RU2659658C1 - Hydraulic downhole engine of johannesyan - Google Patents
Hydraulic downhole engine of johannesyan Download PDFInfo
- Publication number
- RU2659658C1 RU2659658C1 RU2017127496A RU2017127496A RU2659658C1 RU 2659658 C1 RU2659658 C1 RU 2659658C1 RU 2017127496 A RU2017127496 A RU 2017127496A RU 2017127496 A RU2017127496 A RU 2017127496A RU 2659658 C1 RU2659658 C1 RU 2659658C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- stator
- rotor
- gate
- section
- sections
- Prior art date
Links
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 9
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 4
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 8
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 8
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 6
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 6
- 241000237858 Gastropoda Species 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000003831 antifriction material Substances 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
- F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
- F01C1/30—Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members
- F01C1/34—Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/08 or F01C1/22 and relative reciprocation between the co-operating members
- F01C1/344—Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/08 or F01C1/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member
- F01C1/3441—Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/08 or F01C1/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member the inner and outer member being in contact along one line or continuous surface substantially parallel to the axis of rotation
-
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (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)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Hydraulic Motors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к гидромашиностроению и может быть использовано в качестве привода при работе породоразрушающего инструмента (буровых долот различного типа и размеров) при бурении эксплуатационных и геологоразведочных скважин на нефть, газ, твердые полезные ископаемые, а также шахтных стволов большого диаметра, как вертикальных, наклонных и горизонтальных.The invention relates to hydraulic engineering and can be used as a drive when working with a rock cutting tool (drill bits of various types and sizes) when drilling production and exploration wells for oil, gas, solid minerals, as well as large shaft shafts, both vertical, inclined and horizontal.
Известен гидравлический двигатель, содержащий корпус, статор с впускным и выпускным каналами, установленный в статоре ротор с размещенными в нем подвижными пластинами-шиберами. Внутренняя поверхность статора выполнена в виде дуг, представляющих собой в плоскости, перпендикулярной оси вращения, эллипс (ER 2154296 [1]). Недостатком этого двигателя является малый рабочий крутящий момент на валу двигателя из-за небольших величин эксцентриситета и наличие боковых биений, возникающих из-за неточностей в местах сопряжения указанных дуг.A hydraulic motor is known, comprising a housing, a stator with inlet and outlet channels, a rotor installed in the stator with movable slide plates mounted therein. The inner surface of the stator is made in the form of arcs representing an ellipse in the plane perpendicular to the axis of rotation (ER 2154296 [1]). The disadvantage of this engine is the low working torque on the motor shaft due to small eccentricity values and the presence of lateral beats arising from inaccuracies in the interface points of these arcs.
Известен гидравлический двигатель, содержащий статор с впускным и выпускным каналами, торцевые крышки, эксцентрично установленный в статоре ротор, представляющий собой полый цилиндр с диаметрально расположенными отверстиями, в которых установлены уплотнительные сегменты в виде полуцилиндров из антифрикционного материала, через которые выведены рабочие пластины, закрепленные на центральной оси вращения и проходящие внутри ротора. При этом ось вращения ротора эксцентрична центральной оси (RU 606304 [2]).A hydraulic motor is known, comprising a stator with inlet and outlet channels, end caps, an rotor eccentrically mounted in the stator, which is a hollow cylinder with diametrically arranged openings, in which sealing segments are installed in the form of half-cylinders of antifriction material, through which working plates mounted on central axis of rotation and passing inside the rotor. The axis of rotation of the rotor is eccentric to the central axis (RU 606304 [2]).
Недостатками указанного двигателя являются: низкий крутящий момент на валу двигателя, возможность заклинивания вала из-за отсутствия жесткой центрации эксцентричных осей вала и ротора, наличие боковых биений.The disadvantages of this engine are: low torque on the motor shaft, the possibility of jamming of the shaft due to the lack of rigid centering of the eccentric axes of the shaft and rotor, the presence of side beats.
