyratory hydraulic machine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2652724C1 RU2652724C1 RU2017116258A RU2017116258A RU2652724C1 RU 2652724 C1 RU2652724 C1 RU 2652724C1 RU 2017116258 A RU2017116258 A RU 2017116258A RU 2017116258 A RU2017116258 A RU 2017116258A RU 2652724 C1 RU2652724 C1 RU 2652724C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tubular body
- elastomer
- helical teeth
- internal helical
- teeth
- Prior art date
Links
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 claims abstract description 194
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 claims abstract description 184
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims abstract description 32
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 50
- 238000005553 drilling Methods 0.000 abstract description 43
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 230000035515 penetration Effects 0.000 abstract description 2
- 239000011435 rock Substances 0.000 abstract 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 210000000515 tooth Anatomy 0.000 description 145
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 13
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 8
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 6
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 4
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 4
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 4
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 4
- 239000003129 oil well Substances 0.000 description 3
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 2
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 2
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 2
- HCBIBCJNVBAKAB-UHFFFAOYSA-N Procaine hydrochloride Chemical compound Cl.CCN(CC)CCOC(=O)C1=CC=C(N)C=C1 HCBIBCJNVBAKAB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000006748 scratching Methods 0.000 description 1
- 230000002393 scratching effect Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B4/00—Drives for drilling, used in the borehole
- E21B4/02—Fluid rotary type drives
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C13/00—Adaptations of machines or pumps for special use, e.g. for extremely high pressures
- F04C13/008—Pumps for submersible use, i.e. down-hole pumping
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
- F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
- F04C2/10—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member
- F04C2/107—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member with helical teeth
- F04C2/1071—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member with helical teeth the inner and outer member having a different number of threads and one of the two being made of elastic materials, e.g. Moineau type
- F04C2/1073—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member with helical teeth the inner and outer member having a different number of threads and one of the two being made of elastic materials, e.g. Moineau type where one member is stationary while the other member rotates and orbits
- F04C2/1075—Construction of the stationary member
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Rotary Pumps (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к гидравлическим приводам для вращательного бурения, размещаемым в скважине, в частности к винтовым героторным гидравлическим двигателям для бурения нефтяных и газовых скважин.The invention relates to hydraulic actuators for rotary drilling, placed in the well, in particular to screw gerotor hydraulic motors for drilling oil and gas wells.
Известен винтовой гидравлический механизм, используемый в качестве насоса или двигателя, содержащий корпус статора и ротор, при этом ротор имеет внешнюю винтовую поверхность, а корпус статора выполнен в виде монолитного жесткого трубчатого элемента, имеющего цилиндрическую внешнюю поверхность и внутреннюю поверхность, а также имеющую винтовые зубья, при этом упомянутый механизм содержит гибкий слой, выполненный из эластомера, имеющий однородную толщину на внутренней поверхности корпуса (US 2005/0079083 А1, 14.04.2005).Known screw hydraulic mechanism used as a pump or engine, containing a stator housing and a rotor, the rotor has an external helical surface, and the stator housing is made in the form of a monolithic rigid tubular element having a cylindrical outer surface and an inner surface, and also having helical teeth wherein said mechanism comprises a flexible layer made of an elastomer having a uniform thickness on the inner surface of the housing (US 2005/0079083 A1, 04/14/2005).
В известном гидравлическом механизме гибкий слой, выполненный из эластомера, имеющий однородную толщину на внутренней поверхности корпуса, подвергается деформации и изгибу при планетарно-роторном вращении ротора внутри статора, что приводит к образованию на выступах и впадинах зубьев зон, отличающихся друг от друга величинами контактного давления, сдвиговой прочности, твердости (упругости) и теплопроводности.In the known hydraulic mechanism, a flexible layer made of an elastomer having a uniform thickness on the inner surface of the housing undergoes deformation and bending during planetary-rotor rotation of the rotor inside the stator, which leads to the formation of zones on the protrusions and depressions of the teeth that differ in contact pressure , shear strength, hardness (elasticity) and thermal conductivity.
Температура в эластомерной обкладке может повышаться, например, до 60°C, а увеличение натяга в рабочей паре может составлять, например, до 0,05 мм на диаметр на каждые 10°С повышения температуры.The temperature in the elastomeric casing can increase, for example, to 60 ° C, and the increase in interference in the working pair can be, for example, up to 0.05 mm per diameter for every 10 ° C increase in temperature.
Недостатком известной конструкции является неполное использование возможности повышения надежности и ресурса винтового гидравлического механизма при его использовании в винтовом забойном двигателе, а также повышения максимальной мощности, момента силы на выходном валу в режиме максимальной мощности и усталостной выносливости (ресурса) обкладки из эластомера - не менее 100 тысяч циклов.A disadvantage of the known design is the incomplete use of the possibility of increasing the reliability and service life of the helical hydraulic mechanism when it is used in a downhole screw motor, as well as increasing the maximum power, the torque on the output shaft in the maximum power mode and the fatigue endurance (resource) of the elastomer plate - not less than 100 thousand cycles.
Недостатки известной конструкции объясняются неполной возможностью оптимизации толщины обкладки из эластомера вдоль выступов и впадин винтовых зубьев, что приводит к ухудшению отвода внутреннего тепла от обкладки из эластомера к потоку бурового раствора внутри корпуса, а также сквозь стенки корпуса к потоку бурового раствора затрубного пространства, образованию в центрах профиля эластомерной обкладки зон деструкции материала от воздействия градиента температур и увеличению натяга в рабочей паре.The disadvantages of the known design are explained by the incomplete possibility of optimizing the thickness of the plate from the elastomer along the protrusions and depressions of the helical teeth, which leads to a deterioration in the removal of internal heat from the plate from the elastomer to the flow of the drilling fluid inside the body, as well as through the walls of the body to the flow of the drilling fluid of the annulus, the formation of the centers of the profile of the elastomeric lining of the zones of destruction of the material from the effects of a temperature gradient and an increase in interference in the working pair.
В результате центр профиля становится менее гибким (хрупким и ломким), механические свойства эластомера, например резины, на этих участках значительно ухудшаются, при этом давление, действующее в камерах между ротором и статором, может превысить предел сдвиговой прочности эластомера, а вершины зубьев в обкладке деформируются и отрываются от корпуса.As a result, the center of the profile becomes less flexible (brittle and brittle), the mechanical properties of the elastomer, for example rubber, in these areas are significantly deteriorated, while the pressure acting in the chambers between the rotor and the stator can exceed the shear strength of the elastomer, and the tops of the teeth in the lining deform and come off the body.
Известен статор винтового героторного гидравлического насоса или двигателя, содержащий корпус с внутренней поверхностью, выполненной с внутренними винтовыми зубьями, закрепленные в корпусе охватываемую и охватывающую обкладки из эластомера, при этом охватываемая обкладка выполнена с внутренними винтовыми зубьями, предназначенными для размещения ротора, имеющего наружную поверхность с винтовыми зубьями, охватывающая обкладка скреплена с охватываемой обкладкой и с внутренней поверхностью корпуса, а число зубьев ротора на единицу меньше числа зубьев корпуса (US 6881045 A, 23.12.2004).A known stator of a screw gerotor hydraulic pump or motor, comprising a housing with an inner surface made with internal helical teeth, a male and female elastomer plates fixed to the housing, the male plate being made with internal helical teeth, designed to accommodate a rotor having an outer surface with with helical teeth, the female lining is fastened to the male lining and to the inner surface of the housing, and the number of rotor teeth per unit it bigger number of housing teeth (US 6,881,045 A, 23.12.2004).
Известный гидравлический механизм содержит гибкий слой, выполненный из эластомера, имеющий однородную, по существу, одинаковую толщину на внутренней поверхности корпуса, что приводит к образованию на выступах и впадинах зубьев зон, отличающихся друг от друга величинами контактного давления, сдвиговой прочности, твердости (упругости) и теплопроводности, которые подвергаются деформации и изгибу при планетарно-роторном вращении ротора внутри статора.The known hydraulic mechanism contains a flexible layer made of an elastomer having a uniform, substantially the same thickness on the inner surface of the housing, which leads to the formation of zones on the protrusions and depressions of the teeth of the teeth that differ from each other in terms of contact pressure, shear strength, hardness (elasticity) and thermal conductivity, which are subjected to deformation and bending during planetary-rotor rotation of the rotor inside the stator.
Недостатки известной конструкции объясняются неполной возможностью оптимизации толщины обкладки из эластомера вдоль выступов и впадин винтовых зубьев, что приводит к ухудшению отвода внутреннего тепла от обкладки из эластомера к потоку бурового раствора внутри корпуса, а также сквозь стенки корпуса к потоку бурового раствора затрубного пространства, образованию в центрах профиля эластомерной обкладки зон деструкции материала от воздействия градиента температур и увеличению натяга в рабочей паре.The disadvantages of the known design are explained by the incomplete possibility of optimizing the thickness of the plate from the elastomer along the protrusions and depressions of the helical teeth, which leads to a deterioration in the removal of internal heat from the plate from the elastomer to the flow of the drilling fluid inside the body, as well as through the walls of the body to the flow of the drilling fluid of the annulus, the formation of the centers of the profile of the elastomeric lining of the zones of destruction of the material from the effects of a temperature gradient and an increase in interference in the working pair.
В результате центр профиля становится менее гибким (хрупким и ломким), механические свойства резины или эластомера на этих участках значительно ухудшаются, при этом давление, действующее в камерах между ротором и статором, может превысить предел сдвиговой прочности эластомера, а вершины зубьев в обкладке деформируются и отрываются от корпуса.As a result, the center of the profile becomes less flexible (brittle and brittle), the mechanical properties of rubber or elastomer in these areas significantly deteriorate, while the pressure acting in the chambers between the rotor and the stator can exceed the shear strength of the elastomer, and the tooth tips in the lining are deformed and come off the case.
Недостатком известной конструкции является также низкая прочность корпуса статора, а также потеря его устойчивости преимущественно при осевой нагрузке на долото и ударных воздействиях от ясов в составе изогнутой колонны бурильных труб в наклонно направленных скважинах, например, при прохождении через радиусные участки ствола скважины при горизонтальном бурении, что объясняется тем, что он выполнен составным: из корпуса - гладкой трубы, охватываемой и охватывающей обкладок из эластомера, выполненных в форме геликоида.A disadvantage of the known design is also the low strength of the stator housing, as well as the loss of its stability mainly under axial load on the bit and impact from jars in the composition of a curved drill pipe string in directional wells, for example, when passing through the radius sections of the wellbore during horizontal drilling, which is explained by the fact that it is made composite: from the body - a smooth pipe, covered and covering plates of elastomer, made in the form of a helicoid.
