RU2732322C1 - Oscillator for a drill string - Google Patents
Oscillator for a drill string Download PDFInfo
- Publication number
- RU2732322C1 RU2732322C1 RU2019145283A RU2019145283A RU2732322C1 RU 2732322 C1 RU2732322 C1 RU 2732322C1 RU 2019145283 A RU2019145283 A RU 2019145283A RU 2019145283 A RU2019145283 A RU 2019145283A RU 2732322 C1 RU2732322 C1 RU 2732322C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotor
- valve element
- tubular
- longitudinal axis
- mandrel
- Prior art date
Links
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 104
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 claims abstract description 64
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 claims abstract description 61
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 20
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 10
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 7
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 7
- 238000005553 drilling Methods 0.000 abstract description 76
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 239000011435 rock Substances 0.000 abstract description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 17
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 17
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 17
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 12
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 9
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 9
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 8
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 8
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 7
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 7
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 7
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 7
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 7
- 230000008447 perception Effects 0.000 description 6
- 238000009527 percussion Methods 0.000 description 6
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 6
- 239000013536 elastomeric material Substances 0.000 description 4
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 4
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 3
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 3
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 description 2
- -1 for example Polymers 0.000 description 2
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 2
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 2
- 241000208202 Linaceae Species 0.000 description 1
- 235000004431 Linum usitatissimum Nutrition 0.000 description 1
- 235000008331 Pinus X rigitaeda Nutrition 0.000 description 1
- 235000011613 Pinus brutia Nutrition 0.000 description 1
- 241000018646 Pinus brutia Species 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- 239000003209 petroleum derivative Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 230000020347 spindle assembly Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B28/00—Vibration generating arrangements for boreholes or wells, e.g. for stimulating production
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/003—Vibrating earth formations
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Rotary Pumps (AREA)
- Hydraulic Motors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к гидравлическим приводам для вращательного бурения, размещаемым в скважинах, в частности к осцилляторам для бурильной колонны, предназначенным для создания гидромеханических импульсов, воздействующих на бурильную колонну.The invention relates to hydraulic drives for rotary drilling, placed in wells, in particular to oscillators for a drill string, designed to create hydromechanical impulses acting on the drill string.
Известен забойный инструмент для очистки обсаженного участка скважины, содержащий корпус, входное отверстие для флюида, через которое флюид может войти в корпус, и множество выходных отверстий, через которые флюид может выйти из корпуса и воздействовать на материал стенки скважины, а также компоновку клапанов для избирательного регулирования объема флюида, направленного из выходного отверстия между, по меньшей мере, одним из выходных отверстий и, по меньшей мере, еще одним другим выходным отверстием, при этом с компоновкой клапанов в первой конфигурации больший объем флюида направляется от входного отверстия в указанное, по меньшей мере, одно из выходных отверстий, и меньший объем флюида направляется от входного отверстия в указанное, по меньшей мере, еще одно другое выходное отверстие, и с компоновкой клапанов во второй конфигурации меньший объем флюида направляется из внутренней полости в указанное, по меньшей мере, одно из выходных отверстий и больший объем флюида направляется от входного отверстия в указанное, по меньшей мере, еще одно другое выходное отверстие (US 8251144 В2, 28.08.2012).Known downhole tool for cleaning a cased section of a well, comprising a housing, an inlet for fluid through which fluid can enter the housing, and a plurality of outlets through which fluid can exit the housing and act on the material of the wellbore wall, as well as a valve arrangement for selective regulating the volume of fluid directed from the outlet between at least one of the outlets and at least one other outlet, while with the arrangement of valves in the first configuration, a larger volume of fluid is directed from the inlet to the specified at least at least one of the outlets, and a smaller volume of fluid is directed from the inlet to the specified at least one other outlet, and with the arrangement of valves in the second configuration, a smaller volume of fluid is directed from the inner cavity to the specified at least one from the outlets and a larger volume of fluid is directed from the inlet one hole into the specified at least one more other outlet (US 8251144 B2, 28.08.2012).
Недостатком известной конструкции является неполная возможность ее использования в компоновке низа бурильной колонны (КНБК) для создания гидромеханических импульсов с заданной частотой и амплитудой колебаний для снижения сил трения бурильной колонны о стенки скважины, уменьшения крутильных напряжений в бурильной колонне при роторном бурении (с вращением бурильной колонны) наклонных и горизонтальных скважин героторным винтовым гидравлическим двигателем, а также для предотвращения прихвата бурильной колонны, возникающего под действием перепада давления, что объясняется отсутствием выходной проточной части, необходимой для подачи бурового раствора под давлением в КНБК для привода ротора героторного винтового гидравлического двигателя с долотом.The disadvantage of the known design is the incomplete possibility of its use in the bottom hole assembly (BHA) to create hydromechanical impulses with a given frequency and amplitude of oscillations to reduce the friction forces of the drill string against the borehole walls, reduce torsional stresses in the drill string during rotary drilling (with rotation of the drill string ) of inclined and horizontal wells using a gerotor screw hydraulic motor, as well as to prevent sticking of the drill string caused by a pressure drop, which is explained by the lack of an outlet flow path necessary to supply drilling fluid under pressure to the BHA to drive the rotor of the gerotor screw hydraulic motor with a bit.
Недостатком известной конструкции является также размещение на входе упора с отверстиями в поперечной стенке, при этом твердые абразивные частицы бурового раствора, например, до 2% песка с размерами 0,15÷0,95 мм и до 5% нефтепродуктов полимер-глинистого бурового раствора плотностью 1,16÷1,26 г/см3, прокачиваемого при гидростатическом давлении, например, 25÷35 МПа, вызывают шламование и увеличивают потери давления при прохождении бурового раствора через упор с отверстиями в поперечной стенке, вследствие этого не обеспечивается требуемая механическая мощность ударного инструмента и амплитуда колебаний бурильной колонны.The disadvantage of the known design is also the placement of a stop at the inlet with holes in the transverse wall, while solid abrasive particles of the drilling mud, for example, up to 2% sand with dimensions of 0.15 ÷ 0.95 mm and up to 5% oil products of polymer-clay drilling mud with a density 1.16 ÷ 1.26 g / cm 3 pumped at a hydrostatic pressure, for example, 25 ÷ 35 MPa, cause sludge and increase pressure losses when the drilling fluid passes through the stop with holes in the transverse wall, as a result of which the required mechanical power of the shock is not provided tool and vibration amplitude of the drill string.
Недостатком известной конструкции является также жесткое закрепление колеблющейся пластины 34 из твердого сплава (карбида вольфрама) в клапанном элементе 22, который определяет главную продольную ось 20, и жестко скреплен резьбой с ротором 52, вследствие этого не обеспечивается ресурс пластин из твердого сплава, основные дефекты известной конструкции - выкрашивания, сколы и разрушения скользящих контактных прямоугольных торцов колеблющейся клапанной пластины 34 и неподвижной клапанной пластины 24, также выполненной из твердого сплава, изображено на фиг. 2.The disadvantage of the known design is also the rigid fixation of the oscillating
Известно забойное импульсное устройство в сочетании с бурильной колонной, включающей насосно-компрессорные трубы, буровой двигатель, состоящий из статора, подсоединенного к насосно-компрессорным трубам, и ротора, зафиксированного в статоре таким образом, чтобы вращаться относительно статора и насосно-компрессорных труб под влиянием потока бурового флюида под давлением в насосно-компрессорных трубах, буровое долото, присоединенное к нижнему концу ротора бурового двигателя таким образом, чтобы вращаться с ротором бурового двигателя, и фиксатор ротора, забойное импульсное устройство, включающее трубчатый корпус, соединенный с насосно-компрессорными трубами, корпусом, имеющим осевое отверстие, простирающееся вдоль оси, чтобы сделать возможным проход через него бурового флюида, клапан, размещенный в отверстии трубчатого корпуса и определяющий размер сечения для потока бурового флюида, клапан, состоящий из неподвижной части, неподвижно расположенный относительного трубчатого корпуса, и вращающейся частью, подвижно расположенной в трубчатом корпусе таким образом, чтобы варьировать площадь проходного сечения за счет вращения вращающейся части относительно неподвижной части, а также приводное звено, расположенное между вращающейся частью клапана и ротором бурового двигателя, так чтобы вращать вращающуюся часть клапана относительно насосно-компрессорных труб вместе с ротором бурового двигателя, при этом фиксатор ротора включает кольцевой стопорный элемент, монтированный последовательно с насосно-компрессорными трубами между корпусом статора бурового двигателя и трубчатым корпусом импульсного устройства и фиксирующий элемент, проходящий через стопорный элемент таким образом, чтобы подсоединяться между ротором бурового двигателя и приводным звеном, а также фиксирующий элемент, включающий часть увеличенного размера над стопорным элементом, который не может проходить через кольцевой стопорный элемент (US 8181719 В2, 22.05.2012).Known downhole impulse device in combination with a drill string, including tubing, a drilling motor consisting of a stator connected to the tubing, and a rotor fixed in the stator so as to rotate relative to the stator and tubing under the influence flow of drilling fluid under pressure in the tubing, a drill bit connected to the lower end of the rotor of the drilling motor in such a way as to rotate with the rotor of the drilling motor, and a rotor retainer, a downhole impulse device including a tubular body connected to the tubing, a body having an axial bore extending along the axis to allow the passage of drilling fluid therethrough, a valve located in the bore of the tubular body and determining the size of the section for the flow of drilling fluid, a valve consisting of a stationary part, stationary relative to the tubular body, and rotating a rotating part, movably located in the tubular body so as to vary the flow area due to rotation of the rotating part relative to the stationary part, as well as a drive link located between the rotating part of the valve and the rotor of the drilling motor, so as to rotate the rotating part of the valve relative to the tubing pipes together with the rotor of the drilling motor, while the rotor retainer includes an annular locking element mounted in series with the tubing between the stator housing of the drilling motor and the tubular housing of the impulse device and the locking element passing through the locking element so as to be connected between the rotor of the drilling motor and a drive link, as well as a fixing element, including an enlarged part above the stopper element, which cannot pass through the annular stopper element (US 8181719 B2, 22.05.2012).
Недостатком известной конструкции является увеличивающийся при работе продольный люфт плунжера 80, а также необходимость настройки расходного сечения 64 в положении, когда перекрываются каналы 70 плунжера 80 при помощи резьбовой втулки 48 и винтов 52, при этом плунжер 80 удерживается в продольном направлении карданным валом 72, переходником 32, ротором 20 винтового героторного двигателя, шпиндельным узлом, скрепленным с долотом 22, и определяет величину продольного люфта плунжера 80, щелевого конического канала 64 и расход бурового раствора через сечения 64, изображено на фиг. 4, 6, 8.The disadvantage of the known design is the increasing longitudinal play of the
Вследствие этого, по мере наработки известного забойного импульсного устройства в компоновке бурильной колонны, снижаются энергетические характеристики импульсов давления текучей среды, направленных против потока в сторону ударного инструмента, а также не обеспечивается механическая мощность ударного инструмента, необходимого для уменьшения сил трения бурильной колонны о стенки скважины, уменьшения крутильных напряжений в бурильной колонне при бурении горизонтальных скважин, а также для предотвращения прихвата бурильной колонны.As a consequence, as the known downhole impulse device is developed in the drill string assembly, the energy characteristics of the fluid pressure pulses directed against the flow towards the percussion tool are reduced, and the mechanical power of the percussion tool required to reduce the friction forces of the drill string against the borehole walls is not provided. , reduction of torsional stresses in the drill string when drilling horizontal wells, as well as to prevent sticking of the drill string.
Другим недостатком известной конструкции является увеличение вероятности гидроабразивного размыва щелевого конического канала 64, что объясняется тем, что твердые абразивные частицы бурового раствора, например, до 2% песка с размерами 0,15÷0,95 мм и до 5% нефтепродуктов полимер - глинистого бурового раствора плотностью 1,16÷1,26 г/см3, прокачиваемого при гидростатическом давлении, например, 25÷40 МПа, при воздействии на плунжер 80 усилия от долота 22, направленного от забоя скважины на забойное импульсное устройство, передающегося через ротор 20 объемного двигателя, переходник 32, и карданный вал 72, увеличивают износ соединений и продольный люфт плунжера 80, вследствие этого уменьшается проходное сечение щелевого конического канала 64, скорость течения бурового раствора через щелевой конический канал 64 возрастает, не обеспечивается требуемая механическая мощность ударного инструмента и амплитуда колебаний бурильной колонны для снижения сил трения бурильной колонны о стенки скважины.Another disadvantage of the known design is an increase in the likelihood of hydroabrasive erosion of the slotted
Известно импульсное устройство потока для обеспечения ударного эффекта, содержащее корпус для установки в колонне, на корпусе имеется сквозное отверстие для обеспечения прохождения жидкости через него, клапан, расположенный в отверстии, для обеспечения прохода потока, включающий компонент клапана, который является подвижным для того, чтобы изменять площадь прохождения текучей среды, предназначенный для изменения потока текучей среды, проходящей через него, а также гидравлический забойный двигатель с гидравлическим приводом, функционально связанный с клапаном для привода компонента клапана и устройство, чувствительное к давлению, которое расширяется или сужается в ответ на изменение давления жидкости, создающееся посредством изменения потока жидкости, при этом сужение и расширение устройства, чувствительного к давлению, обеспечивает ударный эффект (US 6279670 В1, 28.08.2001).Known impulse flow device to provide a shock effect, containing a housing for installation in a column, the housing has a through hole to allow the passage of liquid through it, a valve located in the hole to provide a flow passage, including a valve component that is movable in order to varying the area of flow of a fluid to alter the flow of a fluid through it, as well as a hydraulically driven downhole motor functionally associated with a valve to drive a valve component and a pressure sensing device that expands or contracts in response to pressure changes fluid created by changing the fluid flow, while the contraction and expansion of the pressure-sensitive device provides a shock effect (US 6279670 B1, 28.08.2001).
Недостатком известной конструкции является ее сложность и высокая стоимость, а также то, что импульсная сила используется преимущественно для создания эффекта ударного бурения на долоте, вследствие этого снижаются технологические возможности использования в компоновке низа бурильной колонны (КНБК) для создания гидромеханических импульсов с заданной частотой и амплитудой колебаний, воздействующих на колонну для снижения сил трения вращающейся бурильной колонны о стенки скважины, уменьшения крутильных напряжений в бурильной колонне при бурении горизонтальных скважин, а также для предотвращения прихвата бурильной колонны.The disadvantage of the known design is its complexity and high cost, as well as the fact that the impulse force is used mainly to create the effect of percussion drilling on the bit, as a result of which the technological possibilities of using the bottom hole assembly (BHA) for generating hydromechanical impulses with a given frequency and amplitude are reduced. vibrations acting on the string to reduce the frictional forces of the rotating drill string against the borehole wall, reduce torsional stresses in the drill string when drilling horizontal wells, and also to prevent sticking of the drill string.
Недостатком известной конструкции является также размещение на входе в двигатель расходной вставки 14 (изображено на фиг. 2), при этом твердые абразивные частицы бурового раствора, например, до 2% песка с размерами 0,15÷0,95 мм и до 5% нефтепродуктов полимер - глинистого бурового раствора плотностью 1,16+÷1,26 г/см3, прокачиваемого при гидростатическом давлении, например, 25÷35 МПа, приводят к шламованию бурового раствора в расходной вставке 14, которая перекрывает траекторию потока бурового раствора, а также к потерям давления при прохождении через отверстия вставки 14, вследствие этого в бурильной колонне возникают гидравлические удары, не обеспечиваются энергетические характеристики пульсирующего давления текучей среды, направленного в сторону ударного инструмента 3 (US 6588518 B2, Jul. 8,2003), чувствительного к давлению для создания импульсной силы на участок бурильной колонны, где импульсная сила используется только для создания эффекта ударного бурения на долоте.The disadvantage of the known design is also the placement of a
Известно ударно-вращательное устройство, содержащее корпус, приспособленный для монтажа на опорном элементе, объемный двигатель, имеющий статор и ротор, в котором при эксплуатации ротор колеблется, вращаясь и перемещаясь в поперечном направлении внутри статора, и клапан, включающий колеблющийся первый клапанный элемент и неподвижный второй клапанный элемент, причем каждый клапанный элемент образует клапанное отверстие и имеет основную продольную ось, первый клапанный элемент соединен с ротором и имеет возможность перемещения относительно второго клапанного элемента, при этом при эксплуатации клапанные элементы взаимодействуют, совместно образуя переменное проходное сечение через клапан, и, по меньшей мере, одно из отверстий клапанных элементов смещено от соответствующей основной продольной оси (RU 2362866 С2, 27.07.2009).Known shock-rotary device containing a housing adapted for mounting on a support element, a positive displacement motor having a stator and a rotor, in which, during operation, the rotor oscillates, rotating and moving in the transverse direction inside the stator, and a valve including an oscillating first valve element and a stationary a second valve element, where each valve element forms a valve opening and has a main longitudinal axis, the first valve element is connected to the rotor and is movable relative to the second valve element, while in operation the valve elements interact, together forming a variable flow area through the valve, and, at least one of the openings of the valve elements is offset from the corresponding main longitudinal axis (RU 2362866 C2, 27.07.2009).
