RU2723803C2

RU2723803C2 - Downhole motor gearbox

Info

Publication number: RU2723803C2
Application number: RU2018120092A
Authority: RU
Inventors: Олег Михайлович Перельман; Анатолий Васильевич Сергиенко; Дмитрий Сергеевич Селивёрстов; Юрий Валентинович Данченко
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Новобур"
Priority date: 2018-05-30
Filing date: 2018-05-30
Publication date: 2020-06-17
Also published as: RU2018120092A; RU2018120092A3

Abstract

FIELD: soil or rock drilling; mining.SUBSTANCE: invention relates to well drilling equipment, namely to downhole motors gearboxes. Reduction gear of downhole motor includes housing, driving and driven shafts with central channel, support units of shafts, reducing unit, piston compensator, end glands and adapters. Said case has outer lengthwise grooves accommodating conductive strands and is surrounded by composite protective casing formed by shell and plates respectively in upper and lower parts of casing. Adapters have axial orifices through which ends of conductive strands are brought out.EFFECT: broader functional capabilities of the reduction gear in the electric drill and improved quality of well drilling.1 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к технике для бурения скважин с применением забойного двигателя, а именно к устройствам для передачи вращения от забойного двигателя к долоту.The invention relates to techniques for drilling wells using a downhole motor, and in particular to devices for transmitting rotation from a downhole motor to a bit.

На практике для этой цели широко применяются редукторы с планетарной передачей, которые обеспечивают передачу большого крутящего момента, изменяющийся в широких пределах коэффициент передачи числа оборотов и высокий коэффициент полезного действия.In practice, planetary gearboxes are widely used for this purpose, which provide a high torque transmission, a variable speed gear ratio and a high efficiency.

Известен планетарный редуктор, содержащий заполненный маслом корпус, в котором жестко установлено зубчатое коронное колесо, водило с размещенными по его периферии сателлитами, взаимодействующими с коронным колесом, вал с солнечным колесом, которое взаимодействует с сателлитами, и выходной вал (Пат. на ПМ №138882 РФ, Е21В 19/06, 2014).A known planetary gearbox containing an oil-filled housing in which a gear ring gear is rigidly mounted, a carrier with satellites arranged at its periphery interacting with the crown wheel, a shaft with a sun wheel that interacts with the satellites, and an output shaft (Pat. PM No. 138882 RF, Е21В 19/06, 2014).

Известен также редуктор забойного двигателя, содержащий солнечное и коронное колеса, водило с радиальными пазами и сателлиты с упорами, размещенными во вкладышах, которые установлены в радиальных пазах водила, причем сопряженные с вкладышами поверхности водила имеют форму цилиндрических поверхностей, оси которых перпендикулярны оси редуктора (А.с. №943385 СССР, Е21В 4/00, 1982).A downhole motor gearbox is also known, comprising a sun and a crown wheel, a carrier with radial grooves and satellites with stops placed in the bushings that are installed in the radial grooves of the carrier, and the surfaces of the carrier mating with the bushings have the form of cylindrical surfaces whose axes are perpendicular to the axis of the gearbox (A S. p. No. 943385 of the USSR, Е21В 4/00, 1982).

Кроме того, известен редуктор забойного двигателя, содержащий солнечное колесо, коронное колесо, водило и сателлиты, расположенные группами в кольцевом пространстве между колесами на минимально возможном расстоянии между осями в группе (А.с. №943385 СССР, Е21В 4/00, 1982).In addition, a downhole motor gearbox is known, comprising a sun wheel, a crown wheel, a carrier, and satellites arranged in groups in the annular space between the wheels at the minimum possible distance between the axles in the group (AS No. 943385 USSR, Е21В 4/00, 1982) .

Наряду с перечисленными редукторами с цилиндрическими зубчатыми колесами применяются редукторы с коническими зубчатыми колесами.Along with the listed gearboxes with spur gears, gearboxes with bevel gears are also used.

