RU72258U1

RU72258U1 - BOTTOM ENGINE

Info

Publication number: RU72258U1
Application number: RU2007143166/22U
Authority: RU
Inventors: Михаил Валерьевич Шардаков (RU); Михаил Валерьевич Шардаков
Original assignee: Михаил Валерьевич Шардаков
Priority date: 2007-11-21
Filing date: 2007-11-21
Publication date: 2008-04-10

Abstract

1. Забойный двигатель, содержащий опорный узел, верхний соединительный переводник, статор и ротор, установленный в статоре посредством радиальных опор с возможностью вращения относительно статора и с образованием, по меньшей мере, одной камеры между ротором и статором, при этом ротор имеет центральное отверстие, соединенное окнами с камерой между ротором и статором, ротор также имеет, как минимум, три продольные выемки, расположенные равномерно по окружности наружной поверхности ротора, причем в каждой выемке ротора с боковым зазором расположен, в крайнем случае, один стержень, который при работе двигателя образует уплотнение между ротором и статором, отличающийся тем, что двигатель содержит центральный вал, закрепленный неподвижно относительно статора в верхней части двигателя, при этом центральный вал установлен с зазором в центральное отверстие ротора с возможностью вращения ротора, центральный вал имеет, как минимум, один напорный внутренний канал и, по меньшей мере, один отводящий внутренний канал, при этом напорный внутренний канал снабжен ограничителем потока в нижней части центрального вала и имеет, в крайнем случае, одно окно для выхода текучей среды из напорного внутреннего канала центрального вала, а отводящий внутренний канал снабжен ограничителем потока в верхней части центрального вала и имеет, как минимум, одно окно для входа текучей среды в отводящий внутренний канал центрального вала, при этом окно напорного внутреннего канала центрального вала расположено напротив одного продольного бокового края камеры между ротором и статором, а окно отводящего внутреннего канала центрального вал�1. A downhole motor comprising a support assembly, an upper connecting sub, a stator and a rotor mounted in the stator by means of radial bearings rotatably relative to the stator and forming at least one chamber between the rotor and the stator, the rotor having a central hole, connected by windows with a chamber between the rotor and the stator, the rotor also has at least three longitudinal recesses located uniformly around the circumference of the outer surface of the rotor, and in each recess of the rotor with a lateral clearance of In the extreme case, one rod is laid, which, when the engine is running, forms a seal between the rotor and the stator, characterized in that the engine contains a central shaft fixed motionless relative to the stator in the upper part of the engine, while the central shaft is installed with a gap in the central hole of the rotor with the possibility of rotation of the rotor, the Central shaft has at least one pressure inner channel and at least one outlet internal channel, while the pressure inner channel is equipped with a flow limiter in n the lower part of the central shaft and, in extreme cases, has one window for the exit of fluid from the pressure inner channel of the central shaft, and the outlet internal channel is equipped with a flow restrictor in the upper part of the central shaft and has at least one window for the entry of fluid into the outlet the inner channel of the central shaft, while the window of the pressure inner channel of the central shaft is located opposite one longitudinal side edge of the chamber between the rotor and the stator, and the window of the outlet inner channel of the central shaft

Description

Полезная модель относится к буровой технике, а именно к забойным двигателям, предназначенным для бурения и ремонта нефтяных и газовых скважин.The utility model relates to drilling equipment, namely to downhole motors, designed for drilling and repair of 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.35-42, стр.181). Недостатками данных забойных двигателей являются ограничение применения данных двигателей при рабочих температурах свыше 120°С, из-за изменения свойств упругоэластичной обкладки при повышенных температурах, ограничение применения промывочных жидкостей на углеводородной основе из-за набухания и разрушения упругоэластичной обкладки, малый срок гарантийного хранения перед их использованием из-за старения и потери свойств упругоэластичной обкладки, низкий КПД двигателей при сборке ротора и статора с натягом.Known downhole motors (see D.F. Baldenko, F.D. Baldenko, A.N. Gnoyeva "Downhole motors", M. Nedra, 1999, pp. 35-42, p. 181). The disadvantages of these downhole motors are the restriction of the use of these motors at operating temperatures above 120 ° C, due to changes in the properties of the elastic shells at elevated temperatures, the restriction of the use of hydrocarbon-based flushing liquids due to swelling and destruction of the elastic shells, and a short warranty storage period before them use due to aging and loss of properties of an elastic-elastic lining, low engine efficiency during assembly of the rotor and stator with interference.

Ближайшим аналогом предлагаемой полезной модели является «Забойный двигатель, бурильное устройство и буровая установка» (по патенту 2164999 с датой публикации 2001.04.10), авторы Гари Лоуренс ХАРРИС (US) и Гектор Дрентам САСМЭН (GB).The closest analogue of the proposed utility model is “Downhole Motor, Drilling Device and Drilling Rig” (according to patent 2164999 with publication date 2001.04.10), authors Gary Lawrence HARRIS (US) and Hector Drentham SASMEN (GB).

Одним из недостатков данного забойного двигателя является технологическая сложность изготовления внутренних выемок статора для размещения уплотняющих стержней, что ведет к удорожанию двигателя. Помимо того необходимость размещения выпускных отверстий в статоре двигателя, приводит к уменьшению полезного диаметра ротора и соответственно уменьшает рабочий объем и мощность двигателя. Недостатком является расположение уплотняющих стержней в выемках статора, что при высокой плотности текучей среды (глинистые буровые растворы, буровые растворы с высоким содержанием песка) приводит к закреплению стержней в выемках статора и препятствует свободному One of the disadvantages of this downhole motor is the technological complexity of manufacturing the internal stator recesses to accommodate the sealing rods, which leads to an increase in the cost of the motor. In addition, the need to place the exhaust openings in the stator of the engine, leads to a decrease in the useful diameter of the rotor and, accordingly, reduces the working volume and power of the engine. The disadvantage is the location of the sealing rods in the recesses of the stator, which at high fluid density (clay drilling fluids, drilling fluids with a high sand content) leads to the fastening of the rods in the recesses of the stator and prevents free

выдвижению стержней из выемок, что ведет к отказу двигателя. Особенно это проявляется при бурении горизонтальных скважин, где при горизонтальном расположении двигателя выдвижению нижнего стержня препятствует еще и сила тяжести самого стержня.the extension of the rods from the recesses, which leads to engine failure. This is especially evident when drilling horizontal wells, where the horizontal position of the engine prevents the extension of the lower rod also prevents the gravity of the rod itself.