Наиболее близким по совокупности своих существенных признаков является роторный объемный двигатель, известный из RU 2082020 [3]. Двигатель состоит из корпуса с расположенными на наружной поверхности входным и выходным отверстиями. Внутренняя поверхность корпуса является одновременно статором, в котором эксцентрично размещен ротор с одним или несколькими равнорасположенными по окружности диаметральными пазами, в которые вставляются плоские шиберы прямоугольного сечения с концевыми цилиндрическими пазами, в которых расположены вкладыши, имеющие две цилиндрические выпуклые поверхности, ответные соответственно пазу шибера и радиусу кривизны профиля статора, причем поперечное сечение внутреннего профиля статора - окружность или две дуги одного радиуса или несколько как равных, так и не равных дуг того же радиуса, отвечающего требованию, при котором размер шибера вместе с двумя вкладышами в поперечном сечении, оставаясь неизменным, равен любой секущей, перпендикулярной профилю статора.The closest in combination of its essential features is a rotary displacement engine, known from RU 2082020 [3]. The engine consists of a housing with inlet and outlet openings located on the outer surface. The inner surface of the housing is also a stator, in which a rotor is eccentrically placed with one or more diametrical grooves equally spaced around the circle, into which are inserted flat gates of rectangular cross section with end cylindrical grooves, in which are liners having two cylindrical convex surfaces corresponding respectively to the gate groove and the radius of curvature of the stator profile, and the cross section of the internal stator profile is a circle or two arcs of the same radius or several only equal and not equal arcs of the same radius that meet the requirement that the size of the gate with two inserts in the cross section, remaining unchanged, is equal to any secant, perpendicular to the stator profile.
Недостатком указанного двигателя является нетехнологичность его исполнения (даже в современных условиях на станках с ЧПУ), необходимость многократных сложных подгонок по исполнению и сборке для обеспечения связанных с исполнением требований, изложенных выше, и как следствие его дороговизна.The disadvantage of this engine is its low-tech performance (even in modern conditions on CNC machines), the need for multiple complex adjustments for the execution and assembly to ensure the fulfillment of the requirements outlined above, and as a consequence of its high cost.
Заявляемый гидравлический забойный двигатель направлен на повышение рабочего крутящего момента на валу.The inventive hydraulic downhole motor is aimed at increasing the working torque on the shaft.
Указанный результат достигается тем, что в гидравлическом забойном двигателе, включающем корпус с выходным отверстием, статор, шибер, размещенный в диаметральных пазах эксцентрично расположенного в статоре цилиндрического ротора, при этом поверхность статора, взаимодействующая с шибером, выполнена так, что поперечное сечение внутреннего профиля статора представляет собой замкнутую кривую, состоящую из нескольких как равных, так и неравных дуг одного и того же радиуса, согласно изобретению, внутренний объем двигателя разделен на несколько секций установленными перпендикулярно оси ротора герметизирующими втулками, ротор выполнен полым, проходящим через все секции, и соединен с источником жидкости на входе и с соплом, сужающимся наружу на выходе, внутренний объем ротора в каждой секции соединен с внутренним объемом статора расположенными по обе стороны шибера отверстиями, выходное отверстие выполнено в каждой секции в боковой поверхности статора в области максимального сближения поверхностей ротора и статора, а шиберы установлены по одному в каждой секции с угловым шагом относительно друг друга, равным 360°/N, где N - число секций, при этом поверхность статора, взаимодействующая с шибером, выполнена так, что его поперечное сечение представляет собой замкнутую плоскую кривую четвертого порядка, расстояние между любыми двумя точками которой, расположенными на прямой, проходящей через продольную ось цилиндрического полого ротора и контактирующую с противоположными концами шибера, является постоянной величиной, равной поперечному размеру шибера, а шибер выполнен в виде цельной пластины, концы которой закруглены радиусом, равным половине толщины пластины.This result is achieved by the fact that in a downhole hydraulic motor including a housing with an outlet, a stator, a gate mounted in diametric grooves of a cylindrical rotor eccentrically located in the stator, while the stator surface interacting with the gate is made so that the cross section of the inner stator profile represents a closed curve consisting of several equal and unequal arcs of the same radius, according to the invention, the internal engine volume is divided into several There are several sections of sealing sleeves installed perpendicular to the axis of the rotor, the rotor is hollow, passing through all sections, and is connected to a fluid source at the inlet and to a nozzle tapering outwardly at the outlet, the internal volume of the rotor in each section is connected to the internal volume of the stator located on both sides of the gate holes, the outlet is made in each section in the lateral surface of the stator in the area of maximum approximation of the surfaces of the rotor and stator, and the gates are installed one in each section with an angular relative to each other, equal to 360 ° / N, where N is the number of sections, while the stator surface interacting with the gate is made so that its cross section is a closed fourth-order flat curve, the distance between any two points of which are located on the straight line passing through the longitudinal axis of the cylindrical hollow rotor and in contact with the opposite ends of the gate is a constant equal to the transverse size of the gate, and the gate is made in the form of a solid plate, the ends of which are closed ugleny radius equal to half the plate thickness.
