ВИНТОВОЙ ЗАБОЙНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1995 года по МПК E21B4/02 

Изобретение относится к области буровой техники, в частности к забойным двигателям, предназначенным для бурения нефтяных и газовых скважин, позволяющих производить замену, например, изношенных двигательной или шпиндельной секций непосредственно на буровой в вертикально подвешенном положении.

Известные винтовые забойные двигатели не обеспечивают возможность замены двигательной или шпиндельной секций непосредственно на буровой, поэтому для их замены двигатель необходимо транспортировать на ремонтную базу, на что требуются дополнительное время и дополнительные расходы, или обеспечивают такую возможность, но сложны по конструкции и не надежны в эксплуатации.

Известны винтовые забойные двигатели Dyna-Drill фирмы США, "Smith International Inc", Navi-Drill фирмы США "Eastman Christensen" и двигатели фирмы "Baker International Inc" (Гусман М.Т. Балденко Д.Ф. Кочнев А.М. Никомаров С.С. Забойные двигатели для бурения скважин. М. Недра, 1981, с.26 и 30, рис. 12, 13, 16). Эти двигатели содержат основные узлы: секцию двигательную со статором и ротором, секцию шпиндельную с выходным валом и подшипниками и двухшарнирное соединение, расположенное внутри специального переводника, которое связывает ротор двигательной секции с выходным валом шпиндельной секции для передачи момента и осевого усилия от ротора к выходному валу, к нижнему концу которого крепится буровой инструмент долото.

Недостаток данных двигателей заключается в том, что при их эксплутации на буровой, когда двигатель находится в вертикально подвешенном положении, произвести замену двигательной или шпиндельной секций невозможно, так как в момент разъединения секций ротор с двухшарнирным соединением, ничем не удерживаемые, под собственным весом выскальзывают из статора (пара ротор-статор изношены) и падают вниз.

Известен забойный винтовой гидравлический двигатель [1] включающий двигательную секцию, состоящую из переводника, корпуса, статора и ротора, шпиндельную секцию, состоящую из корпуса, выходного вала и подшипника с уплотнениями, двойную зубчатую муфту, выполняющую роль шарнирного соединения ротора двигательной секции с выходным валом шпиндельной секции, имеющую в осевом направлении возможность свободного перемещения.

Недостаток данного двигателя заключается в том, что на буровой, когда двигатель находится в вертикально подвешенном положении, при разъединении шпиндельной секции от двигательной ротор и двойная зубчатая муфта под собственным весом выскальзывают из статора двигательной секции. Значит, замену секций непосредствен- но на буровой произвести невозможно.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является винтовой забойный двигатель [2] включающий двигательную секцию, состоящую из переводника, ротора и статора, шпиндельную секцию, состоящую из корпуса, выходного вала и подшипника, соединительный узел в виде торсиона с полумуфтой. Выходной вал связан с верхним концом ротора посредством конусных соединений полумуфты и торсиона, причем торсион расположен во внутренней полости ротора. Такая конструкция соединения ротора с выходным валом позволяет обеспечить стабилизацию движения ротора в статоре, снижает вибрации при работе, тем самым повышается нагрузочная способность и долговечность винтового забойного двигателя.

Недостаток двигателя заключается в том, что при эксплуатации непосредственно на буровой, когда двигатель находится в вертикальном подвешенном положении, произвести замену двигательной или шпиндельной секции невозможно, так как в момент разъединения секций ротор с торсионом, ничем не удерживаемые, под собственным весом выскальзывают из статора.

Цель изобретения обеспечение возможности замены изношенных двигательной или шпиндельной секции непосредственно на буровой в вертикально подвешенном положении двигателя (без транспортировки на ремонтную базу), причем без усложнения конструкции и габаритов двигателя.

Поставленная цель достигается тем, что винтовой забойной двигатель, состоящий из двигательной и шпиндельной секций, снабжен узлом соединения в виде торсиона и полумуфтой. На наружной поверхности полумуфта имеет выступы, например два, с окнами для прихода рабочей жидкости. Во внутренней полости переводника двигательной секции выполнен кольцевой уступ для взаимодействия с выступом при разъединении двигательной и шпиндельной секции. Между выступом и уступом имеется зазор. Выступы полумуфты и уступ на нижнем переводнике при отсоединении шпиндельной секции от двигательной обеспечивают легкое разъединение конусно-шлицевого соединения выходного вала шпиндельной секции от полумуфты торсиона и одновременно удерживают от выскальзывания ротор с торсионом из статора. Тем самым обеспечивается возможность замены двигательной или шпиндельной секций непосредственно на буровой в вертикально подвешенном положении двигателя. При работе двигателя выступы и уступ не соприкасаются друг с другом, так как возникающие осевые усилия воспринимаются радиально-упорными подшипниками шпиндельной секции, т.е. износ в данном узле отсутствует.

