RU2688824C1

RU2688824C1 - Hydraulic downhole motor

Info

Publication number: RU2688824C1
Application number: RU2018134077A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Наилевич Хайруллин; Владимир Иванович Тимофеев; Александр Борисович Рыжов; Павел Андреевич Богданов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Фирма "Радиус-Сервис"
Priority date: 2018-09-26
Filing date: 2018-09-26
Publication date: 2019-05-22

Abstract

FIELD: machine building.SUBSTANCE: invention relates to hydraulic drives for rotary drilling located in a well. Elastomer cover, fixed in tubular housing of hydraulic downhole motor, is made with asymmetric arrangement of its surface profile with internal helical teeth, contacting with helical teeth on outer surface of rotor, relative to profile of its surface adjacent to inner helical teeth in tubular housing, and includes first and second sides of each helical tooth of the elastomer plate such that the geometry of the first side of the lining adjacent to the side surface of the inner helical tooth of the tubular body forms a sealing surface with helical teeth on the outer surface of the rotor and is made with a maximum thickness of the lining, and the geometry of the second side of the lining adjacent to the side surface of said inner helical tooth of the tubular body forms a loading surface and is made with minimum thickness of the lining.EFFECT: increased service life and reliability, accuracy of driving at drilling of directed wells, rate of set of parameters of well curvature, and also improved cross-country capacity, id est reduced resistance and stress in assembly of drill string bottom.3 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к гидравлическим приводам для вращательного бурения, размещаемым в скважине, в частности к гидравлическим забойным двигателям для бурения нефтяных скважин.The invention relates to hydraulic actuators for rotary drilling, placed in the well, in particular to hydraulic downhole motors for drilling oil wells.

Известен винтовой гидравлический механизм, используемый в качестве насоса или двигателя, содержащий корпус статора и ротор, при этом ротор имеет внешнюю винтовую поверхность, корпус статора выполнен в виде монолитного жесткого трубчатого элемента, имеющего цилиндрическую внешнюю поверхность и внутреннюю поверхность, а также винтовые зубья, при этом упомянутый механизм содержит гибкий слой, выполненный из эластомера, имеющий одинаковую толщину на внутренней поверхности корпуса (US 2005/0079083 А1, 14.04.2005).Known helical hydraulic mechanism used as a pump or engine, comprising a stator housing and a rotor, wherein the rotor has an outer helical surface, the stator housing is made in the form of a solid rigid tubular element having a cylindrical outer surface and an inner surface, as well as helical teeth This mechanism contains a flexible layer made of elastomer, having the same thickness on the inner surface of the housing (US 2005/0079083 A1, 04/14/2005).

В известном винтовом гидравлическом механизме гибкий слой, выполненный из эластомера, подвергается деформации и изгибу при планетарно-роторном вращении ротора внутри статора, что приводит к образованию на выступах и впадинах винтовых зубьев гибкого слоя зон, отличающихся друг от друга величинами контактного давления, сдвиговой прочности, твердости (упругости) и теплопроводности.In a well-known screw hydraulic mechanism, a flexible layer made of elastomer undergoes deformation and bending when the rotor rotates inside the stator during planetary-rotary rotation, which leads to the formation of zones on the protrusions and troughs of the helical teeth of the flexible layer, which differ from each other in contact pressure values hardness (elasticity) and thermal conductivity.

Температура в гибком слое (обкладке) из эластомера может повышаться, например, до 60°С, 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 flexible layer (lining) of elastomer can increase, for example, to 60 ° C, and the increase in tension in the working pair can be, for example, up to 0.05 mm per diameter for every 10 ° C temperature increase.

Недостатком известной конструкции является неполная возможность повышения ресурса и надежности при использовании в качестве гидравлического забойного двигателя для направленного бурения нефтяных скважин, а также 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 construction is the incomplete possibility of increasing the resource and reliability when used as a hydraulic downhole motor for directional drilling of oil wells, as well as maximum power, torque on the output shaft in maximum power mode and fatigue endurance (resource) of an 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 с выбуренной породой в затрубном пространстве, образованию в центрах профиля зубьев обкладки из эластомера зон деструкции материала от воздействия градиента температур и увеличению натяга в рабочей паре.The disadvantages of the known construction are explained by the incomplete ability to optimize the thickness of the elastomer plate along the protrusions and cavities of the helical teeth, which leads to a deterioration of internal heat removal from the elastomer plate to the flow of drilling fluid inside the housing, as well as through the walls of the housing to the flow of drilling mud with drilled rock in the annulus space, the formation in the centers of the profile of the teeth of the lining of the elastomer material degradation zones from the effects of a temperature gradient and an increase in tension in the working pair.

В результате центр профиля зубьев обкладки становится менее гибким (хрупким и ломким), механические свойства эластомера в центре профиля зубьев обкладки уменьшаются, 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 teeth profile of the plate becomes less flexible (brittle and brittle), the mechanical properties of the elastomer in the center of the teeth profile of the plate decrease, while the pressure acting in the chambers between the rotor and stator may exceed the shear strength of the elastomer, and the tops of the teeth in the plate deform and break away from the case.

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 А, 23.12.2004).Known stator screw gyratory hydraulic pump or motor, comprising a housing with an inner surface, made with internal helical teeth, secured in the housing covered and covering the plates of the elastomer, while the circumferential facing is made with internal screw teeth, designed to accommodate the rotor having an outer surface helical teeth, the covering plate is bonded to the covered plate 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 винтовой гидравлический механизм содержит выполненный из эластомера гибкий слой, имеющий одинаковую толщину на внутренней поверхности корпуса, что приводит к образованию на выступах и впадинах гибкого слоя обкладки 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 helical hydraulic mechanism contains a flexible layer made of an elastomer, having the same thickness on the inner surface of the housing, which leads to the formation of zones on the protrusions and depressions of the flexible layer of the facing 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 the planetary-rotary rotor rotation 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 с выбуренной породой в затрубном пространстве, образованию в центрах профиля зубьев обкладки зон деструкции материала от воздействия градиента температур и увеличению натяга в рабочей паре.The disadvantages of the known construction are explained by the incomplete ability to optimize the thickness of the elastomer plate along the protrusions and cavities of the helical teeth, which leads to a deterioration of internal heat removal from the elastomer plate to the flow of drilling fluid inside the housing, as well as through the walls of the housing to the flow of drilling mud with drilled rock in the annulus space, the formation in the centers of the profile of the teeth of the lining of the zones of destruction of the material from the effects of a temperature gradient and an increase in tension in the working pair.

Недостатком известной конструкции является также высокая вероятность разрушения резьбовых соединений трубчатого корпуса при использовании гидравлического забойного двигателя в горизонтальных управляемых компоновках низа бурильной колонны, на участках изменения кривизны наклонной скважины, а также потеря его устойчивости при осевой нагрузке на долото и ударных воздействиях от гидравлического яса в составе изогнутой колонны бурильных труб, например, при прохождении через радиусные интервалы ствола скважины, что объясняется тем, что статор выполнен составным: из корпуса - гладкой трубы, охватываемой и охватывающей обкладок из эластомера, выполненных в форме геликоида.A disadvantage of the known construction is also a high probability of destruction of the threaded connections of the tubular body when using a hydraulic downhole motor in horizontal controlled layouts of the bottom of the drill string, in areas where the curvature of the inclined borehole changes, as well as the loss of its stability under the axial load on the bit and shock impacts from the hydraulic head in bent drill pipe string, for example, when passing through radial intervals of the wellbore, which is explained by the fact that a stator made compound: of the housing - a smooth tube, the male and female plates of elastomer formed in a helicoid shape.

Охватываемую обкладку одинаковой толщины выполняют из эластомера, 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.Covered lining of the same thickness is made of elastomer, for example, Ultra-Flex 114, and the additional covering plate with an inner surface in the form of a helicoid, essentially with internal helical multiple teeth, is made of a more solid and durable material.

Известный статор при использовании его в гидравлическом забойном двигателе не обеспечивает преимуществ, например, максимального темпа набора кривизны вследствие разрушения корпуса при прохождении через радиусные интервалы ствола скважины при направленном бурении с использованием в колонне бурильных труб гидравлического яса, с вращением изогнутой колонны бурильных труб (20÷40 об/мин), с ударными нагрузками от яса в компоновке низа бурильной колонны, а также вследствие релаксации растягивающих напряжений в изогнутой колонне бурильных труб, в которой установлен двигатель.Known stator when used in a hydraulic downhole motor does not provide advantages, for example, the maximum rate of curvature due to the destruction of the body when passing through the radius intervals of the wellbore during directional drilling using hydraulic jars in the drill string with rotation of the bent drill string (20 ÷ 40 rpm), with shock loads from a jar in the layout of the bottom of the drill string, as well as due to the relaxation of tensile stresses in a bent drill string t rub, in which the engine is installed.

Недостатки известного статора объясняются также циклическим нагружением винтовых зубьев обкладки, выполненных 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 обкладки, нарушению натяга в рабочей паре, отслоению обкладки из эластомера от корпуса, а также к расслоению между обкладками из эластомера вследствие ухудшения отвода внутреннего тепла от обкладки из эластомера через стенки корпуса к потоку бурового раствора с выбуренной породой в затрубном пространстве.The disadvantages of the known stator are also explained by the cyclic loading of the helical teeth of the plate, made of elastomers of different shear strength, hardness and thermal conductivity, which are subjected to deformation and bending when the rotor rotates inside the rotor inside the stator, which leads to heat generation inside the teeth of the facing plate, breaking the tension in the working the pair, the detachment of the lining of the elastomer from the body, as well as the delamination between the lining of the elastomer due to deterioration Elastomer through the walls of the housing to the flow of drilling mud with drill cuttings in the annulus.

При этом температура в обкладке из эластомера может повышаться, например, до 85°С, а увеличение натяга в рабочей паре может составлять, например, до 0,08 мм на диаметр на каждые 10°С 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 lining of the elastomer can increase, for example, to 85 ° C, and the increase in tension in the working pair can be, for example, up to 0.08 mm per diameter for every 10 ° C temperature increase, which leads to non-design modes of operation, It does not provide maximum power, torque on the output shaft in the maximum power mode and permissible axial load with increasing maximum pressure drop (inter-turn, on the stator teeth) in the 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 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 hydraulic downhole motor, forming an outer pipe with an inner surface made of at least two internal helical teeth (or blades), an elastomer plate attached to the body adjacent to the inner surface of the outer pipe, while the lining is made 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 GOVERNMENTAL inwardly, at least two (US 6,604,921 B1, 14.04.2005).

Недостатком известной конструкции является неполное использование возможности повышения надежности и ресурса гидравлического забойного двигателя, 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 construction is the incomplete use of the possibility of increasing the reliability and resource of the hydraulic downhole motor, maximum power, torque on the output shaft in the maximum power mode and fatigue endurance (resource) of the elastomer lining - at least 100 thousand cycles.

Так как эластомер характеризуется высокими изоляционными свойствами, он задерживает передачу тепла в большей степени вдоль выступов внутренних винтовых зубьев обкладки по сравнению с впадинами винтовых зубьев обкладки.Since the elastomer is characterized by high insulating properties, it delays the transfer of heat to a greater extent along the protrusions of the inner helical teeth of the sheath compared to the hollows of the helical teeth of the sheath.

Температура в обкладке из эластомера может повышаться, например, до 85°С, а увеличение натяга в рабочей паре может составлять, например, до 0,08 мм на диаметр на каждые 10°С 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 lining of the elastomer may increase, for example, to 85 ° C, and the increase in tension in the working pair may be, for example, up to 0.08 mm per diameter for every 10 ° C temperature increase, which leads to off-design operating modes maximum power, moment of force on the output shaft in the mode of maximum power and permissible axial load with an increase in the maximum differential pressure (inter-turn, on the stator teeth) in the mode of maximum power.

Недостатки известного статора для гидравлического забойного двигателя 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 обкладки и нарушению натяга в рабочей паре, к ухудшению отвода внутреннего тепла от обкладки из эластомера к потоку бурового раствора внутри корпуса, а также сквозь стенки наружной трубы к потоку бурового раствора с выбуренной породой в затрубном пространстве.The disadvantages of the known stator for a hydraulic downhole motor are explained by the incomplete use of the possibility of optimizing the lining thickness along the hollows of the inner screw surface and the minimum wall thickness of the outer tube relative to the height of the teeth in the lining, as well as the formation of zones on each protrusions and the troughs , shear strength, hardness (elasticity) and thermal conductivity, which are subjected to deformation and bending during the rotor planetary-rotary rotation and inside the stator, which leads to an increased temperature gradient during heat generation inside the lining material and disruption of interference in the working pair, deterioration of internal heat removal from the lining of the elastomer to the flow of drilling fluid inside the housing, as well as through the walls of the outer pipe to the flow of drilling mud from drilled rock in the annulus space.

Из-за тепла, образуемого в центрах обкладки из эластомера в форме зубьев, происходит вторичная полимеризация: молекулярная сшивка эластомера (резины), что приводит к деструкции материала, вследствие этого центр профиля зубьев обкладки из эластомера становится негибким (хрупким и ломким), механические свойства эластомера на этих участках ухудшаются, при этом давление, действующее в камерах между ротором и статором, может превысить предел сдвиговой прочности эластомера, а вершины обкладки статора деформируются и отрываются от корпуса.Due to the heat generated in the centers of the lining of elastomer in the form of teeth, secondary polymerization occurs: molecular crosslinking of the elastomer (rubber), which leads to the destruction of the material, as a result, the center of the tooth profile of the lining of the elastomer becomes inflexible (fragile and brittle), mechanical properties elastomer in these areas deteriorate, while the pressure acting in the chambers between the rotor and the stator may exceed the shear strength of the elastomer, and the tops of the stator plates are deformed and detached from the housing.

