ГИБКИЙ ВАЛ Российский патент 2002 года по МПК F16C1/02 E21B17/20 

Изобретение относится к области нефтяного машиностроения и может быть использовано при бурении боковых каналов в стенках скважины.

Известен гибкий вал, предназначенный для бурения боковых каналов в скважине, состоящий из стянутых тросом и помещенных в направляющую силовых элементов, имеющих по торцам конические зубья, входящие в зацепление друг с другом [1].

Основными недостатками этого вала являются возможность его сгибания вне направляющей при наличии продольных усилий несоосных с валом, а также отсутствие канала внутри вала для промывки во время бурения.

Наиболее близким техническим решением является гибкий вал, передающий момент вращения и продольное перемещение от ведущего к ведомому валу и состоящий из нескольких чередующихся винтовых пружин, снабженных распорными элементами с выступами, закрепленными на пружинах и входящими во взаимное зацепление [2].

Однако конструкция гибкого вала имеет следующие недостатки:
1. Внешняя поверхность гибкого вала не гладкая, поэтому при вращении и приложении продольного усилия вал будет опираться выступами о стенки направляющей и выступы будут интенсивно истираться вплоть до полного износа. При значительном износе выступов они выйдут из зацепления и вал не сможет передавать требуемый момент. Кроме того, при бурении боковых каналов в скважине выступы могут зацепляться о стенки канала и заклиниваться в нем, что может привести к тяжелой аварии в скважине.

2. Выступы и круглое сечение пружин вала мешают виткам иметь значительную площадь контакта друг с другом, поэтому при продольном перемещении вала и его выходе из направляющей при наличии усилий, несоосных с валом, он теряет устойчивость и может сгибаться в любом произвольном направлении. Это особенно важно, когда ведомый конец вала с разрушающим элементом не закреплен, как, например, при бурении боковых каналов в скважине.

3. Выступы, зафиксированные на пружинах винтами, могут смещаться при приложении значительного вращающего момента.

4. Распорные элементы занимают практически все внутреннее сечение вала, что не позволяет иметь канал внутри вала и осуществлять промывку при бурении боковых каналов.

Технической задачей изобретения является получение гибкого вала с каналом для подачи жидкости, обладающего высокой износостойкостью и жесткостью, обеспечивающей сохранение направления движения при выходе из направляющей.

Для успешного решения указанной задачи в известном гибком вале, состоящем из винтовых пружин, установленных с расположением витков каждой из них в междушаговом пространстве смежных, новым является то, что винтовые пружины имеют прямоугольное сечение, причем каждая пружина имеет выступы, входящие в зацепление с выступами смежных пружин; каждая пружина имеет ступенчатую форму и входит в зацепление со смежными пружинами торцами ступеней, а внутри вала пропущен гибкий шланг.

На чертеже представлен общий вид вала, состоящего из ступенчатых пружин, и поперечное сечение вала.

Вал содержит ведущую муфту 1 и ведомую муфту 2, связанные с пружинами 3 и 4. Пружины 3 и 4 содержат ступенчатые перегибы 5. Витки пружин имеют прямоугольное сечение и располагаются перпендикулярно оси вала. Шаг витков пружины образуется за счет выступов, выполненных в виде ступенчатых перегибов 5. При этом витки пружины 3 располагаются в межвитковом пространстве пружины 4 и наоборот, а ступенчатые перегибы 5 установлены с возможностью взаимодействия друг с другом. Внутри вала может быть вставлен гибкий шланг (на чертеже не показан).

Гибкий вал, оснащенный фрезой, применяется для бурения боковых каналов в скважине, включая стальную обсадную колонну, и работает следующим образом.

При вращении вала пружины 3, 4 перегибами 5 входят в зацепление, обеспечивая передачу значительного крутящего момента. Осевое усилие приводит к сжатию и плотному соприкосновению прямоугольных витков вала друг с другом не только перегибами 5, но и поверхностями пружин, сохраняя заданное направление бурения. Поэтому вал не теряет устойчивости в бурящемся канале. При бурении боковых каналов скважины ввиду наличия несоосности между ведущей 1 и ведомой 2 муфтами вал устанавливается внутри направляющей. Гладкая боковая поверхность вала свободно проходит внутри направляющей и пробуренного канала, а циркуляция жидкости осуществляется через шланг (не показан) и обеспечивает вынос выбуренной породы.

В рамках предложенной конструкции гибкого вала возможны различные варианты его исполнения. Например, можно использовать различное число пружин, делать различный шаг спирали и расстояние между перегибами.

Предложенный гибкий вал способен передавать значительный крутящий момент, а наличие межвиткового пространства позволяет иметь очень небольшой радиус изгиба, что позволяет в ограниченном пространстве скважины бурить глубокие боковые каналы в стальных обсадных колоннах и крепких горных породах.

Источники информации
1. Патент СССР 1794207, кл. F 16 C 1/02, опубл. 07.02.93, БИ 5.

2. Патент СССР 1028912, кл. F 16 C 1/02, опубл. 15.07.83, БИ 26.

Изобретение относится к области нефтяного машиностроения и может быть использовано при бурении боковых каналов в стенках скважины. Гибкий вал состоит из пружин 3 и 4, установленных с расположением витков каждой из них в междушаговом пространстве смежных и снабженных выступами с возможностью их взаимодействия. Обе пружины имеют прямоугольное сечение, плоскости витков каждой пружины располагаются перпендикулярно оси вала, а выступы выполнены в виде ступенчатых перегибов витков пружин, причем шаг витков пружины формируется за счет этих ступенчатых перегибов, параллельных ее оси. Внутри вала может быть вставлен гибкий шланг. Изобретение позволяет повысить износостойкость, жесткость, сохранять направление движения при выходе гибкого вала из направляющей, а также осуществлять промывку при бурении боковых каналов. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Гибкий вал, состоящий из пружин, установленных с расположением витков каждой из них в междушаговом пространстве смежных и снабженных выступами с возможностью их взаимодействия, отличающийся тем, что витки пружин имеют прямоугольное сечение, их плоскости располагаются перпендикулярно оси вала, а выступы выполнены в виде ступенчатых перегибов витков пружин, причем шаг витков пружины формируется за счет этих ступенчатых перегибов, параллельных ее оси. 2. Гибкий вал по п. 1, отличающийся тем, что внутри вала пропущен гибкий шланг.