Эластомерную охватываемую обкладку одинаковой толщины выполняют из материала, например, Ultra-Flex 114, а дополнительную охватывающую обкладку с внутренней поверхностью в форме геликоида, по существу, с внутренними винтовыми многозаходными зубьями выполняют из более твердого и прочного материала.An elastomeric male lining of the same thickness is made of a material, for example, Ultra-Flex 114, and an additional female lining with an internal surface in the form of a helicoid, essentially with internal helical multiple teeth, is made of a harder and stronger material.
При этом известный статор при использовании его в винтовом героторном гидравлическом двигателе не обеспечивает существенных преимуществ, например, максимального темпа набора кривизны (при бурении наклонно направленной скважины) вследствие разрушения корпуса, например, при прохождении через радиусные участки ствола скважины при горизонтальном бурении с использованием в колонне бурильных труб гидромеханического яса, с вращением (от ротора буровой) изогнутой колонны бурильных труб (20÷40 об/мин), с ударными нагрузками и ударными импульсами от гидравлического яса, а также вследствие релаксации растягивающих напряжений в изогнутой колонне бурильных труб, в которой установлен статор для двигателя.Moreover, the well-known stator when used in a screw gerotor hydraulic motor does not provide significant advantages, for example, the maximum rate of set of curvature (when drilling a directional well) due to the destruction of the body, for example, when passing through the radial sections of the wellbore during horizontal drilling using a column drill pipe hydromechanical jar, with rotation (from the rotor of the drill) curved string of drill pipes (20 ÷ 40 rpm), with shock loads and shock impulse and from the hydraulic jar, as well as due to relaxation of the tensile stress at a bent drill string, wherein the motor stator is mounted.
Недостатки известного статора объясняются также циклическим нагружением винтовых зубьев, выполненных, например, из эластомеров разной сдвиговой прочности, твердости и теплопроводности, которые подвергаются деформации и изгибу при планетарно-роторном вращении ротора внутри статора, что приводит к выделению тепла внутри материала зубьев, нарушению натяга в рабочей паре, отслоению эластомерной обкладки от корпуса, а также к расслоению между эластомерными обкладками вследствие ухудшения отвода внутреннего тепла из эластомерной обкладки сквозь слой материала через стенки корпуса к буровому раствору затрубного пространства.The disadvantages of the known stator are also explained by the cyclic loading of helical teeth made, for example, of elastomers of different shear strength, hardness and thermal conductivity, which are subjected to deformation and bending during planetary-rotor rotation of the rotor inside the stator, which leads to heat generation inside the tooth material, and the tension in working pair, peeling of the elastomeric plates from the housing, as well as to delamination between the elastomeric plates due to the deterioration of internal heat removal from the elastomeric plates and through a layer of material through the walls of the body to the drilling fluid annulus.
При этом температура в эластомерной обкладке может повышаться, например, до 85°C, а увеличение натяга в рабочей паре может составлять, например, до 0,08 мм на диаметр на каждые 10°C повышения температуры, что приводит к нерасчетным режимам работы, не обеспечивает максимальной мощности, момента силы на выходном валу в режиме максимальной мощности и допустимой осевой нагрузки при повышении максимального перепада давления (межвиткового, на зубьях статора) в режиме максимальной мощности.In this case, the temperature in the elastomeric casing can increase, for example, to 85 ° C, and the increase in interference in the working pair can be, for example, up to 0.08 mm per diameter for every 10 ° C of temperature increase, which leads to non-calculated operating modes, not provides maximum power, torque on the output shaft in maximum power mode and permissible axial load with increasing maximum pressure drop (inter-turn, on the stator teeth) in maximum power mode.
Известен статор для гидравлического забойного двигателя, образующий наружную трубу с внутренней поверхностью, выполненной, по меньшей мере, с двумя внутренними винтовыми зубьями (или лопастями), закрепленную в корпусе обкладку, например, из эластомера, прилегающую к внутренней поверхности наружной трубы, при этом обкладка выполнена с внутренними винтовыми зубьями (или лопастями), совпадает по форме с внутренними винтовыми зубьями (или лопастями) в наружной трубе, а толщина обкладки является максимальной на зубьях (или лопастях), радиально направленных внутрь (не менее двух) (US 6604921 В1, 14.04.2005).Known stator for a downhole hydraulic motor, forming an outer pipe with an inner surface made of at least two internal helical teeth (or blades), a lining fixed in the housing, for example, from an elastomer, adjacent to the inner surface of the outer pipe, while the lining made with internal helical teeth (or blades), coincides in shape with internal helical teeth (or blades) in the outer tube, and the thickness of the lining is maximum on the teeth (or blades), radially inwardly directed (at least two) (US 6604921 B1, 14.04.2005).
Недостатком известной конструкции является неполное использование возможности повышения надежности и ресурса винтового забойного двигателя, максимальной мощности, момента силы на выходном валу в режиме максимальной мощности и усталостной выносливости (ресурса) эластомерной обкладки - не менее 100 тысяч циклов.A disadvantage of the known design is the incomplete use of the possibility of increasing the reliability and service life of a downhole screw motor, maximum power, torque on the output shaft in the maximum power mode and fatigue endurance (resource) of the elastomeric lining - at least 100 thousand cycles.
Так как эластомер характеризуется высокими изоляционными свойствами, он задерживает передачу тепла в большей степени вдоль выступов винтовых зубьев по сравнению с впадинами этих винтовых зубьев.Since the elastomer is characterized by high insulating properties, it delays the transfer of heat to a greater extent along the protrusions of the helical teeth compared to the depressions of these helical teeth.
Температура в обкладке из эластомера может повышаться, например, до 85°C, а увеличение натяга в рабочей паре может составлять, например, до 0,08 мм на диаметр на каждые 10°C повышения температуры, что приводит к нерасчетным режимам работы, не обеспечивает максимальной мощности, момента силы на выходном валу в режиме максимальной мощности и допустимой осевой нагрузки при повышении максимального перепада давления (межвиткового, на зубьях статора) в режиме максимальной мощности.The temperature in the elastomer lining can increase, for example, to 85 ° C, and the increase in interference in the working pair can be, for example, up to 0.08 mm per diameter for every 10 ° C temperature increase, which leads to off-design operating modes, does not provide maximum power, torque on the output shaft in maximum power mode and permissible axial load with increasing maximum pressure drop (inter-turn, on the stator teeth) in maximum power mode.
Недостатки известного статора для винтовой героторной гидромашины объясняются неполным использованием возможности оптимизации толщины обкладки вдоль впадин внутренней винтовой поверхности и минимальной толщины стенки наружной трубы по отношению к высоте зубьев в обкладке, а также образованием на выступах и впадинах зубьев зон, отличающихся друг от друга величинами контактного давления, сдвиговой прочности, твердости (упругости) и теплопроводности, которые подвергаются деформации и изгибу при планетарно-роторном вращении ротора внутри статора, что приводит к повышенному градиенту температур при выделении тепла внутри материала зубьев и нарушению натяга в рабочей паре, к ухудшению отвода внутреннего тепла из эластомерной обкладки к потоку бурового раствора внутри корпуса, а также сквозь стенки наружной трубы к буровому раствору затрубного пространства, поток которого направлен от забоя к устью скважины.The disadvantages of the known stator for a screw gerotor hydraulic machine are explained by the incomplete use of the possibility of optimizing the thickness of the lining along the hollows of the internal helical surface and the minimum wall thickness of the outer tube with respect to the height of the teeth in the lining, as well as the formation of zones on the protrusions and hollows of the teeth that differ in contact pressure , shear strength, hardness (elasticity) and thermal conductivity, which are subjected to deformation and bending during planetary-rotor rotation of the rotor three stators, which leads to an increased temperature gradient when heat is generated inside the tooth material and violation of interference in the working pair, to a deterioration in the removal of internal heat from the elastomeric sheath to the mud flow inside the housing, and also through the walls of the outer pipe to the annular drilling mud, the flow which is directed from the bottom to the wellhead.
Из-за тепла, образуемого в центрах зубьев, происходит вторичная полимеризация: молекулярная сшивка эластомера (резины), что приводит к деструкции материала, вследствие этого центр профиля обкладки становится негибким (хрупким и ломким), механические свойства эластомера на этих участках значительно ухудшаются, при этом давление, действующее в камерах между ротором и статором, может превысить предел сдвиговой прочности эластомера, а вершины статора деформируются и отрываются от статора.Due to the heat generated in the tooth centers, secondary polymerization occurs: molecular crosslinking of the elastomer (rubber), which leads to degradation of the material, as a result, the center of the lining profile becomes inflexible (brittle and brittle), the mechanical properties of the elastomer in these areas significantly deteriorate, In this case, the pressure acting in the chambers between the rotor and the stator can exceed the shear strength of the elastomer, and the vertices of the stator are deformed and detached from the stator.
Наиболее близким к заявляемой конструкции является статор винтовой героторной гидромашины, например двигателя для вращения ротора от насосной подачи текучей среды или насоса для подачи текучей среды за счет вращения ротора, содержащий наружную трубу с внутренней поверхностью, выполненной в форме геликоида с внутренними винтовыми зубьями, закрепленную в наружной трубе обкладку из эластомера, прилегающую к внутренней поверхности наружной трубы, при этом обкладка выполнена с внутренними винтовыми зубьями и совпадает по форме с внутренними винтовыми зубьями в наружной трубе, а толщина обкладки является максимальной на зубьях, радиально направленных внутрь, в наружной трубе максимальная толщина обкладки из эластомера вдоль впадин ее внутренней винтовой поверхности, расположенных на максимальном радиальном удалении, равна половине высоты ее внутренних винтовых зубьев, а минимальная толщина стенки наружной трубы вдоль радиально направленных наружу впадин ее внутренней винтовой поверхности равна высоте внутренних винтовых зубьев в обкладке из эластомера (RU 2373364 C2, 20.11.2009).Closest to the claimed design is the stator of a screw gerotor hydraulic machine, for example, a motor for rotating the rotor from the pump fluid supply or a pump for supplying fluid by rotating the rotor, comprising an outer pipe with an inner surface made in the form of a helicoid with internal helical teeth, fixed in the outer tube lining of elastomer adjacent to the inner surface of the outer pipe, while the lining is made with internal helical teeth and matches the shape of the inner by them with helical teeth in the outer pipe, and the thickness of the lining is maximum on the teeth radially directed inward, in the outer pipe, the maximum thickness of the lining of elastomer along the valleys of its internal helical surface located at the maximum radial distance is equal to half the height of its internal helical teeth, and the minimum the wall thickness of the outer pipe along the radially outward troughs of its inner helical surface is equal to the height of the internal helical teeth in the elastomer lining (RU 2373364 C2, 20.11.20 09).