Недостатком также является присутствие в данном двигателе «нерабочих положений» вызывающее необходимость применения второго двигателя работающего со смещением по угловому отношению с первым, что увеличивает общую длину двигателя. При бурении и ремонте искривленных скважин, увеличенная длина двигателя может привести к прихвату двигателя на забое и повышенным затратам на бурение. Помимо этого увеличивается вес двигателя и расход металла на его изготовление.The disadvantage is the presence of “inoperative positions” in this engine, which necessitates the use of a second engine working with an offset in angular relation with the first, which increases the total length of the engine. When drilling and repairing curved wells, an increased engine length can lead to an engine stall at the bottom and increased drilling costs. In addition, the weight of the engine and the consumption of metal for its manufacture increase.

Предлагаемой полезной моделью решается задача уменьшения длины двигателя, уменьшения затрат на изготовление двигателя, при улучшении технологичности изготовления деталей двигателя, и в большей степени увеличения надежности работы двигателя по сравнению с аналогом.The proposed utility model solves the problem of reducing the length of the engine, reducing the cost of manufacturing the engine, while improving the manufacturability of the manufacture of engine parts, and to a greater extent increasing the reliability of the engine compared to the analogue.

Этот технический результат достигается тем, что в забойном двигателе, содержащем опорный узел, верхний соединительный переводник, статор и ротор, установленный в статоре посредством радиальных опор с возможностью вращения относительно статора и с образованием, по меньшей мере, одной камеры между ротором и статором, при этом ротор имеет центральное отверстие, соединенное окнами с камерой между ротором и статором, ротор также имеет, как минимум, три продольные выемки расположенные равномерно по окружности наружной поверхности ротора, причем в каждой выемке ротора с боковым зазором расположен, в крайнем случае, один стержень, который при работе двигателя образует уплотнение между ротором и статором, согласно полезной модели двигатель содержит центральный вал, закрепленный неподвижно относительно статора в верхней части двигателя, при этом центральный вал установлен с зазором в центральное отверстие ротора с This technical result is achieved in that in a downhole motor containing a support unit, an upper connecting sub, a stator and a rotor mounted in the stator by means of radial bearings with the possibility of rotation relative to the stator and with the formation of at least one chamber between the rotor and the stator, this rotor has a Central hole connected by windows with a chamber between the rotor and the stator, the rotor also has at least three longitudinal recesses located uniformly around the circumference of the outer surface of the rotor, with in each recess of the rotor with lateral clearance there is, in extreme cases, one rod which, when the engine is running, forms a seal between the rotor and the stator, according to a utility model, the motor contains a central shaft fixed stationary relative to the stator in the upper part of the engine, while the central shaft is installed with a gap in the Central hole of the rotor with

возможностью вращения ротора, центральный вал имеет, как минимум, один напорный внутренний канал и, по меньшей мере, один отводящий внутренний канал, при этом напорный внутренний канал снабжен ограничителем потока в нижней части центрального вала и имеет, в крайнем случае, одно окно для выхода текучей среды из напорного внутреннего канала центрального вала, а отводящий внутренний канал, снабжен ограничителем потока в верхней части центрального вала и имеет, как минимум, одно окно для входа текучей среды в отводящий внутренний канал центрального вала, при этом окно напорного внутреннего канала центрального вала расположено напротив одного продольного бокового края камеры между ротором и статором, а окно отводящего внутреннего канала центрального вала находится напротив другого продольного бокового края камеры между ротором и статором при сборке двигателя, и окна ротора относительно окон напорного и отводящего каналов центрального вала расположены таким образом, что при любом угловом положении ротора относительно центрального вала, по меньшей мере, одно из окон ротора частично или полностью совпадает и сообщается с окном напорного внутреннего канала центрального вала, образуя напорный проток между окнами с возможностью прохождения текучей среды в камеру между ротором и статором из напорного внутреннего канала центрального вала через напорный проток при работе двигателя и, в крайнем случае, одно другое окно ротора частично или полностью совпадает и сообщается с окном отводящего внутреннего канала центрального вала, образуя отводящий проток между окнами с возможностью прохождения текучей среды из камеры между ротором и статором в отводящий внутренний канал центрального вала через отводящий проток при работе двигателя.with the possibility of rotation of the rotor, the central shaft has at least one pressure inner channel and at least one outlet internal channel, while the pressure inner channel is equipped with a flow restrictor in the lower part of the central shaft and, in extreme cases, has one exit window fluid from the pressure inner channel of the central shaft, and the outlet inner channel is provided with a flow restrictor in the upper part of the central shaft and has at least one window for the fluid to enter the outlet inner channel of the center a shaft, while the window of the pressure inner channel of the central shaft is located opposite one longitudinal side edge of the chamber between the rotor and the stator, and the window of the outlet inner channel of the central shaft is opposite the other longitudinal side edge of the chamber between the rotor and the stator when assembling the motor, and the window of the rotor relative to the windows the pressure and outlet channels of the central shaft are arranged so that for any angular position of the rotor relative to the central shaft, at least one of the windows of the rotor partially or completely coincides and communicates with the window of the pressure inner channel of the central shaft, forming a pressure duct between the windows with the possibility of the passage of fluid into the chamber between the rotor and the stator from the pressure inner channel of the central shaft through the pressure duct during engine operation and, in extreme cases, one another the rotor window partially or completely coincides and communicates with the window of the outlet internal channel of the central shaft, forming a discharge duct between the windows with the possibility of the passage of fluid from action between the rotor and the stator in the inner outlet channel of the central shaft via the discharge flow path during engine operation.

