ФИЛЬТР ДЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ЗАБОЙНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2012 года по МПК E21B43/08 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при строительстве нефтяных и газовых скважин, в частности к устройствам очистки промывочной жидкости при бурении гидравлическими забойными двигателями (ГЗД).

Известен фильтр с перепускным узлом (патент РФ №2016186, Е21В 21/00, дата публикации 15.07.1994), который содержит установленные в корпусе направляющую трубу с впускными отверстиями и фильтрующую трубу с фильтрующими отверстиями. Фильтр содержит кольцо для перекрытия проходного сечения между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью фильтрующей трубы и заглушку для формирования шламоприемной зоны. Направляющая и фильтрующая трубы в исходном положении зафиксированы срезным штифтом и установлены с возможностью относительного осевого перемещения и совмещения положения своих впускных отверстий после разрушения срезного элемента.

Недостатками известного фильтра являются сложность конструкции, низкое качество очистки промывочной жидкости ввиду отсутствия регулировки отверстий фильтра в зависимости от размеров частиц механических примесей, присутствующих в жидкости и способных повредить рабочие органы ГЗД.

Известен фильтр для гидравлического забойного двигателя (патент РФ №2407881, Е21В 43/08, дата публикации 27.12.2010), взятый в качестве прототипа, который содержит корпус, фильтрующий элемент, ниппельную и муфтовую части. Фильтрующий элемент фильтра выполнен в виде металлической трубы со щелевыми отверстиями, параллельными оси фильтра, шириной 2,0-2,5 мм, длиной 200-300 мм, расположенными в шахматном порядке диаметрально напротив друг друга в количестве 8 или 10 штук на погонный метр фильтрующего элемента.

Недостатками известного фильтра являются:

- низкое качество очистки фильтруемой жидкости ввиду невозможности регулировки размеров щелевых отверстий, например ширины щели (2,0-2,5 мм), фильтрующего элемента в зависимости от различных размеров механических примесей, присутствующих в жидкости, которые способны повредить рабочие органы двигателя. Например, винтовые забойные гидравлические двигатели эксплуатируются с использованием буровых растворов с максимальным размером частиц механических примесей не более 1 мм (Абубакиров В.Ф. и др. Буровое оборудование: Справочник: в 2-х томах. Т.2. Буровой инструмент. - М.: ОАО Издательство «Недра», 2003, гл.3 Гидравлические забойные двигатели, с.138);

- низкая самоочистка фильтрующего элемента от застрявших в щелевых отверстиях частиц примесей;

- низкая долговечность работы фильтра ввиду перекрытия проходного сечения нижних щелевых отверстий фильтрующего элемента накопившимся в процессе работы фильтра шламом;

- низкая пропускная способность фильтра ввиду размещения щелевых отверстий длиной 200-300 мм, в шахматном порядке выполненных параллельно оси фильтра в количестве 8 или 10 штук на погонный метр. Для увеличения пропускной способности фильтра необходимо увеличить длину фильтрующего элемента и, соответственно, длину фильтра, что увеличивает массогабаритные характеристики фильтра в целом и снижает его эксплуатационные возможности.

Задача изобретения - разработка конструкции регулируемого фильтра для ГЗД, обеспечивающего повышенную эксплуатационную надежность.

Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, состоит в повышении качества очистки жидкости за счет возможности регулирования отверстий фильтрующего элемента, повышении надежности работы фильтра за счет самоочистки фильтра, повышения долговечности работы фильтра, увеличения объема для сбора частиц механических примесей, не прошедших через фильтр, в повышении пропускной способности и снижении массогабаритных характеристик фильтра.

Технический результат достигается тем, что в фильтре для гидравлического забойного двигателя, содержащем цилиндрический корпус, фильтрующий элемент, ниппельную и муфтовую части, согласно изобретению, фильтрующий элемент выполнен в виде пружины сжатия, один конец которой размещен в соединенном с ниппельной частью фильтра опорном элементе, выполненном в виде цилиндрической детали с отверстиями для прохода жидкости, которая жестко соединена с проходящим в полости пружины стержнем, снабженным центрирующими элементами, выполненными в виде реберных пластин с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью пружины, а второй конец пружины установлен в опорно-регулирующем элементе, закрепленном на втором конце стержня с помощью разъемного соединения, при этом в опорном и опорно-регулирующем элементах выполнены пазы для установки торцов пружины.