Основные преимущества известного статора с равномерной толщиной обкладки из эластомера (R-Wall):The main advantages of the famous stator with a uniform thickness of the lining of elastomer (R-Wall):
- повышается нагрузочная способность статора, снижаются гистерезисные потери в обкладке, повышаются энергетические характеристики и тормозной момент двигательной секции, что исключает вероятность торможения двигателя при изменении нагрузки и повышает управляемость бурения;- increases the load capacity of the stator, hysteresis losses in the lining are reduced, energy characteristics and braking torque of the engine section are increased, which eliminates the likelihood of engine braking when the load changes and increases the controllability of drilling;
- снижается количество вырабатываемого и сохраняемого тепла, натяг в соединении ротор-обкладка статора меньше зависит от температуры и деструкции ("разбухания") эластомера, обеспечиваются высокие энергетические характеристики в увеличенном интервале глубины скважины, температуры и буровых растворов на нефтяной основе;- the amount of generated and stored heat is reduced, the interference in the stator rotor-lining connection is less dependent on the temperature and degradation ("swelling") of the elastomer, high energy characteristics are ensured in the extended interval of the well depth, temperature and oil-based drilling fluids;
- улучшенные энергетические характеристики двигателя позволяют эффективно использовать его с долотами PDC (Polycrystalline Diamond Compakt) с поликристаллическими алмазами;- improved energy characteristics of the engine allow its efficient use with PDC (Polycrystalline Diamond Compakt) bits with polycrystalline diamonds;
- за счет меньшей толщины эластомера при отрыве кусков обкладки не происходит закупорки промывочных отверстий долота, вследствие этого требуемый интервал скважины может быть добурен до конца, повышается наработка на отказ (Журнал "Бурение и нефть", 11/2014, стр. 56÷59).- due to the smaller thickness of the elastomer, when the pieces of the lining are torn off, the flushing holes of the bit are not clogged, as a result of which the required interval of the well can be completed to the end, the mean time between failures (Journal of Drilling and Oil, 11/2014, p. 56 ÷ 59) .
Неполная возможность увеличения надежности и ресурса объясняется возможностью появления дефектов в известной конструкции, в которой статор выполнен с равномерной толщиной обкладки из эластомера (R-Wall): растрескивание, отслоение, а также вырывы кусков обкладки из эластомера (резины) по краям - во входной и выходной по потоку частях обкладки из эластомера в статоре в напряженных условиях работы: при наличии в рабочей паре между ротором и обкладкой трубчатого корпуса необходимого натяга контактное давление составляет 2,5÷3 МПа, скорость скольжения составляет 0,5÷2,5 м/с, гидростатическое давление может достигать 50 МПа, а момент силы на выходном валу в режиме максимальной мощности может достигать 30 кН⋅м, причем в условиях высокой турбулентности бурового раствора, который имеет плотность до 1500 кг/м3, содержит до 2% песка и до 5% нефтепродуктов, что приводит к прекращению циркуляции, при этом основная причина отказа в компоновке низа бурильной колонны (КНБК), в которой установлена двигательная секция со шпинделем и долотом, - "резина в долоте".The incomplete possibility of increasing reliability and resource is explained by the possibility of defects in a known design in which the stator is made with a uniform thickness of the lining of the elastomer (R-Wall): cracking, peeling, as well as tearing pieces of the lining of the elastomer (rubber) at the edges in the inlet and the downstream parts of the plate from the elastomer in the stator under intense operating conditions: if there is a necessary interference between the rotor and the tubular body lining, the contact pressure is 2.5 ÷ 3 MPa, shear rate life is 0.5 ÷ 2.5 m / s, hydrostatic pressure can reach 50 MPa, and the moment of force on the output shaft in maximum power mode can reach 30 kN⋅m, and in conditions of high turbulence of the drilling fluid, which has a density of up to 1500 kg / m 3 , contains up to 2% of sand and up to 5% of oil products, which leads to the cessation of circulation, with the main reason for the failure of the layout of the bottom of the drill string (BHA), in which the motor section with spindle and chisel is installed, - rubber in chisel. "
Развитию упомянутых дефектов способствуют высокие рабочие перепады давления, внутреннее выделение тепла в материале обкладки статора, торможение рабочей пары при работе, высокий натяг в рабочей паре.The development of the mentioned defects is facilitated by high working pressure drops, internal heat generation in the stator lining material, braking of the working couple during operation, high interference in the working couple.
Увеличение длины секции рабочих пар позволяет значительно снизить уровень контактных нагрузок в зацеплении рабочей пары и предотвратить преждевременное разрушение обкладки из эластомера по краям статора.The increase in the length of the section of the working pairs can significantly reduce the level of contact loads in the engagement of the working couple and prevent premature destruction of the lining of the elastomer at the edges of the stator.
Одновременно повышаются энергетические характеристики двигателя, надежность и ресурс. Однако увеличение длины рабочих пар ротор-статор ухудшает проходимость компоновки низа бурильной колонны при прохождении через радиусные участки ствола скважины при горизонтальном бурении.At the same time, the energy characteristics of the engine, reliability and resource are increased. However, the increase in the length of the working pairs of the rotor-stator worsens the permeability of the layout of the bottom of the drill string when passing through the radius sections of the wellbore during horizontal drilling.
Вследствие особенности работы героторных механизмов винтовых гидромашин по краям обкладки из эластомера вырабатывается и сохраняется дополнительное количество тепла от воздействия перекашивающих моментов ротора при его планетарно-роторном вращении внутри зубьев обкладки статора из эластомера в режиме максимальной мощности.Due to the peculiarities of the operation of the gerotor mechanisms of screw hydraulic machines along the edges of the elastomer lining, additional heat is generated and stored due to the influence of the distorting moments of the rotor during its planetary-rotor rotation inside the teeth of the stator lining from the elastomer in the maximum power mode.
В результате центр профиля становится менее гибким (хрупким и ломким), механические свойства эластомера, например резины, на этих участках значительно ухудшаются, при этом давление, действующее в камерах между ротором и статором, может превысить предел сдвиговой прочности эластомера, а вершины зубьев в обкладке деформируются или отрываются от корпуса, при этом снижается возможность повышения максимальной мощности, момента силы на выходном валу в режиме максимальной мощности и усталостной выносливости (ресурса) обкладки из эластомера - не менее 100 тысяч циклов.As a result, the center of the profile becomes less flexible (brittle and brittle), the mechanical properties of the elastomer, for example rubber, in these areas are significantly deteriorated, while the pressure acting in the chambers between the rotor and the stator can exceed the shear strength of the elastomer, and the tops of the teeth in the lining deform or detach from the body, while reducing the possibility of increasing the maximum power, the torque on the output shaft in the maximum power mode and fatigue endurance (resource) of the lining of elastomer - n e less than 100 thousand cycles.
Вследствие этого не обеспечиваются свойства эластомера в конструкции, например усталостной выносливости при знакопеременном изгибе с вращением (ГОСТ 10952-75), остаточной деформации и усталостной выносливости при многократном сжатии (ГОСТ 20418-75), температурного предела хрупкости (ГОСТ 7912-74), истирания при скольжении (ГОСТ 426-77).As a result, the properties of the elastomer in the structure are not ensured, for example, fatigue endurance during alternating bending with rotation (GOST 10952-75), permanent deformation and fatigue endurance during repeated compression (GOST 20418-75), temperature limit of brittleness (GOST 7912-74), abrasion when sliding (GOST 426-77).
Другим недостатком известной конструкции является неполная возможность увеличения надежности и ресурса за счет обеспечения равнопрочных и герметичных резьбовых соединений трубчатого корпуса статора с переводником и/или переходником в условиях интенсивного трения и вращения в стволе скважины, с использованием в колонне бурильных труб гидравлических ясов, с ударными нагрузками и ударными импульсами от ясов, а также при релаксации растягивающих напряжений в изогнутой колонне бурильных труб, в которой установлен статор винтовой героторной гидромашины.Another disadvantage of the known design is the incomplete possibility of increasing reliability and service life by providing equal strength and tight threaded joints of the stator tubular body with an adapter and / or adapter under conditions of intense friction and rotation in the wellbore, using hydraulic jars in the drill pipe string, with shock loads and shock pulses from jars, as well as during relaxation of tensile stresses in a curved drill pipe string, in which a stator screw gero hydromachines.
Упомянутый недостаток известной конструкции объясняется повышенной жесткостью трубчатого корпуса при использовании его в статоре гидравлического забойного двигателя, по существу, большим значением коэффициента напряжения при изгибе (Stress ratio, отношение изменяющейся амплитуды напряжения к среднему напряжению) в местах стыка резьбовых соединений трубчатого корпуса с переводником и/или переходником, равным 7÷9, а также большой вероятностью образования трещин на резьбах и поломки резьбовых соединений трубчатого корпуса при использовании забойного двигателя в горизонтальных управляемых компоновках низа бурильной колонны, на участках изменения кривизны наклонной скважины, преимущественно в режиме максимальной мощности.The mentioned drawback of the known construction is explained by the increased stiffness of the tubular body when used in the stator of a hydraulic downhole motor, essentially by a large value of the stress coefficient under bending (Stress ratio, the ratio of the changing voltage amplitude to the average voltage) at the junction of the threaded joints of the tubular body with the sub and / or an adapter equal to 7 ÷ 9, as well as a high probability of cracking on the threads and breakage of the threaded joints of the tubular body when using a downhole motor driven horizontal in the bottom hole assembly, the areas changing downhole curvature, preferably a maximum power mode.
Вследствие повышенной жесткости трубчатого корпуса статора не полностью обеспечивается возможность повышения точности проходки наклонных и горизонтальных скважин, повышения темпа набора параметров кривизны скважин, а также улучшения проходимости, т.е. уменьшения сопротивления и напряжений в компоновке низа бурильной колонны за счет изгиба трубчатого корпуса забойного двигателя при прохождении через радиусные участки ствола скважины, имеющие участки малого и среднего радиуса 30÷300 м, в условиях интенсивного трения по стволу скважины.Due to the increased stiffness of the tubular stator housing, the possibility of increasing the accuracy of drilling of deviated and horizontal wells, increasing the rate of a set of parameters of the curvature of the wells, as well as improving patency, i.e. reducing the resistance and stresses in the layout of the bottom of the drill string due to bending of the tubular body of the downhole motor when passing through the radius sections of the borehole having sections of small and
Вследствие этого требуемый интервал скважин не может быть добурен до конца, например, в скважинах, в интервале бурения 2500÷3500 м, имеющих боковые горизонтальные стволы в интервале 750÷1500 м, при этом не повышается наработка на отказ, не обеспечиваются существенные экономические преимущества известной конструкции.As a result of this, the required interval of wells cannot be completely completed, for example, in wells in the drilling interval of 2500–3500 m, having horizontal lateral shafts in the range of 750–1500 m, meanwhile the mean time between failures is not increased, and significant economic advantages of the well-known designs.