Известен статор винтовой героторной гидромашины, по существу, двигателя для вращения ротора от насосной подачи текучей среды, 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 С2, 20.11.2009).Known stator screw gyratory hydraulic machines, essentially, the engine for rotating the rotor from the pumping fluid supply, containing the outer pipe with an inner surface made in the form of a helicoid with internal helical teeth, fixed in the outer pipe facing of the elastomer, adjacent to the inner surface of the outer pipe, the lining is made with internal helical teeth and coincides in shape with internal helical teeth in the outer tube, and the thickness of the lining is maximum on the teeth, the radial but inward, in the outer tube, the maximum thickness of the elastomer plate along the hollows of its inner screw surface, located at the maximum radial distance, is equal to half the height of its inner helical teeth, and the minimum wall thickness of the outer tube along radially outward edges of its inner screw surface is equal to internal helical teeth in an elastomer plate (RU 2373364 C2, November 20, 2009).

Основные дефекты, уменьшающие надежность и ресурс гидравлического забойного двигателя, в котором статор выполнен с одинаковой толщиной обкладки из эластомера (R-Wall): растрескивание обкладки из эластомера (резины) по краям, со стороны входа и выхода текучей среды (бурового раствора), отслоение обкладки из эластомера по краям, со стороны входа и выхода текучей среды, а также вырывы кусков обкладки из эластомера по краям - во входной и выходной по потоку частях обкладки из эластомера в статоре в напряженных условиях работы (при бурении в твердых породах): 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 достигает 50 МПа, а момент силы на выходном валу в режиме максимальной мощности достигает 30 кН⋅м, причем в условиях высокой турбулентности бурового раствора, который имеет плотность до 1500 кг/м³, содержит до 2% песка и до 10% нефтепродуктов, что приводит к прекращению циркуляции, при этом основная причина отказа компоновки низа бурильной колонны, в которой установлен двигатель со шпинделем, регулятором угла перекоса и долотом, - "резина в долоте".Major defects that reduce the reliability and life of a hydraulic downhole motor, in which the stator is made with the same thickness of an elastomer plate (R-Wall): cracking of an elastomer plate (rubber) at the edges, from the inlet and outlet of the fluid (drilling mud), delamination lining of elastomer at the edges, from the inlet and outlet of the fluid, as well as tearing out pieces of the lining of elastomer at the edges - into the inlet and downstream parts of the lining of the elastomer in the stator in tense working conditions (when drilling in solid rocks): if there is a necessary tension in the working pair between the rotor and the lining of the tubular body, the contact pressure is 2.5 ÷ 3 MPa, the sliding speed is 0.5 ÷ 2.5 m / s, the hydrostatic pressure reaches 50 MPa, and the moment of force is output shaft in maximum power mode reaches 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 10% of oil products, which leads to cessation of circulation, while the main bottom failure reason oh column in which the engine is installed with a spindle, skew angle regulator and chisel - "rubber in chisel".

Развитию упомянутых дефектов способствуют высокие рабочие перепады давления, внутреннее выделение тепла в материале обкладки статора, торможение рабочей пары двигателя при работе, высокий натяг в рабочей паре двигателя (ротор-обкладка из эластомера статора).The development of the mentioned defects is promoted by high working pressure drops, internal heat generation in the stator lining material, braking of the engine working pair during operation, high preload in the engine working pair (rotor lining of stator elastomer).

Увеличение длины секции рабочих пар позволяет снизить уровень контактных нагрузок в зацеплении рабочей пары двигателя и предотвратить преждевременное разрушение обкладки из эластомера по краям статора.Increasing the length of the section of working pairs allows to reduce the level of contact loads in the engagement of the working pair of the engine and prevent premature destruction of the lining of the elastomer at the edges of the stator.

Одновременно повышаются энергетические характеристики двигателя, надежность и ресурс.At the same time, the energy performance of the engine, reliability and resource increase.

Однако увеличение длины рабочих пар двигателя (ротор - обкладка статора) ухудшает проходимость компоновки низа бурильной колонны при прохождении через радиусные участки ствола скважины при бурении горизонтального интервала наклонной скважины.However, an increase in the length of the engine operating pairs (rotor - stator lining) impairs the permeability of the bottom hole assembly as it passes through the radius of the borehole when drilling a horizontal interval of an inclined well.

Вследствие особенности работы героторных механизмов винтовых гидромашин, по краям обкладки из эластомера вырабатывается и сохраняется повышенное количество тепла от действия 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 gyroscopic mechanisms of screw hydraulic machines, an increased amount of heat is generated and stored at the edges of the elastomer plate from the action of the tilting rotor moments during its rotor planetary rotation inside the teeth of the stator lining of the elastomer at maximum power.

В результате центр профиля становится менее гибким (хрупким и ломким), механические свойства эластомера (резины), на этих участках 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, 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 profile center becomes less flexible (brittle and brittle), the mechanical properties of the elastomer (rubber) deteriorate in these areas, and the pressure acting in the chambers between the rotor and stator may exceed the shear strength of the elastomer, and the tops of the teeth in the lining deform or detached from the body, the possibility of increasing the maximum power, the moment of force on the output shaft in the maximum power mode and fatigue endurance (resource) of the lining of the elastomer is reduced - not less than 100 thousand cycles.

Вследствие этого не обеспечиваются свойства эластомера в конструкции, по существу, 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 consequence, the properties of the elastomer in the design, essentially, fatigue endurance with alternating bending with rotation (GOST 10952-75), permanent deformation and fatigue endurance under repeated compression (GOST 20418-75), the 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 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 гидравлический забойный двигатель.Another disadvantage of the known design is the incomplete possibility of increasing reliability and service life by ensuring equal and tight threaded connections of the tubular stator housing with the sub under conditions of intense friction and rotation in the wellbore, using hydraulic jars in the drill string, with shock loads and shock pulses jars, as well as relaxation of tensile stresses in a curved string of drill pipes, in which a downhole hydraulic motor is installed.

Упомянутый недостаток известной конструкции объясняется повышенной жесткостью трубчатого корпуса при использовании его в гидравлическом забойном двигателе, по существу, большим значением коэффициента напряжения при изгибе (Stress ratio, отношение изменяющейся амплитуды напряжения к среднему напряжению) в местах стыка резьбовых соединений корпуса с переводником, равным 7÷9, а также большой вероятностью образования трещин на резьбах и поломки резьбовых соединений корпуса при использовании гидравлического забойного двигателя в горизонтальных управляемых компоновках низа бурильной колонны, на участках изменения кривизны наклонной скважины.The mentioned disadvantage of the known construction is explained by the increased rigidity of the tubular body when used in a hydraulic downhole motor, essentially a large value of the bending stress ratio (Stress ratio, the ratio of the varying voltage amplitude to the average voltage) at the junction of the threaded body connections with the sub equal to 7 ÷ 9, as well as a high probability of cracking on the threads and breakage of the threaded connections of the body when using a hydraulic downhole motor in the horizontal driven bottom pipe assemblies, in areas of inclination borehole variation.

Вследствие повышенной жесткости трубчатого корпуса 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 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 rigidity of the tubular body, it is not fully possible to increase the accuracy of penetration of inclined and horizontal wells, increase the rate of set of curvature parameters of the wells, and also improve the permeability, i.e. reduce the resistance and stresses in the bottom hole assembly due to bending of the bottomhole motor body as it passes through the radius sections of the wellbore, which have small and medium radius sections of 30 ÷ 300 m, under conditions of intense friction in the wellbore.

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, не обеспечиваются экономические преимущества известной конструкции.As a result, the required interval of wells cannot be completed until the end, for example, in wells, in the drilling interval of 2500 ÷ 3500 m, having lateral horizontal trunks in the interval of 750 ÷ 1500 m, the economic advantages of the known construction are not provided.

Известно устройство для использования в скважине, содержащее статор, включающий винтовой зуб, имеющий профиль, сформированный вдоль внутренней поверхности статора и ротор, размещенный в статоре и включающий винтовой зуб, имеющий профиль, сформированный на наружной поверхности ротора, причем профиль винтового зуба ротора выполнен асимметричным и винтовой зуб ротора включает первую сторону и вторую сторону, так что геометрия первой стороны образует поверхность нагружения, а геометрия второй стороны образует поверхность уплотнения (RU 2607833 С2, 20.01.2017).A device for use in a well is known, comprising a stator comprising a helical tooth having a profile formed along the inner surface of the stator and a rotor placed in the stator and including a helical tooth having a profile formed on the outer surface of the rotor, the rotor helical tooth profile being asymmetric and the rotor tooth tooth includes the first side and the second side, so that the geometry of the first side forms the loading surface, and the geometry of the second side forms the sealing surface (RU 2607 833 C2, 01.20.2017).

В известной конструкции винтовой зуб статора включает первую сторону и вторую сторону, геометрия первой стороны отличается от геометрии второй стороны, статор включает асимметричный, предварительно сформированный профиль, при этом винтовой зуб статора включает первую сторону и вторую сторону, угол наклона первой стороны относительно центральной линии, проходящей через центр статора, отличается от угла наклона второй стороны относительно этой центральной линии, а угол наклона первой стороны винтового зуба ротора относительно оси ротора превышает угол наклона второй стороны относительно этой оси, при этом профиль винтового зуба ротора является совместимым с профилем винтового зуба статора, а профиль ротора или статора выполнен на основе формы трохоиды.In the known construction, the screw tooth of the stator includes the first side and the second side, the geometry of the first side differs from the geometry of the second side, the stator includes an asymmetrical, pre-shaped profile, while the screw tooth of the stator includes the first side and the second side, the angle of the first side relative to the center line, passing through the center of the stator is different from the angle of inclination of the second side relative to this center line, and the angle of inclination of the first side of the helical tooth of the rotor relative to the axis of the roto ra exceeds the angle of inclination of the second side relative to this axis, while the profile of the screw tooth of the rotor is compatible with the profile of the screw tooth of the stator, and the profile of the rotor or stator is made on the basis of the trochoid shape.

Недостатком известной конструкции, по существу, гидравлического забойного двигателя, является неполное использование возможности повышения ресурса и надежности, 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 construction of an essentially hydraulic downhole motor is the incomplete use of the possibility of increasing the resource and reliability, as well as increasing the maximum power, torque on the output shaft in maximum power mode and fatigue endurance (resource) of the elastomer lining - not less than 100 thousand .

В современных системах направленного бурения обычно используется бурильная колонна, содержащая расположенное на забое долото, которое вращается двигателем объемного действия (забойным), при этом гидравлический забойный двигатель включает силовую секцию, содержащую статор, и ротор, размещенный в этом статоре.In modern directional drilling systems, a drillstring is commonly used, which contains a bottom-located bit, which is rotated by a three-dimensional engine (bottomhole), while the hydraulic bottomhole engine includes a power section containing a stator and a rotor placed in this stator.

Статор включает металлический трубчатый корпус, содержащий внутри обкладку из эластомера, имеющую винтовой профиль зубьев.The stator includes a metal tubular housing containing inside the lining of the elastomer having a screw profile of the teeth.

Ротор имеет спиральный профиль с винтовыми зубьями, выполненными из металла.The rotor has a spiral profile with helical teeth made of metal.

Буровая жидкость (буровой раствор) закачивается под давлением в перемещающиеся изолированные полости, образованные между винтовыми зубьями ротора и обкладки из эластомера в статоре.The drilling fluid (drilling mud) is pumped under pressure into the moving insulated cavities formed between the rotor helical teeth and the plates of the elastomer in the stator.

Усилие, оказываемое жидкостью, закачиваемой под давлением в перемещающиеся изолированные полости, вынуждает ротор прижиматься к обкладке из эластомера и вращаться, совершая движение планетарного типа.The force exerted by the fluid injected under pressure into the moving insulated cavities forces the rotor to press against the lining of the elastomer and rotate, making a movement of a planetary type.

При этом крутящий момент на роторе образуется в направлении, противоположном его планетарному вращению.In this case, the torque on the rotor is formed in the direction opposite to its planetary rotation.

Обкладка из эластомера в статоре обеспечивает уплотнение между винтовыми зубьями статора и ротора, а также опору для ротора и находится под высокой нагрузкой во время работы гидравлического забойного двигателя.An elastomer plate in the stator provides a seal between the screw teeth of the stator and the rotor, as well as support for the rotor and is under high load during operation of the hydraulic downhole motor.

Каждый винтовой зуб в статоре и роторе включает сторону нагрузки и сторону уплотнения.Each screw tooth in the stator and rotor includes a load side and a seal side.

Сторона нагрузки обычно подвергается значительно большим напряжениям и деформациям, чем сторона уплотнения.The load side is usually subject to much greater stresses and deformations than the sealing side.

Известные в настоящее время гидравлические забойные двигатели характеризуются симметричной геометрией наружных винтовых зубьев ротора и профиля внутренних винтовых зубьев статора.Currently known hydraulic downhole motors are characterized by a symmetrical geometry of the outer rotor helical teeth and the profile of the internal helical teeth of the stator.

