RU2771687C1 - Статор винтового забойного двигателя для бурения скважин - Google Patents
Статор винтового забойного двигателя для бурения скважин Download PDFInfo
- Publication number
- RU2771687C1 RU2771687C1 RU2021134534A RU2021134534A RU2771687C1 RU 2771687 C1 RU2771687 C1 RU 2771687C1 RU 2021134534 A RU2021134534 A RU 2021134534A RU 2021134534 A RU2021134534 A RU 2021134534A RU 2771687 C1 RU2771687 C1 RU 2771687C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sleeve
- frame
- stator
- helical teeth
- inner diameter
- Prior art date
Links
- 238000005553 drilling Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 6
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 13
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 13
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 8
- 239000005060 rubber Substances 0.000 description 7
- 230000001070 adhesive Effects 0.000 description 4
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 2
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 2
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 2
- 102100000672 SMPX Human genes 0.000 description 1
- 108060007673 SMPX Proteins 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000001138 Tears Anatomy 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к буровой технике, а именно к винтовым забойным двигателям, предназначенным для бурения и ремонта нефтяных и газовых скважин. Устройство включает цилиндрическую металлическую гильзу, эластичную обкладку внутри гильзы с внутренними винтовыми зубьями для взаимодействия с ротором. Ротор размещен внутри статора и снабжен наружными винтовыми зубьями, а в гильзе установлен жесткий трубчатый каркас, закрепленный в ней неподвижно. Каркас имеет сквозные радиальные отверстия и образует внутреннюю полость между внутренним диаметром гильзы и наружным диаметром каркаса. Эластичная обкладка имеет внутренние винтовые зубья, диаметр по впадинам которых меньше внутреннего диаметра трубчатого каркаса, при этом эластичная обкладка заполняет сквозные радиальные отверстия в трубчатом каркасе и полость между внутренним диаметром гильзы и наружным диаметром каркаса. Обеспечивается надежность, хорошая управляемость двигателя, уменьшается его длина, увеличивается мощность, уменьшаются трудозатраты при изготовлении. 2 ил.
Description
Изобретение относится к буровой технике, а именно к винтовым забойным двигателям, предназначенным для бурения и ремонта нефтяных и газовых скважин.
Известен статор винтового забойного двигателя (далее ВЗД), описанного в книге авторов Д.Ф. Балденко, Ф.Д. Балденко, А.Н. Гноевых «Одновинтовые гидравлические машины» (М.: ООО «ИРЦ Газпром» - 2007, т. 2, стр. 166). Статор содержит трубчатый полый корпус и закреплённую в нём резиновую обкладку с внутренними винтовыми зубьями, которые взаимодействуют с размещённым внутри статора стальным ротором с наружными зубьями, число которых на единицу меньше количества зубьев статора. Недостатком конструкции статора является то, что при работе двигателя резиновые зубья статора, подверженные значительным нагрузкам со стороны зубьев ротора, деформируются при этом, нарушается геометрия зацепления, возрастают энергопотери, резина разогревается, снижается КПД двигателя. Из-за низкой теплопроводности резины в обкладке может возникнуть перегрев, могут выкрашиваться зубья. Для снижения напряжений увеличивают длину статора и ротора, что приводит к повышению материалоёмкости, трудоёмкости изготовления, цены двигателя, а также к снижению технологических параметров двигателя при бурении.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является статор ВЗД по патенту РФ на изобретение № 2673479, в котором статор состоит полого трубного корпуса, снабжённого внутри эластичной обкладкой с внутренними винтовыми зубьями, причём эластичная обкладка статора выполнена из полиуретановой композиции с твёрдостью от 92 единиц по Шору А до 75 единиц по Шору Д, с условной прочностью при разрыве 50 МПа, с истираемостью 20-25 м3/тДж, с термостойкостью до 120 град. С. Указанные характеристики полиуретана значительно превосходят соответствующие характеристики резин, используемых в статорах ВЗД, обеспечивая повышение крутящего момента и мощности двигателя, и позволяя получать увеличение показателей бурения скважин. Недостатком этого решения является высокий риск отказа ВЗД при бурении скважины из-за полного отслаивания эластичной обкладки от полого трубного корпуса статора. Известно, что полиуретан очень плохо приклеивается к металлу (низкие адгезионные свойства полиуретана), а вместе с тем, что полиуретан имеет объемную усадку при полимеризации после заливки и, как следствие, высокие отрывающие напряжения в клеевом слое - это приводит к полному отрыву обкладки от корпуса статора в течение эксплуатации при переменных динамических нагрузках при бурении. Специалистами ООО «Гидробур-сервис» при проведении опытно-промышленных испытаний с суммарной наработкой 4500 часов бурения на партию опытных статоров установлено, что вероятность отказа ВЗД по причине отслаивания (потери прочности крепления) эластомерной обкладки от металлического корпуса при втором спуске в скважину составляет 50%. Это очень высокий риск, по причине которого принято решение отказаться от технического решения по изобретению № 2673479.
