RU58591U1

RU58591U1 - MULTI-STAGE AXIAL SUPPORT TURBO DRILL

Info

Publication number: RU58591U1
Application number: RU2006127206/22U
Authority: RU
Inventors: Юрий Павлович Смольский; Максим Львович Седов; Лев Христофорович Балдаев; Владимир Алексеевич Лупанов; Евгений Анатольевич Панфилов
Original assignee: Юрий Павлович Смольский
Priority date: 2006-07-27
Filing date: 2006-07-27
Publication date: 2006-11-27

Abstract

Полезная модель относится к области бурения нефтяных и газовых скважин турбинным способом, а именно к турбобурам. Многоступенчатая осевая опора турбобура, содержит установленные на валу турбобура и контактирующие друг с другом металлические диски, подпятники и кольца. По меньшей мере, часть торцевых поверхностей дисков и наружная поверхность колец выполнены с покрытием в виде слоя порошка, включающего частицы карбида вольфрама, диспергированные в сплаве кобальта с хромом, нанесенного на поверхность методом высокоскоростного газопламенного или плазменного напыления. С этим же покрытием может быть выполнена и контактирующая с кольцами и дисками внутренняя поверхность подпятников, обычно выполняемая с резиновой обкладкой. Полезная модель, обеспечивая защиту поверхностей элементов осевой опоры от абразивного и коррозионного изнашивания, позволяет улучшить эксплуатационные характеристики турбобура, продлевая его срок службы.The utility model relates to the field of drilling oil and gas wells by a turbine method, namely to turbodrills. The multi-stage axial support of the turbo-drill contains metal disks, thrust bearings and rings mounted on the turbo-drill shaft and in contact with each other. At least a portion of the end surfaces of the disks and the outer surface of the rings are coated with a powder layer comprising tungsten carbide particles dispersed in a cobalt-chromium alloy deposited onto the surface by high-speed flame or plasma spraying. With the same coating, the inner surface of the thrust bearings in contact with the rings and discs, usually performed with a rubber lining, can also be made. The utility model, providing protection of the surfaces of axial support elements from abrasive and corrosive wear, can improve the performance of a turbodrill, extending its service life.

Description

Полезная модель относится к области бурения нефтяных и газовых скважин турбинным способом, а именно к турбобурам.The utility model relates to the field of drilling oil and gas wells by a turbine method, namely to turbodrills.

Известна многоступенчатая осевая опора турбобура, выполненная в виде размещенной на валу турбобура многорядной резино-металлической пяты, содержащей контактирующие между собой диски, подпятники и кольца. (Заявка №2002116563/20, опубл. 10.12.2002 г.). В известном устройстве подпятник выполнен в виде металлического остова с заглубленной в него резиновой обкладкой, а каждый диск изготовлен из упрочненной стали, например из стали 38Х2МЮА, подвергнутой глубокому каталитическому азотированию, или стали, закаленной до твердости 60...62 HRC.Known multi-stage axial support of a turbo-drill, made in the form of a multi-row rubber-metal heel placed on a turbo-drill shaft, containing disks, thrust bearings and rings in contact with each other. (Application No. 2002116563/20, published on December 10, 2002). In the known device, the thrust bearing is made in the form of a metal skeleton with a rubber lining embedded in it, and each disk is made of hardened steel, for example, steel 38Kh2MYuA, subjected to deep catalytic nitriding, or steel hardened to a hardness of 60 ... 62 HRC.

