РЕГУЛЯТОР УГЛА ПЕРЕКОСА ЗАБОЙНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2011 года по МПК E21B4/02 E21B7/08 

Изобретение относится к устройствам для бурения наклонно-направленных и горизонтальных нефтяных и газовых скважин, а именно к регуляторам угла перекоса забойных двигателей, по существу, гидравлических героторных винтовых двигателей и турбобуров в компоновке низа бурильных колонн.

Известен регулятор угла перекоса, состоящий из центрального трубчатого элемента и соединенных с ним трех несоосных между собой трубчатых элементов, каждый из которых имеет внутреннее сквозное отверстие, при этом внутренний трубчатый элемент расположен в центре между первым и вторым трубчатыми элементами, а первый и второй трубчатые элементы соединены с внутренним трубчатым элементом резьбами на обращенных друг к другу краях, при этом первый трубчатый элемент предназначен для соединения с корпусом забойного двигателя, а второй трубчатый элемент предназначен для соединения с корпусом шпинделя, в котором размещен вал с долотом для бурения скважины (US 5101915 А, 07.04.1992).

В известной конструкции центральный и внутренний трубчатые элементы соединены шпоночным соединением и предусматривают переустановку нового значения угла перекоса при подъеме колонны бурильных труб без разъединения с забойным двигателем.

Недостатком известной конструкции является то, что она имеет две точки перекоса и три несовпадающие центральные продольные оси элементов, определяющих угол искривления, и, как следствие, две плоскости искривления, при этом регулятор искривляется в двух плоскостях, результирующий угол искривления имеет сложную пространственную форму, что усложняет его точное вычисление.

Кроме того, точки пересечения центральных продольных осей трубчатых элементов 1, 3, 9 не совпадают с поперечными плоскостями стыка их опорных торцов, как показано, например, на фиг.6, при этом регулятор искривляется в двух плоскостях, а результирующий угол искривления имеет сложную пространственную форму, что дополнительно усложняет его точное вычисление.

Кроме того, при использовании известной конструкции в прямом варианте с нулевым углом перекоса шпиндельная и двигательная секции гидромашины имеют параллельные несоосные между собой центральные продольные оси, что приводит к отклонению траектории скважины при бурении прямых участков, а также не обеспечивает расчетной точности траектории бурения наклонно-направленной скважины.

Известен регулятор угла перекоса, состоящий из центрального трубчатого элемента и соединенных с ним трех несоосных между собой трубчатых элементов, каждый из которых имеет внутреннее сквозное отверстие, при этом внутренний трубчатый элемент расположен в центре между первым и вторым элементами, а первый и второй трубчатые элементы соединены с внутренним трубчатым элементом резьбами на обращенных друг к другу краях, при этом первый трубчатый элемент предназначен для соединения резьбой с корпусом забойного двигателя, а второй трубчатый элемент предназначен для соединения с корпусом шпинделя, в котором размещен вал с долотом для бурения скважины (US 5343966 А, 06.09.1994).

В известной конструкции центральный и внутренний трубчатые элементы соединены шлицевым соединением и предусматривают переустановку нового значения угла перекоса при подъеме колонны бурильных труб без разъединения с забойным двигателем.

Недостатком известной конструкции является то, что она имеет две точки перекоса и три несовпадающие центральные продольные оси элементов, определяющих угол искривления, и, как следствие, две плоскости искривления, при этом регулятор искривляется в двух плоскостях, результирующий угол искривления имеет сложную пространственную форму, что усложняет его точное вычисление.

Кроме того, при использовании известной конструкции в прямом варианте с нулевым углом перекоса шпиндельная и двигательная секции гидромашины имеют параллельные, несоосные между собой центральные продольные оси. Это приводит к отклонению траектории скважины при бурении прямых участков, а также не обеспечивает расчетной точности траектории бурения наклонно-направленной скважины.

Известен регулятор угла и реактивного момента героторного двигателя со шпинделем и долотом, состоящий из центрального трубчатого элемента и соединенных с ним трех несоосных между собой трубчатых элементов, каждый из которых имеет внутреннее сквозное отверстие, внутренний трубчатый элемент расположен в центре между первым и вторым трубчатыми элементами, а первый и второй трубчатые элементы соединены с внутренним трубчатым элементом резьбами на обращенных друг к другу краях, первый трубчатый элемент соединен резьбой со шпинделем, второй трубчатый элемент соединен резьбой с корпусом двигателя, центральный трубчатый элемент соединен с внутренним трубчатым элементом шлицами, внутренний трубчатый элемент выполнен со скрещивающимися с его центральной осью и между собой осями резьб на его краях, а наибольшее расстояние между осями скрещивающихся между собой резьб равно удвоенной величине эксцентриситета ротора относительно статора героторного двигателя, причем наибольшее расстояние между его центральной осью и осями любой из резьб на его краях равно эксцентриситету ротора относительно статора героторного двигателя, при этом центральный трубчатый элемент и первый трубчатый элемент со стороны соединения его со шпинделем выполнены, каждый, с собственной контактной сегментной площадкой и образуют между собой пару контактных сегментных площадок, расположенных по разные стороны относительно меридианной плоскости шпинделя в плоскости искривления колонны бурильных труб, а вдоль центральной оси первого трубчатого элемента - на расстоянии L между ближними краями контактных сегментных площадок, которое с наружным диаметром D шпинделя связано соотношением L≥D, при этом угловое отклонение контактной сегментной площадки первого трубчатого элемента от меридианной плоскости шпинделя в плоскости искривления колонны бурильных труб выполнено в противоположном направлении относительно реактивного момента от долота (RU 2261318 С2, 27.09.2005).