В известной конструкции не учитывается влияние режима нагрузки на боковую поверхность винтовых зубьев обкладки из эластомера в статоре, для использования гидравлическом забойном двигателе, в котором металлический статор выполнен с собственными внутренними винтовыми зубьями и одинаковой толщиной обкладки из эластомера (R-Wall).The known design does not take into account the influence of the load on the lateral surface of the screw teeth of the elastomer plate in the stator, for use by a hydraulic downhole motor in which the metal stator is made with its own internal helical teeth and the same thickness of the elastomer plate (R-Wall).

Известные технические решения представляют собой компромисс между уменьшением механических напряжений и деформаций на равномерно распределенной обкладке из эластомера и сохранением объемного коэффициента полезного действия и выходной мощности гидравлического забойного двигателя.Known technical solutions represent a compromise between reducing mechanical stresses and deformations on a uniformly distributed elastomer plate and maintaining the volumetric efficiency and power output of a downhole hydraulic motor.

Недостатком известной конструкции является неполная возможность оптимизации толщины обкладки из эластомера вдоль боковых сторон обкладки из эластомера, 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 с выбуренной породой в затрубном пространстве, образованию в центрах профиля эластомерной обкладки зон деструкции материала от воздействия градиента температур и увеличению натяга в рабочей паре, вследствие этого не обеспечиваются свойства эластомера в конструкции, по существу, 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).A disadvantage of the known construction is the incomplete ability to optimize the thickness of the elastomer plate along the sides of the elastomer plate, which leads to a deterioration of internal heat removal from the elastomer plate to the flow of drilling fluid inside the body, as well as through the walls of the body to the flow of drilling mud from the drill rock in space, the formation in the centers of the profile of the elastomeric facing of the zones of destruction of the material from the effects of the temperature gradient and the increase in tension in the working pair, due to Wow, the properties of the elastomer are not provided in the design, essentially fatigue endurance with alternating bending with rotation (GOST 10952-75), permanent deformation and fatigue endurance during repeated compression (GOST 20418-75), the temperature limit of brittleness (GOST 7912-74), abrasion when sliding (GOST 426-77).

В результате центр профиля зубьев обкладки из эластомера становится менее гибким (хрупким и ломким), механические свойства эластомера (резины), на этих участках ухудшаются, давление, действующее в камерах между ротором и статором, может превысить предел сдвиговой прочности эластомера, при этом вершины зубьев, а также боковая поверхность зубьев в обкладке из эластомера деформируются и отрываются от корпуса.As a result, the center of the teeth profile of the elastomer plate becomes less flexible (brittle and brittle), the mechanical properties of the elastomer (rubber) deteriorate in these areas, the pressure acting in the chambers between the rotor and the stator may exceed the shear strength of the elastomer, while the tops of the teeth , as well as the side surface of the teeth in the lining of the elastomer are deformed and detached from the body.

Другим недостатком известной конструкции является необходимость проектирования и изготовления специального инструмента для нарезания ассиметричного (корригированного) профиля зубьев ротора, а также специального инструмента для нарезания ассиметричного (корригированного) профиля зубьев сердечника пресс-формы, предназначенного для формования обкладки из эластомера в статоре, которые осуществляются в настоящее время ведущими фирмами РФ по производству гидравлических забойных двигателей на станках для нарезания винтовых зубьев ротора, а также винтовых зубьев сердечника пресс-формы, например, на станках австрийской фирмы "Weingartner".Another disadvantage of the known design is the need to design and manufacture a special tool for cutting the asymmetric (corrected) rotor tooth profile, as well as a special tool for cutting the asymmetric (corrected) tooth profile of the core of the mold, designed to form an elastomer plate in the stator, which are made in currently the leading firms of the Russian Federation for the production of hydraulic downhole motors on machines for cutting helical teeth of the mouth pa, and helical teeth of the mold core, for example, on machines "Weingartner" Austrian company.

Основные дефекты, уменьшающие надежность и ресурс гидравлического забойного двигателя, в котором статор выполнен с одинаковой толщиной обкладки из эластомера (R-Wall): растрескивание обкладки из эластомера (резины) по краям, со стороны входа и выхода текучей среды (бурового раствора), отслоение обкладки из эластомера (резины) по краям, со стороны входа и выхода текучей среды, а также вырывы кусков обкладки из эластомера (резины) в средней части статора и по краям - во входной и выходной по потоку частях обкладки из эластомера в статоре в напряженных условиях работы (при бурении в твердых породах): 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 10% нефтепродуктов, что приводит к прекращению циркуляции, при этом основная причина отказа компоновки низа бурильной колонны, в которой установлен двигатель со шпинделем, регулятором угла перекоса и долотом, - "резина в долоте".Major defects that reduce the reliability and life of a hydraulic downhole motor, in which the stator is made with the same thickness of an elastomer plate (R-Wall): cracking of an elastomer plate (rubber) at the edges, from the inlet and outlet of the fluid (drilling mud), delamination plates of elastomer (rubber) along the edges, from the inlet and outlet of the fluid medium, as well as tearing out pieces of the plate of elastomer (rubber) in the middle part of the stator and along the edges into the inlet and downstream parts of the plate of elastomer in the stator working conditions (when drilling in hard rocks): if there is a necessary tension in the working pair between the rotor and the lining of the tubular body, the contact pressure is 2.5 ÷ 3 MPa, the sliding speed is 0.5 ÷ 2.5 m / s, hydrostatic pressure can reach 50 MPa, and the moment of force on the output shaft at maximum power 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 10% of oil products that leads to cessation of circulation, with This is the main reason for the failure of the layout of the bottom of the drill string, in which the engine is installed with a spindle, skew angle adjuster and chisel, - "rubber in the bit."

Наиболее близким к заявляемой конструкции является статор винтовой героторной гидромашины, по существу, двигателя для вращения ротора от насосной подачи текучей среды, содержащий трубчатый корпус с внутренней поверхностью, выполненной в форме геликоида с внутренними винтовыми зубьями, на каждом краю трубчатого корпуса выполнена внутренняя резьба, а также содержащий 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, при этом статор содержит во входной по потоку части трубчатого корпуса демпферную полость, расположенную ниже по потоку от края внутренних винтовых зубьев в трубчатом корпусе, направленного против потока, выполненную в виде кольцевой канавки внутри трубчатого корпуса, примыкающей к боковым поверхностям внутренних винтовых зубьев трубчатого корпуса, образованным упомянутой кольцевой канавкой, а обкладка из эластомера содержит в упомянутой демпферной полости входной демпфер из эластомера с собственными внутренними винтовыми зубьями, примыкающими к внутренним винтовым зубьям обкладки из эластомера, прилегающий к поверхности кольцевой канавки внутри трубчатого корпуса и боковым поверхностям внутренних винтовых зубьев трубчатого корпуса, образованным упомянутой кольцевой канавкой, с возможностью скрепления с обкладкой из эластомера, а также с кольцевой канавкой внутри трубчатого корпуса и боковыми поверхностями внутренних винтовых зубьев трубчатого корпуса, образованными упомянутой кольцевой канавкой, причем минимальное расстояние от направленного против потока края внутренних винтовых зубьев во входной по потоку части трубчатого корпуса до входной кромки входного демпфера, равно толщине входного демпфера из эластомера на его внутренних винтовых зубьях, радиально направленных внутрь, при этом ниже по потоку от края внутренних винтовых зубьев 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, прилегающий к внутренней поверхности выходной по потоку части трубчатого корпуса с возможностью скрепления с обкладкой из эластомера 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 (RU 2652725 С1, 28.04.2018).Closest to the claimed design is the stator screw gyratory hydraulic machines, essentially the engine for rotating the rotor from the pumping fluid supply, 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 made internal thread, and also containing an elastomer lining fixed in the tubular body, adjacent to the inner surface of the tubular body, the elastomer lining is made with internal screws and teeth and the same shape with internal helical teeth in a tubular body, and the thickness of the lining is maximum on the teeth, radially directed inward, while in the tubular body the maximum thickness of the lining of the elastomer along the hollows of its internal helical surface, located at the maximum radial distance, is half of the height of its internal helical teeth, and the minimum thickness of the wall of the tubular body along the radially outwardly directed depressions of its internal screw surface is equal to the height of the inner Elong helical teeth in an elastomer plate, while the stator contains in the downstream part of the tubular body a damper cavity located downstream from the edge of the internal helical teeth in the tubular body directed against the flow, made in the form of an annular groove inside the tubular body adjacent to the side surfaces of the internal helical teeth of the tubular body formed by the said annular groove, and the lining of the elastomer contains in the said damper cavity an input damper of elastomer and with its own internal helical teeth adjacent to the internal screw teeth of the lining of the elastomer, adjacent to the surface of the annular groove inside the tubular body and the lateral surfaces of the internal helical teeth of the tubular body formed by said annular groove, with the possibility of bonding with the lining of the elastomer, as well as with the annular a groove inside the tubular body and the lateral surfaces of the internal helical teeth of the tubular body, formed by said annular groove, and mini The distance from the upstream edge of the internal helical teeth in the downstream part of the tubular body to the input edge of the inlet damper is equal to the thickness of the inlet damper made from elastomer on its internal helical teeth radially inward, while downstream from the edge of the internal helical teeth in downstream part of the tubular body of the elastomer plate contains the output damper of elastomer with its own internal helical teeth adjacent to the internal helical teeth of the Dental elastomer, adjacent to the inner surface of the downstream part of the tubular body with the possibility of bonding with the lining of the elastomer and the inner surface of the downstream part of the tubular body, while the minimum thickness of the inlet and outlet dampers of elastomer along the valleys of their internal helical teeth located on maximum radial distance, equal to the thickness of the lining of the elastomer on its teeth, radially inward (RU 2652725 C1, 04/28/2018).

Основные преимущества статора с собственными винтовыми зубьями и одинаковой толщиной обкладки из эластомера (R-Wall):The main advantages of the stator with its own screw teeth and the same thickness of the lining of the 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, reduced hysteresis losses in the plate, increased energy performance and the braking torque of the motor section, which eliminates the likelihood of engine braking when the load changes and increases the manageability 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 tension in the rotor-stator joint connection is less dependent on the temperature and destruction ("swelling") of the elastomer, high energy characteristics are provided in an increased interval of well depth, 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 make it possible to effectively use it with PDC bits (Polycrystalline Diamond Compakt) 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).- at the expense of a smaller thickness of the elastomer, if the pieces of the plate are torn off, no blockage of the drilling holes of the bit occurs, as a result, the required interval of the well can be completed completely, the time between failures increases (Drilling and Oil Magazine, 11/2014, p. 56 ÷ 59) .

Известен график отработок двигателей компании «Радиус-Сервис», входящей в состав Шлюмберже, которые работали с долотами StingBlade (рис. 6). Данные представлены для габарита - 172 мм, интервал бурения достигал 2000 м. Анализируя его, можно заметить, что 200 часов не представляют проблемы даже для стандартных двигателей компании «Радиус-Сервис». Журнал "Бурение и нефть", №4, 2018 г, Гумич Д.П. и др., " Бурение в один рейс…".There is a known schedule for the development of Radius-Service engines, part of Schlumberger, who worked with StingBlade bits (Fig. 6). The data are presented for a size of 172 mm, the drilling interval reached 2000 m. Analyzing it, you can see that 200 hours does not pose a problem even for standard Radius-Service engines. Journal "Drilling and Oil", No. 4, 2018, Gumich DP et al., "Drilling in one flight ...".

Основные дефекты, уменьшающие надежность и ресурс гидравлического забойного двигателя, в котором корпус (статор) выполнен с одинаковой толщиной обкладки из эластомера (R-Wall): растрескивание, отслоения и вырывы кусков обкладки из эластомера в корпусе в напряженных условиях работы (при бурении в твердых породах): при наличии в рабочей паре между ротором и обкладкой корпуса необходимого натяга контактное давление составляет 2,5÷3 МПа, скорость скольжения составляет 0,5÷2,5 м/с, гидростатическое давление составляет 30÷50 МПа, а момент силы на выходном валу в режиме максимальной мощности достигает 30 кН⋅м, причем в условиях высокой турбулентности бурового раствора, который имеет плотность до 1500 кг/м³, содержит до 2% песка и до 10% нефтепродуктов, при расходе 19÷38 л/с и средней скорости потока 20 м/с, что приводит к прекращению циркуляции, при этом основная причина отказа в компоновке низа бурильной колонны, в которой установлена двигательная секция со шпинделем и долотом, - "резина в долоте".The main defects that reduce the reliability and life of a hydraulic downhole motor, in which the body (stator) is made with the same thickness of an elastomer plate (R-Wall): cracking, delamination and tearing of pieces of an elastomer plate in the body in tense working conditions (when drilling in solid rocks): if there is a necessary tension in the working pair between the rotor and the shell of the body, the contact pressure is 2.5 ÷ 3 MPa, the sliding speed is 0.5 ÷ 2.5 m / s, the hydrostatic pressure is 30 ÷ 50 MPa, and the moment of force out The maximum speed of the shaft reaches 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 10% of oil products, at a flow rate of 19 ÷ 38 l / s average flow rate of 20 m / s, which leads to cessation of circulation, while the main reason for the failure in the layout of the bottom of the drill string, in which the motor section with the spindle and the bit is installed, is “rubber in the bit”.