Технический результат сохраняется, когда при этом в каждую продольную выемку на наружной поверхности ротора выходит, по меньшей мере, одно окно ротора, при этом данное окно ротора соединяется The technical result is retained when at least one rotor window enters each longitudinal recess on the outer surface of the rotor, while this rotor window is connected

с камерой между ротором и статором посредством бокового зазора между стержнем и выемкой на наружной поверхности ротора.with a chamber between the rotor and the stator through a lateral gap between the rod and the recess on the outer surface of the rotor.

Технический результат сохраняется также и когда статор имеет, по меньшей мере, одно износостойкое уплотнение для взаимодействия с ротором и когда ограничители потока напорного и отводящего внутренних каналов центрального вала имеют заглушки препятствующие прохождению потока текучей среды через ограничители потока и служащие для направления всего потока текучей среды через камеру между ротором и статором.The technical result is also preserved when the stator has at least one wear-resistant seal for interacting with the rotor and when the flow restrictors of the pressure and outlet internal channels of the central shaft have plugs that prevent the flow of fluid through the flow restrictors and serve to direct the entire fluid flow through a chamber between the rotor and the stator.

Технический результат также сохраняется, когда окна ротора относительно окон напорного и отводящего каналов центрального вала выполнены и расположены с возможностью периодического изменения площади напорного протока и площади отводящего протока, при работе двигателя.The technical result is also preserved when the windows of the rotor relative to the windows of the pressure and outlet channels of the central shaft are made and arranged to periodically change the area of the pressure duct and the area of the outlet duct during engine operation.

Технический результат сохраняется, когда напорный внутренний канал центрального вала, и отводящий внутренний канал центрального вала образуются посредством закрепленной в отверстии центрального вала вставной перегородки и когда вставная перегородка выполнена винтовой, с образованием винтового напорного и винтового отводящего внутренних каналов центрального вала.The technical result is retained when the pressure inner channel of the central shaft and the exhaust inner channel of the central shaft are formed by the insertion wall fixed in the hole of the central shaft and when the insertion wall is screwed, with the formation of the screw pressure and screw outlet internal channels of the central shaft.

Технический результат сохраняется, когда двигатель выполнен в соответствии с выше описанным и при этом центральный вал двигателя имеет на наружной поверхности напорный наружный канал, соединенный с окном напорного внутреннего канала центрального вала и отводящий наружный канал, соединенный с окном отводящего внутреннего канала центрального вала.The technical result is retained when the engine is made in accordance with the above, and the central shaft of the engine has an external pressure channel connected to the window of the pressure channel of the central shaft and an external channel connected to the window of the internal channel of the central shaft.

Отличительными признаками предлагаемого забойного двигателя от указанного выше, наиболее близкого к нему, является следующее:Distinctive features of the proposed downhole engine from the above, closest to it, is the following:

Во-первых, забойный двигатель, содержащий опорный узел, верхний соединительный переводник, статор и ротор, установленный в статоре Firstly, a downhole motor containing a support unit, an upper connecting sub, a stator and a rotor installed in the stator

посредством радиальных опор с возможностью вращения относительно статора и с образованием, по меньшей мере, одной камеры между ротором и статором, при этом ротор имеет центральное отверстие, соединенное окнами с камерой между ротором и статором, ротор также имеет, как минимум, три продольные выемки расположенные равномерно по окружности наружной поверхности ротора, причем в каждой выемке ротора с боковым зазором расположен, в крайнем случае, один стержень, который при работе двигателя образует уплотнение между ротором и статором, согласно полезной модели двигатель содержит центральный вал, закрепленный неподвижно относительно статора в верхней части двигателя, при этом центральный вал установлен с зазором в центральное отверстие ротора с возможностью вращения ротора, центральный вал имеет, как минимум, один напорный внутренний канал и, по меньшей мере, один отводящий внутренний канал, при этом напорный внутренний канал снабжен ограничителем потока в нижней части центрального вала и имеет, в крайнем случае, одно окно для выхода текучей среды из напорного внутреннего канала центрального вала, а отводящий внутренний канал, снабжен ограничителем потока в верхней части центрального вала и имеет, как минимум, одно окно для входа текучей среды в отводящий внутренний канал центрального вала, при этом окно напорного внутреннего канала центрального вала расположено напротив одного продольного бокового края камеры между ротором и статором, а окно отводящего внутреннего канала центрального вала находится напротив другого продольного бокового края камеры между ротором и статором при сборке двигателя, и окна ротора относительно окон напорного и отводящего каналов центрального вала расположены таким образом, что при любом угловом положении ротора относительно центрального вала, по меньшей мере, одно из окон ротора частично или полностью совпадает и сообщается с окном напорного внутреннего канала центрального вала, образуя напорный проток между окнами с возможностью прохождения текучей среды в камеру между by means of radial bearings rotatably relative to the stator and forming at least one chamber between the rotor and the stator, the rotor having a central hole connected by windows to the chamber between the rotor and the stator, the rotor also has at least three longitudinal recesses located uniformly around the circumference of the outer surface of the rotor, and in each recess of the rotor with a lateral gap there is, in extreme cases, one rod which, when the engine is running, forms a seal between the rotor and the stator, According to a utility model, the engine comprises a central shaft fixed stationary relative to the stator in the upper part of the engine, the central shaft being installed with a gap in the central hole of the rotor with the possibility of rotation of the rotor, the central shaft has at least one pressure inner channel and at least one outlet internal channel, while the pressure inner channel is equipped with a flow restrictor in the lower part of the central shaft and, in extreme cases, has one window for the fluid to exit the pressure inner chamber ala of the central shaft, and the outlet internal channel is provided with a flow limiter in the upper part of the central shaft and has at least one window for the fluid to enter the output internal channel of the central shaft, while the window of the pressure inner channel of the central shaft is located opposite one longitudinal side edge the chamber between the rotor and the stator, and the window of the outlet inner channel of the central shaft is opposite the other longitudinal side edge of the chamber between the rotor and the stator when assembling the motor, and the window The holes relative to the windows of the pressure and outlet channels of the central shaft are arranged so that for any angular position of the rotor relative to the central shaft, at least one of the windows of the rotor partially or completely coincides and communicates with the window of the pressure inner channel of the central shaft, forming a pressure channel between the windows with the possibility of the passage of fluid into the chamber between