Недостатком известной опоры является то, что вышеуказанные материалы не обеспечивают дискам высокой абразивной и коррозионной стойкости. Вместе с тем, элементы, составляющие осевую опору турбобура, находятся в жестких условиях абразивного износа, так как в рабочем растворе часто присутствуют песчаные и глинистые фракции. Твердые частицы бурового раствора, в том числе и забиваясь в резиновую обкладку подпятника, изнашивают торцевые поверхности дисков и внешнюю поверхность колец, контактирующую с внутренней поверхностью подпятников. Кроме того, водное окружение и химически активные вещества, содержащиеся в рабочем растворе, способствуют коррозионному износу этой поверхности. Все это приводит к снижению гарантированного ресурса эксплуатации элементов опоры и, как следствие, всего турбобура.A disadvantage of the known support is that the above materials do not provide discs with high abrasive and corrosion resistance. At the same time, the elements that make up the axial support of the turbodrill are under severe conditions of abrasive wear, since sand and clay fractions are often present in the working solution. Solid particles of drilling mud, including clogging into the rubber lining of the thrust bearing, wear the end surfaces of the disks and the outer surface of the rings in contact with the inner surface of the thrust bearings. In addition, the aqueous environment and chemically active substances contained in the working solution contribute to the corrosion wear of this surface. All this leads to a decrease in the guaranteed service life of the support elements and, as a consequence, the entire turbodrill.

В процессе подъема турбобура из скважины на него действуют скручивающие моменты, которые способствуют повреждению резиновых обкладок подпятников, что также снижает срок службы турбобура.In the process of lifting the turbodrill from the well, torsional moments act on it, which contribute to damage to the rubber plates of the thrust bearings, which also reduces the service life of the turbodrill.

Задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение, является увеличение безотказного срока службы рабочих элементов турбобура до уровня 300 часов и более, за счет обеспечения защиты поверхностей элементов осевой опоры от абразивного и коррозионного изнашивания.The task to which the claimed technical solution is directed is to increase the trouble-free service life of the working elements of the turbo-drill to the level of 300 hours or more, by ensuring the protection of the surfaces of the elements of the axial support from abrasive and corrosive wear.

Технический результат достигается тем, что в многоступенчатой осевой опоре турбобура, содержащей установленные на валу турбобура и контактирующие друг с другом металлические диски, подпятники и кольца, по меньшей мере часть торцевых поверхностей дисков и наружная поверхность колец выполнены с покрытием в виде слоя порошка, включающего частицы карбида вольфрама, диспергированные в сплаве кобальта The technical result is achieved in that in a multi-stage axial support of a turbo-drill containing metal disks mounted on the turbo-drill shaft and in contact with each other, thrust bearings and rings, at least a part of the end surfaces of the disks and the outer surface of the rings are coated with a powder layer comprising particles tungsten carbide dispersed in cobalt alloy

с хромом, нанесенного на поверхность методом высокоскоростного газопламенного или плазменного напыления.with chromium deposited on the surface by high-speed flame or plasma spraying.

Кроме того, внутренняя поверхность подпятников, контактирующая с кольцами, может быть выполнена либо с покрытием в виде слоя порошка, включающего частицы карбида вольфрама, диспергированные в сплаве кобальта с хромом, нанесенного на поверхность методом высокоскоростного газопламенного или плазменного напыления, либо с резиновой обкладкой.In addition, the inner surface of the thrust bearings in contact with the rings can be either coated with a powder layer comprising tungsten carbide particles dispersed in a cobalt-chromium alloy deposited onto the surface by high-speed flame or plasma spraying, or with a rubber lining.

Использование частиц карбида вольфрама, обладающих высокой твердостью (свыше 65 HRC), превышающей твердость абразивных частиц, для образования металлической матрицы покрытия позволяет создать слой из износостойкого материала, обеспечивающего желательную стойкость к абразивному износу. Для образования матрицы связки покрытия используется сплав кобальта с хромом, обеспечивающий покрытию коррозионную стойкость.The use of tungsten carbide particles having a high hardness (over 65 HRC), exceeding the hardness of the abrasive particles, to form a metal coating matrix allows you to create a layer of wear-resistant material that provides the desired abrasion resistance. An alloy of cobalt with chromium is used to form a coating binder matrix, which provides corrosion resistance to the coating.

Таким образом, благодаря выбранному типу твердого материала на торцевых поверхностях дисков и наружных поверхностях колец эффективным, недорогим и надежным способом обеспечивается защитный слой с требуемым уровнем прочностных и коррозионных свойств.Thus, due to the selected type of solid material, a protective layer with the required level of strength and corrosion properties is provided on the end surfaces of the disks and the outer surfaces of the rings in an efficient, inexpensive, and reliable way.