Известный регулятор угла и реактивного момента героторного двигателя со шпинделем и долотом предназначен для бурения наклонно-направленной скважины с использованием сканирующего устройства в компоновке низа бурильной колонны, управляющего траекторией проводки скважины к нефтяной формации.

Недостатком известной конструкции является то, что она имеет две точки искривления и три несовпадающие центральные продольные оси элементов, участвующих в задании угла искривления, и, как следствие, две плоскости искривления. В связи с тем, что регулятор искривляется в двух плоскостях, результирующий угол искривления имеет сложную пространственную форму, что усложняет его вычисление компьютером сканирующего устройства в компоновке низа бурильной колонны, управляющего траекторией проводки скважины к нефтяной формации.

Известен регулятор угла перекоса с устройством для управления положением плоскостей искривления героторного двигателя, содержащий кривой вал с наружными шлицами, муфту с торцовыми зубьями, верхний и кривой переводники, несоосно расположенные между собой, при этом муфта установлена на шлицах кривого вала, а верхний и кривой переводники соединены с кривым валом резьбами на обращенных друг к другу краях, причем оси резьб, выполненных на искривленных участках кривого вала и кривого переводника, пересекаются в одной точке на центральной оси кривого вала, имея одну плоскость искривления, при этом он содержит промежуточный вал с присоединительными резьбами и наружными шлицами, обойму с зубчатой насечкой на торце, установленную на наружных шлицах промежуточного вала, и соединительный переводник с зубчатой насечкой на верхнем торце, взаимодействующей с зубчатой насечкой обоймы, причем промежуточный вал скреплен резьбами с нижним краем кривого переводника и верхним краем соединительного переводника, кроме того, соединительный переводник установлен на промежуточном валу с возможностью окружного смещения относительно обоймы и скреплен резьбой с верхним краем статора героторного двигателя (RU 2358084 С1, 10.06.2009).

Недостатком известной конструкции является несовпадение точки пересечения 9 с поперечной плоскостью стыка торцовых зубьев 4 муфты 3 и торцовых зубьев 7 кривого переводника 6, где точка поз.9 - точка пересечения под углом α центральной оси 8 кривого вала 1 и оси искривленного участка кривого вала 1 (показано на фиг.1).

При этом регулятор угла перекоса I и устройство III для управления положением плоскостей искривления героторного двигателя искривляются в двух плоскостях, результирующий угол искривления имеет сложную пространственную форму, что усложняет его точное вычисление при промежуточных дискретных установках угла перекоса.

Известно, что второй регулятор угла перекоса I или устройство III для управления положением плоскостей искривления героторного двигателя размещают обычно выше одной из секций забойного двигателя, что обеспечивает более простую регулировку величины угла перекоса или возможности отклонения, а также позволяет вращать двигатель в скважине во время прямого (роторного) бурения.

Недостатками известной конструкции являются также:

- увеличение, по существу, в два раза ее длины и, вследствие этого, увеличение длины карданного вала, а также невозможность размещения карданного вала внутри кривого вала 1 и промежуточного вала 10 при максимальных (до 3°) углах перекоса регулятора угла перекоса I и регулируемого отклоняющего устройства III вследствие задевания его за внутренние стенки кривого вала 1 и промежуточного вала 10;

- высокая стоимость работ по определению угла смещения плоскостей искривления регулятора угла перекоса I и регулируемого отклоняющего устройства III героторного двигателя с использование продольных рисок 20 и 21 и переноса их на соответствующие продольные риски 22 и 23 регулятора угла перекоса I при подъеме из скважины вследствие необходимости проведения вышеуказанных работ механизированным ключом, содержащим устройство для предотвращения перезатяжки (overtorquing) чрезмерным крутящим моментом;

- ухудшение проходимости, т.е. повышение сопротивления и напряжений в компоновке низа бурильной колонны за счет увеличения длины известной конструкции, по существу, регулятора и устройства для управления положением плоскостей искривления героторного двигателя при прохождении (с вращением колонны бурильных труб) через радиусные участки ствола скважины;

- недостаточные ресурс и надежность при максимальных (до 3°) углах перекоса регулятора угла перекоса I и регулируемого отклоняющего устройства III вследствие невозможности вращения колонны бурильных труб при прохождении через радиусные участки ствола наклонно-направленной скважины, имеющие участки малого и среднего радиуса 30-100 м, в условиях интенсивного трения по стволу скважины.