На фиг.1 показан предлагаемый двигатель, общий вид; на фиг.2 то же, продольный разрез; на фиг.3 разрез А-А на фиг.2.

Винтовой забойный двигатель содержит двигательную секцию 1, шпиндельную секцию 2 и узел соединения в виде торсиона 3 с полумуфтой 4. Двигательная секция 1 включает верхний переводник 5, статор 6, ротор 7 и нижний переводник 8. Статор 6 и ротор 7 представляют собой зубчатую пару внутреннего зацепления с винтовыми зубьями. Статор 6 имеет на один зуб больше, чем ротор 7. Винтовые зубья статора 6 выполнены на обкладке из эластичного материала и взаимодействуют с винтовой поверхностью ротора 7. Двигательная секция 1 через верхний переводник 5 крепится к бурильным трубам (не показаны).

Шпиндельная секция 2 включает корпус 9, выходной вал 10, радиально-упорный подшипник 11. К нижнему концу выходного вала 10 крепится долото (не показано). Статор 6 двигательной секции 1 с корпусом 9 шпиндельной секции 2 соединены резьбой г.

Ротор 7 двигательной секции 1 с выходным валом 10 шпиндельной секции 2 связаны узлом соединения в виде торсиона 3 с полумуфтой 4. Торсион 3 размещен в полости ротора 7. На наружной поверхности полумуфты 4 выполнены выступы а, например два выступа, которые взаимодействуют с кольцевым уступом б в нижнем проводнике 8 двигательной секции 1. Выступы а выполнены такой формы, чтобы между ними получились окна в для прохода рабочей жидкости.

Винтовой забойный двигатель работает следующим образом. Под действием потока рабочей жидкости ротор 7, обкатываясь по зубьям статора 6, совершает планетарное движение. Относительное вращение ротора 7 передается на выходной вал 10 шпиндельной секции 2 посредством торсиона 3 с полумуфтой 4. Осевые и радиальные нагрузки воспринимаются pадиально-упорными подшипниками 11 шпиндельной секции 2.

При работе двигателя выступы а полумуфты 4 и уступ 6 нижнего переводника 8 не взаимодействуют. Между ними сохраняется определенный зазор за счет подшипников 11 шпиндельной секции 2, то есть они (выступы а и уступ б) не изнашиваются. При разъединении шпиндельной секции 2 от двигательной секции 1 путем развинчивания резьбы г выступы а полумуфты 4 упираются в кольцевой уступ б нижнего переводника 8 и размыкают конусно-шлицевое соединение между полумуфтой 4 и выходным валом 10. При снятии шпиндельной секции 2 выступы а и уступ б удерживают ротор 7 и торсион 3 с полумуфтой 4 от выскальзывания из статора в вертикально подвешенном положении винтового забойного двигателя.

Использование: в горном деле, а именно в конструкциях винтовых забойных двигателей. Сущность изобретения: двигатель включает двигательную секцию с нижним переводником, шпиндельную секцию и узел их соединения в виде торсиона с полумуфтой на нижнем конце. На наружной поверхности полумуфты торсиона выполнены выступы с окнами для прохода промывочной жидкости. Во внутренней полости нижнего переводника выполнен кольцевой уступ для взаимодействия с выступами полумуфты. Между выступами и уступом имеется зазор в осевом и радиальном направлениях при рабочем положении двигателя. 3 ил.

ВИНТОВОЙ ЗАБОЙНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий двигательную секцию с нижним переводником, шпиндельную секцию и узел их соединения в виде торсиона с полумуфтой на нижнем конце, отличающийся тем, что на наружной поверхности полумуфты торсиона выполнены выступы с оставлением окон для прохода промывочной жидкости, а во внутренней полости нижнего переводника выполнен кольцевой уступ для взаимодействия с выступами полумуфты, причем между выступами и уступом имеется зазор в осевом и радиальном направлении при рабочем положении двигателя.