Вследствие особенности работы винтовых гидравлических забойных двигателей по краям обкладки из эластомера вырабатывается и сохраняется повышенное количество тепла от действия перекашивающих моментов ротора при его планетарно-роторном вращении внутри зубьев обкладки статора из эластомера.Due to the peculiarities of the operation of screw hydraulic downhole motors, the edges of the elastomer plate produce and maintain an increased amount of heat from the action of the tilting moments of the rotor when it rotates planetary-rotor inside the teeth of the elastomer stator plate.

В результате центр профиля зубьев обкладки из эластомера становится менее гибким (хрупким и ломким), механические свойства эластомера (резины) на этих участках значительно ухудшаются, давление, действующее в камерах между ротором и статором, может превысить предел сдвиговой прочности эластомера, при этом вершины зубьев, а также боковая поверхность зубьев в обкладке из эластомера деформируются и 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 teeth profile of the elastomer plate becomes less flexible (brittle and brittle), the mechanical properties of the elastomer (rubber) in these areas deteriorate significantly, the pressure acting in the chambers between the rotor and the stator may exceed the shear strength of the elastomer, while the tops of the teeth , as well as the side surface of the teeth in the lining of elastomer are deformed and detached from the body, while reducing the possibility of increasing the maximum power, the torque on the output shaft in the maximum power mode spine and fatigue endurance (resource) of the lining of the elastomer - not less than 100 thousand cycles.

Другим недостатком известной конструкции является неполная возможность увеличения надежности и ресурса за счет обеспечения равнопрочного и герметичного резьбового соединения в выходной части трубчатого корпуса статора с переводником и/или переходником в упомянутых сложных условиях бурения изогнутых скважин в твердых породах, вызывающих высокие рабочие перепады давления, внутреннее выделение тепла в материале обкладки статора, торможение рабочей пары при работе, высокий натяг в рабочей паре, а также 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 construction is the incomplete possibility of increasing reliability and resource by providing equal strength and tight threaded connections in the output part of the stator tubular housing with a sub and / or adapter in the aforementioned difficult conditions of drilling bent wells in hard rocks causing high operating pressure drops, internal separation heat in the material of the stator lining, the braking of the working pair during operation, high tension in the working pair, as well as under conditions of intense friction and rotation in the wellbore, using hydraulic jars in the drill string, with shock loads and shock pulses from jars, as well as relaxation of tensile stresses in the bent drill string string in which the stator of the screw gerotor hydraulic machine is installed.

Упомянутый недостаток известной конструкции объясняется повышенной жесткостью выходной части 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 резьбового соединения в выходной части трубчатого корпуса при использовании забойного двигателя в горизонтальных управляемых компоновках низа бурильной колонны, на участках изменения кривизны наклонной скважины.The mentioned disadvantage of the known construction is explained by the increased rigidity of the output part of the tubular body when it is used in the stator of a hydraulic downhole motor, essentially a large value of the bending stress ratio (Stress ratio, the ratio of the varying voltage amplitude to the average voltage) at the junction of the threaded connections 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 breaking the threaded connection in the output part of the pipe chatogo body using downhole motor driven horizontal in the BHA, in the areas of curvature changes downhole.

Вследствие повышенной жесткости в выходной части 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 rigidity in the output part of the tubular stator housing, it is not fully possible to improve the accuracy of penetration of inclined and horizontal wells, increase the rate of the set of parameters of the curvature of the wells, and also improve the permeability, i.e. reduce the resistance and stress in the layout of the bottom of the drill string due to the bending of the tubular body of the downhole motor as it passes through the radius sections of the wellbore, which have sections of small and medium radius 30 ÷ 300 m, under conditions of intense friction in the wellbore.

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 обеспечивается повышение наработки на отказ, не обеспечиваются экономические преимущества известной конструкции.As a result, the required interval of wells cannot be completed until the end, for example, in wells, in the drilling interval of 2500 ÷ 3500 m, with lateral horizontal trunks in the interval of 750 ÷ 1500 m, while the increase in time to failure is not ensured, the economic advantages of the known designs.

Технический результат, который обеспечивается изобретением, заключается в повышении надежности и ресурса гидравлического забойного двигателя, в котором трубчатый корпус выполнен с винтовыми зубьями и равномерной толщиной обкладки из эластомера (R-Wall), 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 в корпусе двигателя, по существу, за счет того, что обкладка из эластомера, закрепленная в трубчатом корпусе, выполнена с асимметричным расположением профиля ее наружной поверхности, контактирующей с винтовыми зубьями на наружной поверхности ротора, относительно профиля ее внутренней поверхности, совпадающей по форме с внутренними винтовыми зубьями в трубчатом корпусе, и включает первую и вторую сторону обкладки относительно каждого внутреннего винтового зуба трубчатого корпуса, так, что геометрия первой стороны поверхности обкладки образует поверхность уплотнения и выполнена с максимальной толщиной ее боковых стенок, совпадающих с боковой поверхностью каждого внутреннего винтового зуба трубчатого корпуса, а геометрия второй стороны поверхности обкладки вдоль каждого внутреннего винтового зуба трубчатого корпуса образует поверхность нагружения и выполнена с минимальной толщиной ее боковых стенок, совпадающих с боковой поверхностью каждого внутреннего винтового зуба трубчатого корпуса.The technical result, which is provided by the invention, is to increase the reliability and service life of a hydraulic downhole motor, in which the tubular body is made with helical teeth and a uniform thickness of an elastomer plate (R-Wall), by increasing fatigue endurance, abrasion resistance, elasticity and tightness of the seal working pair: rotor-lining of elastomer in the stator by preventing cracking, peeling and tearing out pieces of the lining of the elastomer in the motor housing, essentially due to o that the lining of the elastomer, fixed in a tubular body, is made with an asymmetrical arrangement of its outer surface profile, in contact with the helical teeth on the outer surface of the rotor, relative to its inner surface profile that coincides in shape with the inner helical teeth in the tubular body, and includes the first and the second side of the plate relative to each internal screw tooth of the tubular body, so that the geometry of the first side of the surface of the plate forms a sealing surface and is made with the maximum thickness of its side walls that coincide with the side surface of each internal screw tooth of the tubular body, and the geometry of the second side of the surface of the plate along each internal screw tooth of the tubular body forms a loading surface and is made with a minimum thickness of its side walls that coincide with the side surface of each internal screw tooth tubular body.

Другой технический результат, который обеспечивается изобретением, заключается в повышении точности проходки наклонных и горизонтальных интервалов скважин, в повышении темпа набора параметров кривизны скважин, а также в улучшении проходимости, т.е. в уменьшении сопротивления и напряжений в компоновке низа бурильной колонны за счет уменьшения жесткости трубчатого корпуса - выполнения стенки корпуса во входной, выходной и в средней части корпуса поясов пониженной жесткости, характеризующихся уменьшенной толщиной, с возможностью изгиба корпуса при прохождении через радиусные интервалы ствола скважины.Another technical result, which is provided by the invention, is to improve the accuracy of penetration of inclined and horizontal intervals of the wells, to increase the rate of the set of parameters of the curvature of the wells, as well as to improve the permeability, i.e. in reducing the resistance and stress in the layout of the bottom of the drill string by reducing the rigidity of the tubular body - making the body wall in the input, output and in the middle part of the body belts of reduced rigidity, characterized by a reduced thickness, with the possibility of bending the body when passing through the radius intervals of the wellbore.

Сущность технического решения заключается в том, что в гидравлическом забойном двигателе, содержащем трубчатый корпус 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, а также содержащем во входной по потоку части трубчатого корпуса демпферную полость, расположенную ниже по потоку от края внутренних винтовых зубьев в трубчатом корпусе, направленных против потока, выполненную в виде кольцевой канавки внутри трубчатого корпуса, примыкающей к боковым поверхностям внутренних винтовых зубьев трубчатого корпуса, образованным упомянутой кольцевой канавкой, а обкладка из эластомера содержит в демпферной полости входной демпфер из эластомера с собственными внутренними винтовыми зубьями, примыкающими к внутренним винтовым зубьям обкладки из эластомера, прилегающий к поверхности кольцевой канавки внутри трубчатого корпуса и боковым поверхностям винтовых зубьев внутри трубчатого корпуса, образованным кольцевой канавкой, с возможностью скрепления с обкладкой из эластомера, а также с кольцевой канавкой внутри трубчатого корпуса и боковыми поверхностями винтовых зубьев внутри трубчатого корпуса, образованными кольцевой канавкой, при этом ниже по потоку от края внутренних винтовых зубьев 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, прилегающий к внутренней поверхности выходной по потоку части трубчатого корпуса с возможностью скрепления с обкладкой из эластомера и внутренней поверхностью выходной по потоку части трубчатого корпуса, а также содержащем ротор, размещенный в трубчатом корпусе и включающий винтовые зубья, имеющие профиль, сформированный на наружной поверхности ротора, причем вращение ротора осуществляется от насосной подачи текучей среды, согласно изобретению обкладка из эластомера, закрепленная в трубчатом корпусе, выполнена с асимметричным расположением профиля ее поверхности с внутренними винтовыми зубьями, контактирующими с винтовыми зубьями на наружной поверхности ротора, относительно профиля ее поверхности, прилегающей к внутренним винтовыми зубьям в трубчатом корпусе, и включает первую и вторую сторону каждого винтового зуба обкладки из эластомера таким образом, что геометрия первой стороны обкладки, прилегающей к боковой поверхности внутреннего винтового зуба трубчатого корпуса, образует поверхность уплотнения с винтовыми зубьями на наружной поверхности ротора и выполнена с максимальной толщиной обкладки, а геометрия второй стороны обкладки, прилегающей к боковой поверхности упомянутого внутреннего винтового зуба трубчатого корпуса, образует поверхность нагружения и выполнена с минимальной толщиной обкладки.The essence of the technical solution lies in the fact that in a hydraulic downhole motor comprising a tubular body with internal helical teeth, on each edge of the tubular body an internal thread is made, as well as containing an elastomer plate fixed in the tubular body adjacent to the inner surface of the tubular body The elastomer is made with internal helical teeth and coincides in shape with internal screw teeth in a tubular body, and the thickness of the lining is maximum on the teeth, radially inward, as well as containing in the downstream part of the tubular body a damper cavity located downstream from the edge of the internal helical teeth in the tubular body directed against the flow, made in the form of an annular groove inside the tubular body adjacent to the lateral surfaces of the internal helical teeth tubular body formed by said annular groove, and the lining of the elastomer contains in the damper cavity the input damper of elastomer with its own internal screws teeth, adjacent to the internal helical teeth of the lining of the elastomer, adjacent to the surface of the annular groove inside the tubular body and the lateral surfaces of the helical teeth inside the tubular body, formed by the annular groove, with the possibility of bonding with the lining of the elastomer, as well as with the annular groove inside the tubular body and the side surfaces of the helical teeth inside the tubular body, formed by an annular groove, while downstream from the edge of the internal helical teeth in the output stream parts of the tubular body the elastomer plate contains an elastomer output damper with its own internal helical teeth adjacent to the internal screw teeth of the elastomer plate adjacent to the inner surface of the downstream part of the tubular body with the possibility of bonding with the elastomer plate and the inner surface of the downstream part tubular body, as well as containing a rotor placed in a tubular body and including helical teeth having a profile formed on the outer surface according to the invention, the elastomer lining, mounted in a tubular body, is made with an asymmetrical arrangement of its surface profile with internal helical teeth in contact with the helical teeth on the outer surface of the rotor, relative to the profile of its surface, adjacent to the inner helical teeth in a tubular body, and includes the first and second sides of each helical tooth of an elastomer lining in such a way that geo The first side of the plate adjacent to the lateral surface of the inner screw tooth of the tubular body forms a seal surface with helical teeth on the outer surface of the rotor and is made with the maximum thickness of the plate, and the geometry of the second side of the plate adjacent to the lateral surface of the inner screw tooth of the tubular body surface loading and made with a minimum thickness of the plate.

Толщина Ту первой стороны обкладки, прилегающей к боковой поверхности внутреннего винтового зуба трубчатого корпуса и образующей поверхность уплотнения с винтовыми зубьями на наружной поверхности ротора, и толщина Тн второй стороны обкладки, прилегающей к боковой поверхности упомянутого внутреннего винтового зуба трубчатого корпуса и образующей поверхность нагружения, связаны соотношением: Ту=(1,55÷1,85) Тн.Thickness Tu of the first side of the plate adjacent to the side surface of the inner screw tooth of the tubular body and forming a sealing surface with helical teeth on the outer surface of the rotor, and thickness Tn of the second side of the plate adjacent to the side surface of the internal screw tooth of the tubular body and forming the loading surface ratio: Tu = (1.55 ÷ 1.85) Tn.

Гидравлический забойный двигатель содержит во входной части трубчатого корпуса пояс пониженной жесткости, характеризующийся выполнением стенки трубчатого корпуса уменьшенной толщиной, расположенным между ближним краем винтовых зубьев внутри трубчатого корпуса и полным последним витком внутренней резьбы, а в выходной части трубчатого корпуса содержит пояс пониженной жесткости, характеризующийся выполнением стенки трубчатого корпуса уменьшенной толщиной, расположенным между ближним краем винтовых зубьев внутри трубчатого корпуса и полным последним витком внутренней резьбы, при этом отношение уменьшенной толщины стенки трубчатого корпуса во входной и выходной частях трубчатого корпуса к наружному диаметру трубчатого корпуса составляет 0,06÷0,09.The hydraulic downhole motor contains a lower stiffness belt in the inlet of the tubular body, characterized by a reduced thickness of the wall of the tubular body located between the proximal edge of the helical teeth inside the tubular body and a full last turn of the internal thread, and in the outlet of the tubular body contains a belt of low rigidity characterized by walls of the tubular body of reduced thickness, located between the near edge of the helical teeth inside the tubular body and a full last turn of the internal thread, while the ratio of the reduced wall thickness of the tubular body in the inlet and outlet portions of the tubular body to the outer diameter of the tubular body is 0.06 ÷ 0.09.

