RU29552U1 - Забойный двигатель - Google Patents

Description

ЗАБОЙНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Изобретение относится к буровой технике, а именно к забойным двигателям, предназначенным для бурения и ремонта нефтяных и газовых скважин.

Известны забойные двигатели, состоящие из двигательной и шпиндельной секции, включающей корпус, полый выходной вал, осевую опору и радиальные опоры (см. книги «Расчет, конструирование и эксплуатация турбобуров, Москва, «Недра, 1976 г. стр.50-56 и «Винтовые забойные двигатели, Москва, «Недра, 1999 г. стр.18, стр. 32-35).

При работе данных забойных двигателей долоту придается только вращательное движение при промывке забойной зоны относительно постоянным не меняющимся по расходу потоком рабочей жидкости. Разрушение породы происходит последовательным срезанием ее слоев при вращении долота.

Известен винтовой забойный двигатель по патенту № 2110660 (опубл. 2002.07.20), содержащий секцию рабочих органов, включающую статор и эксцентрично установленный внутри него ротор, секцию шпиндельную, содержашую корпус, полый выходной вал, осевые и радиальные опоры, соединительную муфту с окнами для пропуска промывочной жидкости через полый вы содной вал, установленную на полом выходном валу, и узел кинематического соединения ротора с полым выходным валом секции шпиндельной, причем, он содержит дополнительную радиальную опору, установленную на соединительной муфте в зоне ниже окон для пропуска промывочной жидкости, для взаимодействия наружной поверхности

- /

ни

3 в

Е 21 в 4/02

соединительной муфты с внутренней поверхностью дополнительной радиальной опоры, причем дополнительная радиальная опора закреплена в корпусе неподвижно.

При работе данного забойного двигателя долоту придается только вращательное движение при промывке забойной зоны относительно постоянным не меняющимся по расходу потоком рабочей жидкости. Разрушение породы происходит последовательным срезанием ее слоев при вращении долота.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения производительности бурения за счет более эффективного разрушения горной породы долотом при придании долоту помимо врашательного еше и дополнительных осевых колебаний (ударов) и лучшей промывки забоя от шлама рабочей жидкостью за счет поступления ее в забойную зону в виде порций создающих импульсные гидроудары в зоне бурения.

Для достижеиия указанного технического результата в забойном двигателе, содержащем двигательную секцию и шпиндельную секцию, состоящую из корпуса, полого выходного вала, осевой опоры, радиальных опор, осевая опора выходного вала подпружинена и двигатель дополнительно содержит проточную втулку, служащей дополнительной радиальной опорой, вьшолненной с внутренними каналами, и закрепленной неподвижно в корпусе напротив окон для протока жидкости в полый выходной вал, причем окна для пропуска промывочной жидкости в полый выходной вал и внутренние каналы проточной втулки расположены таким образом, что втулка периодически перекрывает при вращении выходного вала окна для протока жидкости.

Отличительными признаками предлагаемого забойного двигателя от указанного вьппе, наиболее близкого к нему, является наличие подпружиненной осевой опоры выходного вала и то, что двигатель дополнительно содержит проточную втулку, служащую дополнительной радиальной опорой, вьшолненной с внутренними каналами и закрепленной неподвижно в корпусе напротив окон для протока жидкости в полый

ioG /5

выходной вал, причем окна для пропуска промывочной жидкости в полый выходной вал и внутренние каналы проточной втулки расположены таким образом, что втулка периодически перекрывает при вращении выходного вала окна для протока жидкости.

Благодаря наличию этих признаков повышается производительность бурения за счет более эффективного разрушения горной породы долотом. Долоту помимо врашательного придаются еще и дополнительные осевые колебания (удары) улучшается промывка забоя от шлама рабочей жидкостью за счет поступления ее в забойную зону в виде порций создающих импульсные гидроудары в зоне бурения.

