КЕРНООТБОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1995 года по МПК E21B25/02 

Изобретение относится к области техники бурения с отбором керна забойным двигателем при использовании съемной грунтоноски. Возможно его применение при проходке наклонно направленных и горизонтальных скважин с ориентированием по керну и устройствам, спускаемым на забой через буровой инструмент.

Известно керноотборное турбодолото (КТД), в котором съемная грунтоноска размещена в полом вале турбобура [1] Грунтоноска находится на конусной подвеске и потоком промывочной жидкости удерживается от вращения и осевого смещения. Между полым валом и грунтоноской уплотнения нет и часть промывочной жидкости проходит, минуя рабочие органы (турбинки). В результате КТД имеет пониженную мощность, для компенсации которой увеличено количество турбинок (две секции длиной 15500 мм). Кроме того, в КТД вибрация ротора передается непосредственно через подвеску на грунтоноску, что ухудшает условия сохранения керна.

Известен керноотборный двигатель с использованием рабочих органов винтового забойного двигателя [2] В этом двигателе полый ротор жестко связан с полым торсионом, который через полый вал шпинделя прикреплен к бурильным трубам. Статор с корпусом двигателя подвешен на шаровой опоре шпинделя и вращается на неподвижном роторе, передавая крутящий момент на колонковую бурголовку. Съемная грунтоноска размещена внутри вала шпинделя, торсиона, ротора и корпуса, а удерживается от вращения специальным стопорным устройством. Для исключения прохода промывочной жидкости между съемной грунтоноской и полым валом шпинделя установлено кольцевое уплотнение.

Недостатки этого двигателя, принятого за прототип: потеря части мощности на трение вращающегося корпуса о стенки скважины, что характерно в наклонно направленных и горизонтальных скважинах; возможность заклинки съемной грунтоноски от шламования стопорного устройства и уплотнения; передача вибрации от рабочей пары на грунтоноску стопорным устройством.

Цель изобретения повышение мощности на бурение с отбором керна, исключение шламования съемной грунтоноски в сопрягаемых деталях двигателя, снижение вибрации грунтоноски.

Сущность заявляемого технического решения заключается в следующем. В керноотборном двигателе, содержащем обрезиненный статор, корпус, полый ротор, шпиндель с шаровой опорой, полый торсион, грунтоноску и опору грунтоноски, в опоре грунтоноски выполнено уплотнение верхнего торца полого ротора, состоящее из резинового кольца П-образного сечения с вертикальной степенью свободы в кольцевом пазу опоры и упорного металлического диска с вертикальной и ограниченной горизонтальной степенями свободы.

Уплотнение верхнего торца ротора в заявляемом двигателе существенно отличается от известных уплотнений в забойных двигателях. В отличие от деталей, равномерно вращающихся одна относительно другой, ротор винтового объемного двигателя совершает планетарное движение вокруг оси двигателя с заданным эксцентриситетом, а верхний конец ротора при этом совершает колебательные движения относительно горизонтальной плоскости к оси двигателя. Для постоянного контакта торца ротора с уплотнением последнее выполнено в пазу опоры грунтоноски и состоит из резинового кольца П-образного сечения и упорного металлического диска. Резиновое кольцо П-образного сечения имеет в пазу только вертикальную степень свободы и обладает эластичностью для повторения колебательных движений торца ротора. Упорный металлический диск между торцом ротора и резиновым кольцом П-образного сечения имеет вертикальную степень свободы и ограниченную стенками паза опоры горизонтальную степень свободы. В результате металлический упорный диск постоянно прижат к торцу ротора напором потока жидкости, передаваемым через резиновое кольцо П-образного сечения. От вращения резинового кольца в пазу и упорного металлического диска по резиновому кольцу сопрягаемые поверхности металла делаются с накаткой или напылением.

На фиг.1 изображен керноотборный двигатель, разрез; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1.