Кроме того, антифрикционные свойства предлагаемого покрытия позволяют его использовать на внутренней поверхности подпятника вместо резиновой обкладки, что позволяет увеличить ресурс работы подпятников за счет снижения возможности их повреждения при подъеме турбобура из скважины.In addition, the antifriction properties of the proposed coating allow it to be used on the inner surface of the thrust bearing instead of the rubber lining, which allows to increase the life of the thrust bearings by reducing the possibility of damage when lifting the turbodrill from the well.

Нанесение защитного слоя методом высокоскоростного газопламенного напыления обеспечивает высокие адгезионные характеристики с основным материалом направляющего аппарата, высокую плотность покрытия - 99,5% и, благодаря используемой (в методе высокоскоростного газопламенного напыления) низкой температуре газовой струи и отсутствию (в обоих методах) свободного кислорода, способствует низкому содержанию оксидов в покрытии, что повышает его коррозионную стойкость. Кроме того, такие методы позволяют нанести покрытие как на всю поверхность, так и на его часть, как на новую деталь, так и на эксплуатированную ранее для восстановления мест ее поверхности и продления срока эксплуатации.The application of the protective layer by high-speed flame spraying provides high adhesion characteristics with the main material of the guide apparatus, a high coating density of 99.5% and, due to the low temperature of the gas stream used (in the high-speed gas-flame spraying method) and the absence (in both methods) of free oxygen, contributes to a low oxide content in the coating, which increases its corrosion resistance. In addition, such methods make it possible to apply a coating both to the entire surface and to its part, both to a new part and to a previously used one to restore places of its surface and extend the service life.

На фиг.1 представлен продольный разрез турбобура; на фиг.2 - (увеличено) две ступени осевой опоры с выполнением подпятников с резиновой обкладкой; на фиг.3 - (увеличено) две ступени осевой опоры с выполнением подпятников с покрытием.Figure 1 shows a longitudinal section of a turbodrill; figure 2 - (enlarged) two stages of axial support with the implementation of thrust bearings with a rubber lining; figure 3 - (enlarged) two stages of axial support with the implementation of the thrust bearing coated.

Турбобур - это забойный гидравлический двигатель, предназначенный для бурения скважин в различных геологических условиях. В рабочих колесах турбобура Turbo-drill is a downhole hydraulic motor designed for drilling wells in various geological conditions. In the turbo-impeller

гидравлическая энергия бурового раствора, движущегося под давлением, превращается в механическую энергию вращающегося вала, связанного с долотом.the hydraulic energy of a drilling fluid moving under pressure is converted into the mechanical energy of a rotating shaft associated with a bit.

Основная часть турбобура - турбина, состоящая из большого числа одинаковых ступеней, каждая из которых содержит соединенную с валом 1 вращающуюся часть - диск ротора 2 и закрепленную на корпусе 3 неподвижную часть - диск статора 4.The main part of the turbodrill is a turbine consisting of a large number of identical steps, each of which contains a rotating part connected to the shaft 1 — the rotor disk 2 and the fixed part fixed to the housing 3 — the stator disk 4.

Осевая опора турбобура содержит установленные на валу 1 диски 5 и кольца 6, вставленные в подпятники 7, контактирующие своей наружной поверхностью с корпусом 3. Торцевые поверхности дисков 5 (по меньшей мере их часть, преимущественно в местах контакта с торцевыми поверхностями подпятника 7 и кольца 6) и внешняя поверхность кольца 6 выполнены с покрытием 8 в виде слоя порошка, включающего частицы карбида вольфрама, диспергированные в сплаве кобальта с хромом, нанесенного на поверхность методом высокоскоростного газопламенного или плазменного напыления. Частицы напыляемого порошка имеют размер от 5 до 40 микрон и образуются путем интенсивного перемешивания карбида вольфрама и материала связки с их дальнейшим спеканием, дроблением и сфероидизированием. С таким же покрытием может быть выполнена и внутренняя поверхность подпятника 7 со стороны кольца 6 (фиг.3). Возможно и широко известное выполнение подпятника с резиновой обкладкой (фиг.2).The axial support of the turbo-drill comprises disks 5 mounted on the shaft 1 and rings 6 inserted into the thrust bearings 7, which contact their outer surface with the housing 3. The end surfaces of the disks 5 (at least part of them, mainly at the points of contact with the end surfaces of the thrust bearing 7 and ring 6 ) and the outer surface of the ring 6 is made with a coating 8 in the form of a powder layer comprising particles of tungsten carbide dispersed in an alloy of cobalt with chromium deposited on the surface by the method of high-speed flame or plasma apyleniya. Particles of the sprayed powder have a size of 5 to 40 microns and are formed by vigorous mixing of tungsten carbide and binder material with their further sintering, crushing and spheroidization. With the same coating can be made and the inner surface of the thrust bearing 7 from the side of the ring 6 (figure 3). Perhaps well-known implementation of the thrust bearing with a rubber lining (figure 2).