При работе перепад давления бурового раствора через винтовой героторный гидравлический двигатель 19 сдвигает в сторону клапанного устройства 30 ротор 24, этой силе препятствует клапанное устройство 30, управляемое (вращаемое) ротором 24 двигателя 19, при этом перепад давления может быть через двигатель 19 в противоположном направлении и может сдвигать ротор 24 в сторону упора 32 с поперечной стенкой, расположенного на входе в двигатель, вследствие этого ротор 24 сам является источником знакопеременных осевых ударных нагрузок.During operation, the pressure drop of the drilling fluid through the screw gerotor
Недостатком известной конструкции является жесткое закрепление колеблющейся пластины 34 из твердого сплава (карбида вольфрама) в клапанном элементе 38, который определяет главную продольную ось А, и жестко скреплен резьбой 42 с ротором 24, вследствие этого не обеспечивается ресурс, при этом основные дефекты известной конструкции - выкрашивания, сколы и разрушения скользящих контактных прямоугольных торцов колеблющейся пластины 34 и неподвижной клапанной пластины 36, также из твердого сплава, изображено на фиг. 3,5.The disadvantage of the known design is the rigid fixation of the oscillating
Другим недостатком известной конструкции является размещение на входе в двигатель упора 32 с отверстиями 19 в поперечной стенке, при этом твердые абразивные частицы бурового раствора, например, до 2% песка с размерами 0,15÷0,95 мм и до 5% нефтепродуктов полимер - глинистого бурового раствора плотностью 1,16÷1,26 г/см3, прокачиваемого при гидростатическом давлении, например, 25÷35 МПа, приводят к шламованию бурового раствора на поперечной стенке упора 32, который перекрывает траекторию потока бурового раствора, а также к потерям давления при прохождении через отверстия упора 32, вследствие этого в бурильной колонне возникают гидравлические удары, не обеспечивается требуемая механическая мощность ударного инструмента и амплитуда колебаний бурильной колонны для снижения сил трения бурильной колонны о стенки скважины, уменьшения крутильных напряжений в бурильной колонне при бурении горизонтальных скважин, а также для предотвращения прихвата бурильной колонны.Another disadvantage of the known design is the placement of a stop 32 with
Известен осциллятор для бурильной колонны, содержащий героторный винтовой гидравлический двигатель, включающий статор с закрепленной в нем обкладкой из эластомера с внутренними винтовыми зубьями и расположенный внутри статора ротор с наружными винтовыми зубьями, вращение ротора осуществляется насосной подачей текучей среды, число зубьев ротора на единицу меньше числа зубьев обкладки из эластомера, ходы винтовых зубьев обкладки из эластомера и ротора пропорциональны их числам зубьев, центральные продольные оси ротора и обкладки из эластомера смещены между собой на величину эксцентриситета, и клапан, включающий первый клапанный элемент и неподвижный второй клапанный элемент, первый клапанный элемент снабжен первой клапанной пластиной, второй клапанный элемент снабжен установленной в нем второй клапанной пластиной, причем второй клапанный элемент с установленной в нем второй клапанной пластиной образует клапанное отверстие и имеет основную продольную ось, первый клапанный элемент скреплен с ротором и имеет возможность перемещения относительно второго клапанного элемента, при этом при эксплуатации клапанные элементы взаимодействуют, совместно образуя переменное проходное сечение для текучей среды через клапан, при этом осциллятор содержит плунжерный модуль, скрепленный с первым клапанным элементом, первая клапанная пластина размещена внутри плунжерного модуля с возможностью продольного перемещения, а плунжерный модуль снабжен пружинным устройством, нагружающим первую клапанную пластину для постоянного контакта со второй клапанной пластиной, размещенной во втором клапанном элементе, при этом первая клапанная пластина, размещенная в плунжерном модуле, имеет сплошной торец для контакта со второй клапанной пластиной, установленной во втором клапанном элементе и образующей клапанное отверстие, а также содержит трансмиссионный вал, скрепленный с входной частью ротора, радиально-упорную опору вращения, включающую полый вал, установленный в указанной радиально-упорной опоре вращения с возможностью вращения и скрепленный с трансмиссионным валом, и генератор гидромеханических импульсов, расположенный выше по потоку от радиально-упорной опоры вращения, содержащий корпус, выполненный из наружных трубчатых элементов, размещенную внутри корпуса оправку, выполненную из внутренних трубчатых элементов, телескопически соединенных между собой, элементы для передачи крутящего момента между корпусом и оправкой при продольном перемещении относительно друг друга, указанные трубчатые элементы оснащены резьбами, а также содержащий пружинный модуль между корпусом и оправкой, упорную втулку между верхним упорным торцом корпуса и пружинным модулем, указанные наружные трубчатые элементы, имеющие расположенные вдоль верхний и нижний упорные торцы на противоположных краях пружинного модуля, верхний упорный торец первого трубчатого элемента и нижний торец второго трубчатого элемента, одновременно зацепляющие и нагружающие пружинный модуль при продольном сжатии указанных трубчатых элементов относительно друг друга, верхний упорный торец второго трубчатого элемента и нижний упорный торец первого трубчатого элемента, одновременно зацепляющие и нагружающие пружинный модуль при растяжении указанных трубчатых элементов относительно друг друга, кольцевой поршень с уплотнениями на наружной и внутренней поверхностях, установленный между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью оправки, реагирующий на давление текучей среды, а также содержащий уплотнения в верхней части между корпусом и оправкой и камеру для рабочей жидкости - масла, ограниченную уплотнениями в верхней части корпуса и уплотнениями кольцевого поршня между корпусом и оправкой, и упорное кольцо, установленное на внутреннем трубчатом элементе, составляющем нижнюю часть оправки, при этом вращательный привод для передачи момента между оправкой и корпусом при продольном перемещении относительно друг друга снабжен ударным кольцом, установленным в оправке с возможностью продольного перемещения оправки с ударным кольцом внутри упорной втулки (RU 2565316 С1, 20.10.2015).Known oscillator for a drill string, containing a gerotor screw hydraulic motor, including a stator with an elastomer lining fixed in it with internal helical teeth and a rotor with external helical teeth located inside the stator, the rotation of the rotor is carried out by pumping a fluid medium, the number of rotor teeth is one less than the number teeth of the elastomer lining, the strokes of the helical teeth of the elastomer lining and the rotor are proportional to their number of teeth, the central longitudinal axes of the rotor and the elastomer lining are offset from each other by the amount of eccentricity, and the valve including the first valve element and the stationary second valve element, the first valve element is equipped with the first valve plate, the second valve element is provided with a second valve plate installed therein, and the second valve element with the second valve plate installed therein forms a valve hole and has a main longitudinal axis, the first valve element is fastened with the rotor and has the ability to move relative to the second valve element, while in operation the valve elements interact, jointly forming a variable flow area for the fluid through the valve, while the oscillator contains a plunger module attached to the first valve element, the first valve plate is placed inside the plunger module with the possibility of longitudinal movement, and the plunger module is equipped with a spring device that loads the first valve plate for permanent contact with the second valve plate located in the second valve element, while the first valve plate located in the plunger module has a solid end for contact with the second valve plate , installed in the second valve element and forming a valve hole, and also contains a transmission shaft fastened to the inlet part of the rotor, an angular contact support of rotation, including a hollow shaft installed in the specified radial contact support of the rotary rotationally and fastened to the transmission shaft, and a hydromechanical impulse generator located upstream of the angular contact support of rotation, comprising a housing made of outer tubular elements, a mandrel placed inside the housing made of inner tubular elements telescopically interconnected , elements for transmitting torque between the body and the mandrel during longitudinal displacement relative to each other, these tubular elements are equipped with threads, and also containing a spring module between the body and the mandrel, a thrust sleeve between the upper thrust end of the body and the spring module, said outer tubular elements having located along the upper and lower stop ends on opposite edges of the spring module, the upper stop end of the first tubular element and the lower end of the second tubular element, simultaneously engaging and loading the spring module during longitudinal compression of the said tubular elements elements relative to each other, the upper abutment end of the second tubular element and the lower abutment end of the first tubular element, simultaneously engaging and loading the spring module when the said tubular elements are stretched relative to each other, an annular piston with seals on the outer and inner surfaces, installed between the inner surface of the housing and the outer surface of the mandrel, responsive to fluid pressure, and also containing seals in the upper part between the body and the mandrel and a chamber for the working fluid - oil, bounded by the seals in the upper part of the body and the seals of the annular piston between the body and the mandrel, and a thrust ring mounted on an inner tubular element constituting the lower part of the mandrel, while the rotary drive for transferring moment between the mandrel and the body during longitudinal movement relative to each other is equipped with an impact ring installed in the mandrel with the possibility of longitudinal movement of the mandrel ki with an impact ring inside the thrust sleeve (RU 2565316 C1, 20.10.2015).
Недостатком известной конструкции является неполная возможность увеличения ресурса и надежности вследствие высокой активности кавитационных процессов потока гидроабразивной среды, например, полимер - глинистого бурового раствора, плотностью 1,16÷1,26 г/см3, содержащего до 2% песка с размерами 0,15÷0,95 мм и до 10% нефтепродуктов, прокачиваемого при гидростатическом давлении, например, 20÷35 МПа, что объясняется интенсивным абразивным и эрозионным износом (размывом) плунжерного модуля 23, жестко скрепленного с клапанным элементом 14 при помощи общей резьбы 24, а также клапанной пластины 16 из твердого сплава, размещенной в плунжере 27, установленном в отверстии 28 плунжерного модуля 23 с возможностью телескопического перемещения вдоль собственной центральной продольной оси 29, а также шламованием и прихватом пружинного устройства 30, зафиксированного гайкой 31, нагружающего плунжер 27 с размещенной в ней клапанной пластиной 16, имеющей сплошной торец 33 для контакта с торцом 34 клапанной пластины 17, установленной в клапанном элементе 15 и образующей клапанное отверстие 18, совместно образуя переменное проходное сечение 22 для текучей среды 7 через клапан 13.The disadvantage of the known design is the incomplete possibility of increasing the resource and reliability due to the high activity of cavitation processes of the flow of a hydroabrasive medium, for example, a polymer - clay drilling mud, with a density of 1.16 ÷ 1.26 g / cm 3 , containing up to 2% sand with dimensions of 0.15 ÷ 0.95 mm and up to 10% of petroleum products pumped at hydrostatic pressure, for example, 20 ÷ 35 MPa, which is explained by intense abrasive and erosive wear (erosion) of the
В известной конструкции поток текучей среды 7 направляется через колонну бурильных труб, в которой содержится осциллятор, в клапан 13 снаружи, из полости внутри осциллятора, охватывающей плунжерный модуль 23, в промежуток между торцом 33 клапанной пластины 16 и торцом 34 клапанной пластины 17, причем клапанная пластина 16, размещенная в плунжере 27 внутри плунжерного модуле 23, имеет сплошной торец 33 для контакта с торцом 34 клапанной пластины 17, установленной в клапанном элементе 15 и образующей клапанное отверстие 18, совместно образуя переменное проходное сечение 22 для текучей среды 7 - бурового раствора через клапан 13, вследствие этого известная конструкция имеет недостаток: металлические частицы (стружка и окалина), прошедшие сквозь фильтр бурильной колонны, тормозятся и зашламовываются на торце неподвижного клапанного элемента 15 и на торце 34 клапанной пластины 17, установленной в клапанном элементе 15, вследствие этого не предотвращается возможность попадания абразивных частиц, прошедших через фильтр бурильной колонны, между контактирующими торцами 33 и 34 клапанных пластин 16, 17, что нарушает работу осциллятора в скважине.In the known design, the flow of
Наиболее близким к заявляемому изобретению является осциллятор для бурильной колонны, содержащий героторный винтовой гидравлический двигатель, включающий трубчатый статор с закрепленной в нем обкладкой из эластомера с внутренними винтовыми зубьями и расположенный внутри статора ротор с наружными винтовыми зубьями, вращение ротора осуществляется насосной подачей текучей среды, число зубьев ротора на единицу меньше числа зубьев обкладки из эластомера, ходы винтовых зубьев обкладки из эластомера и ротора пропорциональны их числам зубьев, а центральные продольные оси ротора и обкладки из эластомера в статоре смещены между собой на величину эксцентриситета, и клапан, включающий первый клапанный элемент и неподвижный второй клапанный элемент, первый клапанный элемент снабжен установленной в нем первой клапанной пластиной, второй клапанный элемент снабжен установленной в нем второй клапанной пластиной, причем второй клапанный элемент с установленной в нем второй клапанной пластиной образует клапанное отверстие и имеет основную продольную ось, первый клапанный элемент скреплен с ротором и имеет возможность перемещения относительно второго клапанного элемента, а при эксплуатации клапанные элементы взаимодействуют, совместно образуя переменное проходное сечение для текучей среды через клапан, а также содержащий плунжерный модуль, размещенный между первым клапанным элементом и клапанной парой, а также содержащий трансмиссионный вал, скрепленный с входной частью ротора, радиально-упорную опору вращения, включающую полый вал, установленный в упомянутой радиально-упорной опоре вращения с возможностью вращения и скрепленный с трансмиссионным валом, и генератор гидромеханических импульсов, расположенный выше по потоку от радиально-упорной опоры вращения, содержащий корпус, выполненный из наружных трубчатых элементов, размещенную внутри корпуса оправку, выполненную из внутренних трубчатых элементов, телескопически соединенных между собой, элементы для передачи крутящего момента между корпусом и оправкой при продольном перемещении относительно друг друга, указанные трубчатые элементы оснащены резьбами, а также содержащий пружинный модуль между корпусом и оправкой, упорную втулку между верхним упорным торцом корпуса и пружинным модулем, указанные наружные трубчатые элементы, имеющие расположенные вдоль верхний и нижний упорные торцы на противоположных краях пружинного модуля, верхний упорный торец первого трубчатого элемента и нижний торец второго трубчатого элемента, одновременно зацепляющие и нагружающие пружинный модуль при продольном сжатии указанных трубчатых элементов относительно друг друга, верхний упорный торец второго трубчатого элемента и нижний упорный торец первого трубчатого элемента, одновременно зацепляющие и нагружающие пружинный модуль при растяжении указанных трубчатых элементов относительно друг друга, кольцевой поршень с уплотнениями на наружной и внутренней поверхностях, установленный между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью оправки, реагирующий на давление текучей среды, а также содержащий уплотнения в верхней части между корпусом и оправкой и камеру для рабочей жидкости - масла, ограниченную уплотнениями в верхней части корпуса и уплотнениями кольцевого поршня между корпусом и оправкой, и упорное кольцо, установленное на внутреннем трубчатом элементе, составляющем нижнюю часть оправки, при этом вращательный привод для передачи момента между оправкой и корпусом при продольном перемещении относительно друг друга снабжен ударным кольцом, установленным в оправке с возможностью продольного перемещения оправки с ударным кольцом внутри упорной втулки, при этом первый клапанный элемент, скрепленный с ротором, снабжен трубчатым хвостовиком, направленным к клапану, внутренняя полость трубчатого хвостовика первого клапанного элемента выполнена с возможностью сообщения с потоком текучей среды на выходе из героторного винтового гидравлического двигателя и образования проточного канала через внутреннюю полость трубчатого хвостовика к клапану, а плунжерный модуль содержит закрепленную внутри него обкладку из эластомера и установлен на трубчатом хвостовике первого клапанного элемента с возможностью вращения и продольного перемещения относительно упомянутого трубчатого хвостовика первого клапанного элемента, при этом первая клапанная пластина выполнена в виде скрепленной с плунжерным модулем дроссельной втулки с проточным каналом, внутренний профиль которого выполнен конфузорным вниз по потоку, максимальное смещение центральной продольной оси проточного канала дроссельной втулки относительно центральной продольной оси обкладки из эластомера в статоре равно удвоенной величине эксцентриситета центральной продольной оси ротора относительно центральной продольной оси обкладки из эластомера в статоре, а максимальное смещение центральной продольной оси проточного канала второй неподвижной втулки относительно центральной продольной оси обкладки из эластомера в статоре равно величине эксцентриситета центральной продольной оси ротора относительно центральной продольной оси обкладки из эластомера в статоре (RU 2645198 С1, 16.02.2018).Closest to the claimed invention is an oscillator for a drill string, containing a gerotor screw hydraulic motor, including a tubular stator with an elastomer lining with internal helical teeth fixed in it and a rotor with external helical teeth located inside the stator, the rotation of the rotor is carried out by pumping a fluid medium, number of the rotor teeth by one less than the number of teeth of the elastomer lining, the strokes of the helical teeth of the elastomer lining and rotor are proportional to their numbers of teeth, and the central longitudinal axes of the rotor and the elastomer lining in the stator are displaced between themselves by the eccentricity value, and the valve including the first valve element and a stationary second valve element, the first valve element is provided with a first valve plate installed therein, the second valve element is provided with a second valve plate installed therein, and the second valve element with a second valve plate installed therein forms a the valve element has a main longitudinal axis, the first valve element is attached to the rotor and has the ability to move relative to the second valve element, and during operation, the valve elements interact, jointly forming a variable flow area for the fluid through the valve, and also containing a plunger module located between the first valve element and valve pair, as well as containing a transmission shaft fastened to the inlet part of the rotor, an angular contact support of rotation, including a hollow shaft mounted in said angular contact support of rotation with the possibility of rotation and fastened to the transmission shaft, and a generator of hydromechanical impulses, located upstream of the angular contact support of rotation, containing a housing made of outer tubular elements, a mandrel located inside the housing, made of inner tubular elements telescopically interconnected, elements for transmitting torque between at the body and the mandrel during longitudinal movement relative to each other, these tubular elements are equipped with threads, and also containing a spring module between the body and the mandrel, a thrust sleeve between the upper thrust end of the case and the spring module, said outer tubular elements having upper and lower thrust ends on opposite edges of the spring module, the upper abutting end of the first tubular element and the lower end of the second tubular element, simultaneously engaging and loading the spring module during longitudinal compression of the said tubular elements relative to each other, the upper abutting end of the second tubular element and the lower abutting end of the first tubular element, simultaneously engaging and loading the spring module when these tubular elements are stretched relative to each other, an annular piston with seals on the outer and inner surfaces, installed between the inner surface of the housing and the outer surface a new mandrel, responsive to fluid pressure, and also containing seals in the upper part between the body and the mandrel and a chamber for working fluid - oil, bounded by seals in the upper part of the housing and seals of the annular piston between the body and the mandrel, and a thrust ring mounted on the inner a tubular element constituting the lower part of the mandrel, while the rotary drive for transferring moment between the mandrel and the body during longitudinal movement relative to each other is equipped with an impact ring installed in the mandrel with the possibility of longitudinal movement of the mandrel with an impact ring inside the thrust sleeve, while the first valve element, attached to the rotor, equipped with a tubular shank directed towards the valve, the inner cavity of the tubular shank of the first valve element is configured to communicate with the fluid flow at the outlet from the gerotor screw hydraulic motor and to form a flow channel through the inner cavity of the pipes stem to the valve, and the plunger module contains an elastomer lining fixed inside it and is mounted on the tubular shank of the first valve element with the possibility of rotation and longitudinal movement relative to the said tubular shank of the first valve element, while the first valve plate is made in the form of a throttle valve attached to the plunger module bushings with a flow channel, the inner profile of which is converging downstream, the maximum displacement of the central longitudinal axis of the flow channel of the throttle sleeve relative to the central longitudinal axis of the elastomer lining in the stator is equal to the double value of the eccentricity of the central longitudinal axis of the rotor relative to the central longitudinal axis of the elastomer lining in the stator, and the maximum displacement of the central longitudinal axis of the flow channel of the second stationary sleeve relative to the central longitudinal axis of the elastomer lining in the stator is equal to the value of the eccentricity of the center longitudinal axis of the rotor relative to the central longitudinal axis of the elastomer lining in the stator (RU 2645198 C1, 16.02.2018).