ротором и статором из напорного внутреннего канала центрального вала через напорный проток при работе двигателя и, в крайнем случае, одно другое окно ротора частично или полностью совпадает и сообщается с окном отводящего внутреннего канала центрального вала, образуя отводящий проток между окнами с возможностью прохождения текучей среды из камеры между ротором и статором в отводящий внутренний канал центрального вала через отводящий проток при работе двигателя.the rotor and the stator from the pressure inner channel of the central shaft through the pressure duct during engine operation and, in extreme cases, one other window of the rotor partially or completely coincides and communicates with the window of the exhaust inner channel of the central shaft, forming a discharge duct between the windows with the possibility of fluid passage from the chamber between the rotor and the stator into the outlet internal channel of the central shaft through the outlet duct during engine operation.

Такое выполнение забойного двигателя позволяет уменьшить его длину, по сравнению с прототипом и соответственно бурить или ремонтировать искривленные скважины с меньшим радиусом искривления и также уменьшить затраты на изготовление двигателя при улучшении технологичности изготовления деталей двигателя, и в большей степени увеличить надежность работы двигателя.This embodiment of the downhole motor allows to reduce its length compared to the prototype and, accordingly, to drill or repair deviated wells with a smaller radius of curvature and also reduce the cost of manufacturing the engine while improving the manufacturability of manufacturing engine parts, and to increase the reliability of the engine to a greater extent.

Во-вторых, при изготовлении забойного двигателя, когда в каждую продольную выемку на наружной поверхности ротора выходит, по меньшей мере, одно окно ротора, при этом данное окно ротора соединяется с камерой между ротором и статором посредством бокового зазора между стержнем и выемкой на наружной поверхности ротора, дополнительно увеличивается надежность двигателя в связи с принудительным выводом стержней в зону уплотнения из выемок ротора потоком текучей среды из окон ротора при работе двигателя.Secondly, in the manufacture of a downhole motor, when at least one rotor window enters each longitudinal recess on the outer surface of the rotor, while this rotor window is connected to the chamber between the rotor and the stator through a lateral gap between the shaft and the recess on the outer surface the rotor, the reliability of the engine is additionally increased in connection with the forced withdrawal of the rods into the sealing zone from the notches of the rotor by the flow of fluid from the rotor windows during engine operation.

В-третьих, когда статор имеет, по меньшей мере, одно износостойкое уплотнение для взаимодействия с ротором, увеличивается долговечность двигателя.Thirdly, when the stator has at least one wear-resistant seal to interact with the rotor, the durability of the motor increases.

В-четвертых, когда ограничители потока напорного и отводящего внутренних каналов центрального вала имеют заглушки препятствующие прохождению потока текучей среды через ограничители потока и служащие для направления всего потока текучей среды через камеру между ротором и статором увеличивается рабочий момент двигателя.Fourthly, when the flow restrictors of the pressure and outlet internal channels of the central shaft have plugs preventing the flow of fluid through the flow restrictors and serve to direct the entire fluid flow through the chamber between the rotor and the stator, the engine's operating torque increases.

В-пятых, когда окна ротора относительно окон напорного и отводящего каналов центрального вала выполнены и расположены с возможностью периодического изменения площади напорного протока и площади отводящего протока, при работе двигателя, увеличивается долговечность двигателя за счет возникновения пульсаций давления потока текучей среды, улучшающих промывку зазоров от абразивных частиц между контактными поверхностями центрального отверстия ротора и центрального вала, радиальных опор и опорного узла двигателя.Fifth, when the rotor windows relative to the windows of the pressure and outlet channels of the central shaft are made and arranged to periodically change the area of the pressure duct and the area of the outlet duct, when the engine is running, the durability of the engine increases due to the occurrence of pressure pulsations of the fluid flow, which improve flushing of gaps from abrasive particles between the contact surfaces of the Central hole of the rotor and the Central shaft, radial bearings and the engine support assembly.

В-шестых, когда напорный внутренний канал центрального вала, и отводящий внутренний канал центрального вала образуются посредством закрепленной в отверстии центрального вала вставной перегородки, упрощается технология изготовления внутренних каналов центрального вала.Sixth, when the pressure inner channel of the central shaft and the outlet inner channel of the central shaft are formed by an insertion wall fixed to the hole of the central shaft, the manufacturing technology of the inner channels of the central shaft is simplified.

В-седьмых, когда вставная перегородка выполнена винтовой, с образованием винтового напорного и винтового отводящего внутренних каналов центрального вала, становится возможным использовать только один напорный внутренний канал центрального вала для подачи текучей среды в одни боковые края двух или более камер между ротором и статором, и только один отводящий внутренний канал центрального вала использовать для отвода текучей среды от других боковых краев камер между ротором и статором, что уменьшает количество внутренних каналов центрального вала и упрощает технологию изготовления двигателя.Seventh, when the plug-in baffle is helical, with the formation of a screw pressure head and screw discharge internal channels of the central shaft, it becomes possible to use only one pressure internal channel of the central shaft to supply fluid to one side edge of two or more chambers between the rotor and the stator, and use only one diverting internal channel of the central shaft to divert fluid from other lateral edges of the chambers between the rotor and stator, which reduces the number of internal channels of the center shaft and simplifies engine manufacturing technology.