Наиболее близким к заявляемой конструкции является регулируемое отклоняющее устройство с концевыми присоединительными резьбами, состоящее из центрального вала с уплотнениями и с наружными резьбами, причем вал имеет искривленный участок под углом α, снаружи вала расположена с возможностью перемещения вдоль вала по шпонке или шлицам муфта, на одном из торцов которой выполнены торцевые зубья, на один конец вала навинчен прямой переводник, контактирующий с торцом муфты, а на другой конец вала навинчен кривой переводник, внутренняя резьба которого наклонена к его оси под углом α, кривой переводник установлен с возможностью взаимодействия своими торцовыми зубьями с торцом муфты, на котором расположены зубья, при этом центральный вал ориентирован искривленным участком к кривому переводнику таким образом, что центральные оси резьб кривого переводника и вала пересекаются в одной точке и имеют одну плоскость искривления (RU 2235181 С2, 27.08.2004).

В известной конструкции центральный вал 2 ориентирован искривленным участком к кривому переводнику 3 таким образом, что центральные оси резьб кривого переводника 3 и центрального вала 2 пересекаются в одной точке 8 и имеют одну плоскость искривления в одном положении, а именно при установке кривого переводника 3, внутренняя резьба которого наклонена к его оси под углом α₂, при этом вал 2 имеет искривленный участок под равным ему углом α₁, как показано на фиг.1.

При промежуточных дискретных установках угла перекоса, при несовпадающих между собой промежуточных значениях углов α₁ и α₂, определяемых расположением торцовых зубьев муфты 4 и торцовых зубьев кривого переводника 3, известное регулируемое отклоняющее устройство с концевыми присоединительными резьбами также имеет две точки искривления (перекоса) и три несовпадающие центральные продольные оси элементов, участвующих в задании угла искривления, и, как следствие, две плоскости искривления. В связи с тем, что регулятор искривляется в двух плоскостях, результирующий угол искривления имеет сложную пространственную форму, что усложняет его точное вычисление.

Недостаток известной конструкции объясняется произвольным расположением вдоль центральной продольной оси точки пересечения 8 центральной продольной оси прямого переводника 7 и центральной продольной оси кривого переводника 3 относительно какого-либо базового торца, см. фиг.1.

При этом регулируемое отклоняющее устройство героторного двигателя искривляется в двух плоскостях искривления, результирующий угол искривления имеет неопределенную сложную пространственную форму, что усложняет его точное вычисление при промежуточных дискретных установках угла перекоса, при несовпадающих между собой промежуточных значениях углов α₁ и α₂.

Недостатком известной конструкции является, по существу, несовпадение точки пересечения 8 с поперечной плоскостью стыка торцовых зубьев муфты 4 и торцовых зубьев кривого переводника 3, где точка пересечения 8 центральной продольной оси прямого переводника 7 и центральной продольной оси кривого переводника 3, см. фиг.1.

При этом регулируемое отклоняющее устройство героторного двигателя искривляется в двух плоскостях искривления, результирующий угол искривления имеет неопределенную (без привязки системы координат к базовому торцу) сложную пространственную форму, что усложняет его точное вычисление при промежуточных дискретных установках угла перекоса, по существу, при несовпадающих между собой промежуточных значениях углов α₁ и α₂.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, является повышение точности установки углов перекоса регулятора, а также повышение, вследствие этого, точности проводки скважины за счет того, что точка пересечения центральной продольной оси резьбовой части кривого переводника, соединяющей его со шпинделем, и центральной продольной оси резьбовой части полого кривого вала, соединяющей его с прямым переводником, расположена в поперечной плоскости стыка торцовых зубьев зубчатой муфты и кривого переводника, при этом плоскость торцов зубьев зубчатой муфты, а также плоскость торцов зубьев кривого переводника, расположены, каждая, под прямым углом относительно центральной продольной оси изогнутой резьбовой части полого кривого вала.

