RU41327U1

RU41327U1 - SWIVEL ADAPTER

Info

Publication number: RU41327U1
Application number: RU2003132969/22U
Authority: RU
Inventors: Д.Ф. Балденко; Ю.А. Коротаев; Н.Ф. Мутовкин; Т.А. Колесниченко
Original assignee: Общество с Ограниченной Ответственностью "Буровой инструмент"
Priority date: 2003-11-12
Filing date: 2003-11-12
Publication date: 2004-10-20

Abstract

Устройство относится к буровой технике и может быть использовано при бурении наклонно-направленных скважин и боковых стволов в качестве шарнирного соединения бурильной колонны или забойного двигателя. Предлагаемая полезная модель включает корпус, полый вал со сферической опорной пятой, снабженный контактирующими элементами для передачи крутящего момента, сферический подпятник и регулируемое кольцо, установленные в корпусе, полый шток с уплотнением. При этом контактирующие элементы полого вала для передачи крутящего момента выполнены в виде лысок и прямоугольных шлицов со скосами, расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях, а регулируемое кольцо, установленное в корпусе с возможностью поворота вокруг своей оси, выполнено с взаимно перпендикулярными пазами, взаимодействующими с контактирующими элементами полого вала и с нарезкой или накаткой на торцевой поверхности, контактирующей с соответствующей нарезкой или накаткой сферического подпятника, жестко соединенного с корпусом. Применение полезной модели позволяет повысить надежность и увеличить ресурс буровой установки за счет уменьшения колебаний шарнирного переводника в плоскости, перпендикулярной плоскости искривления двигателя, возникающих при циклических нагрузках, The device relates to drilling equipment and can be used when drilling directional wells and sidetracks as a swivel of a drill string or downhole motor. The proposed utility model includes a housing, a hollow shaft with a spherical support heel, equipped with contacting elements for transmitting torque, a spherical thrust bearing and an adjustable ring installed in the housing, a hollow stem with a seal. In this case, the contacting elements of the hollow shaft for transmitting torque are made in the form of flats and rectangular slots with bevels located in mutually perpendicular planes, and an adjustable ring mounted in the housing with the possibility of rotation around its axis is made with mutually perpendicular grooves interacting with the contacting elements hollow shaft and with a thread or knurling on the end surface in contact with the corresponding thread or knurling of a spherical thrust bearing, rigidly connected to orpusom. The use of the utility model allows to increase the reliability and increase the life of the drilling rig by reducing the oscillations of the articulated sub in the plane perpendicular to the plane of curvature of the engine that occur during cyclic loads,

вследствие совмещения плоскостей искривления шарнирного переводника и искривленного переводника двигателя, в результате чего уменьшаются вибрации всей буровой установки. Кроме того, применение полезной модели позволяет повысить производительность буровой установки, за счет повышения несущей способности шарнирного переводника при передаче большого крутящего момента за счет увеличения изгибной прочности контактирующих элементов.due to the combination of the curvature planes of the articulated sub and the bent engine sub, resulting in reduced vibration of the entire rig. In addition, the application of the utility model allows to increase the productivity of the drilling rig by increasing the bearing capacity of the articulated sub when transmitting large torque by increasing the bending strength of the contacting elements.

Description

Устройство относится к буровой технике и может быть использовано при бурении наклонно- направленных скважин и боковых стволов в качестве шарнирного соединения бурильной колонны и забойного двигателя.The device relates to drilling equipment and can be used when drilling directional wells and sidetracks as a swivel of the drill string and the downhole motor.

Известным аналогичным устройством является шарнирная муфта (авт. св. СССР № 1070294, Е 21 В 7/08, 1984г.). Она содержит ведущую и ведомую полумуфты, сферические подпятники, ниппель со сферической опорной пятой, установленной в полости ведущей полумуфты между подпятниками, и герметизирующее кольцо, расположенное между подпятниками. В качестве герметизирующего кольца использован пакет манжетных уплотнений, а полумуфта имеет сферическую проточку, выполненную коаксиально сфере пяты в секторе от 10° до 30° для размещения в ней герметизирующего кольца. Передача крутящего момента осуществляется через контактирующие элементы ведущей и ведомой полу муфт.A well-known similar device is an articulated coupling (ed. St. USSR No. 1070294, E 21 B 7/08, 1984). It contains a leading and a driven half coupling, spherical thrust bearings, a nipple with a spherical support heel installed in the cavity of the leading half coupling between the thrust bearings, and a sealing ring located between the thrust bearings. A pack of lip seals is used as a sealing ring, and the half-coupling has a spherical groove made coaxially with the heel sphere in a sector from 10 ° to 30 ° to place a sealing ring in it. The transmission of torque is carried out through the contacting elements of the leading and driven floor couplings.