В-восьмых, когда центральный вал имеет на наружной поверхности напорный наружный канал, соединенный с окном напорного внутреннего канала центрального вала и отводящий наружный канал, соединенный с окном отводящего внутреннего канала центрального вала, дополнительно увеличивается надежность двигателя в связи с улучшением возможности распределения потока по наружным каналам центрального вала в окна ротора вдоль оси ротора и центрального вала при работе двигателя. При этом дополнительно увеличивается долговечность двигателя, в связи с Eighth, when the central shaft has an external pressure channel on the outer surface connected to the window of the pressure channel of the central shaft and the external channel connected to the window of the internal channel of the central shaft, the reliability of the engine is further increased due to the improvement of the possibility of flow distribution over the external the channels of the Central shaft in the window of the rotor along the axis of the rotor and the Central shaft during engine operation. This additionally increases the durability of the engine, due to

уменьшением износа контактных поверхностей центрального вала и ротора, при использовании наружных каналов центрального вала для сбора с контактных поверхностей, размещения и последующего отвода абразивного шлама содержащегося в текучей среде.reducing wear on the contact surfaces of the central shaft and rotor when using the external channels of the central shaft to collect from the contact surfaces, place and then remove the abrasive sludge contained in the fluid.

Забойный двигатель иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-5:The downhole motor is illustrated by the drawings shown in figures 1-5:

На фиг.1 показан общий вид забойного двигателя.Figure 1 shows a General view of the downhole motor.

На фиг.2 - сечение А-А на общем виде забойного двигателя, при этом окна ротора условно показаны в одном сечении.Figure 2 - section aa in a General view of the downhole motor, while the rotor windows are conventionally shown in one section.

На фиг.3 - аксонометрия центрального вала, ротора и статора, при этом двигатель содержит две камеры между ротором и статором и по два напорных (+) и отводящих (-) внутренних каналов центрального вала, образованных посредством закрепленной в отверстии центрального вала вставной перегородки.Figure 3 is a perspective view of the Central shaft, the rotor and the stator, while the engine contains two chambers between the rotor and the stator and two pressure (+) and outlet (-) internal channels of the Central shaft formed by an insertion plate fixed in the hole of the Central shaft.

На фиг.4 - аксонометрия центрального вала, ротора и статора, когда вставная перегородка центрального вала выполнена винтовой.Figure 4 is a perspective view of the Central shaft, rotor and stator, when the plug-in baffle of the Central shaft is made screw.

На фиг.5 - развертка контактных поверхностей: внутренней поверхности центрального отверстия ротора и наружной поверхности центрального вала.Figure 5 - scan contact surfaces: the inner surface of the Central hole of the rotor and the outer surface of the Central shaft.

Забойный двигатель содержит (фиг.1) опорный узел 1, верхний соединительный переводник 2, статор 3 и ротор 4, установленный в статоре 3 посредством радиальных опор 5, 27, с возможностью вращения относительно статора 3 и с образованием, по меньшей мере, одной камеры 6 между ротором 4 и статором 3, при этом ротор 4 имеет центральное отверстие 7, соединенное окнами 8 с камерой 6 между ротором 4 и статором 3, ротор 4 также имеет (фиг.2), как минимум, три продольные выемки 9 расположенные равномерно по окружности наружной поверхности ротора 4, причем в каждой выемке 9 ротора 4 с боковым зазором 18 расположен, в крайнем случае, один стержень 10, который при работе двигателя образует уплотнение между ротором 4 и статором 3, двигатель также содержит The downhole motor comprises (Fig. 1) a support assembly 1, an upper connecting sub 2, a stator 3 and a rotor 4 mounted in the stator 3 by means of radial bearings 5, 27, rotatably relative to the stator 3 and form at least one chamber 6 between the rotor 4 and the stator 3, while the rotor 4 has a central hole 7, connected by windows 8 to the chamber 6 between the rotor 4 and the stator 3, the rotor 4 also has (figure 2), at least three longitudinal recesses 9 located uniformly along the circumference of the outer surface of the rotor 4, and in each recess e 9 of the rotor 4 with a lateral gap 18 is located, in extreme cases, one rod 10, which during operation of the engine forms a seal between the rotor 4 and the stator 3, the engine also contains

центральный вал 11, закрепленный неподвижно относительно статора 3 в верхней части двигателя, при этом центральный вал 11 установлен с зазором в центральное отверстие 7 ротора 4 с возможностью вращения ротора 4, центральный вал 11 имеет, как минимум, один напорный внутренний канал 12 и, по меньшей мере, один отводящий внутренний канал 13, при этом напорный внутренний канал 12 снабжен ограничителем 14 потока в нижней части центрального вала 11 и имеет, в крайнем случае, одно окно 15 для выхода текучей среды из напорного внутреннего канала 12 центрального вала 11, а отводящий внутренний канал 13, снабжен ограничителем 16 потока в верхней части центрального вала 11 и имеет, как минимум, одно окно 17 для входа текучей среды в отводящий внутренний канал 13 центрального вала 11, при этом окно 15 напорного внутреннего канала 12 центрального вала 11 расположено напротив одного продольного бокового края камеры 6 между ротором 4 и статором 3, а окно 17 отводящего внутреннего канала 13 центрального вала 11 находится напротив другого продольного бокового края камеры 6 между ротором 4 и статором 3 при сборке двигателя, и окна ротора 8 относительно окон 15, 17 напорного и отводящего каналов 12, 13 центрального вала 11 расположены таким образом (фиг.2, 5), что при любом угловом положении ротора 4 относительно центрального вала 11, по меньшей мере, одно из окон 8 ротора частично или полностью совпадает и сообщается с окном 15 напорного внутреннего канала 12 центрального вала 11, образуя напорный проток 19 между окнами 15, 8 с возможностью прохождения текучей среды в камеру 6 между ротором 4 и статором 3 из напорного внутреннего канала 12 центрального вала 11 через напорный проток 19 при работе двигателя и, в крайнем случае, одно другое окно 8 ротора 4 частично или полностью совпадает и сообщается с окном 17 отводящего внутреннего канала 13 центрального вала 11, образуя отводящий проток 20 между окнами с возможностью прохождения текучей среды из камеры 6 между ротором 4 и the Central shaft 11, fixed stationary relative to the stator 3 in the upper part of the engine, while the Central shaft 11 is installed with a gap in the Central hole 7 of the rotor 4 with the possibility of rotation of the rotor 4, the Central shaft 11 has at least one pressure inner channel 12 and, at least one outlet internal channel 13, while the pressure inner channel 12 is provided with a flow restrictor 14 at the bottom of the central shaft 11 and has, in extreme cases, one window 15 for the fluid to exit the pressure inner channel 12 of the central shaft 11, and the outlet inner channel 13, is equipped with a flow restrictor 16 at the top of the central shaft 11 and has at least one window 17 for fluid entry into the outlet inner channel 13 of the central shaft 11, while the window 15 of the pressure inner channel 12 of the central the shaft 11 is located opposite one longitudinal lateral edge of the chamber 6 between the rotor 4 and the stator 3, and the window 17 of the outlet inner channel 13 of the central shaft 11 is opposite the other longitudinal lateral edge of the chamber 6 between the rotor 4 and the stator 3 during engine assembly , and the windows of the rotor 8 relative to the windows 15, 17 of the pressure and discharge channels 12, 13 of the central shaft 11 are located in such a way (Figs. 2, 5) that at any angular position of the rotor 4 relative to the central shaft 11, at least one of the windows 8 of the rotor partially or completely coincides and communicates with the window 15 of the pressure inner channel 12 of the central shaft 11, forming a pressure duct 19 between the windows 15, 8 with the possibility of the passage of fluid into the chamber 6 between the rotor 4 and the stator 3 from the pressure inner channel 12 of the central shaft 11 through pressure prot to 19 when the engine is running and, in extreme cases, one other window 8 of the rotor 4 partially or completely coincides and communicates with the window 17 of the outlet internal channel 13 of the central shaft 11, forming a discharge duct 20 between the windows with the possibility of the passage of fluid from the chamber 6 between the rotor 4 and