Сущность технического решения заключается в том, что в регуляторе угла перекоса забойного двигателя, содержащем полый кривой вал с наружными шлицами и резьбами на его краях, зубчатую муфту с внутренними продольными шлицевыми пазами и зубьями на торце, установленную на наружных продольных шлицах полого кривого вала, прямой и кривой переводники, несоосно расположенные между собой, причем на торце кривого переводника выполнены зубья, входящие в зацепление с зубьями на торце зубчатой муфты, при этом прямой и кривой переводники соединены с полым кривым валом резьбами на обращенных друг к другу краях, а центральные продольные оси резьб, выполненных на искривленных участках полого кривого вала и кривого переводника, пересекаются в одной точке на центральной продольной оси полого кривого вала и имеют одну плоскость искривления, согласно изобретению точка пересечения центральной продольной оси резьбовой части кривого переводника, предназначенной для соединения со шпинделем забойного двигателя, и центральной продольной оси резьбовой части полого кривого вала, соединяющей его с прямым переводником, расположена в поперечной плоскости стыка торцовых зубьев зубчатой муфты и кривого переводника, при этом плоскость торцов зубьев зубчатой муфты расположена под прямым углом относительно центральной продольной оси искривленной резьбовой части полого кривого вала, предназначенной для соединения с искривленной резьбовой частью кривого переводника, а плоскость торцов зубьев кривого переводника расположена под прямым углом относительно центральной продольной оси его искривленной резьбовой части, предназначенной для соединения с искривленной резьбовой частью полого кривого вала.

Один из продольных наружных шлицев полого кривого вала и один из внутренних продольных шлицевых пазов зубчатой муфты, входящих в зацепление друг с другом, выполнены отличающимися по толщине шлица, и соответственно, по ширине паза от остальных, соответственно, продольных наружных шлицев полого кривого вала и внутренних продольных шлицевых пазов зубчатой муфты.

При нулевом отклонении, в прямом варианте, центральная продольная ось резьбовой части кривого переводника, предназначенной для соединения со шпинделем забойного двигателя, и центральная продольная ось резьбовой части полого кривого вала, соединяющей его с прямым переводником, расположены соосно между собой, при этом точка пересечения центральной продольной оси резьбовой части кривого переводника, предназначенной для соединения со шпинделем забойного двигателя, и центральной продольной оси искривленной части кривого переводника, предназначенной для соединения с искривленной резьбовой частью полого кривого вала, расположена в поперечной плоскости стыка торцовых зубьев зубчатой муфты и кривого переводника.

Зубчатая муфта выполнена с собственной контактной сегментной площадкой, расположенной над наружными поверхностями прямого и кривого переводников со стороны, противоположной углу перекоса между центральной продольной осью резьбовой части кривого переводника, предназначенной для соединения со шпинделем забойного двигателя, и центральной продольной осью резьбовой части прямого переводника, предназначенной для соединения с корпусом забойного двигателя.

Выполнение регулятора угла перекоса забойного двигателя таким образом, что точка пересечения центральной продольной оси резьбовой части кривого переводника, предназначенной для соединения со шпинделем забойного двигателя, и центральной продольной оси резьбовой части полого кривого вала, соединяющей его с прямым переводником, расположена в поперечной плоскости стыка торцовых зубьев зубчатой муфты и кривого переводника, при этом плоскость торцов зубьев зубчатой муфты расположена под прямым углом относительно центральной продольной оси искривленной резьбовой части полого кривого вала, предназначенной для соединения с искривленной резьбовой частью кривого переводника, а плоскость торцов зубьев кривого переводника расположена под прямым углом относительно центральной продольной оси его искривленной резьбовой части, предназначенной для соединения с искривленной резьбовой частью полого кривого вала, обеспечивает повышение точности установки углов перекоса регулятора как при максимальном угле отклонения, по существу, до 3°, так и при промежуточных дискретных установках угла перекоса, упрощает вычисление углов перекоса регулятора, а также обеспечивает повышение, вследствие этого, точности проводки наклонно-направленной скважины.

Выполнение регулятора угла перекоса забойного двигателя таким образом, что один из продольных наружных шлицев полого кривого вала и один из внутренних продольных шлицевых пазов зубчатой муфты, входящих в зацепление друг с другом, выполнены отличающимися по толщине шлица, и соответственно, по ширине паза от остальных, соответственно, продольных наружных шлицев полого кривого вала и внутренних продольных шлицевых пазов зубчатой муфты, предотвращает неправильное окружное расположение зубчатой муфты с внутренними продольными шлицевыми пазами и зубьями на торце, установленной на наружных продольных шлицах полого кривого вала, а также обеспечивает при промежуточных дискретных установках угла перекоса расположение контактной сегментной площадки зубчатой муфты со стороны, противоположной углу перекоса между центральной продольной осью резьбы кривого переводника, предназначенной для соединения со шпинделем, и центральной продольной осью резьбы прямого переводника, предназначенной для соединения с корпусом забойного двигателя.