Так, известен редуктор забойного двигателя с планетарной передачей, в которой шестерни сателлитов выполнены коническими, опорами сателлитов служат шариковые подшипники, а ведомый вал имеет центральный канал (А.с. СССР №123486, класс 5а 14/20). Помимо него известен редуктор забойного двигателя с косозубой зубчатой планетарной передачей с четырьмя или более рядами зацепления, имеющей ведущий вал с зубчатыми венцами с правым и левым направлениями наклона зубьев в разных рядах, образующими с зубчатыми венцами сателлитов и коронных колес ряды зацепления, охватываемые одним водилом (Пат. №2407878 РФ, Е21В 4/02, 2010).So, a downhole motor gearbox with a planetary gear is known, in which the gears of the satellites are made of bevel, the bearings of the satellites are ball bearings, and the driven shaft has a central channel (AS USSR No. 123486, class 5a 14/20). In addition to it, a downhole motor gearbox with a helical gear planetary gear with four or more rows of gears is known, which has a drive shaft with gears with right and left tilt directions in different rows, forming gears with gears of satellites and crown wheels, covered by one carrier ( Pat. No. 2407878 of the Russian Federation, ЕВВ 4/02, 2010).

Наибольшее число общих признаков с заявляемым имеет принятый за прототип редуктор забойного двигателя, содержащий маслонаполненный корпус с отверстием и обратным клапаном, ведущий и ведомый вал с центральным каналом, опорные узлы валов, редуцирующий узел, поршневой компенсатор, торцевые сальники и переводники (Пат. №2021462 РФ, Е21В 4/00, 1994).The greatest number of common features with the claimed has a downhole motor gearbox adopted as a prototype, comprising an oil-filled housing with an aperture and a check valve, a drive and a driven shaft with a central channel, shaft support units, a reducing unit, a piston compensator, end seals and adapters (Pat. No. 2021462 RF, Е21В 4/00, 1994).

Общим недостатком рассмотренных редукторов забойных двигателей, в том числе принятого за прототип, является отсутствие в них токопроводящих жил, которые необходимы при использовании редуктора в составе электробура для подачи электропитания от электродвигателя к регулируемому роторному отклонителю с наддолотным электронным блоком и передачи на поверхность геофизических и технологических параметров процесса электробурения.A common drawback of the considered downhole gear motors, including those adopted as a prototype, is the absence of conductive cores in them, which are necessary when using the gear as part of the electric drill to supply power from the electric motor to an adjustable rotary diverter with an above-bit electronic unit and transmit geophysical and technological parameters to the surface electric drilling process.

Задачей настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей редуктора забойного двигателя для улучшения качества бурения скважин.The objective of the present invention is to expand the functionality of the gear of the downhole motor to improve the quality of well drilling.

Поставленная задача решается тем, что в редукторе забойного двигателя, содержащем маслонаполненный корпус с отверстием и обратным клапаном, ведущий и ведомый вал с центральным каналом, опорные узлы валов, редуцирующий узел, поршневой компенсатор, торцевые сальники и переводники,The problem is solved in that in the downhole motor gearbox, which contains an oil-filled casing with a hole and a check valve, a drive and output shaft with a central channel, shaft support units, a reducing unit, a piston compensator, end seals and adapters,

согласно изобретению, корпус выполнен с наружными продольными пазами, в которых размещены токопроводящие жилы, и окружен составным защитным кожухом, при этом в переводниках выполнены осевые отверстия, через которые выведены концы токопроводящих жил.according to the invention, the housing is made with external longitudinal grooves in which the conductive conductors are located, and is surrounded by a composite protective casing, while axial holes are made in the sub, through which the ends of the conductive conductors are brought out.

Составной защитный кожух, перекрывающий продольные пазы, образован обечайкой в верхней части корпуса и пластинами в его нижней части.A composite protective cover overlapping the longitudinal grooves is formed by a shell in the upper part of the housing and plates in its lower part.