Технической задачей изобретения является повышение надежности и ресурса статора винтовой героторной гидромашины при использовании в гидравлическом забойном двигателе для бурения нефтяных скважин за счет повышения усталостной выносливости, абразивной стойкости, упругости и герметичности уплотнения рабочей пары: ротор-обкладка из эластомера в статоре путем предотвращения растрескивания, отслоения и вырывов кусков обкладки во входной и выходной части в статоре за счет того, что обкладка из эластомера выше по потоку от края внутренних винтовых зубьев, направленного против потока, выполнена с входным демпфером из эластомера с собственными внутренними винтовыми зубьями с возможностью скрепления с обкладкой, боковыми поверхностями внутренних винтовых зубьев трубчатого корпуса, направленными против потока, и внутренней поверхностью входной по потоку части трубчатого корпуса, а также за счет того, что ниже по потоку от края внутренних винтовых зубьев обкладка выполнена с выходным демпфером из эластомера с собственными внутренними винтовыми зубьями, с возможностью скрепления с обкладкой, боковыми поверхностями внутренних винтовых зубьев трубчатого корпуса, направленными по потоку, и внутренней поверхностью выходной по потоку части трубчатого корпуса.An object of the invention is to increase the reliability and life of the stator of a screw gerotor hydraulic machine when used in a downhole motor for drilling oil wells by increasing fatigue resistance, abrasion resistance, elasticity and tightness of the working pair seal: rotor lining made of elastomer in the stator by preventing cracking, delamination and tearing pieces of the lining in the input and output parts in the stator due to the fact that the lining of the elastomer is upstream from the edges of the inner helical teeth directed against the flow, made with an inlet damper made of elastomer with its own internal helical teeth with the possibility of fastening with a lining, the side surfaces of the internal helical teeth of the tubular body, directed against the flow, and the inner surface of the inlet part of the tubular body, and also due to that downstream from the edge of the internal helical teeth, the lining is made with an output damper made of elastomer with its own internal helical teeth, with the possibility of scratching lining with the lining, the lateral surfaces of the internal helical teeth of the tubular body, directed downstream, and the inner surface of the upstream part of the tubular body.
Другой технической задачей изобретения является повышение точности проходки наклонных и горизонтальных скважин, повышение темпа набора параметров кривизны скважин, а также улучшение проходимости, т.е. уменьшение сопротивления и напряжений в компоновке низа бурильной колонны при использовании в гидравлическом забойном двигателе за счет уменьшения жесткости трубчатого корпуса - выполнения стенки трубчатого корпуса во входной и выходной частях с поясом пониженной жесткости, характеризующимся уменьшенной толщиной, что обеспечивает изгиб трубчатого корпуса статора при прохождении через радиусные участки ствола скважины, имеющие участки малого и среднего радиуса 30÷300 м, в условиях интенсивного трения по стволу скважины.Another technical objective of the invention is to increase the accuracy of drilling of deviated and horizontal wells, to increase the rate of a set of parameters of well curvature, and also to improve cross-flow ability, i.e. reduction of resistance and stresses in the layout of the bottom of the drill string when used in a hydraulic downhole motor by reducing the stiffness of the tubular casing - making the wall of the tubular casing in the inlet and outlet parts with a belt of reduced stiffness, characterized by a reduced thickness, which ensures bending of the stator tubular body when passing through radius sections of the wellbore having sections of small and medium radius of 30 ÷ 300 m, in conditions of intense friction along the wellbore.
Сущность технического решения заключается в том, что в статоре винтовой героторной гидромашины, например двигателя для вращения ротора от насосной подачи текучей среды или насоса для подачи текучей среды за счет вращения ротора, содержащем трубчатый корпус с внутренней поверхностью, выполненной в форме геликоида с внутренними винтовыми зубьями, на каждом краю трубчатого корпуса выполнена внутренняя резьба, а также содержащем закрепленную в трубчатом корпусе обкладку из эластомера, прилегающую к внутренней поверхности трубчатого корпуса, обкладка из эластомера выполнена с внутренними винтовыми зубьями и совпадает по форме с внутренними винтовыми зубьями в трубчатом корпусе, а толщина обкладки является максимальной на зубьях, радиально направленных внутрь, при этом в трубчатом корпусе максимальная толщина обкладки из эластомера вдоль впадин ее внутренней винтовой поверхности, расположенных на максимальном радиальном удалении, равна половине высоты ее внутренних винтовых зубьев, а минимальная толщина стенки трубчатого корпуса вдоль радиально направленных наружу впадин ее внутренней винтовой поверхности равна высоте внутренних винтовых зубьев в обкладке из эластомера, согласно изобретению обкладка из эластомера содержит во входной по потоку части трубчатого корпуса, выше по потоку от края внутренних винтовых зубьев, направленного против потока, входной демпфер из эластомера с собственными внутренними винтовыми зубьями, примыкающими к внутренним винтовым зубьям обкладки из эластомера, прилегающий к внутренней поверхности входной по потоку части трубчатого корпуса с возможностью скрепления с обкладкой из эластомера, боковыми поверхностями внутренних винтовых зубьев трубчатого корпуса, направленными против потока, и внутренней поверхностью входной по потоку части трубчатого корпуса, при этом ниже по потоку от края внутренних винтовых зубьев трубчатого корпуса в выходной по потоку части трубчатого корпуса обкладка из эластомера содержит выходной демпфер из эластомера с собственными внутренними винтовыми зубьями, примыкающими к внутренним винтовым зубьям обкладки из эластомера, размещенный внутри трубчатого корпуса, прилегающий к внутренней поверхности выходной по потоку части трубчатого корпуса сThe essence of the technical solution lies in the fact that in the stator of a screw gerotor hydraulic machine, for example, a motor for rotating the rotor from the pump fluid supply or a pump for supplying fluid by rotating the rotor containing a tubular body with an inner surface made in the form of a helicoid with internal helical teeth , on each edge of the tubular body an internal thread is made, as well as an elastomer lining fixed in the tubular body adjacent to the inner surface of the tubular body a mustache, the elastomer lining is made with internal helical teeth and coincides in shape with the internal helical teeth in the tubular body, and the thickness of the lining is maximum on the teeth radially directed inward, while the maximum thickness of the lining of the elastomer along the hollows of its internal helical surface in the tubular body located at the maximum radial distance is equal to half the height of its internal helical teeth, and the minimum wall thickness of the tubular body along radially outward the hollow of its internal helical surface is equal to the height of the internal helical teeth in the elastomer plate, according to the invention, the elastomer plate contains in the upstream part of the tubular body, upstream from the edge of the internal helical teeth directed upstream, the inlet damper of the elastomer with its own internal helical teeth adjacent to the internal helical teeth of the elastomer plate, adjacent to the inner surface of the upstream part of the tubular body with the possibility of bonding with the elastomer lining, the side surfaces of the internal helical teeth of the tubular body, directed against the flow, and the inner surface of the inlet part of the tubular body, while downstream from the edge of the internal helical teeth of the tubular body in the downstream part of the tubular body, the elastomer lining contains an output an elastomer damper with its own internal helical teeth adjacent to the internal helical teeth of the elastomer lining, located inside the tubular body, adj gayuschy to the inner surface of the discharge flow from the tubular body portion
возможностью скрепления с обкладкой из эластомера, боковыми поверхностями внутренних винтовых зубьев трубчатого корпуса, направленными по потоку, и внутренней поверхностью выходной по потоку части трубчатого корпуса, при этом минимальная толщина входного и выходного демпферов из эластомера вдоль впадин их внутренних винтовых зубьев, расположенных на максимальном радиальном удалении, равна толщине обкладки из эластомера на ее зубьях, радиально направленных внутрь.the possibility of bonding with the lining of the elastomer, the side surfaces of the internal helical teeth of the tubular body, directed downstream, and the inner surface of the upstream part of the tubular body, while the minimum thickness of the inlet and outlet dampers from the elastomer along the troughs of their internal helical teeth located at the maximum radial removal, equal to the thickness of the lining of the elastomer on its teeth radially directed inward.
Статор содержит во входной по потоку части трубчатого корпуса пояс пониженной жесткости, характеризующийся выполнением стенки трубчатого корпуса уменьшенной толщиной, расположенный между краем внутренних винтовых зубьев переднего кольцевого демпфера, направленных против потока, и полным последним витком внутренней резьбы входной по потоку части трубчатого корпуса, а в выходной по потоку части трубчатого корпуса содержит пояс пониженной жесткости, характеризующийся выполнением стенки трубчатого корпуса уменьшенной толщиной, расположенный между краем внутренних винтовых зубьев выходного демпфера из эластомера и полным последним витком внутренней резьбы в выходной по потоку части трубчатого корпуса, при этом отношение уменьшенной толщины стенки трубчатого корпуса во входной по потоку части трубчатого корпуса, а также в выходной по потоку части трубчатого корпуса к наружному диаметру трубчатого корпуса составляет 0,065÷0,095.The stator contains in the upstream part of the tubular body a belt of reduced stiffness, characterized by the execution of the wall of the tubular body of reduced thickness, located between the edge of the internal helical teeth of the front annular damper, directed against the flow, and the complete last turn of the internal thread of the inlet part of the tubular body, and the downstream part of the tubular body contains a belt of reduced stiffness, characterized by the execution of the wall of the tubular body with a reduced thickness, located married between the edge of the internal helical teeth of the outlet damper made of elastomer and the total last thread of the internal thread in the downstream part of the tubular body, while the ratio of the reduced wall thickness of the tubular body in the upstream part of the tubular body, as well as in the downstream part of the tubular body the outer diameter of the tubular body is 0,065 ÷ 0,095.