статором 3 в отводящий внутренний канал 13 центрального вала 11 через отводящий проток 20 при работе двигателя.the stator 3 into the outlet inner channel 13 of the central shaft 11 through the outlet duct 20 when the engine is running.

В каждую продольную выемку 9 на наружной поверхности ротора 4 выходит, по меньшей мере, одно окно 8 ротора 4, при этом данное окно 8 ротора 4 соединяется с камерой 6 между ротором 4 и статором 3 посредством бокового зазора 18 между стержнем 10 и выемкой 9 на наружной поверхности ротора 4.At least one window 8 of the rotor 4 exits into each longitudinal recess 9 on the outer surface of the rotor 4, while this window 8 of the rotor 4 is connected to the chamber 6 between the rotor 4 and the stator 3 by means of a lateral gap 18 between the rod 10 and the recess 9 on outer surface of the rotor 4.

Статор 3 имеет (фиг.2), по меньшей мере, одно износостойкое уплотнение 21 для взаимодействия с ротором 4.The stator 3 has (figure 2), at least one wear-resistant seal 21 for interacting with the rotor 4.

Ограничители 16, 14 потока напорного и отводящего внутренних каналов 12, 13 центрального вала 11 имеют заглушки 22 (фиг.1) препятствующие прохождению потока текучей среды через ограничители 16, 14 потока и служащие для направления всего потока текучей среды через камеру 6 между ротором 4 и статором 3.The flow restrictors 16, 14 of the pressure and outlet internal channels 12, 13 of the central shaft 11 have plugs 22 (FIG. 1) that prevent the flow of fluid through the flow restrictors 16, 14 and serve to direct the entire fluid flow through the chamber 6 between the rotor 4 and stator 3.

Окна 8 ротора 4 относительно окон 15, 17 напорного и отводящего каналов 12, 13 центрального вала 11 выполнены и расположены (фиг.5) с возможностью периодического изменения площади напорного протока 19 и площади отводящего протока 20, при работе двигателя.The windows 8 of the rotor 4 relative to the windows 15, 17 of the pressure and discharge channels 12, 13 of the central shaft 11 are made and arranged (Fig. 5) with the possibility of periodically changing the area of the pressure channel 19 and the area of the discharge channel 20, when the engine is running.

Напорный внутренний канал 12 центрального вала 11, и отводящий внутренний канал 13 центрального вала 11 образуются посредством закрепленной в отверстии 23 центрального вала 11 вставной перегородки 24.The pressure inner channel 12 of the central shaft 11 and the discharge inner channel 13 of the central shaft 11 are formed by the insertion wall 24 fixed in the hole 23 of the central shaft 11.

Вставная перегородка 24 выполнена винтовой (фиг.4), с образованием винтового напорного и винтового отводящего внутренних каналов 12, 13 центрального вала 11.The insertion wall 24 is made screw (figure 4), with the formation of a screw pressure head and screw discharge internal channels 12, 13 of the Central shaft 11.

Центральный вал 11 имеет на наружной поверхности (фиг.2, 3) напорный наружный канал 25, соединенный с окном 15 напорного внутреннего канала 12 центрального вала 11 и отводящий наружный канал 26, соединенный с окном 17 отводящего внутреннего канала 13 центрального вала 11.The Central shaft 11 has on the outer surface (FIGS. 2, 3) an external pressure channel 25 connected to the window 15 of the pressure internal channel 12 of the central shaft 11 and an external channel 26 connected to the window 17 of the internal channel 13 of the central shaft 11.

