ВИНТОВОЙ ЗАБОЙНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2004 года по МПК E21B4/02 

Изобретение относится к технике бурения и ремонта скважин, а именно к винтовым забойным двигателям, используемым для привода долота в процессе бурения и капитального ремонта наклонно направленных и горизонтальных скважин.

Известен винтовой забойный двигатель для ремонта скважин (см. Балденко Д.Ф., Балденко Ф.Д., Гноевых А.Н. Винтовые забойные двигатели. - М.: Недра, 1999, с.33-43), содержащий одну или несколько двигательных секций, включающих статор, состоящий из металлического корпуса и внутренних винтовых зубьев из эластомера, и размещенный внутри статора металлический ротор с наружными зубьями, находящимися в постоянном контакте с внутренними зубьями статора, причем число зубьев статора на единицу превышает число зубьев ротора, опорный узел (шпиндельную секцию), включающую корпусные элементы, выходной вал, осевые и радиальные опоры, шарнир или торсион, соединяющий ротор двигательной секции и выходной вал опорного узла (шпиндельной секции), переводник, соединяющий статор двигательной секции и корпусной элемент опорного узла (шпиндельной секции).

Его недостатком является повышенная жесткость переводника, соединяющего статор двигательной секции и корпусной элемент опорного узла (шпиндельной секции), что вызывает трудности при прохождении винтового забойного двигателя через кривые участки скважины при операциях спуска-подъема. В то же время при работе двигателя в искривленном участке скважины из-за изгиба статора двигательной секции увеличиваются контактные нагрузки в паре ротор - статор и, как следствие, повышенный износ статора и ротора, а из-за изгиба корпусных элементов опорного узла (шпиндельной секции) возрастают нагрузки на радиальные и осевые опоры, что приводит к преждевременному выходу их из строя.

Указанный недостаток частично устранен в винтовом забойном двигателе, описанном в российском патенте №2007534 и взятый за прототип. Этот двигатель, содержащий одну или несколько двигательных секций, включающих статор и размещенный внутри статора ротор с наружными зубьями, находящимися в постоянном контакте с зубьями статора, причем число зубьев статора на единицу превышает число зубьев ротора, опорный узел (шпиндельную секцию), включающий корпус и выходной вал, шарнир, соединяющий ротор и выходной вал, или шарниры, соединяющие ротор и выходной вал и соединяющие роторы двигательных секций, снабжен резинометаллическим рукавом, соединяющим статор двигательной секции и корпус опорного узла и/или статора двигательных секций.

Известный винтовой забойный двигатель с резинометаллическим рукавом в качестве переводника имеет пониженную жесткость на изгиб, что позволяет производить бурение горизонтальных скважин с малым радиусом кривизны ствола, но такой переводник имеет недостаточную надежность при работе двигателя в скважине. Это выражается в низкой износостойкости резинометаллического рукава по сравнению, например, с металлическим переводником в условиях интенсивного трения по стволу скважины при операциях спуска-подъема, в недостаточной жесткости резинометаллического рукава в осевом направлении по сравнению с металлическим переводником, что может привести к потери устойчивости двигателя, а также резинометаллический рукав сложен в изготовлении, в сборке-разборке при регламентном ремонте двигателя из-за невозможности использования стандартного оборудования для свинчивания и развинчивания резьбовых соединений винтового забойного двигателя из-за его специфической конструкции.

Технической задачей заявленного изобретения является повышение надежности винтового забойного двигателя при бурении горизонтальных скважин с малым радиусом кривизны ствола в условиях интенсивного трения по стволу скважины, а также упрощение его сборки и разборки при регламентном ремонте.