На фиг. 1 схематично изображен заявляемый редуктор забойного электродвигателя, поделенный для лучшего понимания на две части; на фиг. 2, 3 и 4 - сечения А-А, Б-Б и В-В фиг. 1; на фиг. 5 - редуцирующий узел фиг. 1.In FIG. 1 schematically depicts the inventive downhole motor gearbox, divided into two parts for better understanding; in FIG. 2, 3 and 4 are sections A-A, B-B and B-C of FIG. 1; in FIG. 5 - reducing unit of FIG. 1.

Редуктор забойного двигателя содержит корпус 1, герметично соединенные между собой ведущий 2 и ведомый валы 3 с центральным каналом 4, установленные в опорных узлах 5 и 6, поршневой компенсатор 7, торцовые сальники 8, 9 и редуцирующий узел (фиг. 1, 5). На корпусе 1 проточены наружные продольные пазы 11, в которые уложены токопроводящие жилы 12 (фиг. 2, 3 и 4). Для предупреждения повреждения жил 12 к корпусу 1 присоединен с помощью винтов и сварки составной защитный кожух, представляющий собой обечайку 13 в верхней, то есть расположенной ближе к наземной поверхности части корпуса (фиг. 4), и пластины 14 в нижней части корпуса (фиг. 2, 3). В переводниках 15 выполнены осевые отверстия 16, через которые выведены концы токопроводящих жил 12 для соединения с электродвигателем вверху и с регулируемым роторным отклонителем внизу, оснащенным наддолотным электронным блоком (не показаны). Корпус 1 заполнен маслом через отверстие 17 и снабжен обратным клапаном 18.The downhole motor reducer comprises a housing 1, the drive 2 and the driven shafts 3 with the central channel 4 hermetically connected to each other, installed in the support nodes 5 and 6, the piston compensator 7, the end seals 8, 9 and the reducing unit (Figs. 1, 5). On the housing 1, outer longitudinal grooves 11 are grooved, in which conductive conductors 12 are laid (Figs. 2, 3, and 4). To prevent damage to the cores 12, a composite protective casing is attached to the housing 1 by screws and welding, which is a shell 13 in the upper part, that is, located closer to the ground surface of the casing part (Fig. 4), and a plate 14 in the lower part of the casing (Fig. 2, 3). In the sub 15, axial holes 16 are made, through which the ends of the conductive conductors 12 are led out for connection with an electric motor at the top and with an adjustable rotary diverter at the bottom, equipped with an over-bit electronic unit (not shown). The housing 1 is filled with oil through the hole 17 and is equipped with a check valve 18.

В качестве редуцирующего узла применена планетарная передача с двумя рядами зацепления, содержащая солнечное зубчатое колесо 19 на ведущем валу 2, жестко установленное в корпусе 1 зубчатое коронное колесо 20, водило 21, фиксирующее оси 22 двух рядов шестерен - сателлитов 23 и взаимодействующее с ведомым валом 3. Муфта 24 соединяет вал электродвигателя (не показан) с ведущим валом 2 редуцирующего узла. Специалисту в данной области должно быть понятно, что конструкция редуцирующего узла может отличаться от описанной выше и сама по себе не является предметом заявляемого технического решения.As a reducing unit, a planetary gear with two rows of gears was used, containing a sun gear 19 on the drive shaft 2, a ring gear 20 rigidly mounted in the housing 1, carrier 21, fixing the axes 22 of two rows of gears - satellites 23 and interacting with the driven shaft 3 Clutch 24 connects the motor shaft (not shown) to the drive shaft 2 of the reducing unit. Specialist in this field should be clear that the design of the reducing unit may differ from that described above and in itself is not the subject of the claimed technical solution.

При бурении редуктор встраивается между электродвигателем и регулируемым роторным отклонителем и присоединяется к ним посредством переводников 15, при этом концы токопроводящих жил 12 вставляются в колодки штепсельных разъемов (не показаны) названных устройств.When drilling, the gearbox is built in between the electric motor and the adjustable rotary deflector and connected to them by means of sub 15, while the ends of the conductive cores 12 are inserted into the connector blocks (not shown) of the above devices.