Выполнение регулятора угла перекоса забойного двигателя таким образом, что при нулевом отклонении, в прямом варианте, центральная продольная ось резьбовой части кривого переводника, предназначенной для соединения со шпинделем забойного двигателя, и центральная продольная ось резьбовой части полого кривого вала, соединяющей его с прямым переводником, расположены соосно между собой, при этом точка пересечения центральной продольной оси резьбовой части кривого переводника, предназначенной для соединения со шпинделем забойного двигателя, и центральной продольной оси искривленной части кривого переводника, предназначенной для соединения с искривленной резьбовой частью полого кривого вала, расположена в поперечной плоскости стыка торцовых зубьев зубчатой муфты и кривого переводника, обеспечивает повышение точности установки углов перекоса при нулевом отклонении, в прямом варианте, а также обеспечивает повышение, вследствие этого, точности проводки прямых участков наклонно-направленной скважины, а также позволяет вращать двигатель в скважине во время прямого (роторного) бурения.

Выполнение регулятора угла перекоса забойного двигателя таким образом, что зубчатая муфта выполнена с собственной контактной сегментной площадкой, расположенной над наружными поверхностями прямого и кривого переводников со стороны, противоположной углу перекоса между центральной продольной осью резьбовой части кривого переводника, предназначенной для соединения со шпинделем забойного двигателя, и центральной продольной осью резьбовой части прямого переводника, предназначенной для соединения с корпусом забойного двигателя, повышает устойчивость винтового многозаходного героторного двигателя, регулятора и шпинделя в плоскости искривления колонны бурильных труб, а также позволяет компенсировать результирующую радиально-неуравновешенную силу, возникающую при вращении бурового долота в стволе скважины, и удерживать контактную сегментную площадку на регуляторе в плоскости искривления колонны бурильных труб в контакте со стенкой ствола скважины во время бурения.

Ниже представлен лучший вариант регулятора угла перекоса, обеспечивающего изменение угла перекоса от нуля до трех градусов с шагом в одну четверть градуса, для героторного винтового гидравлического двигателя RS240N265.

На фиг.1 показан героторный винтовой гидравлический двигатель с регулятором угла перекоса, шпинделем и долотом в компоновке низа бурильной колонны.

На фиг.2 показан элемент I на фиг.1 выходной части героторного винтового гидравлического двигателя, соединенного регулятором угла перекоса со шпинделем.

На фиг.3 показан регулятор угла перекоса героторного винтового гидравлического двигателя в плоскости искривления колонны бурильных труб.

На фиг.4 показан регулятор угла перекоса героторного винтового гидравлического двигателя в плоскости искривления колонны бурильных труб при нулевом отклонении, в прямом варианте.

На фиг.5 показан разрез А-А на фиг.3 поперек плоскости продольных наружных шлицев полого кривого вала и внутренних продольных шлицевых пазов зубчатой муфты, входящих в зацепление друг с другом.

На фиг.6 показан разрез Б-Б на фиг.3 в поперечной плоскости стыка торцовых зубьев зубчатой муфты и кривого переводника.

Героторный винтовой гидравлический двигатель 1 с регулятором 2 угла перекоса, шпинделем 3 и долотом 4 в компоновке низа бурильных труб 5 показан на фиг.1.

Внутри регулятора 2 угла перекоса проходит карданный вал 6, содержащий верхнюю полумуфту 7, соединенную резьбой 8 с ротором 9 героторного винтового гидравлического двигателя 1, а также содержащий нижнюю полумуфту 10, соединенную резьбой 11 с валом 12 шпинделя 3, см. фиг.2.

Регулятор 2 угла перекоса героторного винтового гидравлического двигателя 1 содержит полый кривой вал 13 с наружными шлицами 14 и резьбами 15, 16 на его краях 17, 18, зубчатую муфту 19 с внутренними продольными шлицевыми пазами 20 и внутренними прямоугольными зубьями 21 на торце 22, установленную на наружных продольных шлицах 14 полого кривого вала 13, прямой переводник 23 и кривой переводник 24, несоосно расположенные между собой, причем на торце 25 кривого переводника 24 выполнены прямоугольные зубья 26, входящие в зацепление с прямоугольными внутренними зубьями 21 на торце 22 зубчатой муфты 19, при этом прямой переводник 23 и кривой переводник 24 соединены с полым кривым валом 13 резьбами 15 и 16 соответственно на обращенных друг к другу краях, по существу, на крае 17 полого кривого вала 13 и крае 27 прямого переводника 23, а также на другом крае 18 полого кривого вала 13 и крае 28 кривого переводника 24, см. фиг.3, 5.

При этом поз.29 - центральная продольная ось резьбовой части 15 полого кривого вала 13, соединяющей его с прямым переводником 23 (поз.29 показана в двух местах); поз.30 - центральная продольная ось резьбовой части 31 кривого переводника 24, предназначенной для соединения со шпинделем 3 забойного двигателя 1; поз.32 - центральная продольная ось искривленной резьбовой части 16 полого кривого вала 13, предназначенной для соединения с искривленной резьбовой частью 28 кривого переводника 24, а также одновременно центральная продольная ось искривленной части 28 кривого переводника 24, предназначенной для соединения с искривленной резьбовой частью 16 полого кривого вала 13, см. фиг.3.