Предлагаемым техническим решением решается задача повышения долговечности и надёжности ВЗД при сохранении всех преимуществ использования полиуретановой композиции вместо резины.
Техническим результатом данного устройства является создание надежного и высокоэффективного ВЗД с хорошей управляемостью для обеспечения проектной траектории скважины. Применение полиуретановой композиции позволяет значительно уменьшить длину ВЗД по сравнению с ВЗД с резиновой обкладкой статора (в 1,5…2 раза), увеличить мощность ВЗД, а также уменьшить трудоёмкость изготовления и материалоёмкость ВЗД.
Для достижения указанного технического результата статор винтового забойного двигателя для бурения скважин, состоящий из цилиндрической металлической гильзы, снабжен внутри гильзы эластичной обкладкой с внутренними винтовыми зубьями для взаимодействия с ротором, размещенным внутри статора и снабженным наружными винтовыми зубьями.
Отличительными признаками предлагаемого статора винтового забойного двигателя для бурения скважин от указанного выше известного, наиболее близкого к нему, является то, что в гильзе установлен жесткий трубчатый каркас, закрепленный в ней неподвижно, при этом каркас имеет сквозные радиальные отверстия и образует внутреннюю полость между внутренним диаметром гильзы и наружным диаметром каркаса, а эластичная обкладка имеет внутренние винтовые зубья, диаметр по впадинам, которых меньше внутреннего диаметра трубчатого каркаса, при этом эластичная обкладка заполняет сквозные радиальные отверстия в трубчатом каркасе и полость между внутренним диаметром гильзы и наружным диаметром каркаса.
Благодаря наличию этих признаков в предлагаемой конструкции повышается ресурс и надежность работы ВЗД, обеспечиваются высокие мощностные характеристики ВЗД.
Предлагаемый статор забойного двигателя иллюстрируется на фиг. 1 и фиг. 2, на которых соответственно представлены продольный разрез статора и каркас статора в аксонометрической проекции.
Статор ВЗД содержит гильзу 1 в виде трубы из высококачественной стали с резьбой на концах для соединения со смежными деталями двигателя. В гильзе 1 установлен каркас 2. Каркас 2 может быть цельной деталью или состоять из набора отдельных элементов (как показано на фиг. 1). Каркас 2 закрепляется в гильзе 1 статора с помощью клея, сварки или пайки, или другим механическим способом, который обеспечивает надёжность крепления каркаса 2 к гильзе 1, предотвращающий проворот и осевое смещение каркаса. Каркас 2 имеет множество отверстий или окон 3 произвольной формы, сообщающих его наружное (полость А) и внутреннее (полость Б) пространства. Эластичная полиуретановая обкладка 4 изготавливается методом заливки её в жидком виде в полости А и полости Б с помощью пресс-формы с последующей полимеризацией. Таким образом, в данном техническом решении относительно рассматриваемого прототипа адгезионное крепление обкладки заменяется на комбинированное крепление обкладки 4 к гильзе 1 - одновременно адгезионное и механическое, которое заключается в том, что каркас 2 и обкладка 4, образованная заливкой жидкого полиуретана в полости Б и А через отверстия (окна) в каркасе 2 представляет собой монолитную конструкцию: полиуретан со всех сторон обжимает каркас 2, жестко прикрепленный к гильзе 1. При этом на всех поверхностях, где полиуретановая обкладка 4 контактирует с корпусом 1 и каркасом 2 присутствует адгезия.
Работа статора в составе винтового двигателя осуществляется в комплекте с ротором, карданным валом и шпинделем, на валу которого закрепляется долото. При подаче жидкости ротор приводится в планетарное движение, которое передаётся на вал двигателя и долото. С увеличением нагрузки на долото увеличивается крутящий момент, повышается давление, возрастают нагрузки в зубчатом зацеплении ротора и статора. Полиуретановый зуб статора, усиленный металлическим каркасом, позволяет передать повышенный крутящий момент и пробурить скважину с максимальной скоростью и близостью к проектной траектории без риска отклеивания эластомера от гильзы статора и, соответственно, риска отказа ВЗД во время бурения.
ООО «Гидробур-сервис» изготовлена опытная партия двигателей диаметром 106 мм и 120 мм с каркасным статором и эластичной полиуретановой обкладкой Уникспур 2B092S (Unikspur 2B092S) (ТУ2292-013-55180710 - 2009) с твёрдостью от 92 единиц по Шору А до 75 единиц по Шору Д, с условной прочностью при разрыве 50 МПа, с истираемостью 20-25 м3/тДж, с термостойкостью до 120 град. С, работоспособной в химически агрессивной жидкости.
Партия предлагаемых двигателей успешно прошла стендовые испытания, показав более высокие, по сравнению с другими двигателями тех же размеров характеристики: высокий крутящий момент на выходном валу, более устойчивую скорость вращения, высокий КПД. В настоящее время двигатели этой партии работают на месторождениях Западной Сибири и Татарстана с высокими показателями бурения. Изобретение позволяет уменьшить длину двигателя при снижении материалоемкости, вследствие чего улучшается точность проводки скважины по заданной траектории.