Кроме того, на входе промывочного потока в полый ротор установлен переводник, выполненный в виде эксцентричной втулки с сужением внутреннего диаметра на входе в переводник и последующим расширением этого диаметра до размера внутреннего диаметра полого ротора, при этом эксцентриситет внутреннего отверстия совпадает с эксцентриситетом полого ротора.In addition, an adapter is installed at the inlet of the washing flow into the hollow rotor, made in the form of an eccentric sleeve with a narrowing of the inner diameter at the inlet of the sub and the subsequent expansion of this diameter to the size of the inner diameter of the hollow rotor, while the eccentricity of the inner hole coincides with the eccentricity of the hollow rotor.
Поскольку ротор гидравлического забойного двигателя выполняет и функцию вала для отбора мощности, то в дальнейшем признак «ротор» уточнен на «вал-ротор».Since the rotor of the hydraulic downhole motor also performs the function of a shaft for power take-off, then the sign “rotor” is further refined to “shaft-rotor”.
Отличительными признаками предлагаемого гидравлического забойного двигателя являются:Distinctive features of the proposed hydraulic downhole motor are:
- внутренний объем двигателя разделен на несколько секций установленными перпендикулярно оси вала-ротора герметизирующими втулками;- the internal volume of the engine is divided into several sections installed perpendicular to the axis of the rotor shaft sealing sleeves;
- вал-ротор выполнен полым в виде трубы, проходящей через все секции, и соединен с источником жидкости;- the rotor shaft is made hollow in the form of a pipe passing through all sections, and is connected to a fluid source;
- внутренний объем вала-ротора в каждой секции соединен с внутренним объемом статора расположенными по обе стороны шибера отверстиями;- the internal volume of the rotor shaft in each section is connected to the internal volume of the stator with holes located on both sides of the gate;
- выходное отверстие выполнено в каждой секции в боковой поверхности статора в области максимального сближения поверхностей вала-ротора и статора;- the outlet is made in each section in the lateral surface of the stator in the area of maximum convergence of the surfaces of the rotor shaft and the stator;
- шиберы установлены по одному в каждой секции с угловым шагом относительно друг друга, равным 360°/N, где N - число секций, на которые разделен объем двигателя;- the gates are installed one in each section with an angular pitch relative to each other equal to 360 ° / N, where N is the number of sections into which the engine volume is divided;
- замкнутая кривая, описывающая поперечное сечение внутренней поверхности статора является кривой четвертого порядка, при этом расстояние между любыми двумя точками контакта противоположных концов шибера с ней, соединяемых прямой, проходящей через продольную ось вала-ротора, является постоянной величиной, равной поперечному размеру шибера;- a closed curve describing the cross section of the inner surface of the stator is a fourth-order curve, while the distance between any two points of contact of the opposite ends of the gate with it, connected by a straight line passing through the longitudinal axis of the rotor shaft, is a constant value equal to the transverse size of the gate;
- шибер выполнен в виде цельной пластины, концы которой закруглены радиусом, равным половине толщины пластины;- the gate is made in the form of a solid plate, the ends of which are rounded with a radius equal to half the thickness of the plate;
- перед входом в полый вал-ротор установлен переводник, выполненный в виде втулки с эксцентричным и расширяющимся к валу-ротору отверстием, при этом эксцентриситет отверстия совпадает с эксцентриситетом вала-ротора.- before the entrance to the hollow rotor shaft, an adapter is installed, made in the form of a sleeve with an eccentric hole expanding towards the rotor shaft, and the eccentricity of the hole coincides with the eccentricity of the rotor shaft.