Точка пересечения 33 центральной продольной оси 30 резьбовой части 31 кривого переводника 24, предназначенной для соединения со шпинделем 3 забойного двигателя 1, и центральной продольной оси 29 резьбовой части 15 полого кривого вала 13, соединяющей его с прямым переводником 23, расположена в поперечной плоскости 34 стыка торцовых прямоугольных внутренних зубьев 21 зубчатой муфты 19 и торцовых прямоугольных зубьев 26 кривого переводника 24, см. фиг.3.

При этом плоскость 34 торцов прямоугольных внутренних зубьев 21 зубчатой муфты 19 расположена под прямым углом относительно центральной продольной оси 32 искривленной резьбовой части 16 полого кривого вала 13, предназначенной для соединения с искривленной резьбовой частью 28 кривого переводника 24, а плоскость 35 торцов 26 прямоугольных зубьев 26 кривого переводника 24 расположена под прямым углом относительно центральной продольной оси 32 его искривленной резьбовой части 28 (со стороны края 28), предназначенной для соединения с искривленной резьбовой частью 16 полого кривого вала 13, см. фиг.3.

Кроме того, поз.36 - центральная продольная ось прямого переводника 23, расположенная соосно поз.29 - центральной продольной оси резьбовой части 15 полого кривого вала 13, соединяющей его с прямым переводником 23; поз.37 - резьбовая часть прямого переводника, предназначенная для соединения с корпусом героторного винтового гидравлического двигателя 1, см. фиг.3.

Один из продольных наружных шлицев 38 полого кривого вала 13 и один из внутренних продольных шлицевых пазов 39 зубчатой муфты 19, входящих в зацепление друг с другом, выполнены отличающимися по толщине шлица, и соответственно, по ширине паза от остальных, соответственно, продольных наружных шлицев 14 полого кривого вала 13 и внутренних продольных шлицевых пазов 20 зубчатой муфты 19, например, с уменьшенной толщиной шлица 38 и, соответственно с уменьшенной шириной внутреннего продольного шлицевого паза 39, см. фиг.5.

При нулевом отклонении, в прямом варианте, центральная продольная ось 30 резьбовой части 31 кривого переводника 24, предназначенной для соединения со шпинделем 3 забойного двигателя 1, и центральная продольная ось 29 резьбовой части 15 полого кривого вала 13, соединяющей его с прямым переводником 23, расположены соосно между собой, при этом точка пересечения 33 центральной продольной оси 30 резьбовой части 31 кривого переводника 24, предназначенной для соединения со шпинделем 3 забойного двигателя 1, и центральная продольная ось 32 искривленной части 28 кривого переводника 24, предназначенной для соединения с искривленной резьбовой частью 16 полого кривого вала 13, расположена в поперечной плоскости 34 стыка торцовых прямоугольных внутренних зубьев 21 зубчатой муфты 19 и торцовых прямоугольных зубьев 26 кривого переводника 24, см. фиг.4.

Зубчатая муфта 19 выполнена с собственной контактной сегментной площадкой 40, расположенной над наружной поверхностью 27 прямого переводника 23 и над наружной поверхностью 41 кривого переводника 24 со стороны, противоположной углу α, 42 перекоса между центральной продольной осью 30 резьбовой части 31 кривого переводника 24, предназначенной для соединения со шпинделем 3 забойного двигателя 1, и центральной продольной осью 36 резьбовой части 37 прямого переводника 23, предназначенной для соединения с корпусом забойного двигателя 1, см. фиг.3.

Кроме того, на фиг.1 показано: поз.43 - зона захвата для механического ключа на прямом переводнике 23; поз.44 - зона захвата для механического ключа на кривом переводнике 24; поз.45 - кольцевой стык между кольцевым поясом 22 зубчатой муфты 19 и кольцевым поясом 26 прямого переводника 23 регулятора 2 угла перекоса забойного двигателя; поз.46 - направление вращения зубчатой муфты 19 для увеличения угла перекоса.

Регулятор угла перекоса героторного винтового гидравлического двигателя со шпинделем и долотом в компоновке низа бурильных труб работает следующим образом: поток бурового раствора под давлением, например, 8…15 МПа по колонне бурильных труб 5 подается в винтовые (шлюзовые) камеры между ротором 9 и корпусом 1 (статором), на внутренней поверхности которого закреплена обкладка из эластомера с винтовыми зубьями. Число винтовых зубьев ротора 9 на единицу меньше числа зубьев в обкладке из эластомера, закрепленной внутри корпуса 1 (статора). Возникающий на роторе 9 крутящий момент сообщает ему планетарно-роторное вращение относительно обкладки корпуса 1, которое при помощи верхней и нижней полумуфт 7, 10 и карданного вала 6 преобразуется во вращение (в противоположном направлении) ротора 12 шпинделя 3 и долота 4, осуществляя бурение скважины.