Выполнение статора винтовой героторной гидромашины таким образом, что он содержит во входной по потоку части трубчатого корпуса, выше по потоку от края внутренних винтовых зубьев, направленного против потока, входной демпфер из эластомера с собственными внутренними винтовыми зубьями, примыкающими к внутренним винтовым зубьям обкладки из эластомера, прилегающий к внутренней поверхности входной по потоку части трубчатого корпуса с возможностью скрепления с обкладкой из эластомера, боковыми поверхностями внутренних винтовых зубьев трубчатого корпуса, направленными против потока, и внутренней поверхностью входной по потоку части трубчатого корпуса, при этом ниже по потоку от края внутренних винтовых зубьев трубчатого корпуса в выходной по потоку части трубчатого корпуса обкладка из эластомера содержит выходной демпфер из эластомера с собственными внутренними винтовыми зубьями, примыкающими к внутренним винтовым зубьям обкладки из эластомера, размещенный внутри трубчатого корпуса, прилегающий к внутренней поверхности выходной по потоку части трубчатого корпуса с возможностью скрепления с обкладкой из эластомера, боковыми поверхностями внутренних винтовых зубьев трубчатого корпуса, направленными по потоку, и внутренней поверхностью выходной по потоку части трубчатого корпуса, при этом минимальная толщина входного и выходного демпферов из эластомера вдоль впадин их внутренних винтовых зубьев, расположенных на максимальном радиальном удалении, равна толщине обкладки из эластомера на ее зубьях, радиально направленных внутрь, обеспечивает повышение усталостной выносливости, абразивной стойкости, упругости и герметичности уплотнения рабочей пары: ротор-обкладка из эластомера в статоре за счет предотвращения растрескивания, отслоения и вырывов кусков обкладки из эластомера во входной и выходной по потоку текучей среды части обкладки из эластомера в статоре, вследствие этого обеспечивает повышение надежности и ресурса статора винтовой героторной гидромашины при использовании в гидравлическом забойном двигателе для бурения нефтяных и газовых скважин в условиях высокой турбулентности бурового раствора, который имеет плотность до 1500 кг/м3, содержит до 2% песка и до 5% нефтепродуктов, за счет предотвращения закупорки промывочного узла бурового долота, по существу, за счет предотвращения основного отказа компоновки низа бурильной колонны (КНБК) при бурении скважин по причине - "резина в долоте", вследствие этого требуемый интервал скважины может быть добурен до конца, повышается наработка на отказ, обеспечиваются существенные экономические преимущества заявляемой конструкции.The execution of the stator of the screw gerotor hydraulic machine in such a way that it contains in the upstream part of the tubular body, upstream from the edge of the internal helical teeth directed upstream, an inlet damper made of elastomer with its own internal helical teeth adjacent to the internal helical teeth of the plate made of elastomer adjacent to the inner surface of the upstream part of the tubular body with the possibility of fastening with a lining of elastomer, the side surfaces of the internal helical teeth of the pipe the casing body, directed against the flow, and the inner surface of the upstream part of the tubular casing, while downstream from the edge of the internal helical teeth of the tubular casing in the downstream part of the tubular casing, the elastomer lining contains an output damper made of elastomer with its own internal spiral teeth, adjacent to the internal helical teeth of the plate made of elastomer, located inside the tubular body adjacent to the inner surface of the upstream part of the tubular body with the possibility of bonding with the lining of the elastomer, the lateral surfaces of the internal helical teeth of the tubular body, directed downstream, and the inner surface of the upstream part of the tubular body, while the minimum thickness of the inlet and outlet dampers of the elastomer along the valleys of their internal helical teeth located at the maximum radial removal, equal to the thickness of the lining of the elastomer on its teeth radially directed inward, provides increased fatigue endurance, abrasion resistance and, the elasticity and tightness of the sealing of the working pair: the rotor lining of the elastomer in the stator by preventing cracking, delamination and tearing of pieces of the lining of the elastomer in the inlet and outlet fluid flow portions of the lining of the elastomer in the stator, thereby increasing reliability and resource the stator of a screw gerotor hydraulic machine when used in a hydraulic downhole motor for drilling oil and gas wells in conditions of high turbulence of the drilling fluid, which has a density l up to 1500 kg / m 3 , contains up to 2% of sand and up to 5% of oil products, due to the prevention of blockage of the flushing unit of the drill bit, essentially due to the prevention of the main failure of the layout of the bottom of the drill string (BHA) when drilling wells due to - " rubber in the bit ", as a result of this, the required interval of the well can be finished to the end, the MTBF is increased, and significant economic advantages of the claimed design are provided.
Выполнение статора винтовой героторной гидромашины таким образом, что он содержит во входной по потоку части трубчатого корпуса пояс пониженной жесткости, характеризующийся выполнением стенки трубчатого корпуса уменьшенной толщиной, расположенный между краем внутренних винтовых зубьев переднего кольцевого демпфера, направленных против потока, и полным последним витком внутренней резьбы входной по потоку части трубчатого корпуса, а в выходной по потоку части трубчатого корпуса содержит пояс пониженной жесткости, характеризующийся выполнением стенки трубчатого корпуса уменьшенной толщиной, расположенный между краем внутренних винтовых зубьев выходного демпфера из эластомера и полным последним витком внутренней резьбы в выходной по потоку части трубчатого корпуса, при этом отношение уменьшенной толщины стенки трубчатого корпуса во входной по потоку части трубчатого корпуса, а также в выходной по потоку части трубчатого корпуса к наружному диаметру трубчатого корпуса составляет 0,065÷0,095, обеспечивает повышение точности проходки наклонных и горизонтальных скважин, повышение темпа набора параметров кривизны скважин, а также улучшение проходимости, т.е. уменьшение сопротивления и напряжений в компоновке низа бурильной колонны при использовании в гидравлическом забойном двигателе за счет уменьшения жесткости трубчатого корпуса - выполнения стенки трубчатого корпуса во входной и выходной по потоку текучей среды частях с поясом пониженной жесткости, характеризующимся уменьшенной толщиной, что обеспечивает изгиб трубчатого корпуса статора при прохождении через радиусные участки ствола скважины, имеющие участки малого и среднего радиуса 30…300 м, в условиях интенсивного трения по стволу скважины.The design of the stator of a screw gerotor hydraulic machine in such a way that it contains a belt of reduced stiffness in the inlet part of the tubular body, characterized by the execution of the wall of the tubular body of reduced thickness, located between the edge of the internal helical teeth of the front annular damper, directed against the flow, and the complete last turn of the internal thread the upstream part of the tubular body, and in the downstream part of the tubular body contains a belt of reduced stiffness, characterized the execution of the wall of the tubular body of reduced thickness, located between the edge of the internal helical teeth of the output damper from the elastomer and the complete last turn of the internal thread in the downstream part of the tubular body, while the ratio of the reduced wall thickness of the tubular body in the upstream part of the tubular body, as well as the downstream part of the tubular body to the outer diameter of the tubular body is 0.065 ÷ 0.095, which improves the accuracy of penetration of inclined and horizontal wells n, increasing the pace of a set of parameters of well curvature, as well as improving patency, i.e. reducing the resistance and stresses in the layout of the bottom of the drill string when used in a hydraulic downhole motor by reducing the stiffness of the tubular body - making the wall of the tubular body in the inlet and outlet fluid flow parts with a belt of reduced stiffness, characterized by a reduced thickness, which ensures bending of the stator tubular body when passing through the radial sections of the wellbore having sections of small and medium radius of 30 ... 300 m, in conditions of intense friction along the wellbore wells.
Ниже представлен лучший вариант конструкции статора с одинаковой толщиной обкладки из эластомера (R-Wall) двигательной секции винтового забойного двигателя ДРУ2-172 PC для бурения нефтяных скважин.Below is the best design option for a stator with the same thickness of the plate of elastomer (R-Wall) of the engine section of the downhole motor DRU2-172 PC for drilling oil wells.
На фиг. 1 показан продольный разрез статора винтового героторного гидравлического двигателя.In FIG. 1 shows a longitudinal section through the stator of a screw gyratory hydraulic motor.
На фиг. 2 показан разрез А-А на фиг. 1 поперек входного демпфера из эластомера во входной части трубчатого корпуса, число винтовых зубьев входного демпфера равно 7.In FIG. 2 shows a section AA in FIG. 1 across the inlet damper of elastomer in the inlet of the tubular body, the number of helical teeth of the inlet damper is 7.
На фиг. 3 показан разрез Б-Б на фиг. 1 поперек трубчатого корпуса с внутренними винтовыми зубьями и обкладкой из эластомера, число винтовых зубьев обкладки и корпуса равно 7.In FIG. 3 shows a section BB in FIG. 1 across the tubular body with internal helical teeth and an elastomer cover, the number of helical teeth of the cover and the housing is 7.
На фиг. 4 показан разрез В-В на фиг. 1 поперек выходного демпфера из эластомера в выходной части трубчатого корпуса, число винтовых зубьев выходного демпфера равно 7.In FIG. 4 shows a section BB in FIG. 1 across the outlet damper from the elastomer in the outlet of the tubular body, the number of helical teeth of the outlet damper is 7.
На фиг. 5 показан продольный разрез двигательной секции, включающей ротор, установленный внутри входного демпфера, обкладки и выходного демпфера, все из эластомера, внутри трубчатого корпуса.In FIG. 5 shows a longitudinal section through a motor section including a rotor installed inside the inlet damper, the lining and the outlet damper, all of elastomer, inside the tubular body.
На фиг. 6 показан разрез Г-Г на фиг. 5 поперек двигательной секции, включающей входной демпфер из эластомера и ротор, отношение чисел зубьев ротор-входной демпфер равно 6/7.In FIG. 6 shows a section GG in FIG. 5 across the engine section, including the input damper of the elastomer and the rotor, the ratio of the number of teeth of the rotor-input damper is 6/7.
На фиг. 7 показан разрез Д-Д на фиг. 5 поперек двигательной секции, включающей статор с обкладкой из эластомера и ротор, отношение чисел зубьев ротор-обкладка равно 6/7.In FIG. 7 shows a section DD in FIG. 5 across the motor section, including a stator with an elastomer lining and a rotor, the ratio of the number of teeth of the rotor lining is 6/7.
На фиг. 8 показан разрез Е-Е на фиг. 5 поперек двигательной секции, включающей выходной демпфер из эластомера и ротор, отношение чисел зубьев ротор-выходной демпфер равно 6/7.In FIG. 8 shows a section EE in FIG. 5 across the engine section, including the output damper from the elastomer and the rotor, the ratio of the number of teeth of the rotor-output damper is 6/7.
