RU41328U1

RU41328U1 - SWIVEL ADAPTER

Info

Publication number: RU41328U1
Application number: RU2004109687/22U
Authority: RU
Inventors: Т.А. Колесниченко
Original assignee: Общество с Ограниченной Ответственностью "Буровой инструмент"
Priority date: 2004-04-01
Filing date: 2004-04-01
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 и забойного двигателя. Предлагаемая полезная модель включает корпус и полый вал со сферической опорной пятой, снабженные контактирующими элементами для передачи крутящего момента, сферические подпятники и полый шток с уплотнительным элементом. Хвостовик полого штока с уплотнительным элементом размещены в расточке на концевой части полого вала. Контактирующие элементы для передачи крутящего момента выполнены в виде шлицевого соединения с циклоидальным профилем зубьев. Наружные зубья полого вала имеют бочкообразную форму, а внутренние зубья корпуса-прямые. Применение полезной модели позволяет повысить надежность и увеличить срок службы шарнирного переводника за счет повышения износостойкости и долговечности шлицевого зубчатого соединения. Также применение полезной модели позволяет повысить производительность буровой установки, в результате повышения несущей способности шарнирного переводника при передаче большого крутящего момента за счет увеличения изгибной прочности контактирующих элементов. Кроме того, применение заявляемого технического решения расширяет технологические возможности шарнирного 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. The proposed utility model includes a housing and a hollow shaft with a spherical support heel, equipped with contacting elements for transmitting torque, spherical thrust bearings and a hollow rod with a sealing element. The shank of the hollow rod with a sealing element is placed in the bore on the end of the hollow shaft. Contacting elements for transmitting torque are made in the form of a spline connection with a cycloidal profile of the teeth. The external teeth of the hollow shaft are barrel-shaped, and the internal teeth of the housing are straight. The use of the utility model improves reliability and increases the service life of the articulated sub by increasing the wear resistance and durability of the spline gear connection. Also, the application of the utility model allows to increase the productivity of the drilling rig, as a result of increasing the bearing capacity of the articulated sub when transmitting large torque by increasing the bending strength of the contacting elements. In addition, the application of the claimed technical solution extends the technological capabilities of the articulated

соединения и позволяет успешно использовать шарнирный переводник для бурения вертикальных, наклонных и горизонтальных скважин.connection and allows you to successfully use the articulated sub for drilling vertical, deviated and horizontal wells.

Description

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.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.

Известно гибкое соединение - шарнирная муфта, включающая корпус, полый вал, ниппель со сферической опорной пятой, установленной в полости полумуфты между сферическими подпятниками, и уплотнительный элемент - герметизирующее кольцо, расположенное между полумуфтой и сферической пятой (авт. св. СССР №1070294 Е 21 В 7/08, 1984).A flexible connection is known - a swivel coupling comprising a housing, a hollow shaft, a nipple with a spherical support heel installed in the cavity of the half coupling between the spherical thrust bearings, and a sealing element - a sealing ring located between the half coupling and the spherical heel (ed. St. USSR No. 1070294 E 21 In 7/08, 1984).

Недостатком известного устройства является ненадежность уплотнительного элемента, контактирующего со сферической поверхностью пяты, совершающей максимальные перемещения при работе устройства и частично контактирующей с ответными поверхностями подпятника. При работе устройства уплотнительный элемент испытывает максимальные деформации, понижающие надежность уплотнения. Кроме того, крутящий момент в данном устройстве передается с полумуфты на ниппель через кулачковую муфту, связанную с ниппелем по диаметру, меньшему, чем диаметр сферы ниппеля, что приводит к возникновению максимальных окружных сил в этом соединении.A disadvantage of the known device is the unreliability of the sealing element in contact with the spherical surface of the heel, making maximum movements during operation of the device and partially contacting with the counter surfaces of the thrust bearing. When the device is operating, the sealing element experiences maximum deformations, which reduce the reliability of the seal. In addition, the torque in this device is transmitted from the coupling half to the nipple through a cam clutch connected to the nipple in diameter smaller than the diameter of the sphere of the nipple, which leads to the emergence of maximum circumferential forces in this connection.

Наиболее близким техническим решением из известных является шарнирный переводник (патент РФ №2192535, Е 21 В 7/08, 11.10.02), The closest technical solution known is the articulated sub (RF patent No. 2192535, E 21 B 7/08, 10/11/02),

включающий корпус и полый вал со сферической опорной пятой, снабженные контактирующими элементами для передачи крутящего момента, сферические подпятники и полый шток с уплотнительным элементом. Хвостовик полого штока с уплотнительным элементом размещены в расточке на концевой части полого вала, причем уплотнительный элемент располагается в плоскости, перпендикулярной к оси полого вала и проходящей через центр сферической поверхности опорной пяты. Контактирующие элементы для передачи крутящего момента выполнены в виде шлицевого соединения с эвольвентным профилем зубьев.comprising a housing and a hollow shaft with a spherical support heel, provided with contacting elements for transmitting torque, spherical thrust bearings and a hollow rod with a sealing element. The shank of the hollow rod with the sealing element is placed in the bore on the end part of the hollow shaft, and the sealing element is located in a plane perpendicular to the axis of the hollow shaft and passing through the center of the spherical surface of the supporting heel. Contacting elements for transmitting torque are made in the form of a spline connection with an involute tooth profile.