Claims (1)
- Статор винтового забойного двигателя для бурения скважин, состоящий из цилиндрической металлической гильзы, снабженный внутри гильзы эластичной обкладкой с внутренними винтовыми зубьями для взаимодействия с ротором, размещенным внутри статора и снабженным наружными винтовыми зубьями, отличающийся тем, что в гильзе установлен жесткий трубчатый каркас, закрепленный в ней неподвижно, при этом каркас имеет сквозные радиальные отверстия и образует внутреннюю полость между внутренним диаметром гильзы и наружным диаметром каркаса, а эластичная обкладка имеет внутренние винтовые зубья, диаметр по впадинам которых меньше внутреннего диаметра трубчатого каркаса, при этом эластичная обкладка заполняет сквозные радиальные отверстия в трубчатом каркасе и полость между внутренним диаметром гильзы и наружным диаметром каркаса.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2771687C1 true RU2771687C1 (ru) | 2022-05-11 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2389752B1 (ru) * | 1977-05-05 | 1984-10-19 | Christensen Inc | |
RU2017921C1 (ru) * | 1990-12-13 | 1994-08-15 | Камский научно-исследовательский институт комплексных исследований глубоких и сверхглубоких скважин | Гидравлический забойный двигатель |
RU2320838C1 (ru) * | 2006-10-17 | 2008-03-27 | Открытое акционерное общество "Пермнефтемашремонт" | Статор винтовой гидромашины (варианты) |
RU2351730C1 (ru) * | 2008-02-08 | 2009-04-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Вниибт-Буровой Инструмент" | Статор винтового забойного двигателя |
RU104629U1 (ru) * | 2010-07-23 | 2011-05-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Вниибт-Буровой Инструмент" | Статор винтового забойного двигателя |
RU2673479C1 (ru) * | 2017-06-27 | 2018-11-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Гидробур-сервис" | Винтовой забойный двигатель для бурения скважин |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2389752B1 (ru) * | 1977-05-05 | 1984-10-19 | Christensen Inc | |
RU2017921C1 (ru) * | 1990-12-13 | 1994-08-15 | Камский научно-исследовательский институт комплексных исследований глубоких и сверхглубоких скважин | Гидравлический забойный двигатель |
RU2320838C1 (ru) * | 2006-10-17 | 2008-03-27 | Открытое акционерное общество "Пермнефтемашремонт" | Статор винтовой гидромашины (варианты) |
RU2351730C1 (ru) * | 2008-02-08 | 2009-04-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Вниибт-Буровой Инструмент" | Статор винтового забойного двигателя |
RU104629U1 (ru) * | 2010-07-23 | 2011-05-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Вниибт-Буровой Инструмент" | Статор винтового забойного двигателя |
RU2673479C1 (ru) * | 2017-06-27 | 2018-11-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Гидробур-сервис" | Винтовой забойный двигатель для бурения скважин |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11519381B2 (en) | Load balanced power section of progressing cavity device | |
RU2607833C2 (ru) | Забойные двигатели и насосы с асимметричными винтовыми зубьями | |
CA2411535C (en) | Optimized liner thickness for positive displacement drilling motors | |
US9441627B2 (en) | Lightweight and flexible rotors for positive displacement devices | |
CN103857867A (zh) | 带有改进的定子的井下马达和泵及其制造和使用方法 | |
RU2318135C1 (ru) | Статор винтовой героторной гидравлической машины | |
RU161029U1 (ru) | Статор винтовой героторной гидромашины | |
RU2673479C1 (ru) | Винтовой забойный двигатель для бурения скважин | |
RU2771687C1 (ru) | Статор винтового забойного двигателя для бурения скважин | |
CA2473282A1 (en) | Stator for an eccentric screw pump or an eccentric worm motor operating on the moineau principle | |
GB2084697A (en) | Planetary mechanism | |
RU2373364C2 (ru) | Статор винтовой героторной гидромашины | |
EP3080379B1 (en) | Nutating fluid-mechanical energy converter to power wellbore drilling | |
US20030003000A1 (en) | Polyurethane stator for a progressive cavity pump | |
RU209009U1 (ru) | Статор винтового забойного двигателя для бурения скважин | |
RU2304688C2 (ru) | Героторный гидравлический двигатель или насос | |
RU2710338C1 (ru) | Гидравлический забойный двигатель | |
RU2367761C2 (ru) | Гидравлический забойный двигатель | |
US10895256B2 (en) | Stator and rotor profile for improved power section performance and reliability | |
RU2260106C1 (ru) | Устройство для бурения скважин | |
RU2669438C1 (ru) | Гидравлический забойный двигатель | |
RU2365726C1 (ru) | Винтовой забойный двигатель | |
RU58592U1 (ru) | Статор винтового забойного двигателя | |
RU2295023C1 (ru) | Турбовинтовой забойный двигатель | |
RU2652725C1 (ru) | Статор винтовой героторной гидромашины |