Двигатель имеет корпус статора 1 с резиновой обкладкой 2 и полый ротор 3. Корпус статора 1 соединен корпусом 4 со шпинделем 5, имеющим полый вал 6 и шаровые опоры 7, защищенные уплотнениями 8. Полый ротор 3 соединен с полым валом 6 торсионом 9 и имеет отверстия 10 для прохода промывочной жидкости. Съемная грунтоноска 11 головкой 12 опирается на подвеску 13, в которой выполнены каналы 14 для прохода промывочной жидкости, отверстия 15 и кольцевой паз 16. В последнем размещено резиновое кольцо 17 П-образного сечения и упорный металлический диск 18. Боковые поверхности паза 16 и поверхность кольца 18, соприкасающаяся с резиновым кольцом 17, имеют рифления для исключения проскальзывания между резиной и металлом.

Керноотборный двигатель работает следующим образом. Поток промывочной жидкости проходит через каналы 14, а перепадом давления неподвижно фиксируется головка 12 грунтоноски 11 в подвеске 13. Давление жидкости через отверстия 15 передаются на резиновое кольцо 17, упорное кольцо 18 и торец ротора 3. Поток жидкости вращает ротор 3 в статоре 2 и через отверстия 10 поступает в канал между грунтоноской 11, торсионом 9 и валом шпинделя 6 в бурильную головку. В кольцевом пазу 16 резиновое кольцо 17, благодаря П-образному сечению, прижимается к стенкам и передает усилие через упорное кольцо 18 на торец ротора 3. В результате уплотнение совершает колебательные движения одновременно с торцом ротора 3 и перекрывает проход жидкости между ротором 3 и грунтоноской 11. Вибрация от ротора 3 на грунтоноску 11 снижается, так как между передаточными элементами установлено резиновое кольцо 17. Вертикальная свобода резинового кольца 17 в пазу 16 компенсирует выработку между металлическим упорным кольцом 18 и торцом ротора 3. Эти трущиеся поверхности могут быть армированы или упрочнены. К бурильным трубам и бурильной головке (не показаны) двигатель присоединяется резьбами 19.

Вместо грунтоноски 11 в двигатель керноотборный можно спускать контейнер с исследовательской аппаратурой, например, для определения координат наклонно направленных и горизонтальных скважин.

Использование: в технике бурения скважин с отбором керна забойным двигателем со съемной грунтоноской, а также при бурении наклонно направленных и горизонтальных скважин с ориентированием по керну и приборам, спускаемым в двигатель вместо грунтоноски. Сущность изобретения: керноотборный двигатель имеет статор с резиновой обкладкой, полый ротор, корпус и шпиндель. Шпиндель имеет полый вал с шаровыми опорами, защищенными уплотнениями. Полый ротор соединен с полым валом торсионом, в котором выполнены отверстия. Съемная грунтоноска головкой опирается на опору, в которой имеются каналы для пропуска жидкости, отверстия и кольцевой паз. В пазу размещены резиновое кольцо П-образного сечения и упорный металлический диск. В опоре грунтоноски выполнено уплотнение верхнего торца полого ротора, состоящее из резинового кольца П-образного сечения с вертикальной степенью свободы в кольцевом пазу опоры и упорного металлического диска с вертикальной и ограниченной горизонтальной степенями свободы. Использование изобретения увеличивает мощность двигателя, снижает вибрацию керна, исключает прихват грунтоноски в опоре и повышает показатели бурения. 2 ил.

КЕРНООТБОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий корпус с обрезиненным статором, полый ротор, жестко связанный с полым торсионом, связанный с корпусом шпиндель с шаровой опорой, полый вал шпинделя, установленный на шаровой опоре и жестко связанный с полым торсионом, съемную грунтоноску, размещенную в полых валах шпинделя, торсиона и ротора и установленную на опоре грунтоноски, и уплотнительный узел, отличающийся тем, что уплотнительный узел выполнен в виде резинового кольца П-образного сечения и упорного металлического диска, размещенных в опоре грунтоноски, при этом в опоре выполнены кольцевой паз и отверстия, резиновое кольцо размещено в кольцевом пазу под отверстиями с вертикальной степенью свободы, а упорный металлический диск размещен между резиновым кольцом и торцом полого ротора с вертикальной и ограниченной горизонтальной степенями свободы.