Статор винтовой героторной гидромашины, например винтового забойного двигателя для вращения ротора от насосной подачи текучей среды (бурового раствора), содержит трубчатый корпус 1 с внутренней поверхностью 2, выполненной в форме геликоида, по существу, с внутренними винтовыми зубьями 3, на входном по потоку текучей среды 4 краю 5 трубчатого корпуса 1 выполнена внутренняя коническая трубная резьба 6, например, РКТ154х6,35х1:9,6 СТП 001-2007, на выходном по потоку текучей среды 4 краю 7 трубчатого корпуса 1 выполнена внутренняя коническая трубная резьба 8, например, РКТ154x6,35x1:9,6 СТП 001-2007, а также содержит закрепленную в трубчатом корпусе 1 обкладку 9 из эластомера, например из резины ИРП-1226-5, прилегающую к внутренней поверхности 2 трубчатого корпуса 1, при этом обкладка 9 из эластомера выполнена с внутренними винтовыми зубьями 10 и совпадает по форме с внутренними винтовыми зубьями 3 в трубчатом корпусе 1, а толщина 11 обкладки 9 является максимальной на ее зубьях 10, радиально направленных внутрь, по сравнению с толщиной 12 впадин 13 вдоль внутренней винтовой поверхности 14 упомянутой обкладки 9, изображено на фиг. 1, 2, 4.The stator of a screw gerotor hydraulic machine, for example a downhole screw motor for rotating the rotor from the pump fluid supply (drilling fluid), comprises a
В трубчатом корпусе 1 максимальная толщина 12 обкладки 9 из эластомера вдоль впадин 13 ее внутренней винтовой поверхности 14, расположенных на максимальном радиальном удалении 15, равна половине высоты 16 ее внутренних винтовых зубьев 10, при этом минимальная толщина 17 стенки трубчатого корпуса 1 вдоль радиально направленных наружу впадин 18 ее внутренней винтовой поверхности 2 равна высоте 16 внутренних винтовых зубьев 10 в обкладке 9 из эластомера, изображено на фиг.1, 2, 4.In the
Обкладка 9 из эластомера содержит во входной по потоку 4 части 5 трубчатого корпуса 1, выше по потоку 4 от края 19 внутренних винтовых зубьев 3 в трубчатом корпусе 1, направленного против потока 4, входной демпфер 20 из эластомера с собственными внутренними винтовыми зубьями 21, примыкающими к внутренним винтовым зубьям 10 обкладки 9 из эластомера, прилегающий к внутренней поверхности 22 входной по потоку 4 части 5 трубчатого корпуса 1, с возможностью скрепления с обкладкой 9 из эластомера, боковыми поверхностями 23 внутренних винтовых зубьев 3 трубчатого корпуса 1, направленными против потока 4, и внутренней поверхностью 22 входной по потоку 4 части 5 трубчатого корпуса 1, при этом боковая (лобовая) поверхность 24 входного демпфера 20 из эластомера с собственными внутренними винтовыми зубьями 21, направленными против потока текучей среды 4, выполнена в виде фаски 25, уменьшающей гидравлическое сопротивление обкладки 9 из эластомера в потоке текучей среды 4 и предотвращающей растрескивание и отслоение входной кромки 26 во входном демпфере 20 из эластомера в потоке текучей среды 4 (бурового раствора) внутри трубчатого корпуса 1, изображено на фиг. 1, 2, 3.The elastomer lining 9 comprises in the inlet stream 4
Ниже по потоку 4 от края 27 внутренних винтовых зубьев 3 трубчатого корпуса 1 в выходной по потоку 4 части 7 трубчатого корпуса 1 обкладка 9 из эластомера содержит выходной демпфер 28 из эластомера с собственными внутренними винтовыми зубьями 29, примыкающими к внутренним винтовым зубьям 10 обкладки 9 из эластомера, размещенный внутри трубчатого корпуса 1, прилегающий к внутренней поверхности 30 выходной по потоку 4 части 7 трубчатого корпуса 1 с возможностью скрепления с обкладкой 9 из эластомера, боковыми (задними по потоку текучей среды) поверхностями 31 внутренних винтовых зубьев 3 трубчатого корпуса 1, направленными по потоку 4, и внутренней поверхностью 30 выходной по потоку 4 части 7 трубчатого корпуса 1, при этом боковая (задняя по потоку текучей среды) поверхность 32 внутренних винтовых зубьев 26 выходного демпфера 25 из эластомера, направленных по потоку текучей среды 4, выполнена в виде фаски 33, уменьшающей гидравлическое сопротивление (в зоне обратных токов текучей среды) выходного демпфера 28 из эластомера и предотвращающей растрескивание и отслоение выходной кромки 34 в выходном демпфере 28 из эластомера в потоке текучей среды 4 (бурового раствора) внутри трубчатого корпуса 1, изображено на фиг. 1, 3, 4.Downstream 4 from the edge 27 of the internal helical teeth 3 of the tubular body 1 to the downstream 4 parts 7 of the tubular body 1, the elastomer plate 9 comprises an output damper 28 of the elastomer with its own internal helical teeth 29 adjacent to the internal helical teeth 10 of the plate 9 of an elastomer located inside the tubular body 1, adjacent to the inner surface 30 of the downstream 4 parts 7 of the tubular body 1 with the possibility of fastening to the lining 9 of the elastomer, lateral (rear in the flow of fluid) surface by the threads 31 of the internal helical teeth 3 of the tubular body 1, directed downstream 4, and the inner surface 30 of the downstream 4 parts 7 of the tubular body 1, while the side (rear downstream of the fluid) surface 32 of the internal helical teeth 26 of the output damper 25 of the elastomer directed along the flow of fluid 4 is made in the form of a chamfer 33, which reduces the hydraulic resistance (in the area of the reverse currents of the fluid) of the output damper 28 from the elastomer and prevents cracking and delamination of the output edge 34 in the output mpfere 28 of the elastomer in the fluid stream 4 (mud) inside the tubular body 1 shown in FIG. 1, 3, 4.
Минимальная толщина 35 входного демпфера 20 из эластомера вдоль впадин 36 его внутренних винтовых зубьев 21, расположенных на максимальном радиальном удалении 37, равна толщине 11 обкладки 9 из эластомера на ее зубьях 10, радиально направленных внутрь, изображено на фиг. 1, 2, 3.The
Минимальная толщина 38 выходного демпфера 28 из эластомера вдоль впадин 39 его внутренних винтовых зубьев 29, расположенных на максимальном радиальном удалении 40, равна толщине 11 обкладки 9 из эластомера на ее зубьях 10, радиально направленных внутрь, изображено на фиг. 1, 3, 4.The
Статор содержит во входной по потоку 4 части 5 трубчатого корпуса 1 пояс 41 пониженной жесткости, характеризующийся выполнением стенки 42 трубчатого корпуса 1 уменьшенной толщиной 43, расположенный между краем 26 внутренних винтовых зубьев 21 переднего кольцевого демпфера 20, направленным против потока 4, и полным последним витком 44 внутренней резьбы 6 входной по потоку 4 части 5 трубчатого корпуса 1, изображено на фиг. 1, 2.The stator contains in the inlet 4
Статор содержит в выходной по потоку 4 части 7 трубчатого корпуса 1 пояс 45 пониженной жесткости, характеризующийся выполнением стенки 46 трубчатого корпуса 1 уменьшенной толщиной 47, расположенный между краем 34 внутренних винтовых зубьев 29 выходного демпфера 28 из эластомера и полным последним витком 48 внутренней резьбы 8 в выходной по потоку 4 части 7 трубчатого корпуса 1, изображено на фиг. 1, 4.The stator contains in the outlet stream 4
Отношение уменьшенной толщины 43 стенки 42 трубчатого корпуса 1 во входной по потоку 4 части 5 трубчатого корпуса 1, а также отношение уменьшенной толщины 47 стенки 46 трубчатого корпуса 1 в выходной по потоку 4 части 7 трубчатого корпуса 1 к наружному диаметру 49 трубчатого корпуса 1 составляет 0,065÷0,095, изображено на фиг. 1, 2, 4.The ratio of the reduced
В состав двигательной секции входит ротор 50, имеющий винтовые зубья 51, число зубьев 51 ротора 50 на единицу меньше числа зубьев 10 обкладки 9 из эластомера, а также числа зубьев 21 входного демпфера 22 из эластомера, а также числа зубьев 29 выходного демпфера 28 из эластомера, отношение чисел зубьев ротор 50 - обкладка 9 из эластомера, а также ротор 50 - входной демпфер 22 из эластомера, а также ротор 50 - выходной демпфер 28 из эластомера равно 6/7, при этом поз. 52 - центральная продольная ось ротора 50, поз.53 - центральная продольная ось обкладки 9 из эластомера, закрепленной внутри трубчатого корпуса 1, а также входного демпфера 20 из эластомера, а также выходного демпфера 28 из эластомера, при этом поз. 54 - величина эксцентриситета ротора 50, установленного в обкладке 9 из эластомера внутри трубчатого корпуса 1, скрепленной с внутренней поверхностью трубчатого корпуса 1, а также установленного во входном демпфере 20 из эластомера, а также установленного в выходном демпфере 28 из эластомера, изображено на фиг. 6, 7, 8, 9.The motor section includes a
Твердость обкладки 9 из эластомера, а также входного и выходного кольцевых демпферов, соответственно, 20 и 28, например из резины ИРП-1226-5, составляет 75±3 ед. Шор А.The hardness of the lining 9 of elastomer, as well as input and output ring dampers, respectively, 20 and 28, for example from rubber IRP-1226-5, is 75 ± 3 units. Shore A.
Кроме того, поз.55 - многозаходные винтовые камеры между зубьями 51 ротора 50 и зубьями 21 входного демпфера 20 эластомера, поз.56 - многозаходные винтовые камеры между зубьями 51 ротора 50 и зубьями 10 обкладки 9 из эластомера, поз. 57 - многозаходные винтовые камеры между зубьями ротора 50 и зубьями 29 выходного демпфера 28 из эластомера изображено на фиг. 6, 7, 8.In addition, item 55 - multi-helical chambers between the
Статор с равномерной толщиной обкладки 9 из эластомера (R-Wall) входит в модуль двигательной секции винтового забойного двигателя для бурения нефтяной скважины, включающего карданную трансмиссию и шпиндельную секцию с долотом для бурения скважины (не изображенными).A stator with a uniform thickness of the plate 9 made of elastomer (R-Wall) is included in the engine module of a downhole screw motor for drilling an oil well, including a cardan transmission and a spindle section with a drill bit (not shown).
