RU2723807C1

RU2723807C1 - Downhole motor gearbox

Info

Publication number: RU2723807C1
Application number: RU2019103180A
Authority: RU
Inventors: Олег Михайлович Перельман; Владимир Геннадьевич Мингараев; Алексей Юрьевич Коротаев; Анатолий Васильевич Сергиенко; Александр Сергеевич Фадейкин; Юрий Валентинович Данченко; Ольга Владимировна Князева
Original assignee: ООО "Новобур"
Priority date: 2019-02-05
Filing date: 2019-02-05
Publication date: 2020-06-17

Abstract

FIELD: machine building.SUBSTANCE: invention relates to electric drilling equipment, namely to gearboxes for transfer of rotation from electric motor to bit. Reduction gear of downhole motor has housing, drive shaft, which gear rims of which with right and left directions of inclination of teeth form rows of engagement with satellites and crown wheels, having right and left directions of inclination of teeth, carrier and spacer sleeves. Crown wheels and remote bushings are equipped with lengthwise projections facing the surface housing and are fixed to each other by means of pins mounted in projections. On the outside on the longitudinal protrusions there are slots forming a solid channel, in which current-conducting strands are laid.EFFECT: broader functional capabilities of the reduction gear for use in the electric drill due to the conductive conductors in it.1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к электробуровой технике, а именно к редукторам для передачи вращения от забойного двигателя к долоту, а более конкретно к тем из них, которые совместимы с электродвигателем.The invention relates to electric drilling equipment, namely, gearboxes for transmitting rotation from a downhole motor to a bit, and more particularly to those that are compatible with an electric motor.

В патентной литературе широко представлены конструкции редукторов забойных двигателей.Design literature for downhole gear motors is widely represented in the patent literature.

Известен редуктор забойного двигателя, содержащий корпус, понижающую передачу, размещенную в маслонаполненной камере, систему маслозащиты с уплотнениями, ведущий и ведомый валы, установленные на двух опорах, которые со стороны передачи выполнены сферическими, а с другой стороны представляют радиальные подшипники скольжения, связанные с корпусом через упругие элементы (А. с. №977668 СССР Е21В 4/00, 1982).A downhole motor gearbox is known, comprising a housing lowering a gear located in an oil-filled chamber, an oil shielding system with seals, drive and driven shafts mounted on two bearings, which are spherical on the transmission side and, on the other hand, represent radial plain bearings associated with the housing through elastic elements (A. p. No. 977668 of the USSR Е21В 4/00, 1982).

Кроме того, известен редуктор забойного двигателя, содержащий солнечное и коронное колеса, водило и сателлиты, расположенные группами в кольцевом пространстве между вышеназванными колесами на минимально возможном расстоянии между осями смежных сателлитов в группе (А. с. №943384 СССР, Е21В 4/00, 1982).In addition, a downhole motor gearbox is known that contains the sun and crown wheels, carrier and satellites located in groups in the annular space between the above wheels at the minimum possible distance between the axes of adjacent satellites in the group (A. p. No. 943384 of the USSR, Е21В 4/00, 1982).

Помимо этого известен редуктор забойного двигателя, содержащий солнечное и коронное колеса, водило с радиальными пазами и сателлиты с опорами во вкладышах, установленных в радиальных пазах водила, причем сопряженные с вкладышами поверхности водила имеют цилиндрическую форму, а их оси перпендикулярны оси редуктора (А. с. №943385 СССР, Е21В 4/00, 1982).In addition, a downhole motor gearbox is known that contains the solar and corona wheels, a carrier with radial grooves and satellites with bearings in the liners installed in the radial grooves of the carrier, and the surfaces of the carrier mating with the bushings are cylindrical, and their axes are perpendicular to the axis of the gearbox (A. with No. 943385 USSR, ЕВВ 4/00, 1982).

Также известен редуктор забойного двигателя с планетарной передачей, в которой шестерни сателлитов выполнены коническими, опорами сателлитов служат шариковые подшипники, ведомый вал и ведущая шестерня имеют центральный канал для протока буровой жидкости, а в нижней части установлена опорная пята (А. с. СССР №123486, класс 5а 14/20, 1959).Also known is a downhole motor gearbox with a planetary gear in which the gears of the satellites are made of bevel, the bearings of the satellites are ball bearings, the driven shaft and the drive gear have a central channel for the flow of drilling fluid, and a support heel is installed in the lower part (A. s. USSR No. 123486 class 5a 14/20, 1959).