Диски ротора 2 совместно с втулкой нижней опоры 9 и двумя втулками 10 средней опоры вала 1, упором 11, дисками 5 и кольцами 6 зажимаются на валу 1 роторной гайкой 12. Диски статора 4, средние опоры 13, регулировочное кольцо 14, определяющие положение ротора относительно статора в собранном турбобуре, и подпятники 7 закрепляются ниппелем 15 с использованием регулировочных колец 16 и 17. Корпус крепится к колонне бурильных труб через переводник 18, а на валу 1 турбобура имеется переводник 19, соединяемый с долотом.The rotor disks 2 together with the lower support sleeve 9 and two bushings 10 of the middle shaft support 1, the stop 11, discs 5 and rings 6 are clamped on the shaft 1 by the rotor nut 12. The stator disks 4, the middle bearings 13, the adjusting ring 14 determining the position of the rotor relative to the stator in the assembled turbodrill, and the thrust bearings 7 are fixed with a nipple 15 using the adjusting rings 16 and 17. The housing is attached to the drill pipe string through an adapter 18, and on the shaft 1 of the turbodrill there is an adapter 19 connected to the bit.

При бурении турбобуром энергия, предназначенная для разрушения породы, подводится к забою потоком промывочной жидкости. При взаимодействии элементов осевой опоры с рабочим раствором покрытие 8, нанесенное на торцевые поверхности дисков 5, внешнюю поверхность колец 6 и внутреннюю поверхность подпятников 7, защищает эти поверхности от абразивного и коррозионного износа при взаимодействии с рабочей жидкостью, что позволяет использовать буровой раствор любой плотности и вязкости, в том числе с содержанием тампонирующих материалов.When drilling with a turbo-drill, the energy intended to destroy the rock is supplied to the bottom by the flow of flushing fluid. When the axial support elements interact with the working fluid, the coating 8 applied to the end surfaces of the disks 5, the outer surface of the rings 6 and the inner surface of the thrust bearings 7 protects these surfaces from abrasive and corrosive wear when interacting with the working fluid, which allows the use of drilling fluid of any density and viscosity, including the content of plugging materials.

Полезная модель, обеспечивая защиту поверхностей элементов осевой опоры от абразивного и коррозионного изнашивания, позволяет улучшить эксплуатационные характеристики турбобура, продлевая его срок службы.The utility model, providing protection of the surfaces of the elements of the axial support from abrasive and corrosive wear, can improve the operational characteristics of the turbodrill, prolonging its service life.

Claims

1. Multistage axial support of the turbo-drill, comprising metal disks, thrust bearings and rings mounted on the turbo-drill shaft and in contact with each other, characterized in that at least part of the end surfaces of the disks and the outer surface of the rings are coated with a powder layer comprising carbide particles tungsten dispersed in an alloy of cobalt with chromium deposited on the surface by high-speed flame or plasma spraying.

2. The support according to claim 1, characterized in that the inner surface of the thrust bearings in contact with the rings and discs is coated with a powder layer comprising tungsten carbide particles dispersed in an alloy of cobalt with chromium deposited onto the surface using a high-speed flame or plasma spraying.

3. The support according to claim 1, characterized in that the inner surface of the thrust bearings in contact with the rings and discs is made with a rubber lining.