Вертикальный ствол скважины бурят до заданной глубины. Затем буровые трубы бурильной колонны поочередно раскрепляют и поднимают, при этом компоновка низа бурильной колонны находится в вертикальном положении на буровой установке, как показано на фиг.1.

Устанавливают механические ключи на зону 43 прямого переводника 23 и зону 44 кривого переводника 24 регулятора 2 угла перекоса забойного двигателя 1, как показано на фиг.1. Раскрепляют резьбовое соединение 15 между полым кривым валом 13 и прямым переводником 23, а затем отворачивают прямой переводник 23 регулятора 2 угла перекоса до появления зазора 20±2 мм в кольцевом стыке 45 между кольцевым поясом 22 зубчатой муфты 19 и кольцевым поясом 26 прямого переводника 23 регулятора 2 угла перекоса, см. фиг.1, 3.

В процессе раскрепления резьбового соединения зубчатая муфта 19 и кривой переводник 24 регулятора 2 угла перекоса забойного двигателя 1 должны оставаться в зацеплении, по существу, прямоугольные зубья 26 на торце 25 кривого переводника 24 должны находиться в зацеплении с прямоугольными внутренними зубьями 21 на торце 22 зубчатой муфты 19.

Поднимают зубчатую муфту 19 вверх до выхода из зацепления прямоугольных внутренних зубьев 21 на торце 22 зубчатой муфты 19 с прямоугольными зубьями 26 на торце 25 кривого переводника 24.

Удерживая зубчатую муфту 19 в верхнем положении, поворачивают ее относительно кривого переводника 24 регулятора 2 угла перекоса забойного двигателя 1 до совпадения меток требуемого угла (метки требуемого угла не показаны). Для увеличения угла перекоса поворачивают зубчатую муфту 19 в направлении 46, для уменьшения - в обратном направлении, см. фиг.1.

Устанавливают механические ключи на зону 43 прямого переводника 23 и зону 44 кривого переводника 24 регулятора 2 угла перекоса забойного двигателя 1, как показано на фиг.1. Заворачивают резьбовое соединение 15 между полым кривым валом 13 и прямым переводником 23, а затем затягивают на заданный крутящий момент прямой переводник 23 регулятора угла 2 забойного двигателя 1. Величину крутящего момента свинчивания задают по технологическому процессу. В процессе свинчивания зубчатая муфта 19 и кривой переводник 24 регулятора 2 угла перекоса забойного двигателя 1 должны оставаться в зацеплении, по существу, прямоугольные зубья 26 на торце 25 кривого переводника 24 должны находиться в зацеплении с прямоугольными внутренними зубьями 21 на торце 22 зубчатой муфты 19.

Совпадающие метки угла перекоса указывают величину угла перекоса забойного двигателя 1. Плоскость искривления регулятора 2 угла перекоса забойного двигателя 1 проходит через совпадающие метки.

При нулевом отклонении, в прямом варианте, центральная продольная ось 30 резьбовой части 31 кривого переводника 24, предназначенной для соединения со шпинделем 3 забойного двигателя 1, и центральная продольная ось 29 резьбовой части 15 полого кривого вала 13, соединяющей его с прямым переводником 23, расположены соосно между собой, при этом точка пересечения 33 центральной продольной оси 30 резьбовой части 31 кривого переводника 24, предназначенной для соединения со шпинделем 3 забойного двигателя 1, и центральная продольная ось 32 искривленной части 28 кривого переводника 24, предназначенной для соединения с искривленной резьбовой частью 16 полого кривого вала 13, расположена в поперечной плоскости 34 стыка торцовых прямоугольных внутренних зубьев 21 зубчатой муфты 19 и торцовых прямоугольных зубьев 26 кривого переводника 24, по существу, расположена в плоскости 45 кольцевого стыка между кольцевым поясом 22 зубчатой муфты 19 и кольцевым поясом 26 прямого переводника 23 регулятора 2 угла перекоса забойного двигателя 1, см. фиг.4.

Данная конструкция регулятора угла перекоса забойного двигателя обеспечивает повышение точности установки углов перекоса регулятора как при максимальном угле отклонения, по существу, до 3°, так и при промежуточных дискретных установках угла перекоса, а также при нулевом отклонении, в прямом варианте, упрощает вычисление углов перекоса регулятора, а также обеспечивает повышение, вследствие этого, точности проводки наклонно-направленных скважин.