Конструкция статора при использовании в винтовом забойном двигателе для бурения скважины работает следующим образом: поток бурового раствора 4 под давлением, например, 25+35 МПа по колонне бурильных труб подается в многозаходные винтовые камеры 55 между зубьями 51 ротора 50 и зубьями 21 входного демпфера 20 из эластомера во входной по потоку текучей среды - бурового раствора 4 части 5 трубчатого корпуса 1, далее - в многозаходные винтовые камеры 56 между зубьями 51 ротора 50 и зубьями 10 обкладки 9 из эластомера, закрепленной внутри трубчатого корпуса 1, далее - в многозаходные винтовые камеры 57 между зубьями 51 ротора 50 и зубьями 29 выходного демпфера 28 в выходной по потоку текучей среды 4 части 7 трубчатого корпуса 1,The design of the stator when used in a downhole screw motor for drilling a well works as follows: the mud stream 4 under pressure, for example, 25 + 35 MPa, is supplied through the drill pipe string to
Многозаходные винтовые камеры 55 между зубьями 51 ротора 50 и зубьями 21 входного демпфера 20 из эластомера во входной по потоку текучей среды - бурового раствора 4 части 5 трубчатого корпуса 1, многозаходные винтовые камеры 56 между зубьями 51 ротора 50 и зубьями 10 обкладки 9 из эластомера, закрепленной внутри трубчатого корпуса 1, а также многозаходные винтовые камеры 57 между зубьями 51 ротора 50 и зубьями 29 выходного демпфера 28 в выходной по потоку текучей среды 4 части 7 трубчатого корпуса 1, имеют переменный объем и периодически перемещаются по потоку 4 текучей среды - бурового раствора, который имеет плотность до 1500 кг/м3, содержит до 2% песка и до 5% нефтепродуктов, при этом образуется область высокого давления и вращающий момент от гидравлических сил, который приводит в планетарно-роторное вращение ротор 50 внутри входного демпфера 20 из эластомера с собственными внутренними винтовыми зубьями 21, примыкающими к внутренним винтовым зубьям 10 обкладки 9 из эластомера во входной по потоку 4 текучей среды части 5 трубчатого корпуса 1, внутри обкладки 9 из эластомера с внутренними винтовыми зубьями 10, а также внутри выходного демпфера 28 из эластомера с собственными внутренними винтовыми зубьями 29 в выходной по потоку 4 части 7 трубчатого корпуса 1.Multiple screw chambers 55 between the teeth 51 of the rotor 50 and the teeth 21 of the inlet damper 20 from the elastomer in the fluid inlet - drilling mud 4 of the pipe part 5 5, multi-start screw chambers 56 between the teeth 51 of the rotor 50 and the teeth 10 of the lining 9 of elastomer, fixed inside the tubular body 1, as well as multi-helical screw chambers 57 between the teeth 51 of the rotor 50 and the teeth 29 of the output damper 28 in the downstream fluid 4 parts 7 of the tubular body 1, have a variable volume and periodically move along the stream 4 fluid - a drilling fluid, which has a density of up to 1500 kg / m 3 , contains up to 2% sand and up to 5% of oil products, while a high pressure region and torque from hydraulic forces are formed, which leads to a planetary rotor rotation 50 inside the inlet damper 20 of elastomer with its own internal helical teeth 21 adjacent to the internal helical teeth 10 of the lining 9 of elastomer in the inlet 4 of the pipe 5 of the tubular body 1, inside the lining 9 of elastomer with internal helical teeth 10, as well as inside the outlet damper 28 from an elastomer with its own internal helical teeth 29 in the outlet stream 4 of part 7 of the tubular body 1.
Ротор 50 под действием насосной подачи текучей чреды передает вращающий момент на вал шпиндельной секции с долотом в противоположном направлении относительно собственного планетарно-роторного вращения внутри входного демпфера 20 из эластомера во входной по потоку 4 части 5 трубчатого корпуса 1, внутри обкладки 9 из эластомера, закрепленной в трубчатом корпусе 1, а также внутри выходного демпфера 28 из эластомера с собственными внутренними винтовыми зубьями 29 в выходной по потоку 4 части 7 трубчатого корпуса 1, осуществляя бурение скважины.The
Винтовые зубья 21 входного демпфера 20 из эластомера во входной по потоку 4 части 5 трубчатого корпуса 1, винтовые зубья 10 обкладки из эластомера, закрепленной внутри трубчатого корпуса 1, а также винтовые зубья 29 выходного демпфера 28 в выходной по потоку 4 части 7 трубчатого корпуса 1 подвергаются сложной деформации и изгибу при планетарно-роторном вращении ротора 50 внутри входного демпфера 20 из эластомера во входной по потоку текучей среды - бурового раствора 4 части 5 трубчатого корпуса 1, внутри обкладки 9 из эластомера, закрепленной в трубчатом корпусе 1, а также внутри выходного демпфера 28 из эластомера с внутренними винтовыми зубьями 29 в выходной по потоку 4 части 7 трубчатого корпуса 1.
В заявляемой конструкции за счет того, что обкладка 9 из эластомера содержит во входной по потоку 4 части 5 трубчатого корпуса 1, выше по потоку 4 от края 19 внутренних винтовых зубьев 3 в трубчатом корпусе 1, направленного против потока 4, входной демпфер 20 из эластомера с собственными внутренними винтовыми зубьями 21, примыкающими к внутренним винтовым зубьям 10 обкладки 9 из эластомера, прилегающий к внутренней поверхности 22 входной по потоку 4 части 5 трубчатого корпуса 1, с возможностью скрепления с обкладкой 9 из эластомера, боковыми поверхностями 23 внутренних винтовых зубьев 3 трубчатого корпуса 1, направленными против потока 4, и внутренней поверхностью 22 входной по потоку 4 части 5 трубчатого корпуса 1, при этом боковая (лобовая) поверхность 24 входного демпфера 20 из эластомера с собственными внутренними винтовыми зубьями 21, направленными против потока текучей среды 4, выполнена в виде фаски 25, уменьшающей гидравлическое сопротивление обкладки 9 из эластомера в потоке текучей среды 4 и предотвращающей растрескивание и отслоение входной кромки 26 во входном демпфере 20 из эластомера в потоке текучей среды 4 (бурового раствора) внутри трубчатого корпуса 1, при этом ниже по потоку 4 от края 27 внутренних винтовых зубьев 3 трубчатого корпуса 1 в выходной по потоку 4 части 7 трубчатого корпуса 1 обкладка 9 из эластомера содержит выходной демпфер 28 из эластомера с собственными внутренними винтовыми зубьями 29, примыкающими к внутренним винтовым зубьям 10 обкладки 9 из эластомера, размещенный внутри трубчатого корпуса 1, прилегающий к внутренней поверхности 30 выходной по потоку 4 части 7 трубчатого корпуса 1 с возможностью скрепления с обкладкой 9 из эластомера, боковыми (задними по потоку текучей среды) поверхностями 31 внутренних винтовых зубьев 3 трубчатого корпуса 1, направленными по потоку 4, и внутренней поверхностью 30 выходной по потоку 4 части 7 трубчатого корпуса 1, при этом боковая (задняя по потоку) поверхность 32 внутренних винтовых зубьев 26 выходного демпфера 25 из эластомера, направленных по потоку текучей среды 4, выполнена в виде фаски 33, уменьшающей гидравлическое сопротивление (в зоне обратных токов текучей среды) выходного демпфера 28 из эластомера и предотвращающей растрескивание и отслоение выходной кромки 34 в выходном демпфере 28 из эластомера в потоке текучей среды 4 (бурового раствора) внутри трубчатого корпуса 1, обеспечиваются зоны повышенной сдвиговой прочности, обеспечивается уменьшение градиента температур при выделении тепла внутри материала зубьев из эластомера, улучшается отвод внутреннего тепла входного демпфера 20 из эластомера, обкладки 9 из эластомера, а также выходного демпфера 28 из эластомера к потоку текучей среды 4 внутри трубчатого корпуса 1, а также сквозь стенки трубчатого корпуса 1 к буровому раствору с внешней стороны трубчатого корпуса 1 (затрубного пространства), поток которого направлен от забоя (от долота) к устью скважины.In the claimed design due to the fact that the lining 9 of the elastomer contains in the inlet stream 4 parts 5 of the tubular body 1, upstream 4 from the edge 19 of the internal helical teeth 3 in the tubular body 1, directed against the stream 4, the input damper 20 from the elastomer with their own internal helical teeth 21 adjacent to the internal helical teeth 10 of the lining 9 of elastomer, adjacent to the inner surface 22 of the inlet 4 of the pipe 5 of the tubular body 1, with the possibility of fastening with the lining 9 of elastomer, side surfaces 23 internal helical teeth 3 of the tubular body 1, directed against the stream 4, and an inner surface 22 of the inlet 4 parts 5 of the tubular body 1, while the side (frontal) surface 24 of the input damper 20 is made of elastomer with its own internal helical teeth 21, directed against the fluid flow 4, made in the form of a chamfer 25, which reduces the hydraulic resistance of the plate 9 of elastomer in the fluid flow 4 and prevents cracking and delamination of the inlet edge 26 in the inlet damper 20 of the elastomer in the fluid stream 4 (drilling fluid) inside the tubular body 1, while downstream 4 from the edge 27 of the internal helical teeth 3 of the tubular body 1 to the downstream 4 part 7 of the tubular body 1 lining 9 of elastomer contains an output damper 28 of elastomer with their own internal helical teeth 29 adjacent to the internal helical teeth 10 of the plate 9 made of elastomer, placed inside the tubular body 1, adjacent to the inner surface 30 of the downstream 4 part 7 of the tubular body 1 with the possibility of fastening with a lining 9 of elastomer, lateral (rear in the flow of fluid) surfaces 31 of the internal helical teeth 3 of the tubular body 1, directed downstream 4, and an inner surface 30 of the upstream 4 parts 7 of the tubular body 1, while the side (rear downstream ) the surface 32 of the internal helical teeth 26 of the outlet damper 25 from the elastomer directed along the fluid flow 4 is made in the form of a chamfer 33, which reduces the hydraulic resistance (in the region of the reverse currents of the fluid) of the outlet damper 28 from the elastomer and prevents As a result of cracking and delamination of the outlet edge 34 in the outlet damper 28 from the elastomer in the fluid flow 4 (drilling fluid) inside the tubular body 1, zones of increased shear strength are provided, a temperature gradient is reduced when heat is generated inside the tooth material from the elastomer, internal heat is improved the inlet damper 20 from the elastomer, the plates 9 from the elastomer, as well as the outlet damper 28 from the elastomer to the fluid flow 4 inside the tubular body 1, and also through the walls of the tubular of the body 1 to the drilling fluid from the outside of the tubular body 1 (annulus), the flow of which is directed from the bottom (from the bit) to the wellhead.
Вследствие этого повышаются упругопрочностные свойства эластомера в конструкции: усталостная выносливость при знакопеременном изгибе с вращением (ГОСТ 10952-75), остаточная деформация и усталостная выносливость при многократном сжатии (ГОСТ 20418-75), температурный предел хрупкости (ГОСТ 7912-74), истирание при скольжении (ГОСТ 426-77), снижается вероятность растрескивания, отслоения и вырывов кусков обкладки из эластомера во входной и выходной по потоку части обкладки из эластомера в статоре, предотвращается закупорка промывочного узла бурового долота, устраняется основной отказ компоновки низа бурильной колонны (КНБК) при бурении скважин по причине - "резина в долоте", при этом требуемый интервал скважины может быть добурен до конца, повышается наработка на отказ, обеспечиваются существенные экономические преимущества заявляемой конструкции.As a result, the elastomeric properties of the elastomer in the structure are increased: fatigue endurance during alternating bending with rotation (GOST 10952-75), permanent deformation and fatigue endurance during repeated compression (GOST 20418-75), temperature limit of brittleness (GOST 7912-74), abrasion at slip (GOST 426-77), the likelihood of cracking, peeling and tearing of pieces of the lining of the elastomer in the inlet and outlet upstream parts of the lining of the elastomer in the stator is reduced, blocking of the drilling flushing unit to lot, eliminates the main failure of the layout of the bottom of the drill string (BHA) when drilling wells for the reason - "rubber in the bit", while the required interval of the well can be completed to the end, the mean time between failures is increased, significant economic advantages of the claimed design are provided.