Недостатками известного устройства является:The disadvantages of the known device is:

- низкая несущая способность при передаче крутящего момента в шарнирном переводнике в результате возникновения высоких контактных напряжений на кромках зубьев при искривлении осей, а также высоких напряжений среза в шлицевом соединении при недостаточной толщине основания зубьев,- low bearing capacity when transmitting torque in the articulated sub as a result of the occurrence of high contact stresses on the edges of the teeth when the axles are bent, as well as high shear stresses in the spline connection with insufficient thickness of the tooth base,

- невозможность увеличения угла преломления осей из-за выкрашивания кромок зубьев.- the inability to increase the angle of refraction of the axes due to chipping of the edges of the teeth.

Предлагаемой полезной моделью решается задача повышения надежности и увеличения несущей способности шлицевого соединения шарнирного переводника, а также увеличение допустимого угла преломления осей до 5°-6° (а, при необходимости, до 12°-15°).The proposed utility model solves the problem of increasing the reliability and increasing the bearing capacity of the spline joint of the articulated sub, as well as increasing the permissible angle of refraction of the axes to 5 ° -6 ° (and, if necessary, to 12 ° -15 °).

Технический результат, получаемый от использования полезной модели, заключается в повышении надежности и увеличении срока службы шарнирного переводника, в увеличении его несущей способности при передаче The technical result obtained from the use of the utility model is to increase the reliability and increase the service life of the articulated sub, to increase its bearing capacity during transmission

большого крутящего момента за счет увеличения изгибной прочности контактирующих элементов, а также в расширении технологических возможностей предлагаемой полезной модели по сравнению с прототипом.high torque by increasing the bending strength of the contacting elements, as well as in expanding the technological capabilities of the proposed utility model in comparison with the prototype.

Для этого в шарнирном переводнике, содержащем корпус и полый вал со сферической опорной пятой, снабженные контактирующими элементами для передачи крутящего момента, сферические подпятники и полый шток, установленные в корпусе, причем хвостовик полого штока с уплотнительным элементом размещен в расточке на концевой части полого вала, согласно заявляемого технического решения контактирующие элементы для передачи крутящего момента выполнены в виде шлицевого соединения с циклоидальным профилем зубьев, наружные зубья полого вала имеют бочкообразную форму, а внутренние зубья корпуса-прямые.To do this, in a hinged sub containing a housing and a hollow shaft with a spherical support heel, equipped with contacting elements for transmitting torque, spherical thrust bearings and a hollow rod installed in the housing, the shank of the hollow rod with the sealing element being placed in the bore on the end of the hollow shaft, according to the claimed technical solution, the contacting elements for transmitting torque are made in the form of a spline connection with the cycloidal profile of the teeth, the external teeth of the hollow shaft have like manner the shape and internal teeth-straight body.

Выполнение контактирующих элементов полого вала в виде бочкообразных зубьев обеспечивает увеличение угла преломления осей в шарнирном переводнике до 5°-6° (а, при необходимости, до 12°-15°), то есть расширяет технологические возможности предлагаемого шарнирного переводника, а также приводит к уменьшению контактных напряжений на кромках зубьев при искривлении осей, к отсутствию выкрашивания кромок зубьев, а следовательно, к увеличению срока службы шарнирного переводника.The implementation of the contacting elements of the hollow shaft in the form of barrel-shaped teeth provides an increase in the angle of refraction of the axes in the articulated sub to 5 ° -6 ° (and, if necessary, to 12 ° -15 °), that is, it extends the technological capabilities of the proposed articulated sub, and also leads to reduction of contact stresses on the edges of the teeth when the axes are bent, to the absence of chipping of the edges of the teeth, and therefore to an increase in the service life of the articulated sub.

Применение циклоидального профиля зубьев обеспечивает передачу большого крутящего момента шарнирным переводником за счет большой изгибной прочности контактирующих элементов.The use of the cycloidal profile of the teeth ensures the transmission of large torque to the articulated sub due to the large bending strength of the contacting elements.

На фиг.1 изображен шарнирный переводник в продольном разрезе;Figure 1 shows a hinged sub in longitudinal section;

На фиг.2 изображен шарнирный переводник сечении А-А.Figure 2 shows a hinged sub section AA.