Изобретение относится к устройствам для бурения наклонно-направленных и горизонтальных нефтяных и газовых скважин, а именно к регуляторам угла перекоса забойных двигателей. Регулятор содержит полый кривой вал с наружными шлицами и резьбами на его краях, зубчатую муфту с внутренними продольными шлицевыми пазами и зубьями на торце, установленную на наружных продольных шлицах полого кривого вала, прямой и кривой переводники, несоосно расположенные между собой, причем на торце кривого переводника выполнены зубья, входящие в зацепление с зубьями на торце зубчатой муфты. Прямой и кривой переводники соединены с полым кривым валом резьбами на обращенных друг к другу краях, а центральные продольные оси резьб, выполненных на искривленных участках полого кривого вала и кривого переводника, пересекаются в одной точке на центральной продольной оси полого кривого вала и имеют одну плоскость искривления. Точка пересечения центральной продольной оси резьбовой части кривого переводника, предназначенной для соединения со шпинделем забойного двигателя, и центральной продольной оси резьбовой части полого кривого вала, соединяющей его с прямым переводником, расположена в поперечной плоскости стыка торцовых зубьев зубчатой муфты и кривого переводника. Плоскость торцов зубьев зубчатой муфты расположена под прямым углом относительно центральной продольной оси искривленной резьбовой части полого кривого вала, предназначенной для соединения с искривленной резьбовой частью кривого переводника, а плоскость торцов зубьев кривого переводника расположена под прямым углом относительно центральной продольной оси его искривленной резьбовой части, предназначенной для соединения с искривленной резьбовой частью полого кривого вала. Повышается точность установки углов перекоса, упрощается вычисление углов перекоса регулятора, а также обеспечивается повышение точности проводки наклонно-направленных скважин. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Регулятор угла перекоса забойного двигателя, содержащий полый кривой вал с наружными шлицами и резьбами на его краях, зубчатую муфту с внутренними продольными шлицевыми пазами и зубьями на торце, установленную на наружных продольных шлицах полого кривого вала, прямой и кривой переводники, несоосно расположенные между собой, причем на торце кривого переводника выполнены зубья, входящие в зацепление с зубьями на торце зубчатой муфты, при этом прямой и кривой переводники соединены с полым кривым валом резьбами на обращенных друг к другу краях, а центральные продольные оси резьб, выполненных на искривленных участках полого кривого вала и кривого переводника, пересекаются в одной точке на центральной продольной оси полого кривого вала и имеют одну плоскость искривления, отличающийся тем, что точка пересечения центральной продольной оси резьбовой части кривого переводника, предназначенной для соединения со шпинделем забойного двигателя, и центральной продольной оси резьбовой части полого кривого вала, соединяющей его с прямым переводником, расположена в поперечной плоскости стыка торцовых зубьев зубчатой муфты и кривого переводника, при этом плоскость торцов зубьев зубчатой муфты расположена под прямым углом относительно центральной продольной оси искривленной резьбовой части полого кривого вала, предназначенной для соединения с искривленной резьбовой частью кривого переводника, а плоскость торцов зубьев кривого переводника расположена под прямым углом относительно центральной продольной оси его искривленной резьбовой части, предназначенной для соединения с искривленной резьбовой частью полого кривого вала.

2. Регулятор угла перекоса забойного двигателя по п.1, отличающийся тем, что один из продольных наружных шлицев полого кривого вала и один из внутренних продольных шлицевых пазов зубчатой муфты, входящих в зацепление друг с другом, выполнены отличающимися по толщине шлица, и соответственно, по ширине паза от остальных, соответственно, продольных наружных шлицев полого кривого вала и внутренних продольных шлицевых пазов зубчатой муфты.

3. Регулятор угла перекоса забойного двигателя по п.1, отличающийся тем, что при нулевом отклонении, в прямом варианте, центральная продольная ось резьбовой части кривого переводника, предназначенной для соединения со шпинделем забойного двигателя, и центральная продольная ось резьбовой части полого кривого вала, соединяющей его с прямым переводником, расположены соосно между собой, при этом точка пересечения центральной продольной оси резьбовой части кривого переводника, предназначенной для соединения со шпинделем забойного двигателя, и центральной продольной оси искривленной части кривого переводника, предназначенной для соединения с искривленной резьбовой частью полого кривого вала, расположена в поперечной плоскости стыка торцовых зубьев зубчатой муфты и кривого переводника.

4. Регулятор угла перекоса забойного двигателя по п.1, отличающийся тем, что зубчатая муфта выполнена с собственной контактной сегментной площадкой, расположенной над наружными поверхностями прямого и кривого переводников со стороны противоположной углу перекоса между центральной продольной осью резьбовой части кривого переводника, предназначенной для соединения со шпинделем забойного двигателя, и центральной продольной осью резьбовой части прямого переводника, предназначенной для соединения с корпусом забойного двигателя.