Разделение внутреннего объема двигателя на несколько секций установленными перпендикулярно оси вала-ротора герметизирующими втулками позволяет существенно увеличить крутящий момент на валу-роторе и стабилизировать его величину в процессе эксплуатации. При этом герметизирующие втулки выполняют не только функцию разделения объема двигателя на несколько секций, но и подшипников скольжения для вала-ротора и торцевого уплотнения для шибера.Dividing the internal volume of the engine into several sections with sealing sleeves installed perpendicular to the axis of the rotor shaft can significantly increase the torque on the rotor shaft and stabilize its value during operation. At the same time, the sealing sleeves perform not only the function of dividing the engine volume into several sections, but also the sliding bearings for the rotor shaft and the mechanical seal for the gate.
Таким образом, одна секция двигателя состоит из статора, одного участка, проходящего через все секции полого вала-ротора с установленным в секции одним шибером, и двух герметизирующих втулок, одновременно выполняющих функции подшипников скольжения и торцевого уплотнения для шибера.Thus, one section of the motor consists of a stator, one section passing through all sections of the hollow shaft of the rotor with one gate installed in the section, and two sealing sleeves, which simultaneously serve as sliding bearings and mechanical seals for the gate.
Жидкость, поступающая к двигателю от насоса, установленного на дневной поверхности, проходит через колонну бурильных труб, попадает в полый вал-ротор и во все секции через отверстия, выполненные в нем и расположенные по обе стороны шибера, попадает в полость, ограниченную шибером, поверхностью статора и поверхностью вала-ротора.The fluid coming to the engine from the pump, mounted on the day surface, passes through the drill pipe string, enters the hollow rotor shaft, and into all sections through the openings made on it and located on both sides of the gate, enters the cavity bounded by the gate surface the stator and the surface of the rotor shaft.
В каждой секции в боковой поверхности статора, в области максимального сближения поверхностей вала-ротора и статора необходимо выполнять выходное отверстие. Оно необходимо для того, чтобы обеспечить вращение вала-ротора и удаление отработанной жидкости в затрубное пространство. Выбор его местонахождения обусловлен тем, что в указанной зоне стороны шибера функционально меняются в результате его возвратно-поступательного движения. При уменьшении площади шибера, на которую воздействует перепад давления, перестает осуществляться сброс жидкости в затрубное пространство, а противоположная сторона шибера включается в работу и к ней переходят функции сброса жидкости в затрубное пространство.In each section in the lateral surface of the stator, in the area of maximum convergence of the surfaces of the shaft-rotor and stator, an outlet must be made. It is necessary in order to ensure the rotation of the rotor shaft and the removal of waste fluid into the annulus. The choice of its location is due to the fact that in the indicated zone the sides of the gate functionally change as a result of its reciprocating motion. With a decrease in the area of the gate, which is affected by the pressure drop, the discharge of liquid into the annulus ceases to be carried out, and the opposite side of the gate joins the work and the functions of discharge of liquid into the annulus pass to it.
Установка на выходе полого вала-ротора сопла, сужающегося наружу, необходимо для того, чтобы создать перепад давления между жидкостью, находящейся в полом вале-роторе, и жидкостью, находящейся в затрубном пространстве. При этом обеспечивается и промывка забоя.The installation at the outlet of the hollow shaft-rotor of the nozzle, tapering outward, is necessary in order to create a pressure differential between the fluid located in the hollow shaft rotor and the fluid located in the annulus. At the same time, washing of the face is also provided.