Недостатком известного осциллятора является неполная возможность повышения энергетических характеристик пульсирующего давления текучей среды, а также механической мощности генератора гидромеханических импульсов и рабочего диапазона частоты и амплитуды колебаний бурильной колонны при меньших потерях давления.The disadvantage of the known oscillator is the incomplete possibility of increasing the energy characteristics of the pulsating pressure of the fluid, as well as the mechanical power of the hydromechanical pulse generator and the operating range of the frequency and amplitude of the drill string oscillations with lower pressure losses.
Недостатки известной конструкции объясняются тем, что клапан, включающий первый клапанный элемент, скрепленный с ротором, снабженный трубчатым хвостовиком, направленным к клапану, внутренняя полость трубчатого хвостовика первого клапанного элемента выполнена с возможностью сообщения с потоком текучей среды на выходе из героторного винтового гидравлического двигателя и образования проточного канала через внутреннюю полость трубчатого хвостовика, и неподвижный клапанный элемент, которые при эксплуатации взаимодействуют, совместно образуя переменное проходное сечение для текучей среды, размещен в выходной части осциллятора, вследствие этого снижаются энергетические характеристики направленных против потока импульсов давления текучей среды через полый вал радиально-упорной опоры вращения и, далее, через перемещающиеся по потоку, изолированные друг от друга камеры между зубьями ротора и оболочки из эластомера статора в героторном винтовом гидравлическом двигателе в сторону генератора гидромеханических импульсов, вследствие этого не обеспечивается механическая мощность генератора гидромеханических импульсов, необходимого для уменьшения сил трения бурильной колонны о стенки скважины, уменьшения крутильных напряжений в бурильной колонне при бурении наклонных и горизонтальных скважин, а также для предотвращения прихвата бурильной колонны, вследствие этого требуется дополнительная механическая мощность (повышенное давление насоса на буровой), необходимая для привода размещенного ниже по потоку от осциллятора в бурильной колонне героторного винтового гидравлического двигателя с долотом для бурения скважины.The disadvantages of the known design are explained by the fact that the valve, including the first valve element attached to the rotor, provided with a tubular shank directed towards the valve, the inner cavity of the tubular shank of the first valve element is configured to communicate with the fluid flow at the outlet of the gerotor screw hydraulic motor and form the flow channel through the inner cavity of the tubular shank, and the stationary valve element, which interact during operation, jointly forming a variable flow area for the fluid, is located in the output part of the oscillator, as a result of which the energy characteristics of the upstream pressure pulses of the fluid through the hollow shaft are reduced. thrust bearing of rotation and, further, through chambers moving along the flow, isolated from each other between the teeth of the rotor and the shell made of stator elastomer in the gerotor screw hydraulic motor towards the generator mechanical impulses, as a result of this, the mechanical power of the hydromechanical impulse generator is not provided, which is necessary to reduce the friction forces of the drill string against the borehole walls, reduce torsional stresses in the drill string when drilling inclined and horizontal wells, as well as to prevent sticking of the drill string, as a result, additional mechanical power (increased pressure of the pump on the rig) required to drive a gerotor screw hydraulic motor with a drill bit located downstream of the oscillator in the drill string.
Недостатком известного осциллятора является также неполная возможность увеличения ресурса и надежности вследствие того, что он содержит трансмиссионный вал 47, по существу, гибкий торсионный вал 47, скрепленный с входной частью 48 ротора 5 двигателя 1 и выходной частью полого вала 50, установленного в радиально-упорной опоре 49 вращения и скрепленного с торсионным валом 47 при помощи переходника 51, предназначенного для направления потока текучей среды 7 из полого вала 50 на вход героторного винтового гидравлического двигателя 1, вращение ротора 5 в котором осуществляется насосной подачей текучей среды 7 для привода клапана 13 осциллятора, изображено на фиг. 1, 9.The disadvantage of the known oscillator is also the incomplete possibility of increasing the resource and reliability due to the fact that it contains a transmission shaft 47, essentially a flexible torsion shaft 47, fastened to the input part 48 of the
При насосной подаче текучей среды 7 (бурового раствора) на винтовые зубья ротора 5 действует осевая нагрузка, направленная вниз по потоку текучей среды 7, а на торсионный вал действуют эквивалентные напряжения (по Мизесу) от момента затяжки резьбы торсионного вала 47, растягивающей нагрузки, связанной с удержанием ротора 5 в продольном направлении для разгрузки клапана 13 от продольных перемещений, и перекашивающего усилия (эксцентриситета) планетарно вращающегося в обкладке 3 из эластомера ротора 5 с винтовыми зубьями, передающими крутящий момент на торсионный вал 47.When pumping a fluid 7 (drilling mud), an axial load acts on the helical teeth of the
При этом эквивалентные напряжения (по Мизесу) от момента затяжки резьбы торсионного вала 47, а также от растягивающей нагрузки, действующей на торсионный вал 47, связанной с удержанием ротора 5 в продольном направлении для разгрузки клапана 13 от продольных перемещений и перекашивающего усилия (эксцентриситета) планетарно вращающегося в обкладке 3 из эластомера ротора 5 с винтовыми зубьями, не обеспечивают требуемых значений эквивалентных напряжений в критических зонах, по существу, в "зарезьбовых" канавках торсионного вала 47.In this case, the equivalent stresses (according to von Mises) from the tightening torque of the thread of the torsion shaft 47, as well as from the tensile load acting on the torsion shaft 47, associated with holding the
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение ресурса и надежности осциллятора для бурильной колонны, снижение сил трения бурильной колонны о стенки скважины, уменьшение крутильных напряжений в бурильной колонне, повышение ресурса долота и увеличение скорости проходки при бурении наклонных и горизонтальных скважин путем повышения энергетических характеристик пульсирующего давления текучей среды и механической мощности генератора гидромеханических импульсов с заданной частотой и амплитудой колебаний бурильной колонны при меньших потерях давления за счет того, что скрепленная с корпусом дроссельная втулка неподвижного клапанного элемента размещена примыкающей ниже по потоку к генератору гидромеханических импульсов, внутренний профиль проточного канала скрепленной с корпусом дроссельной втулки неподвижного клапанного элемента выполнен конфузорным вниз по потоку, плунжерный модуль, включающий закрепленную внутри него обкладку из эластомера и установленный на трубчатом хвостовике подвижного клапанного элемента с возможностью вращения и продольного перемещения относительно трубчатого хвостовика клапанного элемента, размещен на входе в героторный винтовой гидравлический двигатель и скреплен с входной частью ротора героторного винтового гидравлического двигателя, подвижный клапанный элемент выполнен в виде скрепленной с плунжерным модулем дроссельной втулки с проточным каналом, внутренний профиль которого выполнен диффузорным вниз по потоку, центральная продольная ось проточного канала установленной в упомянутом плунжерном модуле дроссельной втулки смещена относительно центральной продольной оси ротора героторного винтового гидравлического двигателя, радиально-упорная опора вращения размещена в выходной части осциллятора, а трансмиссионный вал размещен между выходной частью ротора героторного винтового гидравлического двигателя и входной частью полого вала радиально-упорной опоры вращения и скреплен одним краем с выходной частью ротора героторного винтового гидравлического двигателя, а другим краем - с входной частью вала радиально-упорной опоры вращения.The technical problem to be solved by the invention is to increase the resource and reliability of the oscillator for the drill string, reduce the friction forces of the drill string against the borehole wall, reduce the torsional stresses in the drill string, increase the bit life and increase the ROP when drilling inclined and horizontal wells by increasing the energy characteristics of the pulsating pressure of the fluid and the mechanical power of the generator of hydromechanical impulses with a given frequency and amplitude of oscillations of the drill string at lower pressure losses due to the fact that the throttle sleeve of the stationary valve element fastened to the body is located adjacent downstream to the generator of hydromechanical impulses, the internal profile of the flow the channel of the stationary valve element fastened to the body of the throttle sleeve is made converging downstream, the plunger module, which includes an elastomer lining fixed inside it and installed thrown on the tubular shank of the movable valve element with the possibility of rotation and longitudinal movement relative to the tubular shank of the valve element, located at the inlet to the gerotor screw hydraulic motor and fastened to the inlet of the rotor of the gerotor screw hydraulic motor, the movable valve element is made in the form of a throttle sleeve fastened to the plunger module with a flow channel, the internal profile of which is made diffuser downstream, the central longitudinal axis of the flow channel installed in the said plunger module of the throttle sleeve is displaced relative to the central longitudinal axis of the rotor of the gerotor screw hydraulic motor, the angular contact support of rotation is located in the output part of the oscillator, and the transmission shaft placed between the outlet of the rotor of the gerotor screw hydraulic motor and the inlet of the hollow shaft of the angular contact support of rotation and is fastened with one edge to the outlet of the rotor g rotary screw hydraulic motor, and the other edge - with the input part of the shaft of the angular contact support of rotation.