Недостатком устройства является ненадежность уплотнения, контактирующего со сферической поверхностью пяты, совершающей максимальные перемещения и частично контактирующей с ответными поверхностями подпятника. При этом уплотнительный элемент испытывает максимальные деформации. Кроме того, крутящий момент в известном устройстве передается на ниппель через ведомую полу муфту по диаметру, The disadvantage of this device is the unreliability of the seal in contact with the spherical surface of the heel, making the maximum movement and partially in contact with the mating surfaces of the thrust bearing. In this case, the sealing element experiences maximum deformation. In addition, the torque in the known device is transmitted to the nipple through the driven floor coupling in diameter,

меньшему, чем диаметр сферы ниппеля, что приводит к возникновению максимальных окружных сил в соединении ниппеля с ведомой полумуфтой.smaller than the diameter of the sphere of the nipple, which leads to the emergence of maximum circumferential forces in the connection of the nipple with the driven coupling half.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является шарнирный переводник (патент RU № 2192535, Е 21 В 7/08, публ. 11.10.2002г.) который содержит корпус, полый вал со сферической опорной пятой, снабженный контактирующими элементами для передачи крутящего момента, сферические подпятники, установленные в корпусе, полый шток, хвостовик которого с уплотнением в виде манжеты размещен внутри полого вала таким образом, что при передаче крутящего момента под углом преломления осей уплотнительный элемент испытывает минимальные деформации.The closest technical solution, selected as a prototype, is a swivel sub (patent RU No. 2192535, Е 21 В 7/08, publ. 11.10.2002) which contains a housing, a hollow shaft with a spherical support heel, equipped with contacting elements for transmitting torque moment, spherical thrust bearings installed in the housing, a hollow rod, the shank of which with a seal in the form of a cuff is placed inside the hollow shaft so that when transmitting torque at the angle of refraction of the axes, the sealing element experiences minimal defect rmatsii.

Недостатком известного устройства является наличие у него двух степеней свободы, вследствие чего возникает сложность совмещения плоскостей искривления шарнирного переводника и искривленного переводника винтового забойного двигателя (шарнирный переводник размещен в буровой установке выше винтового забойного двигателя), из-за чего возникают дополнительные поперечные колебания буровой установки в скважине. Это приводит к преждевременному износу всех составных частей буровой установки.A disadvantage of the known device is that it has two degrees of freedom, which makes it difficult to combine the planes of curvature of the articulated sub and the curved sub of the downhole motor (the articulated sub is located in the rig above the downhole motor), which causes additional lateral vibrations of the rig in well. This leads to premature wear of all components of the rig.

Другим недостатком является недостаточная прочность зубчатого венца шарнирного устройства при передаче большого крутящего момента под углом преломления осей, приводящая к поломке зубьев под действием изгибающих окружных сил вследствие их недостаточной толщины в Another disadvantage is the insufficient strength of the ring gear of the hinge device when transmitting large torque at the angle of refraction of the axes, leading to breakage of the teeth under the action of bending circumferential forces due to their insufficient thickness in

поперечном сечении. Это приводит к уменьшению срока службы шарнирного устройства, а, следовательно, к уменьшению ресурса буровой установки.cross section. This leads to a decrease in the service life of the articulated device, and, consequently, to a decrease in the resource of the drilling rig.

Предлагаемой полезной моделью решается задача создания конструкции шарнирного переводника с одной степенью свободы, позволяющего совмещать плоскости искривления шарнира и искривленного переводника двигателя.The proposed utility model solves the problem of creating the design of a hinged sub with one degree of freedom, allowing you to combine the plane of curvature of the hinge and the bent sub of the engine.

Технический результат, получаемый от использования полезной модели, заключается в повышении надежности и увеличении ресурса буровой установки, а также в повышении производительности винтового забойного двигателя за счет повышения несущей способности шарнирного переводника при передаче большого крутящего момента вследствие увеличения изгибной прочности контактирующих элементов.The technical result obtained from the use of the utility model is to increase the reliability and increase the life of the drilling rig, as well as to increase the performance of the downhole screw motor by increasing the bearing capacity of the articulated sub when transmitting large torque due to an increase in the bending strength of the contacting elements.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом шарнирном переводнике, содержащем корпус, полый вал со сферической опорной пятой, снабженный контактирующими элементами для передачи крутящего момента, сферический подпятник, установленный в корпусе, полый шток с уплотнением, согласно заявляемого технического решения контактирующие элементы для передачи крутящего момента выполнены в виде лысок и прямоугольных шлицов со скосами, расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях, кроме того, шарнирный переводник снабжен регулируемым кольцом, установленным в корпусе с возможностью поворота относительно оси корпуса и выполненным с взаимно перпендикулярными The specified technical result is achieved by the fact that in the proposed articulated sub, comprising a housing, a hollow shaft with a spherical support heel, equipped with contacting elements for transmitting torque, a spherical thrust bearing installed in the housing, a hollow rod with a seal, according to the claimed technical solution, contacting elements for transmission torques are made in the form of flats and rectangular slots with bevels located in mutually perpendicular planes, in addition, a hinged sub nabzhen adjustable ring mounted in the housing pivotable relative to the housing axis and arranged to mutually perpendicular