Заявляемый редуктор забойного двигателя работает следующим образом. Вращение от вала электродвигателя сообщается через муфту 24 ведущему валу 2 редуктора. Установленное на ведущем валу 2 солнечное зубчатое колесо 19 взаимодействует с шестернями - сателлитами 23, размещенными на осях 22, которые закреплены в водиле 21 (фиг. 1, 5). В результате шестерни - сателлиты 23 приводятся во вращение относительно осей 22 и синхронно входят в зацепление с неподвижным зубчатым коронным колесом 20. От шестерен - сателлитов 23 вращение передается на водило 21, от него - к ведомому валу 3. За счет заполнения корпуса 1 маслом происходит непрерывная смазка взаимодействующих зубчатых колес, что предотвращает их износ и повышает надежность работы редуцирующего узла и редуктора в целом. Отношение частоты вращения ведомого вала 3 к частоте вращения ведущего вала 2 зависит от соотношения числа зубьев на шестернях-сателлитах 23 и коронном колесе 20. От ведомого вала 3 вращение передается к валу регулируемого роторного отклонителя и далее - к буровому долоту. Одновременно с вращением ведущего 2 и ведомого валов 3 по их центральному каналу 4 движется буровой раствор, попадающий затем в регулируемый роторный отклонитель. В нем часть потока бурового раствора приводит в действие механизм, управляющий положением бурового долота, а основной поток бурового раствора попадает в долото и вращает его (не показано). По токопроводящим жилам 12, проложенным снаружи корпуса 1 редуктора, подается электропитание на исполнительные элементы регулируемого роторного отклонителя; эти же жилы 12 служат каналами для передачи от наддолотного электронного блока на поверхность в реальном масштабе времени таких технологических параметров, как обороты долота, осевая нагрузка на долото, уровень вибрации. Благодаря заявляемому редуктору забойного электродвигателя повышается качество бурения скважин.The inventive gear downhole motor operates as follows. Rotation from the motor shaft is communicated through the clutch 24 to the drive shaft 2 of the gearbox. The sun gear 19 mounted on the drive shaft 2 interacts with the gears - satellites 23 located on the axles 22, which are fixed in the carrier 21 (Fig. 1, 5). As a result, the gears - satellites 23 are rotated relative to the axles 22 and synchronously engage with the stationary gear ring gear 20. From the gears - satellites 23, the rotation is transmitted to the carrier 21, from it to the driven shaft 3. By filling the housing 1 with oil continuous lubrication of interacting gears, which prevents their wear and increases the reliability of the reducing unit and the gearbox as a whole. The ratio of the rotational speed of the driven shaft 3 to the rotational speed of the drive shaft 2 depends on the ratio of the number of teeth on the gears-satellites 23 and the crown wheel 20. From the driven shaft 3, the rotation is transmitted to the shaft of the adjustable rotor deflector and then to the drill bit. Simultaneously with the rotation of the driving 2 and driven shafts 3, drilling fluid moves along their central channel 4, which then enters the adjustable rotary deflector. In it, part of the drilling fluid stream drives the mechanism that controls the position of the drill bit, and the main drilling fluid stream enters the bit and rotates it (not shown). On conductive cores 12, laid outside the housing 1 of the gearbox, power is supplied to the actuators of the adjustable rotor diverter; the same cores 12 serve as channels for transmitting from the above-bit electronic unit to the surface in real time such technological parameters as bit revolutions, axial load on the bit, vibration level. Thanks to the inventive gear downhole motor increases the quality of drilling.

Claims

1. The downhole motor gearbox, comprising an oil-filled housing with an opening and a check valve, driving and driven shafts with a central channel, shaft support units, a reducing unit, a piston compensator, end seals and adapters, characterized in that the housing is made with external longitudinal grooves, in which conductive conductors are placed, and is surrounded by a composite protective casing, while axial holes are made in the sub, through which the ends of the conductive conductors are brought out.

2. The downhole motor gearbox according to claim 1, characterized in that the composite protective casing overlapping the longitudinal grooves is formed by a shell in the upper part of the body and plates in its lower part.