RU31264U1

RU31264U1 - Downhole motor

Info

Publication number: RU31264U1
Application number: RU2003102753/20U
Authority: RU
Inventors: М.В. Шардаков; С.А. Лузгин
Original assignee: Шардаков Михаил Валерьевич; Лузгин Сергей Анатольевич
Priority date: 2003-02-03
Filing date: 2003-02-03
Publication date: 2003-07-27

Description

....,, ..„. I.I1I mil Hill 1Ш1.... ,, .. „. I.I1I mil hill 1SH1

I iiiii 1 0 I iiiii 1 0

Забойный двигательDownhole motor

Полезная модель относится к буровой технике, а именно, к забойным двигателям для бурения нефтяных и газовых скважин.The utility model relates to drilling equipment, namely, downhole motors for drilling oil and gas wells.

Известны винтовые забойные двигатели (см. Д.Ф.Балденко, Ф.Д.Балденко, А.Н. Гноевых «Винтовые забойные двигатели, М. Недра 1999 г., стр.35, 41-42), содержащие статор с внутренними винтовыми зубьями, вьшолненными из упругоэластичного материала, нанример, из резины, металлический ротор с наружными винтовыми зубьями, число которых на единицу меньше числа зубьев статора. Винтовые зубья статора и ротора выполнены в одном направлении и находятся в непрерьшном контакте между собой. Ходы винтовых линий статора и ротора пропорциональны их числам зубьев. Ось ротора смещена относительно оси статора на величину эксцентриситета, равную половине радиальной высоты зубьев.Known downhole motors (see D.F. Baldenko, F.D. Baldenko, A.N. Gnoyeva "Downhole motors, M. Nedra 1999, p. 35, 41-42), containing a stator with internal screw teeth made of an elastic material, nano-rubber, a metal rotor with external helical teeth, the number of which is one less than the number of stator teeth. The helical teeth of the stator and rotor are made in one direction and are in continuous contact with each other. The strokes of the helical lines of the stator and rotor are proportional to their number of teeth. The rotor axis is offset relative to the stator axis by an eccentricity equal to half the radial height of the teeth.

Недостатком данного забойного двигателя является сложность в изготовлении, в связи с высокой точностью профилей ротора и статора, ограничение рабочих температур до 100-140° из-за изменения свойств упругоэластичной обкладки при повьщ1енных температурах, исключение применения промьшочных: жидкостей на углеводородной основе из-за набухания и разрушения эластичной обкладки, малый срок хранения перед использованием из-за старения и потери свойств резиновой обкладки, низкая наработка, в связи с тем, что винтовые зубья ротора и статора находятся в непрерьшном контакте, и при работе присутствует трение скольжения между зубьями ротора и статора в абразивной среде промывочного раствора.The disadvantage of this downhole motor is the difficulty in manufacturing, due to the high accuracy of the rotor and stator profiles, the limitation of working temperatures to 100-140 ° due to changes in the properties of the elastic-elastic lining at elevated temperatures, the exclusion of the use of flushing: hydrocarbon-based liquids due to swelling and destruction of the elastic lining, a short shelf life before use due to aging and loss of properties of the rubber lining, low operating time due to the fact that the helical teeth of the rotor and stator are I am in constant contact, and during operation there is sliding friction between the teeth of the rotor and stator in the abrasive medium of the wash solution.

F 03 В 13/02 F 03 B 13/02

Известна турбина турбобура по а.с. № 1651612 (опубл. 10.12.97), содержащая венпы статора и ротора, угол установки лопаток которых составляет 10-25°, а средняя линия профилей на входном и выходном участках наклонена в противоположные стороны относительно оси венцов, причем межлопаточные каналы ротора и статора выполнены радиально сужающимися, а конструктивный угол атаки венцов составляет 5-25°.Known turbo-drill turbine by AS No. 1651612 (publ. 10.12.97) containing the stator and rotor venes, the blade angle of which is 10-25 °, and the middle line of the profiles at the input and output sections is inclined in opposite directions relative to the axis of the crowns, and the interscapular channels of the rotor and stator are made radially tapering, and the design angle of attack of the crowns is 5-25 °.