Сущность технического решения заключается в том, что в осцилляторе для бурильной колонны, содержащем героторный винтовой гидравлический двигатель, включающий трубчатый статор с закрепленной в нем обкладкой из эластомера с внутренними винтовыми зубьями и расположенный внутри статора ротор с наружными винтовыми зубьями, вращение ротора осуществляется насосной подачей текучей среды, число зубьев ротора на единицу меньше числа зубьев обкладки из эластомера, ходы винтовых зубьев обкладки из эластомера и ротора пропорциональны их числам зубьев, а центральные продольные оси ротора и обкладки из эластомера в статоре смещены между собой на величину эксцентриситета, и клапан, включающий подвижный клапанный элемент и неподвижный клапанный элемент, подвижный клапанный элемент снабжен установленной в нем первой клапанной пластиной, неподвижный клапанный элемент снабжен установленной в нем второй клапанной пластиной, причем неподвижный клапанный элемент с установленной в нем второй клапанной пластиной образует клапанное отверстие и имеет продольную ось, подвижный клапанный элемент имеет возможность перемещения относительно неподвижного клапанного элемента, а при эксплуатации клапанные элементы взаимодействуют, совместно образуя переменное проходное сечение для текучей среды через клапан, а также содержащем плунжерный модуль, в котором подвижный клапанный элемент снабжен трубчатым хвостовиком, внутренняя полость трубчатого хвостовика подвижного клапанного элемента выполнена с возможностью сообщения с потоком текучей среды и образования проточного канала через внутреннюю полость трубчатого хвостовика, а плунжерный модуль содержит закрепленную внутри него обкладку из эластомера и установлен на трубчатом хвостовике подвижного клапанного элемента с возможностью вращения и продольного перемещения относительно трубчатого хвостовика подвижного клапанного элемента, при этом первая клапанная пластина выполнена в виде скрепленной с плунжерным модулем первой дроссельной втулки с проточным каналом, а вторая клапанная пластина выполнена в виде скрепленной с корпусом второй дроссельной втулки с проточным каналом, а также содержащем трансмиссионный вал, радиально-упорную опору вращения, включающую полый вал, установленный в радиально-упорной опоре вращения с возможностью вращения, и генератор гидромеханических импульсов, содержащий корпус, выполненный из наружных трубчатых элементов, размещенную внутри корпуса оправку, выполненную из внутренних трубчатых элементов, телескопически соединенных между собой, элементы для передачи момента вращения между корпусом и оправкой при продольном перемещении относительно друг друга, указанные трубчатые элементы оснащены резьбами, а также содержащий пружинный модуль между корпусом и оправкой, упорную втулку между верхним упорным торцом корпуса и пружинным модулем, указанные наружные трубчатые элементы, имеющие расположенные вдоль верхний и нижний упорные торцы на противоположных краях пружинного модуля, верхний упорный торец первого трубчатого элемента и нижний торец второго трубчатого элемента, одновременно зацепляющие и нагружающие пружинный модуль при продольном сжатии указанных трубчатых элементов относительно друг друга, верхний упорный торец второго трубчатого элемента и нижний упорный торец первого трубчатого элемента, одновременно зацепляющие и нагружающие пружинный модуль при растяжении указанных трубчатых элементов относительно друг друга, кольцевой поршень с уплотнениями на наружной и внутренней поверхностях, установленный между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью оправки, реагирующий на давление текучей среды, а также содержащий уплотнения в верхней части между корпусом и оправкой и камеру для рабочей жидкости - масла, ограниченную уплотнениями в верхней части корпуса и уплотнениями кольцевого поршня между корпусом и оправкой, и упорное кольцо, установленное на внутреннем трубчатом элементе, составляющем нижнюю часть оправки, при этом привод для передачи момента вращения между оправкой и корпусом при продольном перемещении относительно друг друга снабжен ударным кольцом, установленным в оправке с возможностью продольного перемещения оправки с ударным кольцом внутри упорной втулки, согласно изобретению скрепленная с корпусом дроссельная втулка неподвижного клапанного элемента размещена примыкающей ниже по потоку к генератору гидромеханических импульсов, внутренний профиль проточного канала скрепленной с корпусом дроссельной втулки неподвижного клапанного элемента выполнен конфузорным вниз по потоку, плунжерный модуль, включающий закрепленную внутри него обкладку из эластомера и установленный на трубчатом хвостовике подвижного клапанного элемента с возможностью вращения и продольного перемещения относительно трубчатого хвостовика клапанного элемента, размещен на входе в героторный винтовой гидравлический двигатель и скреплен с входной частью ротора героторного винтового гидравлического двигателя, при этом подвижный клапанный элемент выполнен в виде скрепленной с плунжерным модулем дроссельной втулки с проточным каналом, внутренний профиль которого выполнен диффузорным вниз по потоку, а центральная продольная ось проточного канала установленной в упомянутом плунжерном модуле дроссельной втулки смещена относительно центральной продольной оси ротора героторного винтового гидравлического двигателя, причем максимальное смещение центральной продольной оси проточного канала установленной в плунжерном модуле дроссельной втулки, внутренний профиль которого выполнен диффузорным вниз по потоку, относительно центральной продольной оси ротора героторного винтового гидравлического двигателя, равно величине эксцентриситета центральной продольной оси ротора героторного винтового гидравлического двигателя относительно центральной продольной оси обкладки из эластомера в статоре, при этом радиально-упорная опора вращения размещена в выходной части осциллятора, а трансмиссионный вал размещен между выходной частью ротора героторного винтового гидравлического двигателя и входной частью полого вала радиально-упорной опоры вращения и скреплен одним краем с выходной частью ротора героторного винтового гидравлического двигателя, а другим краем - с входной частью вала радиально-упорной опоры вращения.The essence of the technical solution lies in the fact that in an oscillator for a drill string containing a gerotor screw hydraulic motor, including a tubular stator with an elastomer lining with internal helical teeth fixed in it and a rotor with external helical teeth located inside the stator, the rotor rotates by pumping fluid medium, the number of rotor teeth is one less than the number of teeth of the elastomer lining, the strokes of the helical teeth of the elastomer lining and the rotor are proportional to their number of teeth, and the central longitudinal axes of the rotor and elastomer lining in the stator are displaced between themselves by the amount of eccentricity, and a valve including a movable valve element and stationary valve element, the movable valve element is equipped with a first valve plate installed therein, the stationary valve element is equipped with a second valve plate installed therein, and the stationary valve element with a second valve plate installed therein th forms a valve opening and has a longitudinal axis, the movable valve element is movable relative to the stationary valve element, and during operation, the valve elements interact, jointly forming a variable flow area for the fluid through the valve, and also containing a plunger module in which the movable valve element is equipped tubular shank, the inner cavity of the tubular shank of the movable valve element is configured to communicate with the fluid flow and form a flow channel through the inner cavity of the tubular shank, and the plunger module contains an elastomer lining fixed inside it and is mounted on the tubular shank of the movable valve element with the possibility of rotation and longitudinal movement relative to the tubular shank of the movable valve element, while the first valve plate is made in the form of a first throttle bushing with a flow path fastened to the plunger module cash, and the second valve plate is made in the form of a second throttle sleeve fastened to the body with a flow channel, and also containing a transmission shaft, a radial-thrust support of rotation, including a hollow shaft installed in an angular contact support of rotation with the possibility of rotation, and a generator of hydromechanical impulses containing a housing made of outer tubular elements, a mandrel placed inside the casing made of inner tubular elements telescopically connected to each other, elements for transmitting a torque between the casing and the mandrel during longitudinal movement relative to each other, these tubular elements are equipped with threads, and containing a spring module between the housing and the mandrel, a thrust sleeve between the upper thrust end of the housing and the spring module, the said outer tubular elements having upper and lower thrust ends located along the opposite edges of the spring module, the upper thrust end of the first tubular th element and the lower end of the second tubular element, simultaneously engaging and loading the spring module during the longitudinal compression of these tubular elements relative to each other, the upper abutment end of the second tubular element and the lower abutment of the first tubular element, simultaneously engaging and loading the spring module when stretching the said tubular elements relative to each other, an annular piston with seals on the outer and inner surfaces, installed between the inner surface of the housing and the outer surface of the mandrel, responding to the pressure of the fluid medium, and also containing seals in the upper part between the housing and the mandrel and a chamber for the working fluid - oil, limited seals in the upper part of the body and seals of the annular piston between the body and the mandrel, and a thrust ring mounted on the inner tubular element constituting the lower part of the mandrel, while the drive for transferring the torque between the mandrel and the body with longitudinal movement relative to each other is equipped with an impact ring installed in the mandrel with the possibility of longitudinal movement of the mandrel with an impact ring inside the thrust sleeve, according to the invention, the throttle sleeve of the fixed valve element fastened to the body is located adjacent downstream to the generator of hydromechanical impulses, the inner profile of the flow channel fastened to the body of the throttle sleeve of the stationary valve element is made convergent downstream, the plunger module, including an elastomer lining fixed inside it and mounted on the tubular shank of the movable valve element with the possibility of rotation and longitudinal movement relative to the tubular shank of the valve element, is located at the inlet to the gerotor screw hydraulic motor and is fastened to the inlet part of the rotor of the gerotor screw hydraulic motor, while the movable valve element is made in the form of fastened to the plunger m with a throttle sleeve module with a flow channel, the internal profile of which is diffuser downstream, and the central longitudinal axis of the flow channel installed in the said plunger module of the throttle sleeve is displaced relative to the central longitudinal axis of the rotor of the gerotor screw hydraulic motor, and the maximum displacement of the central longitudinal axis of the flow channel installed in the plunger module of the throttle sleeve, the internal profile of which is made diffuser downstream, relative to the central longitudinal axis of the rotor of the gerotor screw hydraulic motor, is equal to the eccentricity of the central longitudinal axis of the rotor of the gerotor screw hydraulic motor relative to the central longitudinal axis of the elastomer lining in the stator, while radially the thrust bearing of rotation is located in the output part of the oscillator, and the transmission shaft is located between the output part of the rotor of the gerotor screw hydraulic motor and the input with one part of the hollow shaft of the angular contact support of rotation and is fastened with one edge to the outlet part of the rotor of the gerotor screw hydraulic motor, and the other edge - with the inlet part of the shaft of the angular contact support of rotation.
Максимальный зазор между торцом дроссельной втулки, скрепленной с плунжерным модулем подвижного клапанного элемента, и торцом дроссельной втулки, скрепленной с корпусом неподвижного клапанного элемента, равен величине эксцентриситета центральной продольной оси трубчатого хвостовика подвижного клапанного элемента относительно центральной продольной оси ротора героторного винтового гидравлического двигателя.The maximum clearance between the end of the throttle sleeve, fastened to the plunger module of the movable valve element, and the end of the throttle sleeve, fastened to the body of the fixed valve element, is equal to the eccentricity of the central longitudinal axis of the tubular shank of the movable valve element relative to the central longitudinal axis of the rotor of the gerotor screw hydraulic motor.
Выполнение осциллятора для бурильной колонны таким образом, что скрепленная с корпусом дроссельная втулка неподвижного клапанного элемента размещена примыкающей ниже по потоку к генератору гидромеханических импульсов, внутренний профиль проточного канала скрепленной с корпусом дроссельной втулки неподвижного клапанного элемента выполнен конфузорным вниз по потоку, плунжерный модуль, включающий закрепленную внутри него обкладку из эластомера и установленный на трубчатом хвостовике подвижного клапанного элемента с возможностью вращения и продольного перемещения относительно трубчатого хвостовика клапанного элемента, размещен на входе в героторный винтовой гидравлический двигатель и скреплен с входной частью ротора героторного винтового гидравлического двигателя, при этом подвижный клапанный элемент выполнен в виде скрепленной с плунжерным модулем дроссельной втулки с проточным каналом, внутренний профиль которого выполнен диффузорным вниз по потоку, а центральная продольная ось проточного канала установленной в упомянутом плунжерном модуле дроссельной втулки смещена относительно центральной продольной оси ротора героторного винтового гидравлического двигателя, причем максимальное смещение центральной продольной оси проточного канала установленной в плунжерном модуле дроссельной втулки, внутренний профиль которого выполнен диффузорным вниз по потоку, относительно центральной продольной оси ротора героторного винтового гидравлического двигателя, равно величине эксцентриситета центральной продольной оси ротора героторного винтового гидравлического двигателя относительно центральной продольной оси обкладки из эластомера в статоре, при этом радиально-упорная опора вращения размещена в выходной части осциллятора, а трансмиссионный вал размещен между выходной частью ротора героторного винтового гидравлического двигателя и входной частью полого вала радиально-упорной опоры вращения и скреплен одним краем с выходной частью ротора героторного винтового гидравлического двигателя, а другим краем - с входной частью вала радиально-упорной опоры вращения, обеспечивает повышение ресурса и надежности осциллятора для бурильной колонны, снижение сил трения бурильной колонны о стенки скважины, уменьшение крутильных напряжений в бурильной колонне, повышение ресурса долота и увеличение скорости проходки при бурении наклонных и горизонтальных скважин путем повышения энергетических характеристик пульсирующего давления текучей среды и механической мощности генератора гидромеханических импульсов с заданной частотой и амплитудой колебаний бурильной колонны при меньших потерях давления.Execution of the oscillator for the drill string in such a way that the throttle sleeve of the fixed valve element fastened to the body is located adjacent downstream to the generator of hydromechanical impulses, the internal profile of the flow channel fastened to the throttle sleeve body of the fixed valve element is converging downstream, the plunger module including the fixed inside it, an elastomer lining and mounted on the tubular shank of the movable valve element with the possibility of rotation and longitudinal movement relative to the tubular shank of the valve element, placed at the inlet to the gerotor screw hydraulic motor and fastened to the inlet part of the rotor of the gerotor screw hydraulic engine, while the movable valve element is made in the form of a throttle sleeve fastened to the plunger module with a flow channel, the internal profile of which is made as a diffuser downstream, and the central longitudinal axis of the flow about the channel installed in the said plunger module of the throttle sleeve is displaced relative to the central longitudinal axis of the rotor of the gerotor screw hydraulic engine, and the maximum displacement of the central longitudinal axis of the flow channel installed in the plunger module of the throttle sleeve, the internal profile of which is made diffuser downstream, relative to the central longitudinal axis of the gerotor rotor screw hydraulic motor, equal to the value of the eccentricity of the central longitudinal axis of the rotor of the gerotor screw hydraulic motor relative to the central longitudinal axis of the elastomer lining in the stator, while the angular contact support of rotation is located in the output part of the oscillator, and the transmission shaft is located between the output part of the rotor of the gerotor screw hydraulic motor and the input part of the hollow shaft of the angular contact support of rotation and is fastened with one edge to the output part of the rotor of the gerotor screw hydraulic motor , and with the other edge - with the input part of the shaft of the angular contact support of rotation, provides an increase in the resource and reliability of the oscillator for the drill string, a decrease in the friction forces of the drill string against the borehole walls, a decrease in torsional stresses in the drill string, an increase in the bit resource and an increase in the rate of penetration during drilling inclined and horizontal wells by increasing the energy characteristics of the pulsating pressure of the fluid and the mechanical power of the hydromechanical pulse generator with a given frequency and amplitude of the drill string vibrations with lower pressure losses.
При насосной подаче текучей среды (бурового раствора) под давлением, например, 25÷35 МПа, на винтовые зубья ротора героторного винтового гидравлического двигателя действует осевая нагрузка, направленная вниз по потоку текучей среды.When pumping a fluid (drilling mud) under a pressure of, for example, 25 ÷ 35 MPa, an axial load acts on the rotor helical teeth of a gerotor screw hydraulic motor, directed downstream of the fluid flow.
Осциллятор содержит трансмиссионный вал, выполненный в виде карданного вала, включающего две муфты, каждая муфта охватывает край вала, между каждой муфтой и краем вала размещен ряд приводных механизмов, выполненных в виде ряда шариков, с возможностью передачи момента вращения и углового перемещения, а также размещены подпятники для восприятия продольной сжимающей нагрузки на вал, а внутри каждой муфты размещено упорное кольцо, закрепленное резьбовой втулкой, с возможностью ограничения перемещения ротора героторного винтового гидравлического забойного двигателя, скрепленного с валом, против потока текучей среды.The oscillator contains a transmission shaft made in the form of a cardan shaft, including two couplings, each coupling covers the edge of the shaft, between each coupling and the edge of the shaft there is a number of drive mechanisms made in the form of a row of balls, with the possibility of transmitting the torque and angular displacement, and also placed thrust bearings for perceiving the longitudinal compressive load on the shaft, and inside each coupling there is a thrust ring secured by a threaded bushing, with the possibility of limiting the movement of the rotor of the gerotor screw hydraulic downhole motor, fastened to the shaft, against the flow of the fluid medium.
Осциллятор содержит радиально-упорную опору вращения, предназначенную для удержания ротора героторного винтового гидравлического двигателя, скрепленного с карданным валом и полым валом упомянутой радиально-упорной опоры вращения от продольных перемещений, связанных с возникновением осевой нагрузки, направленной вниз по потоку текучей среды, а также от веса ротора (при бурении вертикальных скважин).The oscillator contains an angular contact support of rotation, designed to hold the rotor of the gerotor screw hydraulic motor, fastened to the cardan shaft and the hollow shaft of the said angular contact support of rotation from longitudinal movements associated with the occurrence of an axial load directed downstream of the fluid flow, as well as from rotor weight (when drilling vertical wells).
Такое выполнение осциллятора для бурильной колонны обеспечивает "разгрузку" ротора героторного винтового гидравлического двигателя, скрепленного с карданным валом и полым валом радиально-упорной опоры вращения от продольных перемещений, связанных с возникновением осевой нагрузки, направленной вниз по потоку текучей среды, действующих на механизм привода клапанов, по существу, образует защитный слой текучей среды (бурового раствора) между торцами клапанных втулок, вследствие этого устраняются ударные нагрузки на торцы клапанных втулок из твердого сплава, повышается усталостная прочность клапанных втулок в клапанных элементах, обеспечивается "мягкая" и бесшумная работа клапанной пары.Such an implementation of the oscillator for the drill string provides "unloading" of the rotor of the gerotor screw hydraulic motor, fastened to the cardan shaft and the hollow shaft of the angular contact support of rotation from the longitudinal movements associated with the occurrence of an axial load directed downstream of the fluid flow acting on the valve drive mechanism , in essence, forms a protective layer of fluid (drilling mud) between the ends of the valve sleeves, thereby eliminating shock loads on the ends of the valve sleeves made of hard alloy, increasing the fatigue strength of the valve sleeves in the valve elements, providing "soft" and silent operation of the valve pair.
При этом обеспечивается демпфирование гидродинамических нагрузок, действующих на механизм привода клапанов вследствие того, что скрепленная с корпусом дроссельная втулка неподвижного клапанного элемента размещена примыкающей ниже по потоку к генератору гидромеханических импульсов, внутренний профиль проточного канала скрепленной с корпусом дроссельной втулки неподвижного клапанного элемента выполнен конфузорным вниз по потоку (с критическим сечением), при протекании потока текучей среды через конфузорный канал неподвижной дроссельной втулки с критическим сечением создается перепад давления, на выходе из канала скорость потока увеличивается, вследствие этого давление текучей среды падает, на выходе дроссельной втулки образуется зона пониженного давления, создается перепад давления на дроссельной втулке, который действует на плунжерный модуль и скрепленную с ним дроссельную втулку и стремится переместить плунжерный модуль и скрепленную с ним дроссельную втулку в направлении к торцу неподвижной дроссельной втулки.At the same time, damping of hydrodynamic loads acting on the valve drive mechanism is provided due to the fact that the throttle sleeve of the stationary valve element fastened to the body is located adjacent downstream to the generator of hydromechanical impulses, the internal profile of the flow channel fastened to the body of the throttle sleeve of the stationary valve element is converging downward along flow (with a critical section), when the fluid flows through the confuser channel of a fixed throttle sleeve with a critical section, a pressure drop is created, at the outlet of the channel, the flow velocity increases, as a result of which the fluid pressure drops, a low pressure zone is formed at the outlet of the throttle sleeve, differential pressure across the throttle sleeve, which acts on the plunger module and the throttle sleeve attached to it and tends to move the plunger module and the throttle sleeve attached to it towards the end of the movable throttle sleeve.