Предлагаемый забойный двигатель иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-4

На фиг.1 показана двигательная секция забойного двигателя (вариант винтового забойного двигателя)

На фиг.2 - щпиндельная секция забойного двигателя

На фиг.З - разрез А-А на фиг.1 (положение шпиндельного вала, когда проток открыт)

На фиг.4 - разрез А-А на фиг.1 (положение шпиндельного вала, когда проток закрыт)

Забойный двигатель содержит двигательную секцию (фиг.1) и шпиндельную секцию (фиг.2), состоящую из корпуса 1, полого выходного вала 4, осевой опоры 7, радиальных опор 10. В корпусе щпиндельной секции 1 забойного двигателя вращательно-ударного действия вьппе верхней радиальной опоры 2 неподвижно по отношению к корпусу расположена втулка 3 с каналами на ее внутренней поверхности, служащая дополнительной радиальной опорой, а щпиндельный вал 4 или соединительная муфта 5 имеют окна 6 для протока бурового раствора внутрь вала к долоту, которые при вращении шпиндельного вала от двигательной секции

периодически перекрываются внутренней поверхностью проточной втулки 3 (фиг. 3), а осевая опора 7 шпинделя подпружинена тарельчатыми пружинами 8, дающими возможность осевого перемещения щпиндельного вала относительно корпуса на 1-2 мм в пределах жесткости пружин и осевого усилия на долоте.

Работа забойного двигателя осуществляется следующим образом. Рабочая жидкость (буровой раствор) от бурового насоса под давлением до 20 Мпа поступает по бурильной колонне к низу буровой колонны в двигательную секцию забойного двигателя и имеет давление перед входом в двигательную секцию PI (фиг.1). пройдя через двигательную секцию рабочая жидкость вызывает вращение ротора 9 (турбинного вала) и имеет на входе в щпиндельную секцию давление PI. При положении щпиндельного вала относительно проточной втулки в положении, когда проток закрьгг (фиг.4), давление Ра резко повьппается и стремится быгь равным давлению РЬ за счет инерции (кинетической энергии потока). Расход рабочей жидкости в двигательных секциях составляет от 0,5 (Д-42) до 50 литров/секунду (Д1-240, Т12РТ240). Далее при повороте ротора (турбинного вала) поворачивается шпиндель (ротор (турбинный вал) и вал шпинделя жестко соединены между собой торсионом или соединительной муфтой) относительно проточной втулки жестко закрепленной в корпусе и открываются окна для протока рабочей жидкости во внутрь шпиндельного вала к долоту. Давление Ра резко уменьщается, разность давлений PI и Ра (перепад давления) на двигательной секции изменяется, расход жидкости скачкообразно увеличивается. Далее процесс повторяется, т.е. проток рабочей жидкости переьфывается проточной втулкой. При повороте щпиндельного вала на один оборот происходит 4-х кратное перекрытие и открытие потока рабочей жидкости. Количество каналов проточной втулки и отверстий шпиндельного вала (соединительной муфты) меняют в зависимости от условий бурения (твердости горной породы и необходимой

ЯС ЛМ

энергии и частоты удара). Количество перекрытий потока может быть от 1 до 12 и более раз за один оборот шпиндельного вала. Периодическое изменение перепада давления в двигательной секпии вызьшает периодическое изменение гидравлической выталкивающей осевой силы действующей на ротор (турбинный вал) и т.к. ротор (турбинный вал) жестко соединен со пшиндельным валом посредством торсиона или соединительной муфты и пшиндельный вал имеет возможность осевого перемещения в пределах жесткости тарельчатых пружин ограничивающих его перемещение, то щпиндельный вал и долото получают помимо вращательного еще и переменные осевые перемещения (удары) с частотой пропорциональной количеству каналов проточной втулки и частоте вращения щпиндельного вала, а рабочая жидкость поступает в зону бурения в виде волновых порций (импульсных гидроударов) обеспечивающих лучщую промывку (удаление) разрушенной породы (шлама) из забоя, повьппается производительность бурения, за счет более эффективного разрущения горной породы.

Claims (1)

1. Забойный двигатель, содержащий двигательную секцию и шпиндельную секцию, состоящую из корпуса, полого выходного вала, осевой опоры, радиальных опор, отличающийся тем, что осевая опора выходного вала подпружинена и двигатель дополнительно содержит проточную втулку, служащей дополнительной радиальной опорой, выполненной с внутренними каналами и закрепленной неподвижно в корпусе напротив окон для протока жидкости в полый выходной вал, причем окна для пропуска промывочной жидкости в полый выходной вал и внутренние каналы проточной втулки расположены таким образом, что втулка периодически перекрывает при повороте выходного вала окна для протока жидкости.