Решение поставленной задачи осуществляется тем, что в известном винтовом забойном двигателе, содержащем одну или несколько двигательных секций, включающих статор, имеющий внутренние винтовые зубья и размещенный внутри статора металлический ротор, имеющий наружные зубья, находящиеся в постоянном контакте с внутренними зубьями статоpa, опорный узел, включающий корпусные элементы и выходной вал, элементы соединения, соединяющие ротор двигательной секции и выходной вал опорного узла и/или роторы двигательных секций, переводник, соединяющий статор двигательной секции и корпусной элемент опорного узла и/или статора двигательных секций, выполнен в виде полого металлического цилиндра и имеет две присоединительные зоны L1 и L2, которые находятся на концах переводника и обеспечивают соединение статора двигательной секции с корпусным элементом опорного узла и/или статоров двигательных секций, и находящуюся между ними в средней части переводника зону пониженной жесткости на изгиб L, при этом толщина стенок переводника в зоне пониженной жесткости на изгиб L меньше, чем толщина стенок переводника в присоединительных зонах L1 и L2, которая определяется разностью наружных и внутренних диаметров переводника в этих зонах, например:

а) наружный диаметр D переводника в зоне пониженной жесткости на изгиб L меньше, чем наружные диаметры D1, D2 в присоединительных зонах L1 и L2, т.е.

D<D1, D2,

при равном значении внутренних диаметров в зонах L, L1 и L2, т.е.

d=d1=d2;

b) внутренний диаметр переводника в зоне пониженной жесткости на изгиб L больше, чем внутренние диаметры в присоединительных зонах L1 и L2, т.е.

d>d1, d2,

при равном значении наружных диаметров в зонах L, L1 и L2, т.е.

D=D1=D2;

с) наружный диаметр D переводника в зоне пониженной жесткости на изгиб L меньше, чем наружные диаметры D1, D2 в присоединительных зонах L1 и L2, т.е.

D<D1, D2,

а внутренний диаметр переводника в зоне пониженной жесткости на изгиб L больше, чем внутренние диаметры в присоединительных зонах L1 и L2, т.e.

d>d1, d2.

На фиг.1 представлен винтовой забойный двигатель.

На фиг.2 представлен переводник соединительный, выполненный с разными наружными диаметрами в зонах L, L1, L2.

На фиг.3 представлен переводник соединительный, выполненный с разными внутренними диаметрами в зонах L, L1, L2.

На фиг.4 представлен переводник соединительный, выполненный с разными наружными и внутренними диаметрами в зонах L, L1, L2

Винтовой забойный двигатель (фиг.1) состоит из двигательной секции, включающей статор 1, ротор 2 и верхний переводник 3, опорный узел, включающий корпусной элемент 4, корпусной элемент 5, выходной вал 6, переводник соединительный 7, шарнир или торсион 8.

На фиг.2, 3, 4 представлен переводник соединительный. Переводник соединительный имеет зону пониженной жесткости на изгиб длиной L и две присоединительные зоны L1 и L2. Толщина стенок переводника соединительного имеет разную толщину стенок в зонах L, L1, L2, причем в зоне L она всегда меньше, чем в зонах L1 и L2, что обеспечивает упругую деформацию переводника соединительного при бурении горизонтальных скважин с малым радиусом кривизны ствола, не снижая при этом показателей надежности винтового забойного двигателя. Разная толщина стенок в зонах L, L1 и L2 переводника соединительного обеспечивается выполнением наружных диаметров D, D2, D3 и внутренних d, d1, d2 разными по величине. Наличие зон, в частности, присоединительных L1 и L2, дает возможность использования стандартного оборудования при сборке-разборке винтового забойного двигателя при его регламентном ремонте.

Переводник соединительный выполнен металлическим, что обеспечивает жесткость конструкции винтового забойного двигателя в осевом направлении, повышает его надежность при бурении скважин в условиях интенсивного трения ствола при операциях подъема-спуска и увеличивает износостойкость самого переводника соединительного по сравнению с прототипом, где переводником является резинометаллический рукав.

Винтовой забойный двигатель работает следующим образом.