Вследствие этого действие потока текучей среды, протекающего из скрепленной с плунжерным модулем дроссельной втулки с проточным каналом, внутренний профиль которого выполнен диффузорным вниз по потоку, внутри плунжерного модуля, включающего закрепленную внутри него обкладку из эластомера и установленный на трубчатом хвостовике подвижного клапанного элемента с возможностью вращения и продольного перемещения относительно трубчатого хвостовика клапанного элемента, размещенного на входе в героторный винтовой гидравлический двигатель и скрепленного с входной частью ротора героторного винтового гидравлического двигателя, в частично перекрытом положении расходного сечения клапана, направлено в противоположном направлении - против потока текучей среды (ротор неподвижно удерживается в продольном направлении карданным валом и полым валом радиально-упорной опоры вращения), и стремится переместить плунжерный модуль и скрепленную с ним дроссельную втулку в направлении против потока, при планетарном вращении ротора двигателя, скрепленного с ним плунжерного модуля и дроссельной втулки эти процессы циклически повторяются, а между торцами клапанных втулок образуется демпфирующий слой текучей среды, предохраняющий торцы клапанных втулок от ударов и износа.As a result, the action of a fluid flow flowing from a throttle sleeve with a flow channel attached to the plunger module, the internal profile of which is diffuser downstream, inside the plunger module, which includes an elastomer lining fixed inside it and mounted on the tubular shank of the movable valve element with the possibility of rotation and longitudinal movement relative to the tubular shank of the valve element located at the inlet to the gerotor screw hydraulic motor and attached to the inlet part of the rotor of the gerotor screw hydraulic motor, in the partially overlapped position of the valve flow section, directed in the opposite direction - against the fluid flow (the rotor is motionlessly held in longitudinal direction by the cardan shaft and the hollow shaft of the angular contact support of rotation), and tends to move the plunger module and the throttle sleeve attached to it in the upstream direction, with the planetary With the rotation of the engine rotor, the plunger module and the throttle sleeve attached to it, these processes are cyclically repeated, and a damping layer of fluid is formed between the ends of the valve sleeves, which protects the ends of the valve sleeves from impacts and wear.
Выполнение осциллятора для бурильной колонны таким образом, что радиально-упорная опора вращения размещена в выходной части осциллятора, а трансмиссионный (карданный) вал размещен между выходной частью ротора героторного винтового гидравлического двигателя и входной частью полого вала радиально-упорной опоры вращения и скреплен одним краем с выходной частью ротора героторного винтового гидравлического двигателя, а другим краем - с входной частью вала радиально-упорной опоры вращения, повышает эквивалентные напряжения (по Мизесу), которые может с учетом запаса прочности воспринимать карданный вал от момента затяжки резьбы карданного вала, в котором определяющей становится сжимающая нагрузка, связанная с удержанием ротора в продольном направлении карданным валом для демпфирования гидродинамических нагрузок, действующих на механизм привода клапанов, и перекашивающего усилия (эксцентриситета) планетарно вращающегося в обкладке из эластомера ротора с винтовыми зубьями, передающими крутящий момент на карданный вал.Implementation of the oscillator for the drill string in such a way that the angular contact support of rotation is located in the output part of the oscillator, and the transmission (cardan) shaft is located between the output part of the rotor of the gerotor screw hydraulic motor and the inlet part of the hollow shaft of the radial contact support of rotation and is fastened with one edge to the output part of the rotor of the gerotor screw hydraulic motor, and the other edge with the input part of the shaft of the angular contact support of rotation, increases the equivalent stresses (according to von Mises), which, taking into account the safety margin, the cardan shaft can perceive from the tightening torque of the cardan shaft thread, in which it becomes compressive load associated with holding the rotor in the longitudinal direction by the cardan shaft to damp the hydrodynamic loads acting on the valve drive mechanism and the shear force (eccentricity) of a rotor planetary rotating in an elastomer lining with helical teeth transmitting torque moment on the driveshaft.
Выполнение осциллятора для бурильной колонны таким образом, что максимальный зазор между торцом дроссельной втулки, скрепленной с плунжерным модулем подвижного клапанного элемента, и торцом дроссельной втулки, скрепленной с корпусом неподвижного клапанного элемента, равен величине эксцентриситета центральной продольной оси трубчатого хвостовика подвижного клапанного элемента относительно центральной продольной оси ротора героторного винтового гидравлического двигателя, повышает энергетические характеристики пульсирующего давления текучей среды и механическую мощность генератора гидромеханических импульсов с заданной частотой и амплитудой колебаний бурильной колонны при меньших потерях давления.Execution of the oscillator for the drill string in such a way that the maximum clearance between the end of the throttle sleeve, fastened to the plunger module of the movable valve element, and the end of the throttle sleeve, fastened to the body of the stationary valve element, is equal to the eccentricity of the central longitudinal axis of the tubular liner of the movable valve element relative to the central longitudinal the rotor axis of the gerotor screw hydraulic motor, increases the energy characteristics of the pulsating pressure of the fluid medium and the mechanical power of the generator of hydromechanical impulses with a given frequency and amplitude of oscillations of the drill string with lower pressure losses.
Ниже представлен осциллятор ОС-172РС.800 для бурильной колонны, предназначенный для создания гидромеханических импульсов, воздействующих на бурильную колонну в скважине.Below is an oscillator OS-172RS.800 for a drill string, designed to create hydromechanical impulses acting on a drill string in a well.
На фиг. 1 изображен осциллятор для создания гидромеханических импульсов, воздействующих на бурильную колонну в скважине.FIG. 1 shows an oscillator for creating hydromechanical impulses acting on a drill string in a well.
На фиг. 2 изображен элемент I на фиг. 1 плунжерного модуля и клапана, ось диффузорного канала подвижной втулки смещена относительно центральной продольной оси ротора двигателя, максимальный зазор в клапанной паре, соосное расположение конфузорного канала неподвижной втулки и обкладки из эластомера в статоре.FIG. 2 shows element I in FIG. 1 of the plunger module and valve, the axis of the diffuser channel of the movable sleeve is offset relative to the central longitudinal axis of the engine rotor, the maximum clearance in the valve pair, the coaxial arrangement of the converging channel of the stationary sleeve and the elastomer lining in the stator.
На фиг. 3 изображен элемент I на фиг. 1 плунжерного модуля и клапана, ось диффузорного канала подвижной втулки смещена относительно центральной продольной оси ротора двигателя, минимальный зазор в клапанной паре, минимальное проходное сечение клапана.FIG. 3 shows element I in FIG. 1 plunger module and valve, the axis of the diffuser channel of the movable sleeve is offset relative to the central longitudinal axis of the engine rotor, the minimum clearance in the valve pair, the minimum flow area of the valve.
На фиг. 4 изображен элемент I на фиг. 1 плунжерного модуля и клапана, соосное расположение проточного канала неподвижной и подвижной втулок, максимальное проходное сечение клапана.FIG. 4 shows element I in FIG. 1 plunger module and valve, coaxial arrangement of the flow channel of the stationary and movable bushings, the maximum flow area of the valve.
На фиг. 5 изображен разрез А-А на фиг. 3 поперек плунжерного модуля внутри корпуса осциллятора.FIG. 5 shows a section A-A in Fig. 3 across the plunger module inside the oscillator housing.
На фиг. 6 изображен героторный винтовой гидравлический двигатель, приводящий клапанный механизм осциллятора.FIG. 6 shows a gerotor screw hydraulic motor driving an oscillator valve mechanism.
На фиг. 7 изображен разрез Б-Б на фиг. 6 поперек героторного винтового гидравлического двигателя.FIG. 7 shows a section b-b in Fig. 6 across the gerotor screw hydraulic motor.
На фиг. 8 изображен элемент II на фиг. 1, радиально-упорная опора вращения.FIG. 8 shows element II in FIG. 1, angular contact bearing of rotation.
На фиг. 9 изображен элемент III на фиг. 1, генератор гидромеханических импульсов.FIG. 9 shows element III in FIG. 1, generator of hydromechanical impulses.
На фиг. 10 изображен разрез В-В на фиг. 9 поперек шлицевого соединения между корпусом и оправкой в генераторе гидромеханических импульсов.FIG. 10 shows a section b-b in fig. 9 across the spline connection between the body and the mandrel in the hydromechanical pulse generator.
На фиг. 11 изображен разрез Г-Г на фиг. 9 поперек разъемного ударного кольца, установленного в кольцевой канавке между торцами наружных шлицев оправки в генераторе гидромеханических импульсов.FIG. 11 shows a section L-G in Fig. 9 across the split impact ring installed in the annular groove between the ends of the outer splines of the mandrel in the generator of hydromechanical impulses.
Осциллятор для бурильной колонны содержит героторный винтовой гидравлический двигатель 1, включающий трубчатый статор 2 с закрепленной в нем обкладкой 3 из эластомера (упруго-эластичного материала), например, из резины марки R1 (DE), с внутренними винтовыми зубьями 4 и расположенный внутри обкладки 3 из эластомера в трубчатом статоре 2, ротор 5 с наружными винтовыми зубьями 6, вращение ротора 5 осуществляется насосной подачей текучей среды 7 - бурового раствора, который имеет плотность до 1500 кг/м3, содержит до 2% песка и до 5% нефтепродуктов, под давлением, например, 25÷35 МПа, число зубьев 6 ротора 5 на единицу меньше числа зубьев 4 обкладки 3 из эластомера в статоре 2, ход 8, Т внутренних винтовых зубьев 4 в обкладке 3 из эластомера в статоре 2 и ход 9, Т1 наружных винтовых зубьев 6 ротора 2 пропорциональны их числам зубьев, а центральная продольная ось 10 ротора 5 и центральная продольная ось 11 обкладки 3 из эластомера в статоре 2 смещены между собой на величину эксцентриситета 12, е, при этом число заходов, по существу, отношение числа зубьев 6 ротора 5 к числу зубьев 4 обкладки 3 из эластомера составляет 4/5, изображено на фиг. 1, 6, 7.The oscillator for the drill string contains a gerotor screw hydraulic motor 1, including a tubular stator 2 with a lining 3 of an elastomer (elastic-elastic material) fixed in it, for example, rubber of the R1 (DE) brand, with internal helical teeth 4 and located inside the lining 3 from an elastomer in a tubular stator 2, a rotor 5 with external helical teeth 6, the rotation of the rotor 5 is carried out by pumping a fluid 7 - drilling mud, which has a density of up to 1500 kg / m 3 , contains up to 2% sand and up to 5% oil products, under pressure, for example, 25 ÷ 35 MPa, the number of teeth 6 of the rotor 5 is one less than the number of teeth 4 of the lining 3 of the elastomer in the stator 2, the stroke 8, T of the internal helical teeth 4 in the lining 3 of the elastomer in the stator 2 and the stroke 9, T1 of the outer of the helical teeth 6 of the rotor 2 are proportional to their number of teeth, and the central longitudinal axis 10 of the rotor 5 and the central longitudinal axis 11 of the lining 3 made of elastomer in the stator 2 are displaced between themselves by the amount of eccentricity 12, e, while the number of starts, essentially, the ratio of the number of teeth 6 of the rotor 5 to the number of teeth 4 of the lining 3 made of elastomer is 4/5, shown in FIG. 1, 6, 7.
Ход 8, Т винтовой линии внутренних винтовых зубьев 4 обкладки 3 из эластомера в статоре 2 (или шаг Pz каждого винтового зуба 4) и ход 9, Т1 наружных винтовых зубьев 6 ротора 2 (или шаг Pz каждого винтового зуба 6) равен расстоянию по сосной поверхности между двумя положениями точки, образующей линию винтового зуба, соответствующими ее полному обороту вокруг оси зубчатого колеса, например, вокруг центральной продольной оси 11 обкладки 3 из эластомера, закрепленной в статоре 2, или вокруг центральной продольной оси 10 ротора 5, показано, например, в ГОСТ 16530-83, стр. 17, а также изображено на фиг. 6, 7.The
Осциллятор для бурильной колонны содержит клапан 13, включающий подвижный клапанный элемент 14 и неподвижный клапанный элемент 15, подвижный клапанный элемент 14 снабжен установленной в нем первой клапанной пластиной 16, а неподвижный клапанный элемент 15 снабжен установленной в нем второй клапанной пластиной (втулкой) 17, причем неподвижный клапанный элемент 15 с установленной в нем второй клапанной пластиной (втулкой) 17 образует клапанное отверстие 18 и имеет продольную ось 19, подвижный клапанный элемент 14 скреплен с ротором 5 при помощи резьбы 20 с заданным моментом затяжки и выполнен с возможностью перемещения в поперечном направлении 21 при планетарном вращении винтового ротора 5 относительно винтовых зубьев 4 обкладки 3 из эластомера в статоре 2 и одновременном вращении упомянутого ротора 5 вокруг собственной продольной оси 10 в направлении, противоположном направлению планетарного вращения, а также скрепленного резьбой 20 с ротором 5 подвижного клапанного элемента 14 относительно неподвижного клапанного элемента 15, при эксплуатации клапанные элементы 14 и 15 взаимодействуют, совместно образуя переменное проходное сечение 22 для текучей среды 7 через клапан 13, изображено на фиг. 1, 2, 3, 5.The oscillator for the drill string contains a
Осциллятор содержит плунжерный модуль 23, размещенный между подвижным клапанным элементом 14 и клапанной парой: 16 и 17, образующей при эксплуатации переменное проходное сечение 22 для текучей среды 7 через клапан 13, изображено на фиг. 1, 2, 4, 5.The oscillator contains a
Подвижный клапанный элемент 14, жестко скрепленный с ротором 5 резьбой 20, снабжен трубчатым хвостовиком 24, внутренняя полость 25 трубчатого хвостовика 24 подвижного клапанного элемента 14 выполнена с возможностью сообщения при помощи отверстий 26 с потоком текучей среды 7 и образования проточного канала 27 через внутреннюю полость 25 трубчатого хвостовика 24, изображено на фиг. 1, 2, 3, 4, 5.The
Плунжерный модуль 23 содержит закрепленную внутри него обкладку 28 из эластомера, например, из резины марки R1 (DE), установлен на трубчатом хвостовике 24 первого клапанного элемента 14 с возможностью вращения относительно наружного пояса 29 трубчатого хвостовика 24 подвижного клапанного элемента 14 и продольного перемещения относительно наружного пояса 29 трубчатого хвостовика 24 подвижного клапанного элемента 14, изображено на фиг. 1, 2, 3, 4, 5.The
Первая клапанная пластина 16 выполнена в виде жестко скрепленной (прессовой посадкой) с плунжерным модулем 23 дроссельной втулки 30 (из карбида вольфрама), с проточным каналом 31 (клапанным отверстием 18), внутренний профиль которого выполнен диффузорным вниз по потоку 7, изображено на фиг. 1, 2, 3, 4, 5.The
Максимальное смещение 32 центральной продольной оси 19 проточного канала 31 установленной в плунжерном модуле 23 дроссельной втулки 30, внутренний профиль которого выполнен диффузорным вниз по потоку 7, относительно центральной продольной оси 10 ротора 5 героторного винтового гидравлического двигателя 1 равно величине эксцентриситета 12, е, центральной продольной оси 10 ротора 5 героторного винтового гидравлического двигателя 1 относительно центральной продольной оси 11 обкладки 3 из эластомера в статоре 2, изображено на фиг. 1, 2, 3, 4, 5.The maximum displacement 32 of the central