Недостатком данного забойного двигателя является невозможность его исполнения в малых габаритах наружного диаметра 35, 48, 54 мм, в связи с малым межлопаточным пространством и уменьшением 1СПД при малых диаметрах, а также наличие осевого люфта (безлопаточного пространства) между лопатками ротора и статора турбины, который составляет около 50% осевого размера ступени длиной 40 мм и 45% ступени длиной 50мм. Осевой люфт турбины не участвует в рабочем режиме турбобура и создает дополнительное гидравлическое сопротивление и гидравлические потери энергии жидкости при входе и выходе потока с лопаток турбины неэффективные завихрения жидкости при выходе с лопатки (кромочные потери) торможение жидкости при входе в лопатку из безлопаточного пространства ступени, кроме того присутствуют механические потери вызванные трением вращающихся частей турбины (обода, ступицы ротора и статора) о рабочую жидкость.The disadvantage of this downhole motor is the impossibility of its execution in small dimensions of the outer diameter of 35, 48, 54 mm, due to the small interscapular space and a decrease in 1 SPD at small diameters, as well as the presence of axial play (bladeless space) between the rotor blades and the turbine stator, which it is about 50% of the axial size of a step 40 mm long and 45% of a step 50 mm long. The axial play of the turbine does not participate in the operating mode of the turbodrill and creates additional hydraulic resistance and hydraulic losses of fluid energy at the inlet and outlet of the flow from the turbine blades; ineffective fluid turbulence at the exit of the blade (edge loss); braking of the fluid when entering the blade from the bladeless stage space, except In addition, there are mechanical losses caused by the friction of the rotating parts of the turbine (rim, rotor hub and stator) on the working fluid.

Предлагаемой полезной моделью решается задача создания забойного двигателя малых габаритов (35-100 мм).The proposed utility model solves the problem of creating a downhole motor of small dimensions (35-100 mm).

Для достижения указанного технического результата в забойном двигателе, содержащем двигательную секцию в виде статора с внутренними винтовыми зубьями, направление витков вершин зубьев статора вьшолнено противоположно направлению витков вершин зубьев ротора, причем статор и ротор расположены друг относительно друга концентрично с радиальным зазором, между вершинами зубьев, статор может бьггь вьшолнен с прямыми параллельными своей оси зубьями, а ротор вьшолнен с винтовыми зубьями.To achieve the specified technical result in a downhole motor containing a stator section with internal helical teeth, the direction of the turns of the tops of the teeth of the stator is opposite to the direction of the turns of the tops of the teeth of the rotor, and the stator and rotor are concentric with each other with a radial clearance between the tops of the teeth, the stator can be filled with straight teeth parallel to its axis, and the rotor can be filled with helical teeth.

..

Отличительными признаками нредлагаемого забойного двигателя от указанного выше, наиболее близкого к нему, является то, что направление витков вершин зубьев статора вьшолнено противоположно направлению витков вершин зубьев ротора, причем статор и ротор расположены друг относительно друга концентрично с радиальным зазором между вершинами зубьев, статор может быть вьшолнен с прямыми параллельными своей оси зубьями, а ротор вьшолнен с винтовыми зубьями.Distinctive features of the proposed downhole motor from the one closest to the above, is that the direction of the turns of the tops of the teeth of the stator is opposite to the direction of the turns of the tops of the teeth of the rotor, and the stator and rotor are concentric with each other with a radial clearance between the tops of the teeth, the stator can be it is made with straight teeth parallel to its axis, and the rotor is made with helical teeth.

предлагаемый забойный двигатель иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1,2.the downhole motor according to the invention is illustrated in the drawings shown in FIG. 1,2.

На фиг. 1 показана рабочая секция забойного двигателя в аксонометрии (разрез). (Присоединительные резьбы статора, ротора и радиальные опоры не показаны.)In FIG. 1 shows a working section of a downhole motor in a perspective view (section). (The connecting threads of the stator, rotor and radial bearings are not shown.)

На фиг.2 показана развертка цилиндрической поверхности условно контактирующей с вершинами зубьев статора и ротора.Figure 2 shows a scan of the cylindrical surface conditionally in contact with the vertices of the teeth of the stator and rotor.

Забойный двигатель (фиг.1) содержит двигательную секцию в виде статора 1 на внутренней поверхности которого расположены винтовые зубья 2, и ротора 3, который вьшолнен винтовым с встречным направлением нарезки 4 относительно статора. Ротор и статор имеют различное направление зубьев, например, у статора правое, а у ротора левое. Ротор и статор в забойном двигателе имеют секционное вьшолнение. Статор и ротор расположены друг относительно друга концентрично с радиальным зазором между вершинами зубьев. Статор может быть вьшолнен с прямыми параллельными своей оси зубьями, а ротор вьшолнен с винтовыми зубьями.The downhole motor (Fig. 1) contains a motor section in the form of a stator 1 on the inner surface of which there are helical teeth 2, and a rotor 3, which is screwed with the opposite direction of the cutting 4 relative to the stator. The rotor and stator have a different direction of the teeth, for example, the stator is right, and the rotor is left. The rotor and stator in the downhole motor are sectional. The stator and rotor are located relative to each other concentrically with a radial clearance between the tops of the teeth. The stator can be made with straight teeth parallel to its axis, and the rotor can be made with helical teeth.