взаимодействующими с контактирующими элементами полого вала, при этом кольцо выполнено с нарезкой или накаткой на торцевой поверхности, контактирующей с соответствующей нарезкой или накаткой сферического подпятника, жестко соединенного с корпусом.interacting with the contacting elements of the hollow shaft, while the ring is made with cutting or knurling on the end surface in contact with the corresponding cutting or knurling of a spherical thrust bearing, rigidly connected to the housing.

Выполнение контактирующих элементов в виде лысок и прямоугольных шлицевых зубьев увеличивает несущую способность шарнирного переводника при передаче большого крутящего момента за счет увеличения изгибной прочности контактирующих элементов.The implementation of the contacting elements in the form of flats and rectangular spline teeth increases the bearing capacity of the articulated sub when transmitting large torque by increasing the bending strength of the contacting elements.

Размещение в корпусе регулируемого кольца с возможностью угловой ориентации позволяет совместить плоскости искривления шарнирного переводника и искривленного переводника забойного двигателя, то есть получить конструкцию шарнирного переводника с одной степенью свободы, уменьшающую колебания шарнирного переводника в плоскости, перпендикулярной плоскости искривления двигателя, и, соответственно, уменьшающую поперечные колебания буровой установки. Это позволяет повысить надежность работы и срок службы буровой установки.The placement of an adjustable ring in the housing with the possibility of angular orientation allows you to combine the curvature plane of the articulated sub and the curved sub of the downhole motor, that is, to obtain the design of the articulated sub with one degree of freedom, which reduces the oscillations of the articulated sub in the plane perpendicular to the plane of curvature of the engine, and, accordingly, reduces the transverse rig vibrations. This improves the reliability and life of the rig.

Выполнение нарезки или накатки на торцевой поверхности регулируемого кольца, контактирующей с соответствующей нарезкой или накаткой сферического подпятника, жестко соединенного с корпусом, увеличивает поверхность контакта, что также увеличивает несущую способность шарнирного переводника при передаче большого крутящего момента.Performing cutting or knurling on the end surface of an adjustable ring in contact with the corresponding thread or knurling of a spherical thrust bearing rigidly connected to the housing increases the contact surface, which also increases the bearing capacity of the articulated sub when transmitting high torque.

Сущность полезной модели поясняется чертежами.The essence of the utility model is illustrated by drawings.

На фиг.1 изображен общий вид шарнирного переводника; на фиг.2 показано поперечное сечение шарнирного переводника по А-А; на фиг.3 изображено регулируемое кольцо, на фиг.4 показаны лыски и прямоугольные шлицы концевой части полого вала.Figure 1 shows a General view of the articulated sub; figure 2 shows a cross section of a hinged sub on AA; figure 3 shows an adjustable ring, figure 4 shows the flats and rectangular slots of the end part of the hollow shaft.

Шарнирный переводник (фиг.1) включает корпус 1 полый вал 2, имеющий сферическую опорную поверхность «а», контактирующую со сферической поверхностью «Ь» подпятника 3, размещенного в центральном отверстии «с» корпуса 1, и жестко с ним связанного посредством штифтов 4. Также в центральном отверстии «с» корпуса 1 установлено регулируемое кольцо 5 с возможностью угловой ориентации, которое фиксируется в заданном положении поджатием гайкой 6. Концевая часть полого вала 2 снабжена двумя прямоугольными шлицами «d», выполненными со скосами «е» (фиг.4), и двумя лысками «g»(фиг.2) , выполненными в плоскости, перпендикулярной к плоскости расположения шлицов «h»(фиг.2). Регулируемое кольцо 5 снабжено двумя парами пазов «i» (фиг.2, 3), контактирующих с лысками «g»(фиг.2, 4) и шлицами «d» (фиг.2). Торцевая поверхность «j» (фиг.1, 3) регулируемого кольца 5 выполнена с зубчатой нарезкой или накаткой с целью увеличения площади контакта с торцевой поверхностью сферического подпятника 3. В концевой части полого вала 2 выполнена цилиндрическая расточка «р», внутри которой размещена хвостовая часть «q» полого штока 7 с уплотнительным элементом в виде манжеты 8.The hinged sub (figure 1) includes a housing 1, a hollow shaft 2, having a spherical bearing surface "a" in contact with the spherical surface "b" of the thrust bearing 3, located in the Central hole "c" of the housing 1, and rigidly connected with it through pins 4 Also, in the central hole "c" of the housing 1, an adjustable ring 5 is installed with the possibility of angular orientation, which is fixed in a predetermined position by pressing the nut 6. The end part of the hollow shaft 2 is equipped with two rectangular splines "d" made with bevels "e" (Fig. 4), two flattenings «g» (2) provided in a plane perpendicular to the splines «h» arrangement plane (2). The adjustable ring 5 is equipped with two pairs of grooves "i" (Fig.2, 3) in contact with the flats "g" (Fig.2, 4) and slots "d" (Fig.2). The end surface "j" (Fig.1, 3) of the adjustable ring 5 is made with gear cutting or knurling in order to increase the contact area with the end surface of the spherical thrust bearing 3. In the end part of the hollow shaft 2 there is a cylindrical bore "p", inside of which there is a tail part "q" of the hollow rod 7 with a sealing element in the form of a cuff 8.