Обкладка 28 из эластомера, закрепленная на внутренней поверхности 33 плунжерного модуля 23, выполнена с шестью продольными пазами 34 на внутренней поверхности 35 обкладки 28 с возможностью охлаждения и смазки трущихся частей: наружного пояса 29 трубчатого хвостовика 24 подвижного клапанного элемента 14 и внутренней поверхности 35 обкладки 28 из эластомера частью потока текучей среды 7 на выходе из проточного канала 31 плунжерного модуля 23, установленного на трубчатом хвостовике 24 первого клапанного элемента 14 с возможностью вращения и продольного перемещения (люфта) относительно наружного пояса 29 трубчатого хвостовика 24 подвижного клапанного элемента 14, изображено на фиг. 1, 2, 3, 4, 5.An
Осциллятор содержит трансмиссионный вал, выполненный в виде карданного вала 36, включающего две муфты 37 и 38, каждая муфта, соответственно, 37 и 38 охватывает край, соответственно, 39 и 40 карданного вала 36, между каждой муфтой, соответственно, 37 и 38 и краем 39 и 40 карданного вала 36 размещен ряд приводных механизмов, соответственно, 41, 42, выполненных, каждый, в виде ряда из восьми шариков, соответственно, 43, 44, с возможностью передачи момента вращения и углового перемещения, а также размещены сферические подпятники, соответственно, 45, 46 для восприятия продольной сжимающей нагрузки на карданный вал 36, а внутри каждой муфты, соответственно, 37, 38 размещены упорные кольца, соответственно, 47, 48, закрепленные, каждое, резьбовой втулкой, соответственно, 49, 50, с возможностью ограничения перемещения ротора 5 героторного винтового гидравлического двигателя 1, скрепленного с карданным валом 36, против потока текучей среды 7 (при пульсациях давления текучей среды 7), изображено на фиг. 1.The oscillator contains a transmission shaft made in the form of a
Осциллятор содержит радиально-упорную опору 51 вращения, предназначенную для удержания ротора 5 героторного винтового гидравлического двигателя 1, скрепленного с карданным валом 36, от продольного перемещения, связанного с возникновением осевой нагрузки, направленной вниз по потоку текучей среды 7, а также от веса ротора 5 героторного винтового гидравлического двигателя 1 (при бурении вертикальных скважин), и восприятия сжимающей нагрузки, связанной с удержанием ротора 5 гидравлического двигателя 1 в продольном направлении карданным валом 36, а также для демпфирования гидродинамических нагрузок, действующих на клапан 13, и перекашивающего усилия (эксцентриситета) планетарно вращающегося в обкладке 3 из эластомерного материала ротора 5 с винтовыми зубьями 6, передающими крутящий момент на карданный вал 36, выполненную в виде упорно-радиального многорядного шарикового подшипника 52, и двух идентичных радиальных опор скольжения 53, состоящих, каждая, из наружной втулки 54 и внутренней втулки 55, размещенных в корпусе 56 радиально-упорной опоры 51 вращения, и соответственно, на полом валу 57, изображено на фиг. 1, 8.The oscillator contains a radial thrust bearing 51 of rotation, designed to hold the
Наружная и внутренняя втулки, соответственно, 54 и 55 двух идентичных радиальных опор 53 скольжения выполнены, каждая, в виде единой конструкции с пластинами 58 из твердого сплава, преимущественно из карбида вольфрама, образующими поверхности скольжения между втулками 54 и 55, при этом пластины 58 скреплены в каждой из втулок 54, а также в каждой из втулок 55 между собой пропиткой твердого сплава компонентами связки-припоя, а расплавленный порошок связки-припоя для крепления пластин 58 из твердого сплава содержит компоненты в следующем соотношении, мас. %: Ni 32÷47, Fe 2, Cr 7÷14, Si 2, WC остальное, при этом полый вал 57 скреплен с муфтой 38 карданного вала 36 переходником 59 при помощи резьбы 60, изображено на фиг. 1, 8.The outer and inner bushings, respectively 54 and 55 of two identical
Осциллятор содержит генератор 61 гидромеханических импульсов и включает корпус 62, выполненный из наружных трубчатых элементов 63, 64, 65, размещенную внутри корпуса 62 оправку 66, выполненную из внутренних трубчатых элементов 67, 68, телескопически соединенных между собой и скрепленных резьбой 69, а также элементы для передачи вращающего момента бурильной колонны - внутренние шлицы 70 внутри наружного трубчатого элемента 63 корпуса 62 и соответствующие им наружные шлицы 71 на внутреннем трубчатом элементе 67 оправки 66 между корпусом 62 и оправкой 66 при продольном перемещении относительно друг друга, изображено на фиг. 1, 9, 10.The oscillator contains a
В верхней части внутреннего трубчатого элемента 67 выполнена внутренняя резьба 72, предназначенная для соединения с низом верхней части бурильной колонны (не показанной), наружные трубчатые элементы 63 и 64 скреплены резьбой 73, наружные трубчатые элементы 64 и 65 скреплены резьбой 74, в нижней части наружного трубчатого элемента 65 выполнена внутренняя резьба 75, при этом через оправку 66 прокачивается буровой раствор 7, например, полимер - глинистый, содержащий абразивные частицы, например, до 2% песка с размерами 0,15÷0,95 мм и до 5% нефтепродуктов плотностью 1,16÷1,26 г/см3, при гидростатическом давлении, например, 25÷35 МПа, изображено на фиг. 1, 9.In the upper part of the inner
Генератор 61 гидромеханических импульсов содержит пружинный модуль 76 (тарельчатые пружины) между корпусом 62 (наружными трубчатыми элементами 63, 64, 65) и оправкой 66 (внутренними трубчатыми элементами 67, 68), а также содержит упорную втулку 77 между верхним упорным торцом 78 корпуса 62 (наружного трубчатого элемента 63) и пружинным модулем 76, изображено на фиг. 1, 9.The
Генератор 61 гидромеханических импульсов содержит верхний упорный торец 79 шлицев 71 оправки 66 (внутреннего трубчатого элемента 67) и нижний упорный торец 80 корпуса 62 (наружного трубчатого элемента 65), одновременно зацепляющие и нагружающие пружинный модуль 76 при продольном сжатии корпуса 62 и оправки 66 относительно друг друга, изображено на фиг. 1, 9.The
Генератор 61 гидромеханических импульсов содержит верхний упорный торец 78 корпуса 62 (наружного трубчатого элемента 63) и нижний упорный торец 81 оправки 66 (внутреннего трубчатого элемента 68), одновременно зацепляющие и нагружающие пружинный модуль 76 (тарельчатые пружины) через упорную втулку 77, расположенную между верхним упорным торцом 78 корпуса 62 (наружного трубчатого элемента 63) и пружинным модулем 76 при растяжении корпуса 62 и оправки 66 относительно друг друга, изображено на фиг. 1, 9.The
Генератор 61 гидромеханических импульсов содержит кольцевой (плавающий) поршень 82 с уплотнениями 83 из эластомерного материала на его наружной поверхности 84 и уплотнениями 85 на его внутренней поверхности 86, установленный между внутренней поверхностью 87 наружного трубчатого элемента 65 корпуса 62 и наружной поверхностью 88 внутреннего трубчатого элемента 68 оправки 66, реагирующий на давление текучей среды 7 (бурового раствора), прокачиваемого внутри оправки 66 и корпуса 62 под давлением, например, 25÷35 МПа, изображено на фиг. 1, 9.The
Генератор 61 гидромеханических импульсов содержит уплотнения 89 в верхней части 90 между корпусом 62 и оправкой 66 и камеру 91 для рабочей жидкости-масла, например, Mobilube I SHC 75W-90, ограниченную уплотнениями 89 в верхней части 90 корпуса 62 и уплотнениями 83, 85 кольцевого (плавающего) поршня 82 между корпусом 62 и оправкой 66, а также содержит упорное кольцо 92, установленное при помощи резьбы 93 на внутреннем трубчатом элементе 68, составляющем нижнюю часть 94 оправки 66, изображено на фиг. 1, 9.The
Кольцевой (плавающий) поршень 82 с уплотнениями 83 на его наружной поверхности 84 и уплотнениями 85 на его внутренней поверхности 86, установленный между внутренней поверхностью 87 наружного трубчатого элемента 65 корпуса 62 и наружной поверхностью 88 внутреннего трубчатого элемента 68 оправки 66, отделяет камеру 91 для рабочей жидкости-масла, например, Mobilube I SHC 75W-90, ограниченную уплотнениями 89 в верхней части 90 корпуса 62 и уплотнениями 83, 85 кольцевого поршня 82 между корпусом 62 и оправкой 66, от внутренней полости 95 оправки 66 и корпуса 62, через которые прокачивается буровой раствор 7 при гидростатическом давлении, например, 25÷35 МПа, что способствует растяжению корпуса 62 и оправки 66 относительно друг друга, изображено на фиг. 1, 9.An annular (floating)
В генераторе 61 гидромеханических импульсов привод для передачи момента вращения между оправкой 66 и корпусом 62 (для вращения бурильной колонны) при продольном перемещении относительно друг друга, по существу, элементы для передачи вращающего момента: наружные шлицы 71 части 67 оправки 66 между корпусом 62 и оправкой 66 и соответствующие им внутренние шлицы 70 верхней части 63 корпуса 62, снабжен ударным кольцом 96, установленным во внутреннем трубчатом элементе 67 оправки 66 с возможностью продольного перемещения оправки 66 с ударным кольцом 96 внутри упорной втулки 77, при этом ударное кольцо 96 выполнено разъемным в меридианном направлении 97, состоит из двух частей 98, 99 и установлено в кольцевой канавке 100 между торцами 101 и 102 наружных шлицев 71 внутреннего трубчатого элемента 67 оправки 66 с возможностью продольного перемещения оправки 66 с ударным кольцом 96 (98, 99) внутри упорной втулки 77, размещенной в наружном трубчатом элементе 64 корпуса 62, изображено на фиг. 9, 10, 11.In the
В генераторе 61 гидромеханических импульсов при растяжении корпуса 62 и оправки 66 относительно друг друга продольный ход составляет, например, величину, равную ширине кольцевой канавки 100 между торцами 101 и 102 наружных шлицов 71 оправки 66 (внутреннего трубчатого элемента 67), а продольный ход 103 при продольном сжатии корпуса 62 и оправки 66 относительно друг друга составляет, например, величину, равную расстоянию от упорного торца 78 наружного трубчатого элемента 63 до торца 104 наружных шлицов 71 оправки 66 (внутреннего трубчатого элемента 67), изображено на фиг. 9, 10, 11.In the
Продольный ход 103 при сжатии корпуса 62 и оправки 66 относительно друг друга ограничен максимальным ходом ударного кольца 96, состоящего из двух частей 98, 99, внутри упорной втулки 77, размещенной в наружном трубчатом элементе 64 корпуса 62, до упора в торец 78 наружного трубчатого элемента 64, что обеспечивает возможность приложения сверхвысокой нагрузки при работе гидромеханическим ясом (для удара вверх) для освобождения от прихвата в компоновке низа бурильной колонны при бурении наклонных и горизонтальных скважин, изображено на фиг. 9, 10, 11.The
Скрепленная с корпусом 105 дроссельная втулка 17 неподвижного клапанного элемента 15 размещена примыкающей ниже по потоку 7 к генератору 61 гидромеханических импульсов, внутренний профиль 106 проточного канала 107 скрепленной с корпусом 105 дроссельной втулки 17 неподвижного клапанного элемента 15 выполнен конфузорным вниз по потоку 7, изображено на фиг. 1, 2, 3, 4, 5.The
Плунжерный модуль 23, включающий закрепленную внутри него обкладку 28 из эластомера, например, из резины марки R1 (DE), установленный на трубчатом хвостовике 24 подвижного клапанного элемента 14 с возможностью вращения и продольного перемещения относительно трубчатого хвостовика 24 клапанного элемента 14, размещен на входе 108 в героторный винтовой гидравлический двигатель 1 и скреплен с входной частью 109 ротора 5 героторного винтового гидравлического двигателя 1 резьбой 20, изображено на фиг. 1, 2, 3, 4, 5.A
Подвижный клапанный элемент 14 выполнен в виде скрепленной (прессовой посадкой) с плунжерным модулем 23 дроссельной втулки 30 с проточным каналом 31, внутренний профиль которого выполнен диффузорным вниз по потоку 7, а центральная продольная ось 19 проточного канала 31 установленной в упомянутом плунжерном модуле 23 дроссельной втулки 30 смещена относительно центральной продольной оси 10 ротора 5 героторного винтового гидравлического двигателя 1, причем максимальное смещение 32 центральной продольной оси 19 проточного канала 31 установленной в плунжерном модуле 23 дроссельной втулки 30, внутренний профиль которого выполнен диффузорным вниз по потоку 7, относительно центральной продольной оси 10 ротора 5 героторного винтового гидравлического двигателя 1 равно величине эксцентриситета 12, е, центральной продольной оси 10 ротора 5 героторного винтового гидравлического двигателя 1 относительно центральной продольной оси 11 обкладки 3 из эластомера в статоре 2, изображено на фиг. 1, 2, 3, 4, 5.The
Радиально-упорная опора 51 вращения, предназначенная для удержания ротора 5 героторного винтового гидравлического двигателя 1, скрепленного с карданным валом 36, от продольного перемещения, связанного с возникновением осевой нагрузки, направленной вниз по потоку текучей среды 7, а также от веса ротора 5 героторного винтового гидравлического двигателя 1 (при бурении вертикальных скважин), и восприятия сжимающей нагрузки, связанной с удержанием ротора 5 гидравлического двигателя 1 в продольном направлении карданным валом 36, а также для демпфирования гидродинамических нагрузок, действующих на клапан 13, и перекашивающего усилия (эксцентриситета) планетарно вращающегося в обкладке 3 из эластомерного материала ротора 5 с винтовыми зубьями 6, передающими крутящий момент на карданный вал 36, выполненную в виде упорно-радиального многорядного шарикового подшипника 52, и двух идентичных радиальных опор скольжения 53, состоящих, каждая, из наружной втулки 54 и внутренней втулки 55, размещенных в корпусе 56 радиально-упорной опоры 51 вращения, и соответственно, на полом валу 57, размещена в выходной части - в корпусе 56 осциллятора, изображено на фиг. 1, 8.
Трансмиссионный вал, выполненный в виде карданного вала 36, включающего две муфты 37 и 38, каждая муфта, соответственно, 37 и 38 охватывает край, соответственно, 39 и 40 карданного вала 36, между каждой муфтой, соответственно, 37 и 38 и краем 39 и 40 карданного вала 36 размещен ряд приводных механизмов, соответственно, 41, 42, выполненных, каждый, в виде ряда из восьми шариков, соответственно, 43, 44, с возможностью передачи момента вращения и углового перемещения, а также размещены сферические подпятники, соответственно, 45, 46 для восприятия продольной сжимающей нагрузки на карданный вал 36, а внутри каждой муфты, соответственно, 37, 38 размещены упорные кольца, соответственно, 47, 48, закрепленные, каждое, резьбовой втулкой, соответственно, 49, 50, с возможностью ограничения перемещения ротора 5 героторного винтового гидравлического двигателя 1, скрепленного с карданным валом 36, против потока текучей среды 7 (при пульсациях давления текучей среды 7), размещен между выходной частью 110 ротора 5 героторного винтового гидравлического двигателя 1 и входной частью - переходника 59, скрепленного с полый валом 57 радиально-упорной опоры вращения 52, изображено на фиг. 1. 6, 8.The transmission shaft, made in the form of a propeller shaft 36, including two couplings 37 and 38, each coupling, respectively 37 and 38, covers the edge, respectively, 39 and 40 of the propeller shaft 36, between each coupling, respectively, 37 and 38 and the edge 39 and 40 of the propeller shaft 36, a number of drive mechanisms, respectively 41, 42, are placed, each made in the form of a row of eight balls, respectively, 43, 44, with the possibility of transmitting the moment of rotation and angular displacement, and also spherical thrust bearings are placed, respectively 45 , 46 for the perception of the longitudinal compressive load on the propeller shaft 36, and inside each clutch, respectively, 37, 38, there are thrust rings, respectively, 47, 48, each fixed by a threaded sleeve, respectively, 49, 50, with the possibility of limiting the movement of the rotor 5 of the gerotor screw hydraulic motor 1, fastened to the cardan shaft 36, against the flow of the fluid 7 (at pulsations of the pressure of the fluid 7), is placed between the outlet part 110 of the rotor 5 of the gerotor screw hydraulic motor 1 and the inlet part - the adapter 59, fastened to the hollow shaft 57 of the angular contact bearing of rotation 52, is shown in FIG. 1.6, 8.