Установка шиберов по одному в каждой секции и с угловым шагом относительно друг друга, равным 360°/N, где N - число секций, на которые разделен объем двигателя, позволяет обеспечить равномерность крутящего момента, которая не достигается при использовании одной секции двигателя, поскольку в области сближения поверхностей вала-ротора и статора заканчивается рабочий ход шибера, а площадь шибера, на которую воздействует перепад давления, стремится к нулю.The installation of gates, one in each section and with an angular step relative to each other equal to 360 ° / N, where N is the number of sections into which the engine volume is divided, makes it possible to ensure torque uniformity, which is not achieved when using one engine section, since the area of convergence of the surfaces of the shaft-rotor and stator ends the working stroke of the gate, and the area of the gate, which is affected by the pressure drop, tends to zero.
В предпочтительном варианте реализации целесообразно выполнять шибер постоянного размера, а статор таким образом, что замкнутая кривая, описывающая поперечное сечение внутренней поверхности статора, является кривой четвертого порядка, у которой расстояние между любыми двумя точками, расположенными на прямой, проходящей через продольную ось вала-ротора, является постоянной величиной, равной поперечному размеру шибера.In a preferred embodiment, it is advisable to make a gate of constant size, and the stator so that the closed curve describing the cross section of the inner surface of the stator is a fourth-order curve in which the distance between any two points located on a straight line passing through the longitudinal axis of the rotor shaft is a constant value equal to the transverse size of the gate.
Соблюдение этого условия обеспечивает устойчивую работу двигателя, поскольку шибер не теряет контакта с поверхностью статора и практически исключает переток жидкости через поверхность контакта.Observance of this condition ensures stable operation of the motor, since the gate does not lose contact with the stator surface and virtually eliminates fluid flow through the contact surface.
Примерами такой кривой могут служить частные случаи «овала Мингера», «овала Декарта», кардиоиды и «улитки Паскаля» (стр. 177, стр. 135, стр. 108, стр. 121 и стр. 106, А.А. Савелов «Плоские кривые», ФМ, Москва, 1960). Все эти частные случаи оптимально сочетаются в частном случае «улитки Паскаля», где все соседние расчетные точки могут быть аппроксимированы дугами, незначительно отличающимися размерами радиусов (меньше 2,5%), центры которых лежат на оси Y, что позволяет изготавливать дуги методом фрезерования на обрабатывающих центрах с ЧПУ. Выбор требуемой кривой определяется расчетно в зависимости от параметров двигателя.Examples of such a curve are special cases of the “Minger oval”, “Descartes oval”, cardioids and “Pascal snails” (p. 177, p. 135, p. 108, p. 121 and p. 106, A. A. Savelov “ Flat curves ”, FM, Moscow, 1960). All these particular cases are optimally combined in the special case of the “Pascal snail”, where all neighboring calculation points can be approximated by arcs that differ slightly in radius (less than 2.5%), whose centers lie on the Y axis, which makes it possible to produce arcs by milling on CNC machining centers. The choice of the required curve is determined calculated depending on the engine parameters.
Выполнение концов шибера закругленными, с радиусом, равным половине толщины пластины, позволяет избежать заклинивания шибера.The execution of the ends of the gate rounded, with a radius equal to half the thickness of the plate, avoids jamming of the gate.
Также в частных случаях реализации целесообразно перед входом в полый вал-ротор устанавливать переводник, выполненный в виде втулки с эксцентричным и расширяющимся к валу-ротору отверстием, при этом эксцентриситет отверстия совпадает с эксцентриситетом вала-ротора. Это позволяет повысить долговечность двигателя, поскольку устраняет влияние на него кавитации, возникающей в потоке промывочной жидкости.Also, in special cases of implementation, it is advisable to install an adapter in front of the hollow shaft rotor made in the form of a sleeve with an eccentric hole expanding towards the rotor shaft, and the eccentricity of the hole coincides with the eccentricity of the rotor shaft. This allows you to increase the durability of the engine, since it eliminates the effect on it of cavitation that occurs in the flow of flushing fluid.