В заявляемой конструкции за счет того, что статор содержит во входной по потоку 4 части 5 трубчатого корпуса 1 пояс 41 пониженной жесткости, характеризующийся выполнением стенки 42 трубчатого корпуса 1 уменьшенной толщиной 43, расположенный между краем 26 внутренних винтовых зубьев 21 переднего кольцевого демпфера 20, направленным против потока 4, и полным последним витком 44 внутренней резьбы 6 входной по потоку 4 части 5 трубчатого корпуса 1, а также за счет того, что статор содержит в выходной по потоку 4 части 7 трубчатого корпуса 1 пояс 45 пониженной жесткости, характеризующийся выполнением стенки 46 трубчатого корпуса 1 уменьшенной толщиной 47, расположенный между краем 34 внутренних винтовых зубьев 29 выходного демпфера 28 из эластомера и полным последним витком 48 внутренней резьбы 8 в выходной по потоку 4 части 7 трубчатого корпуса 1, а отношение уменьшенной толщины 43 стенки 42 трубчатого корпуса 1 во входной по потоку 4 части 5 трубчатого корпуса 1, при этом отношение уменьшенной толщины 47 стенки 46 трубчатого корпуса 1 в выходной по потоку 4 части 7 трубчатого корпуса 1 к наружному диаметру 49 трубчатого корпуса 1 составляет 0,065÷0,095, обеспечивается повышение точности проходки наклонных и горизонтальных скважин, обеспечивается повышение темпа набора параметров кривизны скважин, а также улучшение проходимости, т.е. уменьшение сопротивления и напряжений в компоновке низа бурильной колонны при использовании в гидравлическом забойном двигателе за счет уменьшения жесткости трубчатого корпуса - выполнения стенки трубчатого корпуса во входной и выходной по потоку текучей среды частях с поясом пониженной жесткости, характеризующимся уменьшенной толщиной, что обеспечивает изгиб трубчатого корпуса статора при прохождении через радиусные участки ствола скважины, имеющие участки малого и среднего радиуса 30…300 м, в условиях интенсивного трения по стволу скважины.In the claimed design due to the fact that the stator contains in the inlet 4 of part 5 of the tubular body 1 a belt 41 of reduced stiffness, characterized by the execution of the wall 42 of the tubular body 1 with a reduced thickness of 43, located between the edge 26 of the internal helical teeth 21 of the front annular damper 20 directed against the stream 4, and the complete last turn 44 of the internal thread 6 of the inlet 4 of the 5 parts of the tubular body 1, and also due to the fact that the stator contains in the outlet 4 of the 7 parts of the tubular body 1 belt 45 lowered stiffness, characterized by the execution of the wall 46 of the tubular body 1 with a reduced thickness of 47, located between the edge 34 of the internal helical teeth 29 of the output damper 28 from elastomer and the complete last turn 48 of the internal thread 8 in the downstream part 4 of the tubular body 1, and the ratio of the reduced thickness is 43 the walls 42 of the tubular body 1 in the inlet stream 4 of the part 5 of the tubular body 1, the ratio of the reduced thickness 47 of the wall 46 of the tubular body 1 in the outlet 4 of the part 7 of the tubular body 1 to the outer diameter 49 of the tubular body 1 is 0.065 ÷ 0.095, an increase in the accuracy of drilling of deviated and horizontal wells is provided, an increase in the rate of the set of parameters of the curvature of the wells, as well as an improvement in the throughput, i.e. reducing the resistance and stresses in the layout of the bottom of the drill string when used in a hydraulic downhole motor by reducing the stiffness of the tubular body - making the wall of the tubular body in the inlet and outlet fluid flow parts with a belt of reduced stiffness, characterized by a reduced thickness, which ensures bending of the stator tubular body when passing through the radial sections of the wellbore having sections of small and medium radius of 30 ... 300 m, in conditions of intense friction along the wellbore wells.
Изобретение повышает надежность и ресурс при использовании в гидравлическом забойном двигателе для бурения изогнутых скважин за счет повышения усталостной выносливости, абразивной стойкости, упругости и герметичности уплотнения рабочей пары: ротор-обкладка из эластомера в статоре путем предотвращения растрескивания, отслоения и вырывов кусков обкладки из эластомера во входной и выходной части обкладки из эластомера в статоре, за счет этого предотвращается закупорка промывочного узла бурового долота, вследствие этого требуемый интервал скважины может быть добурен до конца, повышается наработка на отказ, обеспечиваются существенные экономические преимущества заявляемой конструкции.EFFECT: invention increases reliability and resource when used in a downhole hydraulic motor for drilling curved wells by increasing fatigue endurance, abrasion resistance, elasticity and tightness of a working pair seal: rotor lining made of elastomer in the stator by preventing cracking, delamination and tearing of pieces of lining from the elastomer into the input and output parts of the elastomer plate in the stator, thereby preventing clogging of the flushing assembly of the drill bit, as a result of which the required inte well breakage can be completed to the end, MTBF is increased, and significant economic advantages of the claimed design are provided.
Изобретение повышает также точность проходки наклонных и горизонтальных скважин, темп набора параметров кривизны скважин, а также улучшает проходимость, т.е. уменьшает сопротивления и напряжения в компоновке низа бурильной колонны при использовании в гидравлическом забойном двигателе за счет уменьшения жесткости трубчатого корпуса - выполнения стенки трубчатого корпуса во входной и выходной частях с поясом пониженной жесткости, характеризующимся уменьшенной толщиной, что обеспечивает изгиб трубчатого корпуса при прохождении через радиусные участки ствола скважины в условиях интенсивного трения по стволу скважины.The invention also improves the accuracy of drilling of deviated and horizontal wells, the pace of a set of parameters of well curvature, and also improves cross-flow ability, i.e. reduces the resistance and stress in the layout of the bottom of the drill string when used in a hydraulic downhole motor by reducing the rigidity of the tubular body - making the wall of the tubular body in the input and output parts with a belt of reduced stiffness, characterized by a reduced thickness, which ensures bending of the tubular body when passing through radius sections the wellbore in conditions of intense friction along the wellbore.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017116258A RU2652724C1 (en) | 2017-05-10 | 2017-05-10 | Stator of screw gyratory hydraulic machine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017116258A RU2652724C1 (en) | 2017-05-10 | 2017-05-10 | Stator of screw gyratory hydraulic machine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2652724C1 true RU2652724C1 (en) | 2018-04-28 |
Family
ID=62105375
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017116258A RU2652724C1 (en) | 2017-05-10 | 2017-05-10 | Stator of screw gyratory hydraulic machine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2652724C1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2001044615A2 (en) * | 1999-11-10 | 2001-06-21 | Ewm Technology, Inc. | Composite stator for drilling motors and method of constructing same |
RU2283442C1 (en) * | 2005-02-11 | 2006-09-10 | Общество с ограниченной ответственностью фирма "Радиус-Сервис" | Stator of screw gerotor hydraulic machine |
RU73015U1 (en) * | 2008-01-21 | 2008-05-10 | Открытое акционерное общество "Пермнефтемашремонт" | SCREW HYDRAULIC MACHINE |
RU2351730C1 (en) * | 2008-02-08 | 2009-04-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Вниибт-Буровой Инструмент" | Screw downhole motor stator |
RU2373364C2 (en) * | 2005-12-14 | 2009-11-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Фирма "Радиус-Сервис" | Stator of screw gerotor machine |
RU161029U1 (en) * | 2015-05-05 | 2016-04-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Вниибт-Буровой Инструмент" | HOROTOR SCREW HYDRAULIC STATOR |
-
2017
- 2017-05-10 RU RU2017116258A patent/RU2652724C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2001044615A2 (en) * | 1999-11-10 | 2001-06-21 | Ewm Technology, Inc. | Composite stator for drilling motors and method of constructing same |
RU2283442C1 (en) * | 2005-02-11 | 2006-09-10 | Общество с ограниченной ответственностью фирма "Радиус-Сервис" | Stator of screw gerotor hydraulic machine |
RU2373364C2 (en) * | 2005-12-14 | 2009-11-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Фирма "Радиус-Сервис" | Stator of screw gerotor machine |
RU73015U1 (en) * | 2008-01-21 | 2008-05-10 | Открытое акционерное общество "Пермнефтемашремонт" | SCREW HYDRAULIC MACHINE |
RU2351730C1 (en) * | 2008-02-08 | 2009-04-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Вниибт-Буровой Инструмент" | Screw downhole motor stator |
RU161029U1 (en) * | 2015-05-05 | 2016-04-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Вниибт-Буровой Инструмент" | HOROTOR SCREW HYDRAULIC STATOR |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2602856C2 (en) | Volume type engine with radially limited rotor engagement | |
US10450800B2 (en) | Bearing/gearing section for a PDM rotor/stator | |
RU2318135C1 (en) | Stator of screw gerotor hydraulic machine | |
US11519381B2 (en) | Load balanced power section of progressing cavity device | |
RU2645198C1 (en) | Oscillator for drilling string | |
RU2565316C1 (en) | Oscillator for drill string | |
RU2283442C1 (en) | Stator of screw gerotor hydraulic machine | |
CA2813113A1 (en) | Hydraulic pipe string vibrator | |
RU2689014C1 (en) | Stator of screw gerotor hydraulic machine | |
RU2373364C2 (en) | Stator of screw gerotor machine | |
RU2429342C1 (en) | Filter for drill column with hydraulic downhole motor | |
RU2355860C2 (en) | Hydraulic downhole engine | |
RU2362880C1 (en) | Stator of helical gerotor type hydraulic machine | |
RU2652725C1 (en) | Stator of screw gyratory hydraulic machine | |
CN107532452B (en) | CV joint for drilling motor and method | |
RU2652724C1 (en) | Stator of screw gyratory hydraulic machine | |
RU2710338C1 (en) | Hydraulic downhole motor | |
RU2723595C1 (en) | Stator of screw gerotor hydraulic machine | |
RU2669438C1 (en) | Hydraulic downhole motor | |
RU2768784C1 (en) | Drill string oscillator | |
RU2745677C1 (en) | Stator of screw gerotor hydraulic machine | |
RU2688824C1 (en) | Hydraulic downhole motor | |
RU2357063C2 (en) | Gerotor hydraulic engine | |
RU2304688C2 (en) | Gerotor fluid drive or pump | |
RU2669603C1 (en) | Gerotor hydraulic motor |