Трансмиссионный вал, выполненный в виде карданного вала 36, скреплен одним краем - муфтой 37 карданного вала 36 с выходной частью 110 ротора 5 героторного винтового гидравлического двигателя 1 при помощи резьбы 111, а другим краем: муфтой 38 карданного вала 36 и переходником 59 - с входной частью 112 полого вала 57 радиально-упорной опоры вращения 52 при помощи резьбы 60, изображено на фиг. 1. 6, 8.The transmission shaft, made in the form of a
Максимальный зазор 113 между торцом 114 дроссельной втулки 30, скрепленной с плунжерным модулем 23 подвижного клапанного элемента 14, и торцом 115 дроссельной втулки 17, скрепленной с корпусом 105 совместно с неподвижным клапанным элементом 15, равен величине эксцентриситета 12, е центральной продольной оси 19 трубчатого хвостовика 24 подвижного клапанного элемента 14 относительно центральной продольной оси 10 ротора 5 героторного винтового гидравлического двигателя 1, изображено на фиг. 1. 2, 3.The
При этом наружный пояс 29 трубчатого хвостовика 24 подвижного клапанного элемента 14, проточный канал 18, 31 дроссельной втулки 16, 30, внутренний профиль которого выполнен диффузорным вниз по потоку 7, и проточный канал 27 для текучей среды 7 через внутреннюю полость 25 трубчатого хвостовика 24 на вход 108 героторного винтового гидравлического двигателя 1 расположены соосно между собой, изображено на фиг. 2, 3, 5, 6.In this case, the
Кроме того, поз.116 - наружная резьба корпуса 56 радиально-упорной опоры 51 вращения, предназначенная для соединения с верхом нижней части бурильной колонны (не показанной), изображено на фиг. 1.In addition,
В скважинах регионов Российской Федерации в КНБК используют героторные винтовые гидравлические двигатели и гидравлические ясы (патенты RU 2515627, RU 2439284, ООО "Фирма "Радиус-Сервис), а также заявляемый осциллятор для бурильной колонны для проходки наклонно-направленных скважин с горизонтальным окончанием.In the wells of the regions of the Russian Federation in the BHA, gerotor screw hydraulic motors and hydraulic jars are used (patents RU 2515627, RU 2439284, LLC "Firm" Radius-Service), as well as the claimed oscillator for a drill string for driving directional wells with a horizontal end.
Осциллятор для бурильной колонны размещают в бурильной колонне над бурильным ясом и утяжеленной бурильной трубой, в КНБК содержится героторный гидравлический двигатель Д-172РС с регулятором угла перекоса и долотом, а также скважинные модули телеметрической системы-модули измерения (MWD) и каротажа (LWD).The oscillator for the drill string is placed in the drill string above the drill jar and drill collar, the BHA contains a D-172RS gerotor hydraulic motor with a skew angle regulator and a bit, as well as downhole telemetry system modules - measurement (MWD) and logging (LWD) modules.
Проходку горизонтальной скважины осуществляют с вращением бурильной колонны ротором бурового станка 5000ЭУ с частотой вращения 20÷30 об/мин, при совместной работе героторного винтового гидравлического двигателя, вращающего долото, при этом поток бурового раствора 7 обеспечивает промывку забоя скважины и вынос на поверхность выбуриваемой породы.The horizontal wellbore is drilled with the rotation of the drill string by the rotor of the 5000EU drilling rig with a rotational speed of 20-30 rpm, with the joint operation of the gerotor screw hydraulic motor rotating the bit, while the flow of
Осциллятор для бурильной колонны работает следующим образом: поток бурового раствора 7, содержащего твердые абразивные частицы, например, до 2% песка с размерами 0,15÷0,95 мм и до 5% нефтепродуктов полимер - глинистого бурового раствора плотностью 1,16÷1,26 г/см3, прокачивают насосом буровой установки при гидростатическом давлении, например, 25÷35 МПа, через колонну бурильных труб.The oscillator for the drill string works as follows: the flow of
Буровой раствор 7 прокачивают через внутреннюю полость 95 оправки 66, скрепленной резьбой 72 с низом верхней части бурильной колонны, в генераторе 61 гидромеханических импульсов, при этом кольцевой (плавающий) поршень 82 с уплотнениями 83 на его наружной поверхности 84 и уплотнениями 85 на его внутренней поверхности 86, установленный между внутренней поверхностью 87 наружного трубчатого элемента 65 корпуса 62 и наружной поверхностью 88 внутреннего трубчатого элемента 68 оправки 66, воздействует на камеру 91 для рабочей жидкости-масла, ограниченную уплотнениями 89 в верхней части 90 корпуса 62 и уплотнениями 83, 85 кольцевого поршня 82 между корпусом 62 и оправкой 66 от внутренней полости 95 оправки 66 и корпуса 62, через которые прокачивается буровой раствор 7 при гидростатическом давлении, что способствует растяжению корпуса 62 и оправки 66 относительно друг друга и постоянной готовности генератора 61 гидромеханических импульсов к работе в скважине, изображено на фиг. 1, 9.The
Буровой раствор 7 прокачивают через скрепленную с частью 105 корпуса 62 дроссельную втулку 17 неподвижного клапанного элемента 15, которая размещена примыкающей ниже по потоку 7 к генератору 61 гидромеханических импульсов, причем внутренний профиль 106 проточного канала 107 скрепленной с частью 105 корпуса 62 дроссельной втулки 17 неподвижного клапанного элемента 15 выполнен конфузорным вниз по потоку 7, далее буровой раствор 7 прокачивают через подвижный клапанный элемент 14 выполненный в виде скрепленной с плунжерным модулем 23 дроссельной втулки 30 с проточным каналом 31, внутренний профиль которого выполнен диффузорным вниз по потоку 7, далее буровой раствор 7 прокачивают через многозаходные винтовые (шлюзовые) камеры между наружными винтовыми зубьями 6 винтового ротора 5 гидравлического двигателя 1 и внутренними винтовыми зубьями 4 обкладки 3 из эластомера, закрепленной в статоре 2, при этом поток бурового раствора 7 образует область высокого давления и момент от гидравлических сил, который приводит в планетарно-роторное вращение ротор 5 гидравлического двигателя 1 внутри эластомерной обкладки 3, закрепленной в статоре 2, изображено на фиг. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7.The
Винтовые многозаходные (изолированные) камеры между винтовыми зубьями ротора 5 и винтовыми зубьями эластомерной обкладки 3, закрепленной в статоре 2, под действием насосной подачи текучей среды-бурового раствора 7 периодически перемещаются по потоку бурового раствора 7.Screw multi-port (isolated) chambers between the helical teeth of the
При насосной подаче текучей среды 7 (бурового раствора) под давлением, например, 25÷35 МПа, на винтовые зубья 6 ротора 5 героторного винтового гидравлического двигателя 1 действует осевая нагрузка, направленная вниз по потоку текучей среды 7.When pumping a fluid 7 (drilling mud) under a pressure of, for example, 25 ÷ 35 MPa, an axial load directed downstream of the
Планетарно-роторное вращение винтового ротора 5 внутри обкладки 3 из эластомера, закрепленной в статоре 2, передает вращающий момент (в противоположном направлении) на плунжерный модуль 23, размещенный между подвижным клапанным элементом 14 и клапанной парой: 16 и 17, образующей при эксплуатации переменное проходное сечение 22 для текучей среды 7 через клапан 13, а также на трансмиссионный вал, выполненный в виде карданного вала 36, скрепленный одним краем - муфтой 37 карданного вала 36 с выходной частью 110 ротора 5 героторного винтового гидравлического двигателя 1 при помощи резьбы 111, а другим краем: муфтой 38 карданного вала 36 и переходником 59 - с входной частью 112 полого вала 57 радиально-упорной опоры вращения 52 при помощи резьбы 60, а также на радиально-упорную опору 51 вращения, предназначенную для удержания ротора 5 героторного винтового гидравлического двигателя 1, скрепленного с карданным валом 36, от продольного перемещения, связанного с возникновением осевой нагрузки, направленной вниз по потоку текучей среды 7, а также от веса ротора 5 героторного винтового гидравлического двигателя 1 (при бурении вертикальных скважин), и восприятия сжимающей нагрузки, связанной с удержанием ротора 5 гидравлического двигателя 1 в продольном направлении карданным валом 36, а также для демпфирования гидродинамических нагрузок, действующих на клапан 13, и перекашивающего усилия (эксцентриситета) планетарно вращающегося в обкладке 3 из эластомерного материала ротора 5 с винтовыми зубьями 6, передающими крутящий момент на карданный вал 36, выполненную в виде упорно-радиального многорядного шарикового подшипника 52, и двух идентичных радиальных опор скольжения 53, состоящих, каждая, из наружной втулки 54 и внутренней втулки 55, размещенных в корпусе 56 радиально-упорной опоры 51 вращения, и соответственно, на полом валу 57, размещенную в выходной части - в корпусе 56 осциллятора.The planetary-rotor rotation of the helical rotor 5 inside the elastomer lining 3, fixed in the stator 2, transmits the torque (in the opposite direction) to the plunger module 23, located between the movable valve element 14 and the valve pair: 16 and 17, which during operation forms a variable bore section 22 for the fluid 7 through the valve 13, as well as onto the transmission shaft, made in the form of a driveshaft 36, fastened by one edge - the coupling 37 of the driveshaft 36 with the output part 110 of the rotor 5 of the gerotor screw hydraulic motor 1 using the thread 111, and the other edge: coupling 38 of the propeller shaft 36 and adapter 59 - with the entrance part 112 of the hollow shaft 57 of the angular contact support of rotation 52 using the thread 60, as well as on the radial support 51 of rotation, designed to hold the rotor 5 of the gerotor screw hydraulic motor 1, fastened to the propeller shaft 36, from the longitudinal movement associated with the occurrence of an axial load, directed downstream of the fluid 7, as well as from the weight of the rotor 5 of the gerotor screw hydraulic motor 1 (when drilling vertical wells), and the perception of the compressive load associated with holding the rotor 5 of the hydraulic motor 1 in the longitudinal direction by the cardan shaft 36, as well as for damping hydrodynamic loads acting on the valve 13, and the shear force (eccentricity) of the rotor 5 planetary rotating in the lining 3 made of elastomeric material with helical teeth 6 transmitting torque to the propeller shaft 36, made in the form of a thrust radial multi-row ball bearing 52, and two identical radial sliding bearings 53, each consisting of an outer sleeve 54 and an inner sleeve 55, located in the housing 56 of the angular contact bearing 51 of rotation, and, accordingly, on the hollow shaft 57, located in the output part - in the housing 56 of the oscillator.
Подвижный клапанный элемент 14, жестко скрепленный с ротором 5 резьбой 20, снабжен трубчатым хвостовиком 24, при этом внутренняя полость 25 трубчатого хвостовика 24 подвижного клапанного элемента 14 сообщается при помощи отверстий 26 с потоком текучей среды 7 и образует проточный канал 27 через внутреннюю полость 25 трубчатого хвостовика 24, а плунжерный модуль 23, содержащий закрепленную внутри него обкладку 28 из эластомера и установленный на трубчатом хвостовике 24 первого клапанного элемента 14, вращается относительно наружного пояса 29 трубчатого хвостовика 24 подвижного клапанного элемента 14 с возможностью продольного перемещения (люфта) относительно наружного пояса 29 трубчатого хвостовика 24 подвижного клапанного элемента 14, изображено на фиг. 1, 2, 3, 4, 5.The
Обкладка 28 из эластомера, закрепленная на внутренней поверхности 33 плунжерного модуля 23, выполненная с продольными пазами 34 на внутренней поверхности 35 обкладки 28, обеспечивает демпфирование плунжерного модуля 23, а также смазку и охлаждение буровым раствором 7 наружного пояса 29 трубчатого хвостовика 24 подвижного клапанного элемента 14 при вращении и продольном перемещении плунжерного модуля 23, изображено на фиг. 1, 2, 3, 4, 5.An
Изменение переменного проходного сечения 22 для бурового раствора 7 через плунжерный модуль 23 и клапан 13 создает пульсацию давления в буровом растворе 7, действие которой передается на кольцевой поршень 82 с уплотнениями 83 на наружной поверхности 84 и уплотнениями 85 на внутренней поверхности 86, установленный между внутренней поверхностью 88 наружного трубчатого элемента 65 корпуса 62 и наружной поверхностью 88 внутреннего трубчатого элемента 68 оправки 66, реагирующий на давление бурового раствора 7, прокачиваемого внутри оправки 66 и корпуса 62 под давлением 25÷35 МПа, в генераторе 62 гидромеханических импульсов, выполненном из наружных трубчатых элементов 63, 64, 65, размещенную внутри корпуса 62 оправку 66, выполненную из внутренних трубчатых элементов 67, 68, телескопически соединенных между собой и скрепленных резьбой 69, а также элементов для передачи вращающего момента бурильной колонны - внутренних шлиц 70 внутри наружного трубчатого элемента 63 корпуса 62 и наружных шлиц 71 на внутреннем трубчатом элементе 67 оправки 66 между корпусом 62 и оправкой 66 при продольном перемещении относительно друг друга, изображено на фиг. 1, 9, 10.Changing the
При этом генератор 61 гидромеханических импульсов, реагирующий на давление текучей среды 7 (бурового раствора), прокачиваемого внутри оправки 66 и корпуса 62 под давлением 25÷35 МПа, возбуждает продольные циклические колебания бурильной колонны с частотой 12÷19 Гц при расходе бурового раствора 30 л/с.In this case, the
Выполнении осциллятора для бурильной колонны таким образом, что скрепленная с корпусом 105 дроссельная втулка 17 неподвижного клапанного элемента 15 размещена примыкающей ниже по потоку 7 к генератору 61 гидромеханических импульсов, внутренний профиль 106 проточного канала 107 скрепленной с корпусом 105 дроссельной втулки 17 неподвижного клапанного элемента 15 выполнен конфузорным вниз по потоку 7, плунжерный модуль 23, включающий закрепленную внутри него обкладку 28 из эластомера, установленный на трубчатом хвостовике 24 подвижного клапанного элемента 14 с возможностью вращения и продольного перемещения относительно трубчатого хвостовика 24 клапанного элемента 14, размещен на входе 108 в героторный винтовой гидравлический двигатель 1 и скреплен с входной частью 109 ротора 5 героторного винтового гидравлического двигателя 1 резьбой 20, при этом подвижный клапанный элемент 14 выполнен в виде скрепленной с плунжерным модулем 23 дроссельной втулки 30 с проточным каналом 31, внутренний профиль которого выполнен диффузорным вниз по потоку 7, а центральная продольная ось 19 проточного канала 31 установленной в упомянутом плунжерном модуле 23 дроссельной втулки 30 смещена относительно центральной продольной оси 10 ротора 5 героторного винтового гидравлического двигателя 1, а максимальное смещение 32 центральной продольной оси 19 проточного канала 31 установленной в плунжерном модуле 23 дроссельной втулки 30, внутренний профиль которого выполнен диффузорным вниз по потоку 7, относительно центральной продольной оси 10 ротора 5 героторного винтового гидравлического двигателя 1 равно величине эксцентриситета 12, е, центральной продольной оси 10 ротора 5 героторного винтового гидравлического двигателя 1 относительно центральной продольной оси 11 обкладки 3 из эластомера в статоре 2, при этом радиально-упорная опора 51 вращения, предназначенная для удержания ротора 5 героторного винтового гидравлического двигателя 1, скрепленного с карданным валом 36, от продольного перемещения, связанного с возникновением осевой нагрузки, направленной вниз по потоку текучей среды 7, а также от веса ротора 5 героторного винтового гидравлического двигателя 1 и восприятия сжимающей нагрузки, связанной с удержанием ротора 5 гидравлического двигателя 1 в продольном направлении карданным валом 36, а также для демпфирования гидродинамических нагрузок, действующих на клапан 13, и перекашивающего усилия планетарно вращающегося в обкладке 3 из эластомера ротора 5 с винтовыми зубьями 6, передающими крутящий момент на карданный вал 36, выполненную в виде упорно-радиального многорядного шарикового подшипника 52, размещена в выходной части - в корпусе 56 осциллятора, при этом трансмиссионный вал, выполненный в виде карданного вала 36, скреплен одним краем - муфтой 37 карданного вала 36 с выходной частью 110 ротора 5 героторного винтового гидравлического двигателя 1 при помощи резьбы 111, а другим краем: муфтой 38 карданного вала 36 и переходником 59 - с входной частью 112 полого вала 57 радиально-упорной опоры вращения 52 при помощи резьбы 60, обеспечивает повышение ресурса и надежности осциллятора для бурильной колонны, снижение сил трения бурильной колонны о стенки скважины, уменьшение крутильных напряжений в бурильной колонне, повышение ресурса долота и увеличение скорости проходки при бурении наклонных и горизонтальных скважин путем повышения энергетических характеристик пульсирующего давления текучей среды и механической мощности генератора гидромеханических импульсов и рабочего диапазона частоты и амплитуды колебаний бурильной колонны при меньших потерях давления.Execution of the oscillator for the drill string in such a way that the throttle sleeve 17 of the stationary valve element 15 attached to the body 105 is located adjacent downstream 7 to the generator 61 of hydromechanical impulses, the inner profile 106 of the flow channel 107 attached to the body 105 of the throttle sleeve 17 of the stationary valve element 15 is made converging downstream 7, the plunger module 23, including an elastomer lining 28 fixed inside it, mounted on the tubular shank 24 of the movable valve element 14 with the possibility of rotation and longitudinal movement relative to the tubular shank 24 of the valve element 14, is located at the inlet 108 to the gerotor helical hydraulic engine 1 and is attached to the inlet part 109 of the rotor 5 of the gerotor helical hydraulic motor 1 by the thread 20, while the movable valve element 14 is made in the form of a throttle sleeve 30 attached to the plunger module 23 with a flow channel 31, the inner hole the filter of which is made diffuser downstream 7, and the central longitudinal axis 19 of the flow channel 31 installed in the said plunger module 23 of the throttle sleeve 30 is displaced relative to the central longitudinal axis 10 of the rotor 5 of the gerotor screw hydraulic motor 1, and the maximum displacement 32 of the central longitudinal axis 19 of the flow channel 31 installed in the plunger module 23 of the throttle sleeve 30, the internal profile of which is made diffuser downstream 7, relative to the central longitudinal axis 10 of the rotor 5 of the gerotor screw hydraulic motor 1 is equal to the eccentricity value 12, e, the central longitudinal axis 10 of the rotor 5 of the gerotor screw hydraulic motor 1 relative to the central longitudinal axis 11 of the lining 3 made of elastomer in the stator 2, while the radial thrust bearing 51 of rotation, designed to hold the rotor 5 of the gerotor screw hydraulic motor 1, fastened to the cardan shaft 36, from longitudinal movement, associated with the occurrence of an axial load directed downstream of the fluid 7, as well as from the weight of the rotor 5 of the gerotor screw hydraulic motor 1 and the perception of the compressive load associated with holding the rotor 5 of the hydraulic motor 1 in the longitudinal direction by the cardan shaft 36, as well as for damping the hydrodynamic loads acting on the valve 13, and the skewing forces of the rotor 5, planetary rotating in the lining 3 made of elastomer, with helical teeth 6 transmitting torque to the propeller shaft 36, made in the form of a thrust radial multi-row ball bearing 52, located in the output part - in the housing 56 of the oscillator, while the transmission shaft, made in the form of a driveshaft 36, is fastened with one edge - the coupling 37 of the driveshaft 36 with the output part 110 of the rotor 5 of the gerotor screw hydraulic motor 1 using the thread 111, and the other edge: the coupling 38 of the driveshaft 36 and adapter 59 - with the entrance part 112 of the hollow shaft 57 r The radial-thrust bearing of rotation 52 using the thread 60 provides an increase in the resource and reliability of the oscillator for the drill string, a decrease in the friction forces of the drill string against the borehole walls, a decrease in torsional stresses in the drill string, an increase in the bit life and an increase in the rate of penetration when drilling inclined and horizontal wells by increasing the energy characteristics of the pulsating pressure of the fluid and the mechanical power of the hydromechanical impulse generator and the operating range of the frequency and amplitude of the drill string oscillations with lower pressure losses.