Выполнение гидравлического забойного двигателя таким образом, что обкладка из эластомера, закрепленная в трубчатом корпусе, выполнена с асимметричным расположением профиля ее поверхности с внутренними винтовыми зубьями, контактирующими с винтовыми зубьями на наружной поверхности ротора, относительно профиля ее поверхности, прилегающей к внутренним винтовыми зубьям в трубчатом корпусе, и включает первую и вторую сторону каждого винтового зуба обкладки из эластомера таким образом, что геометрия первой стороны обкладки, прилегающей к боковой поверхности внутреннего винтового зуба трубчатого корпуса, образует поверхность уплотнения с винтовыми зубьями на наружной поверхности ротора и выполнена с максимальной толщиной обкладки, а геометрия второй стороны обкладки, прилегающей к боковой поверхности упомянутого внутреннего винтового зуба трубчатого корпуса, образует поверхность нагружения и выполнена с минимальной толщиной обкладки, обеспечивает повышение усталостной выносливости, абразивной стойкости, упругости и герметичности уплотнения рабочей пары: ротор-обкладка из эластомера в трубчатом корпусе за счет предотвращения растрескивания, отслоения и вырывов кусков обкладки из эластомера в трубчатом корпусе, вследствие этого обеспечивает повышение ресурса и надежности двигателя для бурения нефтяных скважин в условиях высокой турбулентности бурового раствора, который имеет плотность до 1500 кг/м³, содержит до 2% песка и до 10% нефтепродуктов, за счет предотвращения закупорки промывочного узла бурового долота, по существу, за счет предотвращения основного отказа компоновки низа бурильной колонны при бурении скважин по причине -"резина в долоте", вследствие этого требуемый интервал скважины может быть добурен до конца, повышается наработка на отказ, обеспечиваются экономические преимущества заявляемой конструкции.Performing a hydraulic downhole motor in such a way that the lining of the elastomer, fixed in a tubular body, is made with an asymmetric arrangement of its surface profile with internal helical teeth in contact with the helical teeth on the outer surface of the rotor, relative to the profile of its surface adjacent to the internal helical teeth in the tubular enclosure, and includes the first and second sides of each helical tooth of the elastomer plate in such a way that the geometry of the first side of the plate adjacent to The inner surface of the inner screw tooth of the tubular body forms a sealing surface with helical teeth on the outer surface of the rotor and is made with the maximum thickness of the lining, and the geometry of the second side of the lining adjacent to the side surface of the said internal screw tooth of the tubular body forms the loading surface and is made with the minimum thickness lining, provides increased fatigue endurance, abrasion resistance, elasticity and tightness of the seal of the working pair: rotor-wheel adka of elastomer in the tubular body by preventing cracking, delamination and tearing pieces of electrode of elastomer in the tubular body, thereby enhances the life and reliability of the engine for the drilling of oil wells under high turbulence mud, which has a density up to 1500 kg / m ³ , contains up to 2% of sand and up to 10% of petroleum products, by preventing clogging of the drilling bit’s drilling unit, in essence, by preventing the main failure of the bottom hole assembly failure When drilling wells because of the “rubber in bit”, as a result, the required well interval can be completed completely, the time between failures is increased, and the economic advantages of the claimed design are ensured.

Выполнение гидравлического забойного двигателя таким образом, что толщина Ту первой стороны обкладки, прилегающей к боковой поверхности внутреннего винтового зуба трубчатого корпуса и образующей поверхность уплотнения с винтовыми зубьями на наружной поверхности ротора, и толщина Тн второй стороны обкладки, прилегающей к боковой поверхности упомянутого внутреннего винтового зуба трубчатого корпуса и образующей поверхность нагружения, связаны соотношением: Ту=(1,55÷1,85) Тн, обеспечивает улучшение свойств эластомера в конструкции, по существу, 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), за счет этого обеспечивается повышение ресурса и надежности гидравлического забойного двигателя в условиях высокой турбулентности бурового раствора, который имеет плотность до 1500 кг/м³, содержит до 2% песка и до 10% нефтепродуктов, за счет предотвращения закупорки промывочного узла бурового долота, по существу, за счет предотвращения основного отказа компоновки низа бурильной колонны при бурении скважин по причине - "резина в долоте", вследствие этого требуемый интервал скважины может быть добурен до конца, повышается наработка на отказ, обеспечиваются экономические преимущества заявляемой конструкции.Performing a hydraulic downhole motor in such a way that the thickness Tu of the first side of the lining adjacent to the side surface of the inner screw tooth of the tubular body and forming the seal surface with the helical teeth on the outer surface of the rotor, and the thickness Tn of the second side of the plate adjacent to the lateral surface of the said internal screw tooth tubular body and forming the loading surface, are related by the relation: Tu = (1.55 ÷ 1.85) Tn, provides an improvement in the properties of the elastomer in the structure, essentially fatigue endurance with alternating bending with rotation (GOST 10952-75), permanent deformation and fatigue endurance during repeated compression (GOST 20418-75), temperature brittleness limit (GOST 7912-74), abrasion when sliding (GOST 426-77) This ensures an increase in the resource and reliability of the hydraulic downhole motor 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 10% of oil products, by preventing blockage of the drilling unit bits, essentially by preventing the main failure of the layout of the bottom of the drill string when drilling wells due to the “rubber in the bit”, as a result, the required interval of the well can be completed completely, the mean time to failure is increased, the economic advantages of the claimed design are ensured.

Выполнение гидравлического забойного двигателя таким образом, что он содержит во входной по потоку части трубчатого корпуса пояс пониженной жесткости, характеризующийся выполнением стенки трубчатого корпуса уменьшенной толщиной, расположенным между краем внутренних винтовых зубьев трубчатого корпуса, направленных против потока, и полным последним витком внутренней резьбы во 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 трубчатого корпуса, направленных по потоку, и полным последним витком внутренней резьбы в выходной по потоку части трубчатого корпуса, при этом отношение уменьшенной толщины стенок трубчатого корпуса во входной по потоку части трубчатого корпуса, а также в выходной по потоку части трубчатого корпуса к наружному диаметру трубчатого корпуса составляет 0,06÷0,09, обеспечивает повышение точности проходки наклонных и горизонтальных скважин, повышение темпа набора параметров кривизны скважин, а также улучшение проходимости, т.е. уменьшение сопротивления и напряжений компоновки низа бурильной колонны путем изгиба корпуса двигателя при прохождении через радиусные участки ствола скважины в условиях интенсивного трения по стволу скважины, а также путем снижения вероятности образования усталостных трещин по краям корпуса при наработке ресурса.Performing a hydraulic downhole motor in such a way that it contains in the downstream part of the tubular body a belt of reduced rigidity characterized by making the wall of the tubular body of reduced thickness located between the edge of the inner helical teeth of the tubular body directed against the flow and the full last turn of the internal thread in the inlet downstream part of the tubular body, and in the downstream part of the tubular body contains a belt of low rigidity, characterized by the implementation Tanks of the tubular body of reduced thickness, located between the edge of the internal helical teeth of the tubular body, directed downstream, and a full last coil of the internal thread in the downstream part of the tubular body, the ratio of the reduced wall thickness of the tubular body to the downstream part of the tubular body, and also in the downstream part of the tubular body to the outer diameter of the tubular body is 0.06 ÷ 0.09, improves the accuracy of penetration of inclined and horizontal wells, p an increase in the rate of set of parameters of the curvature of the wells, as well as an improvement in the permeability, i.e. reducing the resistance and stresses of the bottom-hole assembly by bending the engine body as it passes through the radius of the wellbore under conditions of intense friction along the wellbore, as well as by reducing the likelihood of fatigue cracks forming at the edges of the body when the resource is reached.

Ниже представлен лучший вариант гидравлического забойного двигателя ДРУ2-172 PC для бурения направленных нефтяных скважин.Below is the best version of the hydraulic downhole motor DRU2-172 PC for drilling directional oil wells.

На фиг. 1 изображен продольный разрез двигателя, включающего ротор, установленный внутри трубчатого корпуса, содержащего входной демпфер, обкладку и выходной демпфер, все из эластомера.FIG. 1 shows a longitudinal section of an engine including a rotor mounted inside a tubular body comprising an inlet damper, a lining and an outlet damper, all of elastomer.

На фиг. 2 изображен разрез А-А на фиг. 1 поперек входной части трубчатого корпуса, входного демпфера и ротора, отношение чисел зубьев ротор-входной демпфер равно 6/7.FIG. 2 shows section A-A in FIG. 1 across the input of the tubular body, the input damper and the rotor, the ratio of the number of teeth of the rotor-input damper is 6/7.

На фиг. 3 изображен разрез Б-Б на фиг. 1 поперек трубчатого корпуса с внутренними винтовыми зубьями, обкладки из эластомера и ротора, отношение чисел зубьев ротор-обкладка равно 6/7.FIG. 3 shows a section BB in FIG. 1 across the tubular body with internal helical teeth, the lining of the elastomer and the rotor, the ratio of the number of teeth of the rotor-lining is 6/7.

На фиг. 4 изображен разрез В-В на фиг. 1 поперек выходной части трубчатого корпуса, выходного демпфера и ротора, отношение чисел зубьев ротор-выходной демпфер равно 6/7.FIG. 4 shows a section B-B in FIG. 1 across the output of the tubular body, the output damper and the rotor, the ratio of the number of teeth of the rotor-output damper is 6/7.

На фиг. 5 изображен продольный разрез трубчатого корпуса, включающего входной демпфер, обкладку и выходной демпфер, все из эластомера.FIG. 5 shows a longitudinal section of a tubular body comprising an inlet damper, a lining and an outlet damper, all of elastomer.

На фиг. 6 изображен разрез Г-Г на фиг. 5 поперек входной части трубчатого корпуса с внутренними винтовыми зубьями, число зубьев корпуса равно 7.FIG. 6 shows a section of GGD in FIG. 5 across the entrance of the tubular body with internal helical teeth, the number of teeth of the body is 7.

На фиг. 7 изображен разрез Д-Д на фиг. 5 поперек входной части трубчатого корпуса с входным демпфером, число зубьев входного демпфера равно 7.FIG. 7 shows a section DD in FIG. 5 across the inlet of the tubular body with the inlet damper, the number of teeth in the inlet damper is 7.

На фиг. 8 изображен разрез Е-Е на фиг. 5 поперек трубчатого корпуса с обкладкой из эластомера, число зубьев обкладки равно 7.FIG. 8 shows section E-E of FIG. 5 across the tubular body with an elastomer plate, the number of teeth of the plate is 7.

На фиг. 9 изображен разрез Ж-Ж на фиг. 5 поперек выходной части трубчатого корпуса с выходным демпфером, число зубьев выходного демпфера равно 7.FIG. 9 shows a section of an Ж-Ж in FIG. 5 across the output part of the tubular body with the output damper, the number of teeth of the output damper is 7.

Гидравлический забойный двигатель 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, РКТ154x6,35x1:9,6 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 марки R1 (DE), 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, 5, 6, 8.The hydraulic downhole motor comprises a tubular body 1 with an inner surface 2, made in the form of a helicoid, essentially with internal helical teeth 3, an inner conical pipe thread 6, for example, PKT154x6,35x1 : 9.6 STP 001-2007, on the edge of the fluid flow 4 of the edge 7 of the tubular body 1 there is an internal conical pipe thread 8, for example, РКТ154x6,35x1: 9,6 СТП 001-2007, and also contains fixed in the tubular body 1 an elastomer lining 9, for example, and From rubber stamps R1 (DE) adjacent to the inner surface 2 of the tubular body 1, while the lining 9 of elastomer is made with internal helical teeth 10 and coincides in shape with the internal helical teeth 3 in the tubular body 1, and the thickness 11 of the lining 9 is maximum On its teeth 10, which are radially inward, as compared with the thickness of 12 cavities 13 along the inner screw surface 14 of said lining 9, is shown in FIG. 1, 5, 6, 8.

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, 5, 6, 8.In the tubular body 1, the maximum thickness 12 of the lining 9 of elastomer along the cavities 13 of its inner screw surface 14, located at the maximum radial distance 15, is equal to half the height 16 of its internal helical teeth 10, while the minimum thickness 17 of the wall of the tubular body 1 along radially outwards the depressions 18 of its inner screw surface 2 are equal to the height 16 of the internal helical teeth 10 in the lining 9 of elastomer, shown in FIG. 1, 5, 6, 8.