Сущность заявляемого гидравлического забойного двигателя поясняется примером его реализации и чертежами. На фиг. 1 представлен продольный разрез общего вида двигателя, состоящего из трех секций. На фиг. 2 показано поперечное сечение двигателя А-А. На фиг. 3 показано поперечное сечение двигателя Б-Б. На фиг. 4 показано поперечное сечение двигателя В-В.The essence of the inventive downhole hydraulic motor is illustrated by an example of its implementation and drawings. In FIG. 1 shows a longitudinal section of a General view of the engine, consisting of three sections. In FIG. 2 shows a cross section of an engine AA. In FIG. 3 shows a cross section of a BB engine. In FIG. 4 shows a cross section of a BB motor.
Предпочтительный вариант реализации двигателя содержит корпус 1, установленный на входе из бурильной колонны в гидравлический забойный двигатель переводник 2, полый вал-ротор 3, установленное на выходе из него сопло 4, вмонтированное в породоразрушающий инструмент 5. В полом валу-роторе 3 выполнены отверстия 6 и 7, расположенные по обе стороны шибера 8. В корпусе размещен статор 9 с криволинейной поверхностью, разделенный шибером на камеры 10 и 11 в каждой из секций, соединенной с затрубным пространством через отверстия 12 в статоре каждой из секций и отверстия 13 в корпусе. Отверстия 12 в статоре и 13 в корпусе выполнены в зоне сближения наружной поверхности вала-ротора с внутренней поверхностью статора. Герметизирующие втулки 14, выполняющие одновременно функции подшипников скольжения, обеспечивают с одной стороны разделение внутреннего объема двигателя на несколько секций и устойчивую работу вала-ротора, исключающую возникновение боковых колебаний, а с другой стороны являются торцевым уплотнителем шибера. Осевые нагрузки воспринимаются упорным подшипником 15, конструкция которого аналогична применяемой в редукторных турбобурах и винтовых забойных двигателях.A preferred embodiment of the engine comprises a
Гидравлический забойный двигатель работает следующим образом. Промывочный агент из колонны бурильных труб попадает в корпус 1 гидравлического забойного двигателя и через переводник 2, установленный на входе в корпус эксцентрично по отношению к продольной оси, направляется в полый вал-ротор 3, эксцентриситет оси которого тождественен эксцентриситету переводника. В полом вале-роторе поток промывочного агента разделяется - часть потока поступает в сопло 4, установленное в породоразрушающем инструменте 5, обеспечивая промывку забоя и создавая перепад давления по отношению к промывочному агенту в затрубном пространстве, а другая часть через отверстия 6 и 7, расположенные по обе стороны шибера 8, поступает в статор 9 каждой из секций, и перепад давления начинает воздействовать на шибер. Наличие перепада давления определяется тем, что давление в камере 10 каждой из секций больше, чем в затрубном пространстве, а камера 11 каждой из секций соединена с затрубным пространством, куда и стравливается промывочный агент из камеры 11 каждой из секций через отверстие 12 в статоре каждой из секций и отверстия 13 в корпусе. Отверстия 12 в статоре и 13 в корпусе выполнены в зоне сближения наружной поверхности вала-ротора с внутренней поверхностью статора. Герметизирующие втулки 14, выполняющие одновременно функции подшипников скольжения и являясь торцевым уплотнителем шибера, обеспечивают устойчивую работу вала-ротора, исключающую возникновение боковых колебаний, осевые нагрузки воспринимаются упорным подшипником 15, конструкция которого аналогична применяемой в редукторных турбобурах и винтовых забойных двигателях.Hydraulic downhole motor operates as follows. The flushing agent from the drill pipe string enters the