Шарнирный переводник, показанный на фиг.1, включает корпус 1 с прямыми внутренними зубьями «d» и полый вал 2 со сферической пятой «а» и расточкой «b» на концевой части. Кроме того, наружный диаметр полого вала 2 снабжен бочкообразными зубьями «с», находящимися в зацеплении с прямыми, внутренними зубьями «d» корпуса 1. В корпусе 1 установлены сферические подпятники 3 и 4, имеющие сферические поверхности «е», контактирующие со сферической пятой «а» полого вала 2. Полый шток 5 с уплотнительным кольцом 6 установлен в корпусе 1 и имеет хвостовик «g», размещенный в расточке «b» полого вала 2, причем уплотнительный элемент 7, установлен на хвостовике «g» полого штока 5 таким образом, что зона контакта уплотнительного элемента 7 с поверхностью расточки «Ь» находится в плоскости А-А, проходящей через центр сферической пяты «а» перпендикулярно оси шарнирного переводника.The hinged sub shown in FIG. 1 includes a housing 1 with straight internal teeth “d” and a hollow shaft 2 with a spherical heel “a” and a bore “b” on the end part. In addition, the outer diameter of the hollow shaft 2 is provided with barrel-shaped teeth “c” meshed with the straight, internal teeth “d” of the housing 1. In the housing 1, spherical thrust bearings 3 and 4 are installed having spherical surfaces “e” in contact with the spherical heel "A" of the hollow shaft 2. The hollow shaft 5 with the sealing ring 6 is installed in the housing 1 and has a shank "g" located in the bore "b" of the hollow shaft 2, and the sealing element 7 is mounted on the shank "g" of the hollow shaft 5 so so that the contact area of the sealing ele ment 7 with the surface of the bore "b" is located in the plane AA, passing through the center of the spherical heel "a" perpendicular to the axis of the articulated sub.

Работа устройства происходит следующим образом: корпус 1 и полый вал 2 соединяются с элементами бурильной колонны, например с забойным двигателем и бурильной трубой. Двигатель под действием установленного на его корпус центратора или другого технологического элемента отклоняется от оси бурильной трубы. При этом сферическая пята «а» полого вала 2 поворачивается вокруг своего центра на угол, определяемый углом отклонения двигателя. Осевая нагрузка с бурильной колонны передается от полого вала 2 через сферическую пяту «а» на сферический подпятник 4, установленный в корпусе 1 и далее на забойный двигатель и долото. Промывочная жидкость The operation of the device is as follows: the housing 1 and the hollow shaft 2 are connected with the elements of the drill string, for example with a downhole motor and a drill pipe. The engine, under the action of a centralizer or other technological element installed on its body, deviates from the axis of the drill pipe. In this case, the spherical heel “a” of the hollow shaft 2 rotates around its center by an angle determined by the angle of deviation of the engine. The axial load from the drill string is transmitted from the hollow shaft 2 through the spherical heel "a" to the spherical thrust bearing 4 installed in the housing 1 and further to the downhole motor and bit. Flushing fluid

через центральное отверстие полого вала 2 через канал «i» полого штока 5 попадает в забойный двигатель. При этом уплотнительный элемент 7 препятствует утечке промывочной жидкости в затрубное пространство. Передача крутящего момента под углом преломления осей осуществляется через шлицевое соединение бочкообразных зубьев «с» полого вала 2, находящихся в зацеплении с прямыми, внутренними зубьями «d» корпуса 1.through the central hole of the hollow shaft 2 through the channel "i" of the hollow rod 5 enters the downhole motor. When this sealing element 7 prevents the leakage of flushing fluid into the annulus. The torque is transmitted at the angle of refraction of the axes through the spline connection of the barrel-shaped teeth “c” of the hollow shaft 2, which are meshed with the straight, internal teeth “d” of the housing 1.

Технико-экономическая эффективность от внедрения полезной модели заключается в снижении затрат за счет увеличения срока службы шарнирного переводника, а также за счет 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 reduce costs by increasing the service life of the articulated sub, as well as by increasing engine performance while increasing the permissible torque transmitted by the articulated sub.

Таким образом, предложенная полезная модель шарнирного переводника позволяет успешно использовать его для бурения вертикальных, наклонных и горизонтальных скважин.Thus, the proposed utility model of the articulated sub allows it to be successfully used for drilling vertical, deviated and horizontal wells.

Claims

An articulated sub, comprising a housing and a hollow shaft with a spherical support heel, provided with contacting elements for transmitting torque, spherical thrust bearings and a hollow rod installed in the housing, the shank of the hollow rod with a sealing element being placed in a bore on the end of the hollow shaft, characterized in that the contacting elements for transmitting torque are made in the form of a spline connection with the cycloidal profile of the teeth, the external teeth of the hollow shaft are barrel-shaped, and the internal ubya straight body.