При работе забойного двигателя (фиг.2) рабочая жидкость проходит в межлопаточных каналах ротора 5 и статора 6, образованных впадинами зубьев статора и ротора, приводя последний во враш,ение. Пересечение вершин зубьев ротора и статора образуют окна, соединяющие пространства межзубьевых каналов ротора и статора. В силу непрерывности потока и несжимаемости жидкости при пересечении единичных потоков каналов в общих для статора и ротора межлопаточных окнах 7, возникает гидравлическоеWhen the downhole motor is operating (Fig. 2), the working fluid passes in the interscapular channels of the rotor 5 and stator 6, formed by the hollows of the teeth of the stator and rotor, leading the latter to aging. The intersection of the tops of the teeth of the rotor and stator form the windows connecting the spaces of the interdental channels of the rotor and stator. Due to the continuity of the flow and the incompressibility of the liquid at the intersection of the individual flows of the channels in the common between the stator and rotor of the interscapular windows 7, a hydraulic

сопротивление протоку жидкости в каждом окне, которое создает вращающий момент и вьшуждает повернуться ротор, каждое пересечение рабочей буровой жидкости в окне создает вращающий момент и забирает часть гидравлической мощности на полезное вращение ротора. В результате мощность создается на каждом окне и суммируется на всей длине ротора забойного двигателя. КПД забойного двигателя увеличивается за счет ликвидации осевых люфтов обычного турбобура. Недостаточная очистка рабочей жидкости не приводит к забиванию межлопаточного пространства пшамом и различными посторонними предметами, ввиду органично направленного потока жидкости в данной конструкции, двигатель имеет возможность работать при высоких забойных температурах в связи с вьшолнением проточной части рабочих органов из металла или, например, из термостойких пластмасс. Увеличивается срок хранения двигателя в периоды между использованием в связи отсутствием эластичных обкладок и их «старения (например резины), двигатель позволяет использовать широкий диапазон промьшочных жидкостей, включая жидкости на углеводородной основе, отсутствуют потери при трении вращающихся частей турбин (обод, ступица) о рабочую жидкость по сравнению с турбобуром в обьршом исполнении. Использование данной конструкции позволяет создать эффективные забойные двигатели малых габаритов от 35 до 100 мм при существующем парке буровых насосов, имеющих расход от 5 до 50 л/сек и давление до 200 атмосфер. Кроме того применение конструкции позволяет существенно упростить технологию изготовления рабочих органов с получением внутреннего винтового профиля статора ковкой на радиально-ковочной мащине или заливкой термостойкой пластмассой на пресс мащинах, а получение профиля ротора прокаткой на стане, гидрощтамповкой или фрезеровкой на зубофрезерных станках, а также отсутствует необходимость в торсионе или гибком шарнире, в связи с соосностью вращения ротора и статора по сравнению с винтовым забойным двигателем.resistance to the fluid flow in each window, which creates a torque and causes the rotor to rotate, each intersection of the working drilling fluid in the window creates a torque and takes part of the hydraulic power for the useful rotation of the rotor. As a result, power is created on each window and summed over the entire length of the rotor of the downhole motor. The efficiency of the downhole motor is increased by eliminating the axial backlash of a conventional turbodrill. Inadequate cleaning of the working fluid does not lead to clogging of the interscapular space with psham and various foreign objects, due to the organically directed flow of fluid in this design, the engine has the ability to operate at high bottomhole temperatures due to the flow of the working parts of metal or, for example, of heat-resistant plastics . The engine has a longer shelf life between use due to the absence of elastic linings and their “aging (eg rubber), the engine allows the use of a wide range of flushing fluids, including hydrocarbon-based fluids, and there is no friction loss of the rotating parts of the turbines (rim, hub) against the working fluid compared to turbodrill in general design. Using this design allows you to create efficient downhole motors of small dimensions from 35 to 100 mm with the existing fleet of mud pumps having a flow rate of 5 to 50 l / s and a pressure of up to 200 atmospheres. In addition, the use of the design makes it possible to significantly simplify the technology of manufacturing the working bodies with obtaining an internal stator screw profile by forging on a radial forging machine or pouring heat-resistant plastic on press machines, and obtaining a rotor profile by rolling on a mill, hydraulic stamping or milling on gear milling machines, as well as there is no need in a torsion bar or flexible hinge, due to the coaxiality of the rotor and stator rotation compared to a downhole screw motor.

Таким образом, решается задача создания эффективиого забойного двигателя малых габаритов с высокой долговечностью, нрименимого для бурения скважин малого диаметра, и проведения ремонтных работ в скважине, разбуривания цементных мостов и пробок в насосно - компрессорных трубах.Thus, the problem is solved of creating an efficient downhole motor of small dimensions with high durability, applicable for drilling small diameter wells, and carrying out repair work in the well, drilling cement bridges and plugs in tubing.

Claims

1. A downhole motor containing a motor section in the form of a stator with internal helical teeth and a rotor with external helical teeth, characterized in that the direction of the turns of the tops of the teeth of the stator is opposite to the direction of the turns of the tops of the teeth of the rotor, and the stator and rotor are concentric with each other with a radial clearance between the tops of the teeth.

2. The downhole motor according to claim 1, characterized in that the stator is made with straight teeth parallel to its axis, and the rotor is made with helical teeth.