Выполнении осциллятора для бурильной колонны таким образом, что плунжерный модуль 23 содержит закрепленную внутри него обкладку 28 из эластомера установлен на трубчатом хвостовике 24 первого клапанного элемента 14 с возможностью вращения относительно наружного пояса 29 трубчатого хвостовика 24 подвижного клапанного элемента 14 и продольного перемещения относительно наружного пояса 29 трубчатого хвостовика 24 подвижного клапанного элемента 14, при этом обкладка 28 из эластомера, закрепленная на внутренней поверхности 33 плунжерного модуля 23, выполнена с шестью продольными пазами 34 на внутренней поверхности 35 обкладки 28 с возможностью охлаждения и смазки трущихся частей: наружного пояса 29 трубчатого хвостовика 24 подвижного клапанного элемента 14 и внутренней поверхности 35 обкладки 28 из упруго-эластичного материала частью потока текучей среды 7 на выходе из проточного канала 31 плунжерного модуля 23, установленного на трубчатом хвостовике 24 первого клапанного элемента 14 с возможностью вращения и продольного перемещения (люфта) относительно наружного пояса 29 трубчатого хвостовика 24 подвижного клапанного элемента 14, обеспечивает гидрокомпенсацию клапанных втулок 31,17 потоком текучей среды 7, по существу образует защитный слой текучей среды 7 (бурового раствора) между торцами 44 и 45 клапанных втулок 30 и 17, вследствие этого уменьшаются ударные нагрузки на торцы 114 и 115 клапанных втулок 30 и 17 из твердого сплава, повышается усталостная выносливость и прочность клапанных втулок 30 и 17 из твердого сплава в клапанных элементах 14, 15, обеспечивается "мягкая" и бесшумная работа клапана 13.The design of the oscillator for the drill string in such a way that the plunger module 23 contains an elastomer lining fixed inside it is mounted on the tubular shank 24 of the first valve element 14 with the possibility of rotation relative to the outer belt 29 of the tubular shank 24 of the movable valve element 14 and longitudinal movement relative to the outer belt 29 tubular shank 24 of the movable valve element 14, while the lining 28 made of elastomer, fixed on the inner surface 33 of the plunger module 23, is made with six longitudinal grooves 34 on the inner surface 35 of the lining 28 with the possibility of cooling and lubricating the rubbing parts: the outer belt 29 of the tubular shank 24 of the movable valve element 14 and the inner surface 35 of the lining 28 made of an elastic-elastic material part of the fluid flow 7 at the exit from the flow channel 31 of the plunger module 23 mounted on the tubular shank 24 of the first valve element 14 with the possibility rotation and longitudinal movement (backlash) relative to the outer belt 29 of the tubular shank 24 of the movable valve element 14, provides hydraulic compensation of the valve sleeves 31, 17 by the flow of fluid 7, essentially forms a protective layer of fluid 7 (drilling mud) between the ends 44 and 45 of the valve bushings 30 and 17, as a result of this, the shock loads on the ends 114 and 115 of the valve bushings 30 and 17 of hard alloy are reduced, the fatigue endurance and strength of the valve bushings 30 and 17 made of hard alloy in the valve elements 14, 15 are reduced, and "soft" and quiet valve operation 13.
Выполнении осциллятора для бурильной колонны таким образом, что в генераторе 61 гидромеханических импульсов содержится привод для передачи момента вращения между оправкой 66 и корпусом 62 (для вращения бурильной колонны) при продольном перемещении относительно друг друга, по существу, элементы для передачи вращающего момента: наружные шлицы 71 части 67 оправки 66 между корпусом 62 и оправкой 66 и соответствующие им внутренние шлицы 70 верхней части 63 корпуса 62, снабженный ударным кольцом 96, установленным во внутреннем трубчатом элементе 67 оправки 66 с возможностью продольного перемещения оправки 66 с ударным кольцом 96 внутри упорной втулки 77, при этом ударное кольцо 96 выполнено разъемным в меридианном направлении 97, состоит из двух частей 98, 99 и установлено в кольцевой канавке 100 между торцами 101 и 102 наружных шлицев 71 внутреннего трубчатого элемента 67 оправки 66 с возможностью продольного перемещения оправки 66 с ударным кольцом 96 (98, 99) внутри упорной втулки 77, размещенной в наружном трубчатом элементе 64 корпуса 62, обеспечивается возможность приложения сверхвысокой осевой нагрузки (190000 кгс) на осциллятор при работе гидромеханическим ясом (для удара вверх) в компоновке бурильной колонны для освобождения от прихвата.The implementation of the oscillator for the drill string in such a way that the generator 61 of hydromechanical impulses contains a drive for transferring the torque between the mandrel 66 and the housing 62 (for rotating the drill string) during longitudinal movement relative to each other, essentially elements for transmitting torque: external splines 71 of the part 67 of the mandrel 66 between the body 62 and the mandrel 66 and the corresponding internal splines 70 of the upper part 63 of the casing 62, provided with an impact ring 96 installed in the inner tubular element 67 of the mandrel 66 with the possibility of longitudinal movement of the mandrel 66 with the impact ring 96 inside the thrust sleeve 77 , wherein the impact ring 96 is split in the meridian direction 97, consists of two parts 98, 99 and is installed in the annular groove 100 between the ends 101 and 102 of the outer splines 71 of the inner tubular element 67 of the mandrel 66 with the possibility of longitudinal movement of the mandrel 66 with the impact ring 96 (98, 99) inside the thrust sleeve 77, times Placed in the outer tubular element 64 of the housing 62, it is possible to apply an ultra-high axial load (190,000 kgf) to the oscillator when operating with a hydromechanical jar (for an upward shock) in the drill string assembly to release it from a sticking.
Изобретение обеспечивает повышение ресурса и надежности осциллятора для бурильной колонны, снижение сил трения бурильной колонны о стенки скважины, уменьшение крутильных напряжений в бурильной колонне, повышение ресурса долота и увеличение скорости проходки при бурении наклонных и горизонтальных скважин путем повышения энергетических характеристик пульсирующего давления текучей среды и механической мощности генератора гидромеханических импульсов с заданной частотой и амплитудой колебаний бурильной колонны при меньших потерях давления.The invention provides an increase in the resource and reliability of an oscillator for a drill string, a decrease in the friction forces of the drill string against the borehole wall, a decrease in torsional stresses in the drill string, an increase in the bit life and an increase in the rate of penetration when drilling inclined and horizontal wells by increasing the energy characteristics of the pulsating fluid pressure and mechanical power of the generator of hydromechanical impulses with a given frequency and amplitude of oscillations of the drill string with lower pressure losses.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019145283A RU2732322C1 (en) | 2019-12-25 | 2019-12-25 | Oscillator for a drill string |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019145283A RU2732322C1 (en) | 2019-12-25 | 2019-12-25 | Oscillator for a drill string |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2732322C1 true RU2732322C1 (en) | 2020-09-15 |
Family
ID=72516541
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019145283A RU2732322C1 (en) | 2019-12-25 | 2019-12-25 | Oscillator for a drill string |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2732322C1 (en) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112922553A (en) * | 2021-04-08 | 2021-06-08 | 河南易发石油工程技术有限公司 | Drilling tool oscillator for well drilling |
RU2750144C1 (en) * | 2020-12-01 | 2021-06-22 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Вниибт-Буровой Инструмент" | Drill string oscillator |
CN113027329A (en) * | 2021-04-30 | 2021-06-25 | 四川天源宏创科技有限公司 | Torque pulse and pressure pulse double-acting tool |
CN113338805A (en) * | 2021-06-21 | 2021-09-03 | 中石化石油机械股份有限公司 | Composite vibration hydraulic oscillator |
RU2768784C1 (en) * | 2021-05-21 | 2022-03-24 | Общество с ограниченной ответственностью "Фирма "Радиус-Сервис" | Drill string oscillator |
RU2781681C1 (en) * | 2022-04-07 | 2022-10-17 | Андрей Газимович Гирфатов | Oscillator for drill string |
CN117823047A (en) * | 2024-03-04 | 2024-04-05 | 德州联合石油科技股份有限公司 | Hydraulic oscillation device |
CN117823048A (en) * | 2024-03-05 | 2024-04-05 | 德州联合石油科技股份有限公司 | Hydraulic oscillator |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6279670B1 (en) * | 1996-05-18 | 2001-08-28 | Andergauge Limited | Downhole flow pulsing apparatus |
RU2186926C1 (en) * | 2000-12-18 | 2002-08-10 | Тюменский государственный нефтегазовый университет | Vibration gear to drill wells |
RU2362866C2 (en) * | 2005-01-28 | 2009-07-27 | Эндергейдж Лимитед | Percussion-rotary facility (versions) |
RU2565316C1 (en) * | 2014-05-21 | 2015-10-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Фирма "Радиус-Сервис" | Oscillator for drill string |
RU2645198C1 (en) * | 2016-10-17 | 2018-02-16 | Общество с ограниченной ответственностью "Фирма "Радиус-Сервис" | Oscillator for drilling string |
WO2019018351A1 (en) * | 2017-07-18 | 2019-01-24 | Reme Technologies, Llc | Downhold oscillation apparatus |
RU2018118736A (en) * | 2018-05-21 | 2019-11-21 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Вниибт-Буровой Инструмент" | Drill string oscillator |
-
2019
- 2019-12-25 RU RU2019145283A patent/RU2732322C1/en active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6279670B1 (en) * | 1996-05-18 | 2001-08-28 | Andergauge Limited | Downhole flow pulsing apparatus |
RU2186926C1 (en) * | 2000-12-18 | 2002-08-10 | Тюменский государственный нефтегазовый университет | Vibration gear to drill wells |
RU2362866C2 (en) * | 2005-01-28 | 2009-07-27 | Эндергейдж Лимитед | Percussion-rotary facility (versions) |
RU2565316C1 (en) * | 2014-05-21 | 2015-10-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Фирма "Радиус-Сервис" | Oscillator for drill string |
RU2645198C1 (en) * | 2016-10-17 | 2018-02-16 | Общество с ограниченной ответственностью "Фирма "Радиус-Сервис" | Oscillator for drilling string |
WO2019018351A1 (en) * | 2017-07-18 | 2019-01-24 | Reme Technologies, Llc | Downhold oscillation apparatus |
RU2018118736A (en) * | 2018-05-21 | 2019-11-21 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Вниибт-Буровой Инструмент" | Drill string oscillator |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2750144C1 (en) * | 2020-12-01 | 2021-06-22 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Вниибт-Буровой Инструмент" | Drill string oscillator |
CN112922553A (en) * | 2021-04-08 | 2021-06-08 | 河南易发石油工程技术有限公司 | Drilling tool oscillator for well drilling |
CN113027329A (en) * | 2021-04-30 | 2021-06-25 | 四川天源宏创科技有限公司 | Torque pulse and pressure pulse double-acting tool |
RU2768784C1 (en) * | 2021-05-21 | 2022-03-24 | Общество с ограниченной ответственностью "Фирма "Радиус-Сервис" | Drill string oscillator |
CN113338805A (en) * | 2021-06-21 | 2021-09-03 | 中石化石油机械股份有限公司 | Composite vibration hydraulic oscillator |
RU2781681C1 (en) * | 2022-04-07 | 2022-10-17 | Андрей Газимович Гирфатов | Oscillator for drill string |
RU2791761C1 (en) * | 2022-09-09 | 2023-03-13 | Андрей Газимович Гирфатов | Drill string oscillator |
RU2820910C1 (en) * | 2023-08-24 | 2024-06-11 | Общество с ограниченной ответственностью "Фирма "Радиус-Сервис" | Drill string oscillator |
CN117823047A (en) * | 2024-03-04 | 2024-04-05 | 德州联合石油科技股份有限公司 | Hydraulic oscillation device |
CN117823047B (en) * | 2024-03-04 | 2024-05-14 | 德州联合石油科技股份有限公司 | Hydraulic oscillation device |
CN117823048A (en) * | 2024-03-05 | 2024-04-05 | 德州联合石油科技股份有限公司 | Hydraulic oscillator |
CN117823048B (en) * | 2024-03-05 | 2024-05-17 | 德州联合石油科技股份有限公司 | Hydraulic oscillator |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2732322C1 (en) | Oscillator for a drill string | |
RU2645198C1 (en) | Oscillator for drilling string | |
RU2565316C1 (en) | Oscillator for drill string | |
RU2602856C2 (en) | Volume type engine with radially limited rotor engagement | |
US4890682A (en) | Apparatus for vibrating a pipe string in a borehole | |
RU2324803C1 (en) | Screw downhole motor for inclined directional and horisontal boring | |
US3802803A (en) | Submersible screw pump | |
RU2668102C2 (en) | Fluid pulse apparatus | |
EP0460202A1 (en) | Progressive cavity drilling apparatus with flow restrictor. | |
RU2318135C1 (en) | Stator of screw gerotor hydraulic machine | |
RU2355860C2 (en) | Hydraulic downhole engine | |
RU2674485C1 (en) | Small size spindle of sectional screw downhole motor | |
RU172421U1 (en) | Drill string rotator | |
US20080000692A1 (en) | Assembly and method for discharging fluid into a drill string of a rotary-vibratory drill | |
RU2768784C1 (en) | Drill string oscillator | |
RU2521993C1 (en) | Dual-acting hydraulic jar | |
RU2467150C2 (en) | Drill string damper | |
RU2689014C1 (en) | Stator of screw gerotor hydraulic machine | |
RU2586124C2 (en) | Hydraulic downhole motor | |
RU2515627C1 (en) | Hydraulic downhole motor | |
RU2820910C1 (en) | Drill string oscillator | |
RU2285781C1 (en) | Drive shaft to connect screw gerotor hydromachine with spindle | |
RU2669603C1 (en) | Gerotor hydraulic motor | |
RU2367761C2 (en) | Hydraulic downhole motor | |
RU2357063C2 (en) | Gerotor hydraulic engine |