В результате наличия перепада давления на шибер 8 действует сила F=ΔР×S=ΔР×L2×h, где ΔР - перепад давления между давлением в секциях двигателя и затрубным пространством, S - площадь поперечного сечения камер, расположенных между валом-ротором и статором, a L2=L1-D, где L2 - расстояние между внутренней поверхностью статора и внешней поверхностью вала-ротора, D - наружный диаметр вала-ротора, a L1 - расстояние от наружного диаметра вала-ротора до противоположной точки на внутренней поверхности статора, т.е. та часть размера поперечного сечения шибера 8, на которую воздействует перепад давления, h - осевая высота шибера 8. Произведение указанной силы на плечо L3=L2/2+R (R - наружный радиус вала-ротора) составляет крутящий момент, получаемый из одной секции гидравлического забойного двигателя. L2 по мере вращения стремится к нулю, а после прохождения половины оборота перепад давления начинает воздействовать на противоположную часть шибера 8.As a result of the pressure drop across the
Наиболее предпочтительной будет конструкция гидравлического забойного двигателя из количества секций, кратного числу 3, так как при таком количестве секций получается минимальная неравномерность крутящего момента (7% при трехсекционной конструкции, 3,5% при шестисекционной и т.д.).The most preferred will be the design of the hydraulic downhole motor from the number of sections that is a multiple of the
Наиболее существенным и привлекательным в предлагаемой конструкции гидравлического забойного двигателя является его способность автоматически подстраиваться под изменение условий бурения в процессе одного долбления, то есть если разбуриваемая порода требует повышенного момента, вращение вала-ротора притормаживается, через сопло 4 соответственно проходит больший объем промывочного агента, перепад давления возрастает, соответственно возрастает крутящий момент. Если, наоборот, разбуриваемая порода требует меньше необходимого крутящего момента, то через двигатель проходит больше промывочного агента, крутящий момент снижается, обороты возрастают. То есть гидравлический забойный двигатель одновременно является автоматическим гидравлическим редуктором. В аналогичном порядке происходит и принудительное регулирование параметров бурения. Оператор, увеличивая нагрузку на породоразрушающий инструмент - снижает обороты, повышая крутящий момент, а снижая нагрузку на породоразрушающий инструмент - повышает обороты, снижая крутящий момент.The most significant and attractive in the proposed design of the hydraulic downhole motor is its ability to automatically adapt to changing drilling conditions during one drilling, that is, if the drillable rock requires an increased moment, the rotation of the rotor shaft is braked, a larger volume of flushing agent passes through
Еще одним важным преимуществом предлагаемого изобретения является значительное уменьшение длины гидравлического забойного двигателя в сравнении с забойными двигателями, применяемыми в настоящее время. При шестисекционном исполнении гидравлического забойного двигателя в габарите 240 мм рабочий крутящий момент будет составлять порядка 15000 ньютонометров, а его длина составит примерно три метра, что позволит сократить время выхода на проводку горизонтальных стволов при бурении эксплуатационных скважин на нефть и газ в сланцевых породах.Another important advantage of the present invention is a significant reduction in the length of the downhole hydraulic motor in comparison with the downhole motors currently used. With a six-section design of a 240 mm hydraulic downhole motor, the working torque will be about 15,000 newtonometers, and its length will be about three meters, which will reduce the time it takes to drill horizontal shafts when drilling production wells for oil and gas in shale rocks.
Заявляемый гидравлический забойный двигатель создает возможность значительного повышения рабочего крутящего момента на валу двигателя (в сравнении с применяемыми сегодня при бурении скважин на нефть и газ винтовыми двигателями или дукторными турбобурами), расширения диапазона используемых оборотов (от 50 до 450 в минуту) при одновременном значительном сокращении его длины (в 2-2,25 раза).The inventive hydraulic downhole motor makes it possible to significantly increase the working torque on the motor shaft (in comparison with screw engines or duct turbo drills used today for drilling oil and gas), expand the range of used revolutions (from 50 to 450 per minute) while significantly reducing its length (2-2.25 times).