Гидравлический забойный двигатель содержит во входной по потоку текучей среды 4 (бурового раствора) части 5 внутри трубчатого корпуса 1 демпферную полость 19, расположенную ниже по потоку 4 от края 20 внутренних винтовых зубьев 3 трубчатого корпуса 1, направленного против потока 4, выполненную в виде кольцевой канавки 21 (проточки) внутри трубчатого корпуса 1, примыкающей к боковым поверхностям 22 и 23 внутренних винтовых зубьев 3 трубчатого корпуса 1, образованным упомянутой кольцевой канавкой 21, изображено на фиг. 1, 2, 5.The hydraulic downhole motor contains in the downstream fluid 4 (drilling mud) part 5 inside the tubular body 1 a damper cavity 19 located downstream 4 from the edge 20 of the internal helical teeth 3 of the tubular body 1 directed upstream 4, made in the form of an annular grooves 21 (grooves) inside the tubular body 1 adjacent to the side surfaces 22 and 23 of the internal helical teeth 3 of the tubular body 1 formed by said annular groove 21 are shown in FIG. 1, 2, 5.

Обкладка 9 из эластомера содержит в упомянутой демпферной полости 19 входной демпфер 24 из эластомера с собственными внутренними винтовыми зубьями 25, примыкающими к внутренним винтовым зубьям 10 обкладки 9 из эластомера, прилегающий к поверхности демпферной полости 19, по существу, кольцевой канаки 21, внутри входной по потоку 4 части 5 трубчатого корпуса 1, с возможностью скрепления с обкладкой 9 из эластомера, а также с поверхностью демпферной полости 19, по существу, кольцевой канавки 21, и боковыми поверхностями, соответственно, 22 и 23 внутренних винтовых зубьев 3 трубчатого корпуса 1, образованными упомянутой кольцевой канавкой 21, изображено на фиг. 1, 2, 3, 4, 5.Lining 9 of elastomer contains in the above-mentioned damper cavity 19 an inlet damper 24 made of elastomer with its own internal helical teeth 25, adjacent to internal helical teeth 10 of the lining 9 of elastomer, adjacent to the surface of the damper cavity 19, essentially annular Kanaka 21, inside the flow 4 of the part 5 of the tubular body 1, with the possibility of fastening with the lining 9 of elastomer, as well as with the surface of the damper cavity 19, essentially annular grooves 21, and side surfaces, respectively, 22 and 23 internal the helical teeth 3 of the tubular body 1 formed by said annular groove 21 is shown in FIG. 1, 2, 3, 4, 5.

Ниже по потоку 4 от края 26 внутренних винтовых зубьев 3 в выходной по потоку 4 части 7 трубчатого корпуса 1 обкладка 9 из эластомера содержит выходной демпфер 27 из эластомера с собственными внутренними винтовыми зубьями 28, примыкающими к внутренним винтовым зубьям 10 обкладки 9 из эластомера, имеющий поверхность 29 (в виде кольцевой фаски) в выходной по потоку 4 части 7 трубчатого корпуса 1 с возможностью скрепления с обкладкой 9 из эластомера и внутренней поверхностью 30 выходной по потоку 4 части 7 трубчатого корпуса 1, изображено на фиг. 1, 2, 5, 9.Downstream 4 from the edge 26 of the internal helical teeth 3 into the downstream 4 part 7 of the tubular body 1, the lining 9 of elastomer comprises an output damper 27 of elastomer with its own internal helical teeth 28 adjacent to the internal helical teeth 10 of the lining 9 of elastomer The surface 29 (in the form of an annular chamfer) in the downstream 4 part 7 of the tubular body 1 can be bonded to the lining 9 of elastomer and the inner surface 30 downstream 4 of the part 7 of the tubular body 1 is shown in FIG. 1, 2, 5, 9.

Число зубьев 3 трубчатого корпуса 1 равно 7, направление зуба 3 трубчатого корпуса 1 - левое, ход винтовой линии зуба 3 трубчатого корпуса 1 равен 700 мм.The number of teeth 3 of the tubular body 1 is 7, the direction of the tooth 3 of the tubular body 1 is left, the helix direction of the tooth 3 of the tubular body 1 is 700 mm.

Ход винтовой линии каждого внутреннего винтового зуба 3 трубчатого корпуса 1 равен расстоянию по соосной поверхности между двумя положениями точки, образующей линию винтового зуба 3, соответствующими ее полному обороту вокруг центральной продольной оси 58 трубчатого корпуса 1, показано, например, в ГОСТ 16530-83, стр. 17.The helix stroke of each internal screw tooth 3 of the tubular body 1 is equal to the distance along the coaxial surface between two positions of the point forming the screw tooth line 3 corresponding to its full rotation around the central longitudinal axis 58 of the tubular body 1, shown, for example, in GOST 16530-83, page 17.

Гидравлический забойный двигатель содержит ротор 31, установленный внутри трубчатого корпуса 1, содержащего входной демпфер 24, обкладку 9 и выходной демпфер 27, все из эластомера, ротор 31 имеет винтовые зубья 32, профиль винтовых зубьев 32 сформирован на наружной поверхности 33 ротора 31, отношение чисел зубьев 32 ротора 31 к числу зубьев 25 входного демпфера 24 равно 6/7, отношение чисел зубьев 32 ротора 31 к числу зубьев 10 обкладки 9 равно 6/7, а отношение чисел зубьев 32 ротора 31 к числу зубьев 28 выходного демпфера 27 также равно 6/7, при этом вращение ротора 31 осуществляется от насосной подачи текучей среды 4 (бурового раствора), который имеет плотность до 1500 кг/м³, содержит до 2% песка и до 10% нефтепродуктов, изображено на фиг. 1, 2, 3, 4, 5.The hydraulic downhole motor includes a rotor 31 mounted inside the tubular body 1 containing the input damper 24, the lining 9 and the output damper 27, all of elastomer, the rotor 31 has helical teeth 32, the profile of the helical teeth 32 is formed on the outer surface 33 of the rotor 31, the ratio of numbers the teeth 32 of the rotor 31 to the number of teeth 25 of the input damper 24 is 6/7, the ratio of the numbers of teeth 32 of the rotor 31 to the number of teeth 10 of the plate 9 is 6/7, and the ratio of the numbers of teeth 32 of the rotor 31 to the number of teeth 28 of the output damper 27 is also 6 / 7, while the rotation of the rotor 31 from the pumping fluid supply 4 (drilling mud), which has a density of up to 1500 kg / m ³ , contains up to 2% of sand and up to 10% of oil products, is shown in FIG. 1, 2, 3, 4, 5.

Число зубьев 32 ротора 31 равно 6, направление зуба 32 ротора 31 -левое, ход винтовой линии зуба 32 ротора 31 равен 600 мм.The number of teeth 32 of the rotor 31 is 6, the direction of the tooth 32 of the rotor 31 is left, the helix stroke of the tooth 32 of the rotor 31 is equal to 600 mm.

Ход винтовой линии каждого внутреннего винтового зуба 32 ротора 31 равен расстоянию по соосной поверхности между двумя положениями точки, образующей линию винтового зуба 32, соответствующими ее полному обороту вокруг центральной продольной оси 57 ротора 31, показано, например, в ГОСТ 16530-83, стр. 17.The helix stroke of each internal screw tooth 32 of the rotor 31 is equal to the distance along the coaxial surface between the two positions of the point forming the screw tooth line 32, corresponding to its full rotation around the central longitudinal axis 57 of the rotor 31, shown, for example, in GOST 16530-83, p. 17

Твердость обкладки 9, входного демпфера 24 и выходного демпфера 27 из резины марки R1 (DE) составляет 78±3 ед. Шор А.The hardness of the plates 9, the input damper 24 and the output damper 27 made of rubber brand R1 (DE) is 78 ± 3 units. Shor A.

Кроме того, поз. 34 - перемещающиеся по потоку текучей среды 4 (бурового раствора) винтовые камеры между зубьями 32 ротора 31 и зубьями 25 входного демпфера 24 из эластомера, поз. 35 перемещающиеся по потоку текучей среды 4 изолированные винтовые камеры между зубьями 32 ротора 31 и зубьями 10 обкладки 9 из эластомера, поз. 36 - перемещающиеся по потоку текучей среды 4 винтовые камеры между зубьями 32 ротора 31 и зубьями 28 выходного демпфера 27 из эластомера, изображено на фиг. 1, 2, 3, 4.In addition, pos. 34 - moving through the flow of fluid 4 (drilling mud) screw chamber between the teeth 32 of the rotor 31 and the teeth 25 of the input damper 24 of elastomer, pos. 35 fluid flow 4 insulated screw chambers between the teeth 32 of the rotor 31 and the teeth 10 of the lining 9 of elastomer, pos. 36 — The helical chambers moving along the fluid flow 4 between the teeth 32 of the rotor 31 and the teeth 28 of the output damper 27 of elastomer are shown in FIG. 1, 2, 3, 4.

Обкладка 9 из эластомера, закрепленная в трубчатом корпусе 1, выполнена с асимметричным расположением профиля ее поверхности 37 с внутренними винтовыми зубьями 10, контактирующими с винтовыми зубьями 32 на наружной поверхности 33 ротора 31, относительно профиля ее поверхности 38, прилегающей к внутренним винтовыми зубьям 3 в трубчатом корпусе 1, и включает первую и вторую сторону, соответственно, 39 и 40 каждого винтового зуба 10 обкладки 9 из эластомера таким образом, что геометрия первой стороны 39 обкладки 9, прилегающей поверхностью 41 к боковой поверхности 42 внутреннего винтового зуба 3 трубчатого корпуса 1, образует, по существу, поверхность 39 уплотнения с винтовыми зубьями 32 на наружной поверхности 33 ротора 31 и выполнена с максимальной толщиной 43, Ту обкладки 9, а геометрия второй стороны 40 обкладки 9, прилегающей поверхностью 44 к боковой поверхности 45 упомянутого внутреннего винтового зуба 3 трубчатого корпуса 1, образует, по существу, поверхность 40 нагружения (от давления текучей среды - бурового раствора 4) и выполнена с минимальной толщиной 46, Т н обкладки 9, изображено на фиг. 1, 3, 6, 8.The cover 9 of the elastomer, mounted in a tubular body 1, is made with an asymmetric arrangement of the profile of its surface 37 with internal helical teeth 10 in contact with the helical teeth 32 on the outer surface 33 of the rotor 31, relative to the profile of its surface 38 adjacent to the internal helical teeth 3 in tubular housing 1, and includes the first and second sides, respectively, 39 and 40 of each screw tooth 10 lining 9 of elastomer in such a way that the geometry of the first side 39 of the lining 9, the adjacent surface 41 to the side surface The surface 42 of the inner screw tooth 3 of the tubular body 1 forms, essentially, a sealing surface 39 with helical teeth 32 on the outer surface 33 of the rotor 31 and is made with a maximum thickness of 43, Tu lining 9, and the geometry of the second side 40 of the lining 9, adjacent surface 44 to the side surface 45 of the said internal screw tooth 3 of the tubular body 1, forms essentially the loading surface 40 (from the pressure of the fluid — drilling mud 4) and is made with a minimum thickness of 46, T n the lining 9, is shown in FIG. 1, 3, 6, 8.

Толщина 43, Ту первой стороны 39 обкладки 9 из эластомера, прилегающей к боковой поверхности 41 внутреннего винтового зуба 3 трубчатого корпуса 1 и образующей поверхность 42 уплотнения с винтовыми зубьями 32 на наружной поверхности 33 ротора 31, и толщина 46, Тн второй стороны 40 обкладки 9 из эластомера, прилегающей к боковой поверхности 44 упомянутого внутреннего винтового зуба 3 трубчатого корпуса 1 и образующей поверхность 45 нагружения, связаны соотношением: Ту=(1,55÷1,85) Тн.Thickness 43, Tu of the first side 39 of the lining 9 of elastomer, adjacent to the side surface 41 of the inner screw tooth 3 of the tubular body 1 and forming the seal surface 42 with helical teeth 32 on the outer surface 33 of the rotor 31, and thickness 46, Tn of the second side 40 of the facing 9 from the elastomer, adjacent to the lateral surface 44 of the said inner screw tooth 3 of the tubular body 1 and forming the loading surface 45, are related by: Tu = (1.55 ÷ 1.85) Tn.

Гидравлический забойный двигатель содержит во входной по потоку 4 части 5 трубчатого корпуса 1 пояс 47 пониженной жесткости, характеризующийся выполнением стенки 48 трубчатого корпуса 1 уменьшенной толщиной 49, расположенным между ближним краем 20 внутренних винтовых зубьев 3 трубчатого корпуса 1, направленных против потока 4, и полным последним витком 50 внутренней резьбы 6 входной части 5 трубчатого корпуса 1, изображено на фиг. 1, 5.The hydraulic downhole motor contains in the downstream 4 part 5 of the tubular body 1 a belt 47 of reduced rigidity, characterized by making the wall 48 of the tubular body 1 of reduced thickness 49 located between the proximal edge 20 of the internal helical teeth 3 of the tubular body 1 directed against the flow 4 and full The last turn 50 of the internal thread 6 of the entrance part 5 of the tubular body 1 is shown in FIG. 15.

Гидравлический забойный двигатель содержит в выходной части 4 трубчатого корпуса 1 пояс 51 пониженной жесткости, характеризующийся выполнением стенки 52 трубчатого корпуса 1 уменьшенной толщиной 53, расположенным между ближним краем 26 винтовых зубьев 3 внутри трубчатого корпуса 1 и полным последним витком 54 внутренней резьбы 8 в выходной по потоку 4 части 7 трубчатого корпуса 1, изображено на фиг. 1, 5.The hydraulic downhole motor contains in the outlet part 4 of the tubular body 1 a belt 51 of reduced rigidity characterized by making the wall 52 of the tubular body 1 of reduced thickness 53 located between the proximal edge 26 of the helical teeth 3 inside the tubular body 1 and the complete last turn 54 of the internal thread 8 into the output one Flow 4 of part 7 of the tubular body 1 is shown in FIG. 15.