Известен редуктор забойного двигателя, содержащий маслонаполненный корпус, ведущий вал с опорным узлом, редуцирующий узел, ведомый вал с опорным узлом, радиальную опору с ниппелем, полость для протока буровой жидкости внутри ведущего и ведомого валов, систему смазки и уплотнений с поршневым компенсатором, торцевыми сальниками, каналами для подвода буровой жидкости к компенсатору и сальникам и отверстие с пробкой и обратным клапаном для заправки смазки, выполненное в нижней части ниппеля и гидравлически сообщенное каналами с маслонаполненной камерой (Пат. №2021462 РФ, Е21В 4/00, 1994).A downhole motor gearbox is known, comprising an oil-filled housing, a drive shaft with a support assembly, a reducing assembly, a driven shaft with a support assembly, a radial support with a nipple, a cavity for drilling fluid flow inside the drive and driven shafts, a lubrication system and seals with a piston compensator, end seals , channels for supplying drilling fluid to the compensator and gaskets and a hole with a plug and a check valve for lubricating the lubricant, made in the lower part of the nipple and hydraulically connected by channels with an oil-filled chamber (US Pat. No. 2021462 RF, Е21В 4/00, 1994).

И, наконец, известен редуктор забойного двигателя, содержащий корпус, маслонаполненную камеру, двухступенчатую планетарную передачу с шариковым зацеплением, включающую ведущий и ведомый валы и водило с центральным промывочным каналом и уплотнением между их контактирующими поверхностями, систему маслозащиты с уплотнениями, верхние сферические подшипники, радиальные резинометаллические опоры и уплотнения для установки валов (Пат. №2039184 РФ, Е21В 4/00, 1995).And finally, a downhole motor gearbox is known, comprising a housing, an oil-filled chamber, a two-stage planetary gear with ball gear, including drive and driven shafts and a carrier with a central flushing channel and a seal between their contacting surfaces, an oil protection system with seals, upper spherical bearings, radial rubber-metal bearings and seals for installing shafts (Pat. No. 2039184 of the Russian Federation, ЕВВ 4/00, 1995).

Недостатками перечисленных редукторов забойных двигателей являются их ограниченные функциональные возможности, исключающие передачу через них электропитания на регулируемый роторный отклонитель, управляющий движением долота при бурении скважины с помощью электробура.The disadvantages of these downhole gear motors are their limited functionality, eliminating the transmission of power through them to an adjustable rotary diverter that controls the movement of the bit when drilling a well using an electric drill.

Наибольшее число общих признаков с заявляемым имеет принятый за прототип редуктор забойного двигателя с четным числом рядов зацепления, включающий корпус, ведущий вал с зубчатыми венцами с правым и левым направлениями наклона зубьев, сателлиты и коронные колеса с правым и левым направлениями наклона зубьев, у которой зубчатые венцы ведущего вала, сателлитов и коронных колес образуют ряды зацепления, охватываемые одним водилом, и дистанционные втулки, при этом зубчатые венцы ведущего вала с правым направлением наклона зубьев расположены в одной группе, а зубчатые венцы ведущего вала с левым направлением наклона зубьев расположены в другой группе (Пат. №2407878 РФ, Е21В 4/02, 2010).The greatest number of common features with the claimed one has a downhole motor gearbox adopted for the prototype with an even number of gearing rows, including a housing, a drive shaft with gears with right and left tooth tilt directions, satellites and ring wheels with right and left tooth tilt directions, in which gear the crowns of the drive shaft, satellites and crown wheels form rows of engagement, covered by one carrier, and distance bushings, while the gear crowns of the drive shaft with the right tooth inclination are located in one group, and the gear crowns of the drive shaft with the left tooth inclination are in the other group (Pat. No. 2407878 of the Russian Federation, ЕВВ 4/02, 2010).

Недостатком принятого за прототип редуктора забойного двигателя является возможный проворот в нем коронных колес и дистанционных втулок относительно друг друга, что исключает возможность прокладки через них электропроводов, без которых невозможно использование редуктора в составе электробура.The disadvantage of the downhole motor gearbox adopted for the prototype is the possible rotation of the crown wheels and spacer bushings in it relative to each other, which eliminates the possibility of laying electrical wires through them, without which it is impossible to use the gearbox as part of the electric drill.