Забойный двигатель работает следующим образом. Подаваемая под давлением бурового насоса с поверхности по колонне бурильных труб (не показаны), текучая среда через верхний переводник 2, поступает в напорный канал 12, центрального вала 11. Далее через напорный проток 19 между окнами 15 и 8, текучая среда поступает к продольному боковому краю камеры 6 между ротором 4 и статором 3. Стержень 10, под действием потока текучей среды, выходя из выемки 9 в полость между ротором и статором, образует уплотнение между ротором 4 и статором 3. Под действием неуравновешенного давления текучей среды на стержень 10, создается неуравновешенная сила, действующая на стержень 10 находящийся в зацеплении с выемкой 9 ротора 4, вызывая вращение ротора 4 относительно статора 3 и перекатывание стержня 10 по внутренней поверхности статора 3. Текучая среда, вращая ротор 4, проходит к другому продольному боковому краю камеры 6 между ротором 4 и статором 3 и далее через отводящий проток 20 между окнами 8 и 17, поступает в отводящий канал 13 центрального вала 11 и далее отводится к долоту или другому буровому инструменту. При отсутствии заглушек 22 ограничителя потока 14 и 16, часть текучей среды сразу отводится к долоту через ограничители потока, не участвуя в рабочем процессе двигателя, для улучшения промывки забоя, когда это необходимо для технологии бурения конкретной скважины. При выполнении двигателя (фиг.2, 5), когда окна 8 ротора 4 относительно окон 15, 17 напорного и отводящего каналов 12, 13 центрального вала 11 выполнены и расположены с возможностью периодического изменения площади напорного протока 19 и площади отводящего протока 20, при работе двигателя, увеличивается долговечность двигателя за счет возникновения пульсаций давления потока текучей среды, улучшающих смазку и промывку зазоров от абразивных частиц между контактными поверхностями центрального отверстия 7 ротора 4 и центрального вала 11, радиальных опор 5, 27 и опорного узла двигателя 1.Downhole motor works as follows. Applied under pressure from the mud pump from the surface through the drill string (not shown), the fluid flows through the upper sub 2 into the pressure channel 12 of the central shaft 11. Then, through the pressure channel 19 between the windows 15 and 8, the fluid enters the longitudinal lateral the edge of the chamber 6 between the rotor 4 and the stator 3. The rod 10, under the influence of the fluid flow, leaving the recess 9 in the cavity between the rotor and the stator, forms a seal between the rotor 4 and the stator 3. Under the influence of the unbalanced pressure of the fluid on the rod 10, an unbalanced force is generated acting on the rod 10, which is meshed with the recess 9 of the rotor 4, causing the rotor 4 to rotate relative to the stator 3 and roll the rod 10 along the inner surface of the stator 3. The fluid, rotating the rotor 4, passes to the other longitudinal side edge of the chamber 6 between the rotor 4 and the stator 3 and then through the outlet duct 20 between the windows 8 and 17, enters the outlet channel 13 of the Central shaft 11 and is then diverted to a bit or other drilling tool. In the absence of plugs 22 of the flow limiter 14 and 16, part of the fluid is immediately diverted to the bit through the flow limiters, without participating in the engine’s workflow, to improve flushing of the bottomhole, when necessary for the drilling technology of a particular well. When performing the engine (Fig.2, 5), when the windows 8 of the rotor 4 relative to the windows 15, 17 of the pressure and discharge channels 12, 13 of the central shaft 11 are made and arranged to periodically change the area of the pressure channel 19 and the area of the discharge channel 20, during operation of the engine, the durability of the engine increases due to the occurrence of pressure pulsations of the fluid flow, which improve lubrication and flushing of gaps from abrasive particles between the contact surfaces of the Central hole 7 of the rotor 4 and the Central shaft 11, radial op p is 5, 27 and reference engine assembly 1.

При выполнении двигателя, когда напорный внутренний канал 12 центрального вала 11, и отводящий внутренний канал 13 центрального вала 11 образуются посредством закрепленной в отверстии 23 центрального вала 11 вставной перегородки 24, упрощается технология изготовления внутренних каналов 12, 13 центрального вала 11. При этом, когда вставная перегородка 24 выполнена винтовой (фиг.4), с образованием винтового напорного и винтового отводящего внутренних каналов 12, 13 центрального вала 11, становится возможным использовать только один напорный внутренний канал 12 центрального вала 11 для подачи текучей среды в одни боковые края двух или более камер 6 между ротором 4 и статором 3, и только один отводящий внутренний канал 13 центрального вала 11 использовать для отвода текучей среды от других боковых краев камер 6 между ротором 4 и статором 3, что уменьшает количество внутренних каналов центрального вала 11 и упрощает технологию изготовления двигателя.When the engine is executed, when the pressure inner channel 12 of the central shaft 11 and the exhaust inner channel 13 of the central shaft 11 are formed by the insertion wall 24 fixed in the hole 23 of the central shaft 11, the manufacturing technology of the inner channels 12, 13 of the central shaft 11 is simplified. the insertion wall 24 is made screw (figure 4), with the formation of a screw pressure head and screw discharge internal channels 12, 13 of the Central shaft 11, it becomes possible to use only one pressure head internal channel 12 of the Central shaft 11 for supplying fluid to one side edge of two or more chambers 6 between the rotor 4 and the stator 3, and only one diverting inner channel 13 of the Central shaft 11 is used to divert fluid from other side edges of the chambers 6 between the rotor 4 and stator 3, which reduces the number of internal channels of the Central shaft 11 and simplifies the manufacturing technology of the engine.

При выполнении двигателя, когда центральный вал 11 имеет на наружной поверхности напорный наружный канал 25, соединенный с окном 15 напорного внутреннего канала 12 центрального вала 11 и отводящий наружный канал 26, соединенный с окном 17 отводящего внутреннего канала 13 центрального вала 11, дополнительно увеличивается надежность двигателя в связи с улучшением возможности распределения потока по наружным каналам 25, 26 центрального вала 11 в окна 8 ротора 4 вдоль оси ротора 4 и центрального вала 11 при работе двигателя. При этом дополнительно увеличивается долговечность двигателя, в связи с уменьшением износа контактных поверхностей центрального вала 11 и ротора 4, при использовании наружных каналов 25, 26 центрального вала 11 для сбора с контактных поверхностей, размещения и последующего отвода абразивного шлама содержащегося в текучей среде.When the engine is executed, when the central shaft 11 has on the outer surface a pressure external channel 25 connected to a window 15 of the pressure internal channel 12 of the central shaft 11 and an exhaust external channel 26 connected to the window 17 of the exhaust internal channel 13 of the central shaft 11, the engine reliability is further increased in connection with the improvement of the possibility of flow distribution along the external channels 25, 26 of the central shaft 11 in the window 8 of the rotor 4 along the axis of the rotor 4 and the central shaft 11 during engine operation. At the same time, the durability of the engine is further increased, due to the reduction of wear on the contact surfaces of the central shaft 11 and rotor 4, when using the external channels 25, 26 of the central shaft 11 for collection from the contact surfaces, placement and subsequent removal of the abrasive sludge contained in the fluid.