Отношение уменьшенной толщины 49 стенки 48 трубчатого корпуса 1 во входной по потоку 4 части 5 трубчатого корпуса 1 к наружному диаметру 55 трубчатого корпуса 1 во входной по потоку 4 части 5 трубчатого корпуса 1, а также отношение уменьшенной толщины 53 стенки 52 трубчатого корпуса 1 в выходной по потоку 4 части 7 трубчатого корпуса 1 к наружному диаметру 56 трубчатого корпуса 1 в входной по потоку 4 части 5 трубчатого корпуса 1, составляет 0,06÷0,09, изображено на фиг. 1, 5.The ratio of the reduced thickness 49 of the wall 48 of the tubular body 1 in the downstream 4 part 5 of the tubular body 1 to the outer diameter 55 of the tubular body 1 in the downstream 4 part 5 of the tubular body 1, as well as the ratio of the reduced thickness 53 of the wall 52 of the tubular body 1 to the output The flow 4 of the part 7 of the tubular body 1 to the outer diameter 56 of the tubular body 1 in the inlet flow 4 of the part 5 of the tubular body 1 is 0.06 ÷ 0.09, shown in FIG. 15.

Кроме того, поз. 57 - центральная продольная ось ротора 31, поз. 58 - центральная продольная ось обкладки 9 из эластомера, а также входного демпфера 24 из эластомера, а также выходного демпфера 27 из эластомера, закрепленных методом вулканизации эластомера (резины) внутри трубчатого корпуса 1, при этом поз. 59 - эксцентриситет ротора 31, установленного в обкладке 9 из эластомера внутри трубчатого корпуса 1, скрепленной с внутренней поверхностью трубчатого корпуса 1, а также установленного во входном демпфере 24 из эластомера, а также установленного в выходном демпфере 27 из эластомера, изображено на фиг. 1, 5, 7, 8, 9.In addition, pos. 57 - the central longitudinal axis of the rotor 31, pos. 58 - the central longitudinal axis of the lining 9 of elastomer, as well as the input damper 24 of elastomer, as well as the output damper 27 of elastomer, fixed by the method of vulcanization of the elastomer (rubber) inside the tubular body 1, while pos. 59 shows the eccentricity of the rotor 31 mounted in the lining 9 of elastomer inside the tubular body 1, bonded to the inner surface of the tubular body 1, as well as installed in the inlet damper 24 of elastomer, as well as mounted in the output damper 27 of elastomer, shown in FIG. 1, 5, 7, 8, 9.

Гидравлический забойный двигатель, в котором содержится трубчатый корпус 1 с внутренними винтовыми зубьями 2 и обкладкой 9 из эластомера, имеющей одинаковую толщину (R-Wall), а также входной и выходной демпферы, соответственно, 24 и 27 из эластомера, а также установленный внутри трубчатого корпуса 1 ротор 31 с винтовыми зубьями 32 на его наружной поверхности 33, число зубьев 32 ротора 31 на единицу меньше числа зубьев 2 трубчатого корпуса 1 и зубьев 10 обкладки 9, входит в модуль двигательной секции винтового забойного двигателя для направленного бурения нефтяных скважин, включающего карданный вал, шпиндельную секцию, регулятор угла перекоса между двигательной и шпиндельной секциями, и долото (не изображенные).The hydraulic downhole motor, which contains a tubular body 1 with internal helical teeth 2 and a lining 9 of elastomer having the same thickness (R-Wall), as well as input and output dampers, respectively, 24 and 27 of elastomer, as well as installed inside the tubular housing 1 a rotor 31 with helical teeth 32 on its outer surface 33, the number of teeth 32 of the rotor 31 is one less than the number of teeth 2 of the tubular body 1 and teeth 10 of the facing 9, is included in the module of the propulsion section of the downhole motor for directional drilling oil wells, including the drive shaft, spindle section, the skew angle adjuster between the motor and spindle sections, and the bit (not shown).

Винтовые зубья 32 на наружной поверхности 33 ротора выполняют левого вращения для осуществления левого планетарно-роторного вращения ротора 31 внутри входного демпфера 24 из эластомера во входной по потоку 4 текучей среды - бурового раствора части 5 трубчатого корпуса 1, обкладки 9 из эластомера, закрепленной в трубчатом корпусе 1, а также выходного демпфера 27 из эластомера с внутренними винтовыми зубьями 28 в выходной по потоку 4 части 7 трубчатого корпуса 1.Screw teeth 32 on the outer surface 33 of the rotor perform left rotation for the implementation of the left planetary rotary rotor 31 inside the input damper 24 of the elastomer in the input stream 4 of the fluid - drilling fluid part 5 of the tubular body 1, the plate 9 of elastomer mounted in a tubular the housing 1 and the output damper 27 of elastomer with internal helical teeth 28 in the downstream 4 part 7 of the tubular body 1.

Гидравлический забойный двигатель для бурения направленных нефтяных скважин работает следующим образом: поток бурового раствора 4 под давлением, например, 25÷35 МПа по колонне бурильных труб подается в многозаходные винтовые камеры 34 между зубьями 32 ротора 31 и зубьями 25 входного демпфера 24 из эластомера во входной по потоку текучей среды - бурового раствора 4 части 5 трубчатого корпуса 1, далее подается в многозаходные винтовые камеры 35 между зубьями 32 ротора 31 и зубьями 10 обкладки 9 из эластомера, закрепленной внутри трубчатого корпуса 1, далее подается в многозаходные винтовые камеры 36 между зубьями 32 ротора 31 и зубьями 28 выходного демпфера 27 в выходной по потоку текучей среды 4 части 7 трубчатого корпуса 1, образует область высокого давления и вращающий момент от гидравлических сил, который приводит в планетарно-роторное вращение ротор 31 внутри входного демпфера 24 из эластомера во входной по потоку 4 текучей среды - бурового раствора части 5 трубчатого корпуса 1, обкладки 9 из эластомера, закрепленной в трубчатом корпусе 1, а также выходного демпфера 27 из эластомера с внутренними винтовыми зубьями 28 в выходной по потоку 4 части 7 трубчатого корпуса 1.The hydraulic downhole motor for drilling directional oil wells works as follows: the flow of drilling fluid 4 under pressure, for example, 25 ÷ 35 MPa through the string of drill pipe is fed into multiple spiral chambers 34 between the teeth 32 of the rotor 31 and the teeth 25 of the input damper 24 from the elastomer into the input the fluid flow - drilling mud 4 of part 5 of the tubular body 1, then served in multiple screw chambers 35 between the teeth 32 of the rotor 31 and the teeth 10 of the lining 9 of elastomer fixed inside the tubular body 1, gave e is fed into multiple screw chambers 36 between rotor teeth 32 of rotor 31 and teeth of output damper 27 in fluid outlet 4 of part 7 of tubular body 1, forms a high pressure area and torque from hydraulic forces that rotor rotate in a planetary-rotor rotation 31 inside the input damper 24 of the elastomer in the input stream 4 of the fluid - the drilling fluid part 5 of the tubular body 1, the lining 9 of elastomer, fixed in the tubular body 1, and the output damper 27 of elastomer with internal helical teeth 28 in the downstream 4 part 7 of the tubular body 1.

Многозаходные винтовые камеры 34 между зубьями 32 ротора 31 и зубьями 25 входного демпфера 24 из эластомера во входной по потоку текучей среды - бурового раствора 4 части 5 трубчатого корпуса 1, многозаходные винтовые камеры 35 между зубьями 32 ротора 31 и зубьями 10 обкладки 9 из эластомера, закрепленной внутри трубчатого корпуса 1, а также многозаходные винтовые камеры 36 между зубьями 32 ротора 31 и зубьями 28 выходного демпфера 27 в выходной по потоку текучей среды 4 части 7 трубчатого корпуса 1 имеют переменный объем и периодически перемещаются по потоку текучей среды - бурового раствора 4, который имеет плотность до 1500 кг/м³, содержит до 2% песка и до 10% нефтепродуктов.Multiple screw chambers 34 between the teeth 32 of the rotor 31 and the teeth 25 of the inlet damper 24 from the elastomer into the fluid inlet - drilling mud 4 of part 5 of the tubular body 1, multiple-wave screw chambers 35 between the teeth 32 of the rotor 31 and the teeth 10 of the elastomer facing 9 9, fixed inside the tubular body 1, as well as multiple helical chambers 36 between the teeth 32 of the rotor 31 and the teeth 28 of the output damper 27 into the fluid outlet 4 of the part 7 of the tubular body 1 have a variable volume and periodically move along the flow fluid - drilling fluid 4, which has a density up to 1500 kg / m ^3, comprising up to 2% sand and 10% oil.

Планетарно-роторное вращение (левое) ротора 31 внутри входного демпфера 24 из эластомера во входной по потоку текучей среды - бурового раствора 4 части 5 трубчатого корпуса 1, внутри зубьев 10 обкладки 9 из эластомера, закрепленной внутри трубчатого корпуса 1, а также внутри зубьев 28 выходного демпфера 27 в выходной по потоку текучей среды 4 части 7 трубчатого корпуса 1 осуществляет передачу вращающего момента вправо через приводной (карданный) вал, вал шпиндельной секции, на долото, закрепленное в муфтовой резьбе вала шпиндельной секции (не изображенные), осуществляя направленное бурение скважины.Planetary rotor rotation (left) of the rotor 31 inside the inlet damper 24 of elastomer in the fluid inlet - mud 4 of part 5 of the tubular body 1, inside the teeth 10 of the facing 9 of elastomer, fixed inside the tubular body 1, as well as inside the teeth 28 the output damper 27 in the downstream fluid 4 of the part 7 of the tubular body 1 transfers the torque to the right through the drive (cardan) shaft, the shaft of the spindle section, to the bit fixed in the coupling thread of the spindle section shaft ennye), carrying out a directional well drilling.

В режиме максимальной мощности частота вращения вала шпиндельной секции и долота составляет, например, (1,8÷2,5) с^-1; момент силы на валу шпиндельной секции составляет (9÷14)кН⋅м; перепад давления (межвиткового, на зубьях обкладки из эластомера в корпуса 1) в режиме максимальной мощности составляет 17÷28 МПа; максимальная осевая нагрузка (на долото) составляет 250 кН.In the maximum power mode, the frequency of rotation of the shaft of the spindle section and the bit is, for example, (1.8 ÷ 2.5) s ^-1 ; the moment of force on the shaft of the spindle section is (9 ÷ 14) kN⋅m; the differential pressure (inter-turn, on the teeth of the lining of elastomer in the housing 1) in the mode of maximum power is 17 ÷ 28 MPa; maximum axial load (per bit) is 250 kN.

Винтовые зубья 25 входного демпфера 24 из эластомера во входной по потоку 4 текучей среды - бурового раствора части 5 трубчатого корпуса 1, винтовые зубья 10 обкладки 9 из эластомера, закрепленной внутри трубчатого корпуса 1, а также винтовые зубья 28 выходного демпфера 27 в выходной по потоку 4 текучей среды части 7 трубчатого корпуса 1 подвергаются сложной деформации и изгибу при планетарно-роторном вращении ротора 31 внутри входного демпфера 24 из эластомера во входной по потоку 4 текучей среды - бурового раствора части 5 трубчатого корпуса 1, внутри обкладки 9 из эластомера, закрепленной в трубчатом корпусе 1, а также внутри выходного демпфера 27 из эластомера с внутренними винтовыми зубьями 28 в выходной по потоку 4 части 7 трубчатого корпуса 1.The helical teeth 25 of the inlet damper 24 of elastomer in the upstream fluid 4 of the drilling fluid of part 5 of the tubular body 1, the helical teeth 10 of the facing 9 of elastomer fixed inside the tubular body 1, and also the helical teeth 28 of the outlet damper 27 in the outlet for the stream 4 fluid part 7 of the tubular body 1 is subjected to complex deformation and bending when the rotor 31 rotates in a planetary-rotary rotation inside the inlet damper 24 of the elastomer in the flow-in fluid 4 of the drilling fluid part 5 of the tubular body 1, inside plates 9 of elastomer, fixed in the tubular body 1, as well as inside the output damper 27 of elastomer with internal helical teeth 28 in the downstream 4 part 7 of the tubular body 1.