Задачей настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей редуктора за счет обеспечения возможности передачи через него электропитания на регулируемый роторный отклонитель и обратных сигналов на поверхность о технологических параметрах электробурения.The objective of the present invention is to expand the functionality of the gearbox by providing the ability to transmit power through it to an adjustable rotary diverter and feedback signals to the surface about the technological parameters of electric drilling.

Поставленная задача решается тем, что в редукторе забойного двигателя, имеющем корпус, ведущий вал, зубчатые венцы на валу с правым и левым направлениями наклона зубьев, образующие ряды зацепления с сателлитами и коронными колесами, которые имеют правое и левое направление наклона зубьев, водило, охватывающее ряды зацепления, и дистанционные втулки между коронными колесами, согласно изобретению, коронные колеса и дистанционные втулки снабжены на обращенной к корпусу поверхности продольными выступами и скреплены между собой с помощью вмонтированных в выступы штифтов, при этом снаружи на выступах выполнены пазы, образующие сплошной канал, в котором уложены токопроводящие жилы.The problem is solved in that in the downhole motor gearbox having a housing, a drive shaft, gear rims on the shaft with right and left teeth tilting directions, forming rows of gears with satellites and crown wheels, which have a right and left teeth tilting direction, drove, covering gearing rows and spacer bushings between the crown wheels according to the invention, the sprocket wheels and spacer bushings are provided with longitudinal projections on the surface facing the housing and fastened to each other by means of pins mounted in the protrusions, with grooves forming a continuous channel being formed on the protrusions outside which laid conductive wires.

На фиг. 1 схематично изображен заявляемый редуктор забойного двигателя; на фиг. 2 - сечение А-А фиг. 1; на фиг. 3 - сечение вид Б фиг. 2.In FIG. 1 schematically shows the inventive gear downhole motor; in FIG. 2 is a section AA of FIG. 1; in FIG. 3 is a section view B of FIG. 2.

Редуктор забойного двигателя содержит корпус 1, ведущий вал 2 с двумя группами зубчатых венцов с правым и левым направлением наклона зубьев 3, 4 (по два венца в каждой группе), сателлиты с левым и правым направлением наклона зубьев 5, 6, коронные колеса с левым и правым направлением наклона зубьев 7, 8, дистанционные втулки 9 и водило 10 (фиг. 1). Сателлиты 5, 6 размещены на осях 17, закрепленных в водиле 10. Зубчатые венцы 3, 4 образуют ряды зацепления с сателлитами 5, 6, входящими в зацепление с коронными колесами 7, 8. Равное число рядов зацепления с левым и правым направлением наклона зубьев обеспечивает самоустановку ведущего вала 2 посредством перемещения вдоль оси. Коронные колеса 7, 8 и дистанционные втулки 9 снабжены на обращенной к корпусу поверхности продольными выступами 11(фиг. 2, 3). В торцах выступов 11 просверлены глухие отверстия, в которые вмонтированы штифты 12, соединяющие соседние коронные колеса 7, 8 и дистанционные втулки 9 для предотвращения их углового смещения (фиг. 1, 3). За счет продольных выступов 11 между внутренней поверхностью корпуса 1 и наружной поверхностью коронных колес 7, 8 и дистанционных втулок 9 образуются полости 13 в виде сектора кольца, предназначенные для циркуляции промывочной жидкости вдоль редуктора (фиг. 1, 2). Снаружи по длине продольных выступов 11 выполнены пазы 14, создающие сплошной канал 15, в котором уложены токопроводящие жилы 16. Благодаря штифтам 12 обеспечивается прямолинейность сплошного канала 15 и целостность токопроводящих жил 16. Свободное пространство 18, ограниченное снаружи коронными колесами 7, 8 и дистанционными втулками 10, заполнено маслом (фиг. 2).The downhole motor gearbox comprises a housing 1, a drive shaft 2 with two groups of gears with right and left teeth tilting 3, 4 (two crowns in each group), satellites with left and right teeth tilting 5, 6, crown wheels with left and the right direction of inclination of the teeth 7, 8, the spacer sleeve 9 and the carrier 10 (Fig. 1). Satellites 5, 6 are located on the axes 17, mounted in the carrier 10. The gears 3, 4 form rows of gears with satellites 5, 6, which mesh with the crown wheels 7, 8. An equal number of gear rows with left and right teeth tilt provides self-alignment of the drive shaft 2 by moving along the axis. Crown wheels 7, 8 and spacer bushings 9 are provided with longitudinal projections 11 facing the housing surface (Figs. 2, 3). At the ends of the protrusions 11, blind holes were drilled into which pins 12 are mounted connecting the adjacent crown wheels 7, 8 and the spacer sleeves 9 to prevent their angular displacement (Figs. 1, 3). Due to the longitudinal protrusions 11 between the inner surface of the housing 1 and the outer surface of the crown wheels 7, 8 and the spacer sleeves 9, cavities 13 are formed in the form of a ring sector, designed to circulate the flushing fluid along the gearbox (Fig. 1, 2). Outside, along the length of the longitudinal protrusions 11, grooves 14 are made, creating a continuous channel 15 in which the conductive conductors 16 are laid. Thanks to the pins 12, the straightness of the continuous channel 15 and the integrity of the conductive conductors 16 are ensured. Free space 18 is limited externally by the crown wheels 7, 8 and spacers 10 is filled with oil (FIG. 2).