При выполнении двигателя, когда в каждую продольную выемку 9 на наружной поверхности ротора 4 выходит, по меньшей мере, одно окно 8 When the engine is executed, when at least one window 8 exits into each longitudinal recess 9 on the outer surface of the rotor 4

ротора 4, при этом данное окно 8 ротора 4 соединяется с камерой 6 между ротором 4 и статором 3 посредством бокового зазора 18 между стержнем 10 и выемкой 9 на наружной поверхности ротора 4, стержень 10 создает гидравлическое сопротивление протоку текучей среды из окна ротора, при этом дополнительно увеличивается надежность двигателя в связи с принудительным выводом стержня 10 в зону уплотнения из выемок ротора потоком текучей среды из окон 8 ротора 4 при работе двигателя. Помимо этого, расположение стержней 10 в выемках ротора 4 в предлагаемом двигателе способствует выдвижению стержней 10 в камеру 6 между ротором 4 и статором 3 также и под действием инерционных сил действующих на стержни при вращении ротора. Использование забойного двигателя выполненного в соответствии с вышеописанным помимо значительного уменьшения длины двигателя, улучшения технологичности его изготовления, в большей степени увеличивает его надежность, и в связи с этим расширяет возможность применения данного двигателя не только при температурах скважин превышающих 120°С, но и в обычных скважинах, где бурение и ремонт скважин производится в основном винтовыми забойными двигателями и турбобурами.the rotor 4, while this window 8 of the rotor 4 is connected to the chamber 6 between the rotor 4 and the stator 3 by means of a lateral gap 18 between the rod 10 and the recess 9 on the outer surface of the rotor 4, the rod 10 creates hydraulic resistance to the flow of fluid from the rotor window, while the reliability of the engine is additionally increased in connection with the forced withdrawal of the rod 10 into the sealing zone from the notches of the rotor by the flow of fluid from the windows 8 of the rotor 4 during engine operation. In addition, the location of the rods 10 in the recesses of the rotor 4 in the proposed engine promotes the extension of the rods 10 into the chamber 6 between the rotor 4 and the stator 3 also under the influence of inertial forces acting on the rods during rotation of the rotor. The use of a downhole motor made in accordance with the above, in addition to significantly reducing the length of the engine, improving the manufacturability of its manufacture, increases its reliability to a greater extent, and therefore expands the possibility of using this engine not only at well temperatures above 120 ° C, but also in ordinary wells, where drilling and well repair is carried out mainly by downhole screw motors and turbodrills.

Claims

1. A downhole motor comprising a support assembly, an upper connecting sub, a stator and a rotor mounted in the stator by means of radial bearings rotatably relative to the stator and forming at least one chamber between the rotor and the stator, the rotor having a central hole, connected by windows with a chamber between the rotor and the stator, the rotor also has at least three longitudinal recesses located uniformly around the circumference of the outer surface of the rotor, and in each recess of the rotor with a lateral clearance of In the extreme case, one rod is laid, which, when the engine is running, forms a seal between the rotor and the stator, characterized in that the engine contains a central shaft fixed motionless relative to the stator in the upper part of the engine, while the central shaft is installed with a gap in the central hole of the rotor with the possibility of rotation of the rotor, the Central shaft has at least one pressure inner channel and at least one outlet internal channel, while the pressure inner channel is equipped with a flow limiter in n the lower part of the central shaft and, in extreme cases, has one window for the exit of fluid from the pressure inner channel of the central shaft, and the outlet internal channel is equipped with a flow limiter in the upper part of the central shaft and has at least one window for the entry of fluid into the outlet the inner channel of the central shaft, while the window of the pressure inner channel of the central shaft is located opposite one longitudinal side edge of the chamber between the rotor and the stator, and the window of the outlet inner channel of the central shaft is opposite the other longitudinal lateral edge of the chamber between the rotor and the stator during engine assembly, and the rotor windows relative to the windows of the pressure and outlet channels of the central shaft are located so that at any angular position of the rotor relative to the central shaft, at least one of the rotor windows is partially or fully coincides and communicates with the window of the pressure inner channel of the central shaft, forming a pressure duct between the windows with the possibility of the passage of fluid into the chamber between the rotor and the stator and h of the internal channel of the central shaft through the pressure channel during engine operation, and, in extreme cases, one other window of the rotor partially or completely coincides and communicates with the window of the internal channel of the central shaft, forming the exhaust channel between the windows with the possibility of fluid from the chamber between rotor and stator into the outlet internal channel of the central shaft through the outlet duct during engine operation.

2. The downhole motor according to claim 1, characterized in that at least one rotor window extends into each longitudinal recess on the outer surface of the rotor, while this rotor window is connected to the chamber between the rotor and the stator through a lateral gap between the rod and the recess on the outer surface of the rotor.

3. The downhole motor according to claim 1, characterized in that the stator has at least one wear-resistant seal for interacting with the rotor.

4. The downhole motor according to claim 1, characterized in that the flow restrictors of the pressure and outlet internal channels of the central shaft have plugs that impede the passage of the fluid flow through the flow restrictors and serve to direct the entire fluid flow through the chamber between the rotor and the stator

5. The downhole motor according to claim 1, characterized in that the rotor windows relative to the windows of the pressure and outlet channels of the central shaft are made and arranged to periodically change the area of the pressure duct and the area of the outlet duct when the engine is running.

6. The downhole motor according to claim 1, characterized in that the pressure inner channel of the central shaft and the outlet inner channel of the central shaft are formed by an insertion plate fixed in the hole of the central shaft.

7. The downhole motor according to claim 6, characterized in that the plug-in baffle is helical, with the formation of a helical discharge and screw discharge internal channels of the central shaft.

8. The downhole motor according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the central shaft has an external pressure channel connected to the window of the pressure channel of the central shaft and an external channel connected to the window of the internal channel of the central shaft.