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017127496A RU2659658C1 (en) | 2017-08-01 | 2017-08-01 | Hydraulic downhole engine of johannesyan |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017127496A RU2659658C1 (en) | 2017-08-01 | 2017-08-01 | Hydraulic downhole engine of johannesyan |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2659658C1 true RU2659658C1 (en) | 2018-07-03 |
Family
ID=62815528
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017127496A RU2659658C1 (en) | 2017-08-01 | 2017-08-01 | Hydraulic downhole engine of johannesyan |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2659658C1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU404960A1 (en) * | 1969-07-23 | 1973-10-22 | И. Л. Пол кин , Р. М. Рахимов Институт геологии , разведки нефт ных , газовых месторождений | HYDRAULIC DOWNHOLE ENGINE |
| SU543731A1 (en) * | 1974-05-16 | 1977-01-25 | Дрогобычский долотный завод | Rotational downhole hydraulic motor |
| US5460496A (en) * | 1991-10-18 | 1995-10-24 | John R. N. Roe | Wing motor having non-radial roller slats |
| RU2049902C1 (en) * | 1989-07-12 | 1995-12-10 | Нагибин Лев Николаевич | Positive displacement downhole motor |
| RU2082020C1 (en) * | 1995-08-07 | 1997-06-20 | Владимир Петрович Гусев | Rotary displacement hydraulic machine |
| US7172039B2 (en) * | 2003-10-29 | 2007-02-06 | Weatherford/Lamb, Inc. | Down-hole vane motor |
-
2017
- 2017-08-01 RU RU2017127496A patent/RU2659658C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU404960A1 (en) * | 1969-07-23 | 1973-10-22 | И. Л. Пол кин , Р. М. Рахимов Институт геологии , разведки нефт ных , газовых месторождений | HYDRAULIC DOWNHOLE ENGINE |
| SU543731A1 (en) * | 1974-05-16 | 1977-01-25 | Дрогобычский долотный завод | Rotational downhole hydraulic motor |
| RU2049902C1 (en) * | 1989-07-12 | 1995-12-10 | Нагибин Лев Николаевич | Positive displacement downhole motor |
| US5460496A (en) * | 1991-10-18 | 1995-10-24 | John R. N. Roe | Wing motor having non-radial roller slats |
| RU2082020C1 (en) * | 1995-08-07 | 1997-06-20 | Владимир Петрович Гусев | Rotary displacement hydraulic machine |
| US7172039B2 (en) * | 2003-10-29 | 2007-02-06 | Weatherford/Lamb, Inc. | Down-hole vane motor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2607833C2 (en) | Downhole motors and pumps with asymmetric helical teeth | |
| US4105377A (en) | Hydraulic roller motor | |
| US9869126B2 (en) | Variable diameter stator and rotor for progressing cavity motor | |
| NZ504075A (en) | Downhole roller vane motor with a rotor within a housing having wing deflector cams and outlet ports , the rotor having recess in which rollers extend and retract | |
| US9995085B2 (en) | Downhole motor stator and method of manufacture | |
| US3240158A (en) | Hydraulic pump or motor | |
| US5460496A (en) | Wing motor having non-radial roller slats | |
| RU2659658C1 (en) | Hydraulic downhole engine of johannesyan | |
| US8535028B2 (en) | Downhole positive displacement motor | |
| RU2049902C1 (en) | Positive displacement downhole motor | |
| US6962213B2 (en) | Sleeve piston fluid motor | |
| GB2292186A (en) | Hinged vane motor | |
| US3876350A (en) | Hydraulic rotary well drilling machines | |
| US1050905A (en) | Rotary pump. | |
| US3040974A (en) | Rotary vacuum pumps | |
| RU2686558C1 (en) | Ioannesyan drilling pump | |
| RU2309237C1 (en) | Gerotor mechanism for hydraulic screw-rotor machine | |
| RU2675613C1 (en) | Gerotor hydraulic motor | |
| KR20000049070A (en) | A rotary machine | |
| RU2455447C1 (en) | Two-shaft hydraulic positive displacement motor | |
| CN113915294A (en) | Turbo drill speed reducer and turbo drill with same | |
| RU2418193C1 (en) | Screw compressor with capacity regulator | |
| RU2365726C1 (en) | Helical downhole motor | |
| RU2591216C1 (en) | Screw hydraulic machine with variable teeth tension | |
| RU2452838C1 (en) | Downhole mud motor |