Шарнирный переводник работает следующим образом. Корпус 1 соединяется с винтовым забойным двигателем, а полый вал 2-е бурильной трубой. Регулируемое кольцо 5 ориентируется в угловом положении, т.е. поворачивается относительно оси корпуса таким образом, чтобы плоскости искривления шарнирного переводника и искривленного переводника забойного двигателя совпали. После регулировки угловой ориентации регулируемого кольца 5 шарнирный переводник фиксируется при помощи гайки 6. Крутящий момент передается от полого вала 2 через контактирующие элементы «d» и «g», взаимодействующие с пазами «i» регулируемого кольца 5, и далее через зубчатую нарезку или накатку на торцевой поверхности «j» регулируемого кольца 5 и торцевую поверхность с аналогичной нарезкой или накаткой сферического подпятника 3 на корпус 1, жестко соединенный с подпятником 3 посредством штифтов 4. Осевая нагрузка с бурильной колонны передается через сферическую опорную поверхность «а» полого вала 2, контактирующую со сферической поверхностью «Ь» подпятника 3, на корпус 1, и далее на забойный двигатель и долото. Промывочная жидкость по каналам полого вала 2 и полого штока 7 попадает в забойный двигатель, при этом уплотнительный элемент 8 препятствует утечке промывочной жидкости в затрубное пространство.The articulated sub works as follows. Case 1 is connected to a downhole screw motor, and the hollow shaft is connected with a 2nd drill pipe. The adjustable ring 5 is oriented in an angular position, i.e. rotates relative to the axis of the housing so that the curvature plane of the articulated sub and the curved sub of the downhole motor match. After adjusting the angular orientation of the adjustable ring 5, the hinge sub is fixed with the nut 6. Torque is transmitted from the hollow shaft 2 through the contacting elements "d" and "g" interacting with the grooves "i" of the adjustable ring 5, and then through gear cutting or knurling on the end surface "j" of the adjustable ring 5 and the end surface with a similar thread or knurling of the spherical thrust bearing 3 on the housing 1, rigidly connected to the thrust bearing 3 by means of pins 4. The axial load from the drill string is transmitted Xia through a spherical bearing surface "a" of the hollow shaft 2 in contact with the spherical surface "b" of thrust bearing 3, the housing 1, and further the downhole motor and bit. Flushing fluid through the channels of the hollow shaft 2 and the hollow rod 7 enters the downhole motor, while the sealing element 8 prevents leakage of flushing fluid into the annulus.

Технико-экономическая эффективность от внедрения полезной модели заключается в увеличении ресурса буровой установки, а также повышения производительности работы двигателя при увеличении допустимого крутящего момента, передаваемого шарнирным переводником.Technical and economic efficiency from the introduction of a utility model is to increase the life of the drilling rig, as well as to increase engine performance while increasing the permissible torque transmitted by the articulated sub.

Claims

A hinged sub, comprising a housing, a hollow shaft with a spherical support heel, provided with contacting elements for transmitting torque, a spherical thrust bearing installed in the housing, a hollow rod with a seal, characterized in that the contacting elements for transmitting torque are made in the form of flats and rectangular splines with bevels located in mutually perpendicular planes, in addition, the hinged sub is equipped with an adjustable ring mounted in the housing with the possibility of rotation relative to the axis of the housing and made with mutually perpendicular grooves interacting with the contacting elements of the hollow shaft, while the ring is made with cutting or knurling on the end surface in contact with the corresponding cutting or knurling of a spherical thrust bearing, rigidly connected to the housing.