Колонна бурильных труб присоединяется к верхнему переводнику 3 (фиг.1). Поступающий через трубы буровой раствор при прохождении через двигательную секцию заставляет вращаться ротор 2. Планетарное вращение ротора преобразуется в соосное вращение выходного вала 6 опорного узла при помощи шарнира или торсиона 8. К выходному валу 6 присоединяется породоразрушающий инструмент (на фиг. не показано). Статор 1 двигательной секции соединяется с корпусным элементом 5 опорного узла с помощью переводника соединительного 7. Корпусной элемент 5 соединяется с корпусным элементом 4.

При работе двигателя в искривленном участке скважины за счет изгибной жесткости переводника соединительного в зоне пониженной жесткости на изгиб L, которая значительно меньше, чем у других наружных элементов конструкции, будет изгибаться соединительный переводник, что создаст благоприятные условия работы для пары ротор - статор двигательной секции и для радиальных и осевых опор шпиндельной секции, так как корпус статора и корпус опорного узла (шпиндельной секции) будут оставаться прямыми.

Внедрение данного изобретения позволит исключить появление трещин и последующий слом корпусных деталей и позволит повысить срок работы винтовых забойных двигателей при бурении и ремонте наклонно направленных и горизонтальных скважин.

Изобретение относится к технике бурения и ремонта скважин, а именно к винтовым забойным двигателям. Технической задачей изобретения является повышение надежности винтового забойного двигателя при бурении горизонтальных скважин с малым радиусом кривизны ствола, а также упрощение его сборки и разборки. Винтовой забойный двигатель состоит из двигательной секции, включающей корпус со статором, ротор и верхний переводник; опорный узел, включающий корпус, переводник, выходной вал; переводник соединительный, шарнир или торсион. Переводник имеет две присоединительные зоны L1 и L2, зону пониженной жесткости на изгиб длиной L, причем толщина стенок переводника в зоне L меньше, чем толщина стенок переводника в зонах L1 и L2. При работе двигателя в искривленном участке скважины за счет изгибной жесткости, меньшей, чем у других наружных элементов конструкции, будет изгибаться соединительный переводник, что создаст благоприятные условия работы для пары ротор - статор двигательной секции и для радиальных и осевых опор шпиндельной секции. Внедрение данного изобретения позволит исключить появление трещин и последующий слом корпусных деталей и повысить срок работы винтовых забойных двигателей при бурении и ремонте наклонно направленных и горизонтальных скважин. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Винтовой забойный двигатель, содержащий одну или несколько двигательных секций, включающих статор, имеющий внутренние винтовые зубья и размещенный внутри статора металлический ротор, имеющий наружные зубья, находящиеся в постоянном контакте с внутренними зубьями статора, опорный узел, включающий корпусные элементы и выходной вал, элементы соединения, соединяющие ротор двигательной секции и выходной вал опорного узла и/или роторы двигательных секций, переводник, соединяющий статор двигательной секции и корпус опорного узла и/или статора двигательных секций, отличающийся тем, что переводник выполнен в виде полого металлического цилиндра и имеет две присоединительные зоны L1 и L2, которые находятся на концах переводника и обеспечивают соединение статора двигательной секции с корпусным элементом опорного узла и/или статоров двигательных секций, и находящуюся между ними в средней части переводника зону пониженной жесткости на изгиб L, при этом толщина стенок переводника в зоне пониженной жесткости на изгиб L меньше, чем толщина стенок переводника в присоединительных зонах L1 и L2, которая определяется разностью наружных и внутренних диаметров переводника в этих зонах.2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что наружный диаметр переводника в пониженной жесткости на изгиб L меньше, чем наружный диаметр в присоединительных зонах L1 и L2.3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что внутренний диаметр переводника в зоне пониженной жесткости на изгиб L больше, чем внутренний диаметр в присоединительных зонах L1 и L2.4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что наружный диаметр переводника в зоне пониженной жесткости на изгиб L меньше, чем наружный диаметр в присоединительных зонах L1 и L2, а внутренний диаметр переводника в зоне пониженной жесткости на изгиб L больше, чем внутренний диаметр в присоединительных зонах L1 и L2.