В заявляемой конструкции за счет того, обкладка 9 из эластомера, закрепленная в трубчатом корпусе 1, выполнена с асимметричным расположением профиля ее поверхности 37 с внутренними винтовыми зубьями 10, контактирующими с винтовыми зубьями 32 на наружной поверхности 33 ротора 31, относительно профиля ее поверхности 38, прилегающей к внутренним винтовыми зубьям 3 в трубчатом корпусе 1, и включает первую и вторую сторону, соответственно, 39 и 40 каждого винтового зуба 10 обкладки 9 из эластомера таким образом, что геометрия первой стороны 39 обкладки 9, прилегающей поверхностью 41 к боковой поверхности 42 внутреннего винтового зуба 3 трубчатого корпуса 1, образует, по существу, поверхность 39 уплотнения с винтовыми зубьями 32 на наружной поверхности 33 ротора 31 и выполнена с максимальной толщиной 43, Ту обкладки 9, а геометрия второй стороны 40 обкладки 9, прилегающей поверхностью 44 к боковой поверхности 45 упомянутого внутреннего винтового зуба 3 трубчатого корпуса 1, образует, по существу, поверхность 40 нагружения (от давления текучей среды - бурового раствора 4) и выполнена с минимальной толщиной 46, Тн обкладки 9, обеспечиваются зоны повышенной сдвиговой прочности, обеспечивается уменьшение градиента температур при выделении тепла внутри материала зубьев 10 в обкладке 9 из эластомера, улучшается отвод внутреннего тепла из обкладки 9 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 inventive design due to the fact, the lining 9 of elastomer, fixed in the tubular body 1, is made with an asymmetric arrangement of the profile of its surface 37 with internal helical teeth 10 in contact with the helical teeth 32 on the outer surface 33 of the rotor 31, relative to the profile of its surface 38, adjacent to the inner screw teeth 3 in the tubular body 1, and includes the first and second sides, respectively, 39 and 40 of each screw tooth 10 of the facing 9 of elastomer in such a way that the geometry of the first side 39 of the facing 9, pr and the adjacent surface 41 to the side surface 42 of the inner screw tooth 3 of the tubular body 1, forms essentially a sealing surface 39 with helical teeth 32 on the outer surface 33 of the rotor 31 and is made with a maximum thickness of 43, Tu lining 9, and the geometry of the second side 40 of the lining 9, the adjacent surface 44 to the lateral surface 45 of said internal screw tooth 3 of the tubular body 1, forms essentially a loading surface 40 (from fluid pressure — drilling mud 4) and is made with a minimum thickness of 46, n 9, high shear strength zones are provided, a temperature gradient is reduced when heat is generated inside the material of the teeth 10 in the elastomer lining 9, internal heat from the elastomer lining 9 to the fluid flow 4 inside the tubular body 1 is improved, as well as through walls tubular body 1 to the drilling fluid from the outer side of the tubular body 1 (annulus), the flow of which is directed from the bottom (from the bit) to the wellhead.

При этом повышаются упруго-прочностные 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), вследствие этого снижается вероятность растрескивания, отслоения и вырывов кусков обкладки 9 из эластомера во входной и выходной по потоку 4 части обкладки 9 из эластомера в трубчатом корпусе 1, предотвращается закупорка промывочного узла бурового долота, устраняется основной отказ компоновки низа бурильной колонны при бурении скважин по причине -"резина в долоте", вследствие этого требуемый интервал скважины может быть добурен до конца, повышается наработка на отказ, обеспечиваются экономические преимущества заявляемой конструкции.This increases the elastic-strength properties of the elastomer in the design: fatigue endurance with alternating bending with rotation (GOST 10952-75), residual deformation and fatigue endurance under repeated compression (GOST 20418-75), the temperature limit of fragility (GOST 7912-74), abrasion during sliding (GOST 426-77), as a result, the probability of cracking, detachment and tearing of pieces of the lining 9 of the elastomer in the inlet and outlet 4 of the lining of the elastomer in the tubular body 1 is reduced; full-time assembly of the drill bit, eliminated the primary failure of the BHA during drilling due to - "in the bit tires", thereby the desired wellbore interval can be doburen to the end, increases time to failure, the economic advantages provided by the inventive design.

За счет того, что толщина 43, Ту первой стороны 39 обкладки 9 из эластомера, прилегающей к боковой поверхности 41 внутреннего винтового зуба 3 трубчатого корпуса 1 и образующей поверхность 42 уплотнения с винтовыми зубьями 32 на наружной поверхности 33 ротора 31, и толщина 46, Тн второй стороны 40 обкладки 9 из эластомера, прилегающей к боковой поверхности 44 упомянутого внутреннего винтового зуба 3 трубчатого корпуса 1 и образующей поверхность 45 нагружения, связаны соотношением: Ту=(1,55÷1,85) Тн, дополнительно повышаются упруго-прочностные 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), вследствие этого снижается вероятность растрескивания, отслоения и вырывов кусков обкладки 9 из эластомера в трубчатом корпусе 1, предотвращается закупорка промывочного узла бурового долота, устраняется основной отказ компоновки низа бурильной колонны при бурении скважин по причине - "резина в долоте", вследствие этого обеспечивается повышение надежности и ресурса гидравлического забойного двигателя, в котором трубчатый корпус выполнен с винтовыми зубьями и равномерной толщиной обкладки из эластомера (R-Wall), при этом требуемый интервал скважины может быть добурен до конца, обеспечиваются экономические преимущества заявляемой конструкции.Due to the fact that the thickness 43, Tu of the first side 39 of the lining 9 of elastomer, adjacent to the side surface 41 of the inner screw tooth 3 of the tubular body 1 and forming the surface 42 of the seal with helical teeth 32 on the outer surface 33 of the rotor 31, and thickness 46, T the second side 40 of the lining 9 of elastomer, adjacent to the side surface 44 of said internal helical tooth 3 of the tubular body 1 and forming the loading surface 45, is connected by the relation: Tu = (1.55 ÷ 1.85) Tn, the elastic-strength properties of the elastic are further increased measure in design: fatigue endurance in alternating bending with rotation (GOST 10952-75), residual deformation and fatigue endurance during repeated compression (GOST 20418-75), temperature limit of brittleness (GOST 7912-74), abrasion during sliding (GOST 426- 77), as a result, the likelihood of cracking, detachment and tearing out of the elastomer lining 9 pieces in the tubular body 1 is reduced, blockage of the drilling bit of the drill bit is prevented, the main failure of the bottom hole string assembly is eliminated when drilling wells at The tread is “rubber in bit”; as a result, the reliability and service life of the hydraulic downhole motor is provided, in which the tubular body is made with helical teeth and a uniform thickness of the elastomer plate (R-Wall), while the required interval of the well can be completed to the end, economic benefits of the claimed design are provided.

За счет того, что гидравлический забойный двигатель содержит в выходной части 4 трубчатого корпуса 1 пояс 51 пониженной жесткости, характеризующийся выполнением стенки 52 трубчатого корпуса 1 уменьшенной толщиной 53, расположенным между ближним краем 26 винтовых зубьев 3 внутри трубчатого корпуса 1 и полным последним витком 54 внутренней резьбы 8 в выходной по потоку 4 части 7 трубчатого корпуса 1, при этом отношение уменьшенной толщины 49 стенки 48 трубчатого корпуса 1 во входной по потоку 4 части 5 трубчатого корпуса 1 к наружному диаметру 55 трубчатого корпуса 1 во входной по потоку 4 части 5 трубчатого корпуса 1, а также отношение уменьшенной толщины 53 стенки 52 трубчатого корпуса 1 в выходной по потоку 4 части 7 трубчатого корпуса 1 к наружному диаметру 56 трубчатого корпуса 1 в входной по потоку 4 части 5 трубчатого корпуса 1, составляет 0,06÷0,09, обеспечивается 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, 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.Due to the fact that the hydraulic downhole motor contains in the output part 4 of the tubular body 1 a belt 51 of reduced rigidity, characterized by making the wall 52 of the tubular body 1 of reduced thickness 53 located between the proximal edge 26 of the helical teeth 3 inside the tubular body 1 and the complete last turn 54 of the inner thread 8 in the downstream 4 part 7 of the tubular body 1, while the ratio of the reduced thickness 49 of the wall 48 of the tubular body 1 in the inlet 4 of the part 5 of the tubular body 1 to the outer diameter 55 of the tubular body 1 in the downstream 4 part 5 of the tubular body 1, as well as the ratio of the reduced thickness 53 of the wall 52 of the tubular body 1 to the downstream 4 part 7 of the tubular body 1 to the outer diameter 56 of the tubular body 1 in the downstream 4 part 5 of the tubular housing 1, is 0.06 ÷ 0.09, improving the accuracy of penetration of inclined and horizontal wells, increasing the rate of set of curvature parameters of the wells, as well as improving permeability, i.e. reducing the resistance and stresses in the bottom hole assembly when used in a hydraulic downhole motor by reducing the stiffness of the tubular body, which ensures bending of the tubular stator body as it passes through the radius of the borehole, having small and medium radius of 30 ÷ 300 m, under conditions of intense friction in the wellbore.

Использование гидравлического забойного двигателя повышает надежность и ресурс за счет повышения усталостной выносливости, абразивной стойкости, упругости и герметичности уплотнения рабочей пары: ротор-обкладка из эластомера в корпусе двигателя путем предотвращения растрескивания, отслоения и вырывов кусков обкладки из эластомера в корпусе, за счет этого предотвращается закупорка промывочного узла бурового долота, вследствие этого требуемый интервал скважины может быть добурен до конца, обеспечиваются экономические преимущества при направленном бурении скважин.The use of a hydraulic downhole motor improves reliability and life by increasing fatigue endurance, abrasion resistance, elasticity and tightness of the seal of the working pair: rotor-lining of elastomer in the motor housing by preventing cracking, detachment and tearing of pieces of the lining of the elastomer in the housing, thereby preventing plugging the drill bit of the drill bit, as a result, the required interval of the well can be completed completely, providing economic advantages When directional drilling.

Использование гидравлического забойного двигателя повышает также точность проходки при бурении направленных скважин, темп набора параметров кривизны скважин, а также улучшает проходимость, т.е. уменьшает сопротивления и напряжения в компоновке низа бурильной колонны за счет уменьшения жесткости корпуса, обеспечения изгиба корпуса при прохождении через радиусные интервалы ствола скважины в условиях интенсивного трения по стволу скважины, а также снижает вероятность образования усталостных трещин по краям корпуса.The use of a hydraulic downhole motor also improves the accuracy of penetration when drilling directional wells, the rate of set of parameters of the curvature of the wells, and also improves the permeability, i.e. reduces the resistance and stress in the bottom hole assembly by reducing the rigidity of the body, ensuring the body bends when passing through the radius intervals of the wellbore under conditions of intense friction along the wellbore, and also reduces the likelihood of fatigue cracks along the edges of the body.

Claims

1. A hydraulic downhole motor comprising a tubular body with internal helical teeth, on each edge of the tubular body an internal thread is made, as well as containing an elastomer plate fixed in the tubular body adjacent to the internal surface of the tubular body, the plate of elastomer is made with internal helical teeth and coincides in shape with internal helical teeth in a tubular body, and the thickness of the lining is maximum on the teeth, radially inward, and also containing the downstream part of the tubular body damping cavity located downstream from the edge of the internal helical teeth in the tubular body directed against the flow, made in the form of an annular groove inside the tubular body adjacent to the lateral surfaces of the internal helical teeth of the tubular body formed by said annular groove, and the lining of the elastomer contains in the damper cavity the input damper of elastomer with its own internal helical teeth adjacent to the internal helical teeth elastomer facing pits adjacent to the annular groove surface inside the tubular body and the side surfaces of the helical teeth inside the tubular body, formed by the annular groove, with the possibility of bonding with the elastomer plate, as well as with the annular groove inside the tubular body and side surfaces of the helical teeth inside the tubular body formed by an annular groove, while downstream from the edge of the internal helical teeth in the downstream part of the tubular body the lining of the elastomer soda neighing an elastomer output damper with its own internal helical teeth adjacent to the internal helical teeth of an elastomer plate, adjacent to the inner surface of the downstream part of the tubular body with the possibility of bonding with an elastomer plate and the inner surface of the downstream part of the tubular body, and also containing the rotor is placed in a tubular housing and includes helical teeth having a profile formed on the outer surface of the rotor, and the rotor is rotated from the pumping fluid supply, characterized in that the lining of the elastomer, fixed in a tubular body, is made with an asymmetric arrangement of its surface profile with internal helical teeth in contact with the helical teeth on the outer surface of the rotor relative to the profile of its surface adjacent to the internal screw teeth in a tubular body, and includes the first and second sides of each screw tooth of an elastomer lining in such a way that the geometry of the first side of the lining adjacent to the side The surface of the inner screw tooth of the tubular body forms a sealing surface with helical teeth on the outer surface of the rotor and is made with the maximum thickness of the plate, and the geometry of the second side of the plate adjacent to the side surface of the said internal screw tooth of the tubular body forms the loading surface and is made with the minimum thickness of the plate .

2. The hydraulic downhole motor according to Claim. 1, characterized in that the thickness Tu of the first side of the lining, adjacent to the side surface of the inner screw tooth of the tubular body and forming the sealing surface with helical teeth on the outer surface of the rotor, and the thickness Tn of the second side of the facing adjacent to the lateral surface of the said internal helical tooth of the tubular body and forming the loading surface are connected by the relation Tu = (1.55 ÷ 1.85) Tn.

3. The hydraulic downhole motor according to claim 1, characterized in that it comprises a lower stiffness belt in the inlet of the tubular body, characterized by making the wall of the tubular body of reduced thickness, located between the proximal edge of the helical teeth inside the tubular body and the full last turn of the internal thread the output part of the tubular body contains a belt of reduced rigidity, characterized by the execution of the wall of the tubular body of reduced thickness, located between the proximal edge of the helical teeth in the inside of the tubular body and the complete last turn of the internal thread, while the ratio of the reduced wall thickness of the tubular body in the inlet and outlet portions of the tubular body to the outer diameter of the tubular body is 0.06 ÷ 0.09.