РЕДУКТОРНЫЙ ТУРБОБУР ДУДИНА Российский патент 2009 года по МПК E21B4/02 

Редукторный турбобур предназначен для бурения скважин и может быть использован при бурении горизонтальных глубоких скважин.

Широко применяемые в бурении турбобуры содержат многоступенчатую турбину, составленную из сотен единичных ступеней. Недостатком таких турбобуров является низкая стойкость лопаточного аппарата единичных ступеней, которая составляет 40-80 часов работы, вторым недостатком является очень большое отношение длины турбобура к его диаметру, что негативно сказывается при его использовании в наклонно-направленном бурении скважин.

Целью данного изобретения является разработка и создание редукторного турбобура, обладающего меньшим соотношением длина-диаметр и увеличенным крутящим моментом на валу шпинделя посредством более эффективного использования энергии потока бурового раствора.

Указанная цель достигается за счет того, что лопатки внутреннего и наружного роторов биротационной турбины ориентированы строго вдоль оси вращения вала турбины и вала шпинделя турбобура, что обеспечивает создание момента вращения силой давления бурового раствора, направленной строго перпендикулярно оси вращения. В то время как в многоступенчатой турбине классической схемы на рабочем колесе турбины реализуется не более 15-17% энергии потока бурового раствора.

За прототип взят нами редукторный турбобур Пермского филиала Всероссийского научно-исследовательского института буровой техники (патент № 2112856-RU).

На фиг.1а представлена схема редукторного турбобура, на фиг.1б - разрез по А-А на фиг.1а.

На фиг.2 - схема взаимного расположения внутреннего и наружного роторов бироторной турбины.

На фиг.3 представлена схема расположения овальных шестерен асинхронного редуктора с переменным передаточным отношением.

На фиг.4 представлен график угловых скоростей овальных шестерен: центральной (Wц) и периферийных (Wn).

Редукторный турбобур включает турбину (1), редуктор (2), шпиндель (3), корпуса которых жестко соединены между собой, снабжены валами, размещенными в общей маслонаполненной камере, имеющей гидравлические каналы для соединения с масляной полостью диафрагменного лубрикатора (4). Турбина имеет внутренний (5) и наружный (6) роторы, лопатки которых взаимно входят в межлопаточное пространство друг в друга, а сами роторы закреплены на внутреннем (7) и наружном (8), соответственно, валах асинхронного редуктора с переменным передаточным отношением (2), имеются также золотники-распределители - впускной (9) и выпускной (10), жестко закрепленные на наружном роторе турбины.

Работа редукторного турбобура осуществляется следующим образом. Буровой раствор подается буровыми насосами с поверхности земли через колонну бурильных труб (не показано), который имеет возможность проходить по кольцевому каналу (11) внутри турбобура через золотник (9) в межлопаточное пространство роторов и вращать шпиндель (3) через дифференциал (12) поочередно от внутреннего (5) или от наружного (6) роторов бироторной турбины, которые жестко связаны, соответственно, с внутренним (13) и наружным (14) валами асинхронного редуктора (2) с переменным передаточным отношением и уходить через золотник (10) в полый вал (17) шпинделя (3) и далее в затрубное пространство. Для поочередного проворачивания внутреннего и наружного роторов бироторной турбины в одну сторону на определенный угол <φ₅ и <φ₆ (фиг.2) имеется двухступенчатый асинхронный редуктор (2) с переменным передаточным отношением, соединенный валами (13 и 14) с внутренним (5) и наружным (6) роторами бироторной турбины, соответственно, одна из ступеней (20) которого предназначена рассогласовывать перемещение роторов при вращении, другая ступень (21) возвращать взаимное расположение роторов в исходное состояние за период одного оборота центральной шестерни (18, фиг.3), закрепленной на внутреннем валу (13) асинхронного редуктора, а также за один оборот центральной шестерни (19), закрепленной на наружном валу (14) редуктора. Зубья овальных шестерен (18-20, 21) являются силовыми и способны воспринимать всю нагрузку шпинделя турбобура.

Литература

1. Патент № 2112856-RU «Редукторный турбобур».

2. Патент № 30414-RU «Асинхронный редуктор Дудина с переменным передаточным отношением».

3. Патент № 38857-RU «Ротационный герметичный компрессор с тороидальными поршнями».

4. Патент № 2268368-RU «Двигатель внутреннего сгорания Дудина, биротационный с тороидальными поршнями».

5. Патент № 7775-UA «Расходомер Дудина для жидких и газообразных сред».

Изобретение относится к области бурения наклонных и горизонтальных скважин. Редукторный турбобур содержит турбину, редуктор с зубчатой передачей, шпиндель, корпуса которых жестко соединены между собой и снабжены валами, размещенными в общей маслонаполненной камере, имеющей гидравлические каналы для соединения с полостью диафрагменного лубрикатора. Турбина выполнена биротационной, внутренний и наружный роторы которой размещены соосно на коаксиально расположенных валах, причем лопатки внутреннего ротора входят в межлопаточное пространство наружного ротора до касания с внутренней цилиндрической поверхностью наружного ротора, а лопатки наружного ротора входят в межлопаточное пространство внутреннего ротора также до касания с наружной цилиндрической поверхностью внутреннего ротора с сохранением возможности поочередного проворачивания роторов в одну сторону относительно друг друга на расчетный угол от действия бурового раствора, который имеет возможность заполнять межлопаточное пространство роторов через золотники, закрепленные на наружном роторе турбины. Обеспечивает увеличение крутящего момента на валу шпинделя посредством более эффективного использования энергии потока бурового раствора. 4 ил.

Редукторный турбобур, содержащий турбину, редуктор с зубчатой передачей, шпиндель, корпуса которых жестко соединены между собой и снабжены валами, размещенными в общей маслонаполненной камере, имеющей гидравлические каналы для соединения с полостью диафрагменного лубрикатора, отличающийся тем, что турбина выполнена биротационной, внутренний и наружный роторы которой размещены соосно на коаксиально расположенных валах, причем лопатки внутреннего ротора входят в межлопаточное пространство наружного ротора до касания с внутренней цилиндрической поверхностью наружного ротора, а лопатки наружного ротора входят в межлопаточное пространство внутреннего ротора также до касания с наружной цилиндрической поверхностью внутреннего ротора с сохранением возможности поочередного проворачивания роторов в одну сторону относительно друг друга на расчетный угол от действия бурового раствора, который имеет возможность заполнять межлопаточное пространство роторов через золотники, закрепленные на наружном роторе турбины.