Заявляемый редуктор забойного двигателя работает следующим образом. Вращение от вала электродвигателя (не показан) сообщается через муфту ведущему валу 2 редуктора (фиг. 1). Установленные на ведущем валу 2 зубчатые венцы 3, 4 взаимодействуют с сателлитами 5, 6, которые при этом приводятся во вращение относительно осей 17 и синхронно входят в зацепление с неподвижными коронными колесами 7, 8. От сателлитов 5, 6 вращение передается водилу 10, а от водила к ведомому валу (не показан). За счет заполнения свободного пространства 18 маслом взаимодействующие между собой зубчатые колеса 3, 4, 5, 6, 7 и 8 непрерывно смазываются, что предотвращает их износ и повышает надежность работы. От ведомого вала вращение передается к валу регулируемого роторного отклонителя (не показан) и далее - к буровому долоту. Одновременно по полостям 13 редуктора течет буровой раствор, который проходит далее через регулируемый роторный отклонитель в долото и вращает его. При надобности часть потока бурового раствора приводит в действие механизм, управляющий положением бурового долота. По токопроводящим жилам 16, проложенным в сплошном канале 15 внутри коронных колес 7, 8 и дистанционных втулок 9, подается электропитание на исполнительные элементы регулируемого роторного отклонителя. По этим же жилам 16 осуществляется в реальном масштабе времени передача от наддолотного электронного блока на поверхность данных по оборотам долота, осевой нагрузке на долото и уровню вибрации. Благодаря заявляемому редуктору, функционирующему в составе электробура между электродвигателем и регулируемым роторным отклонителем, повышается качество бурения скважин.The inventive gear downhole motor operates as follows. The rotation from the motor shaft (not shown) is communicated through the clutch to the drive shaft 2 of the gearbox (Fig. 1). The gear crowns 3, 4 mounted on the drive shaft 2 interact with the satellites 5, 6, which in this case are rotated relative to the axes 17 and synchronously engage with the stationary crown wheels 7, 8. From the satellites 5, 6, the rotation is transmitted to the carrier 10, and from the carrier to the driven shaft (not shown). By filling the free space 18 with oil, the interacting gears 3, 4, 5, 6, 7 and 8 are continuously lubricated, which prevents their wear and increases reliability. From the driven shaft, rotation is transmitted to the shaft of the adjustable rotor deflector (not shown) and then to the drill bit. At the same time, drilling fluid flows through the cavities 13 of the gearbox, which then passes through an adjustable rotary diverter into the bit and rotates it. If necessary, part of the mud flow drives a mechanism that controls the position of the drill bit. The conductive cores 16, laid in a continuous channel 15 inside the crown wheels 7, 8 and spacer sleeves 9, are supplied with power to the actuators of the adjustable rotor deflector. For the same cores 16, real-time transmission of data from the bitwise electronic block to the surface of the bit speed, axial load on the bit and vibration level is carried out. Thanks to the inventive gearbox, which operates as part of the electric drill between the electric motor and the adjustable rotary deflector, the quality of well drilling is improved.

Claims

A downhole motor gearbox having a housing, a drive shaft, gears on a shaft with right and left teeth tilting, forming gearing rows with satellites and crown wheels, which have right and left tilting gears, a carrier that engages the gearing rows, and spacers between crown wheels, characterized in that the crown wheels and spacer sleeves are provided with longitudinal projections on the surface facing the housing and fastened to each other by pins mounted on the projections, while grooves are formed on the longitudinal projections outside, forming a continuous channel in which conductive conductors are laid.