Выполнение фильтрующего элемента в виде пружины сжатия и свободная установка пружины в пазах опорного и опорно-регулирующего элементов предохраняет фильтр от засорения, так как винтовая щель (отверстие) фильтрующего элемента под действием вибрации работающей бурильной установки и перепада давления на входе-выходе фильтрующего элемента самоочищается за счет встряхивания, перетирания и освобождения застрявших в межвитковых зазорах пружины частиц механических примесей, что повышает надежность работы фильтра, его ресурс работы.

Выполнение пазов в опорном и опорно-регулирующем элементах для свободного незакрепленного размещения торцов пружины позволяет осуществить точную и равномерную регулировку межвитковых расстояний пружины по всей ее длине, в том числе в местах установки пружины в пазах, что повышает качество очистки жидкости.

Кроме того, свободное размещение пружины в пазах опорного и опорно-регулирующего элементов позволяет упростить сборку/разборку изделия, произвести замену фильтрующего элемента при его износе или его очистку от частиц примесей при его промывке, что повышает ремонтопригодность и, соответственно, надежность изделия в целом.

Выполнение на стержне центрирующих элементов, выполненных в виде реберных пластин с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью пружины, повышает устойчивость пружины, предохраняя ее от искривления и ограничивая ее перемещения в радиальном направлении, обеспечивая постоянный размер межвиткового зазора пружины по всей ее длине, что повышает качество очистки жидкости.

Выполнение опорно-регулирующего элемента в виде гайки, закрепленной на стержне с помощью резьбы, позволяет плавно изменять межвитковый зазор пружины в зависимости от определенного значения размера частиц механических примесей, присутствующих в жидкости, что повышает качество очистки бурового раствора.

Технический результат достигается также тем, что гайка снабжена центрирующими элементами, например ребрами, с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью корпуса, что снижает вибрацию и износ деталей фильтрующего блока.

Фиксация гайки на стержне с помощью, например, контргайки после установки межвиткового зазора пружины исключает самооткручивание и перемещение гайки относительно стержня, что повышает надежность работы устройства.

Технический результат достигается также тем, что опорный элемент соединен с ниппельной частью фильтра посредством трубы, например, с наружной резьбой на концах, что позволяет увеличить объем, образованный между наружной частью опорного элемента, трубой и корпусом, для сбора частиц механических примесей, не прошедших через фильтрующий элемент, которые под действием силы тяжести оседают в данном объеме, не перекрывая межвитковые зазоры пружины для пропуска бурового раствора к двигателю и буровому инструменту, что повышает долговечность работы фильтра и обеспечивает проходку ствола скважины без замены фильтра.

Кроме того, фильтрующий элемент, выполненный в виде пружины сжатия, по сравнению с фильтрующим элементом, выполненным из трубы с прорезанными в ней щелевыми отверстиями (прототип), при одинаковом размере наружного диаметра и длине, например один погонный метр, обладает большей пропускной способностью.

Например, для фильтрующего элемента, выполненного в виде пружины сжатия из проволоки диаметром 8 мм и средним диаметром 94 мм (наружный диаметр 102 мм), при межвитковом зазоре пружины 2,5 мм и соответственно 95 витках, приходящихся на один погонный метр фильтрующего элемента, длина щелевого отверстия составит 28000 мм (3,14×94×95 мм), тогда как у прототипа при наличии на одном погонном метре фильтрующего элемента - трубы с наружным диаметром 102 мм, 10 щелевых отверстий длиной по 300 мм, общая длина щелевых отверстий составит 3000 мм. Таким образом, фильтрующий элемент, выполненный в виде пружины, при аналогичных с фильтрующим элементом прототипа условиях имеет длину фильтрующей щели в 9,3 раза больше, чем суммарная длина щелей, выполненных на одном погонном метре фильтрующего элемента прототипа. Соответственно, увеличивается и площадь пропускного сечения одного погонного метра фильтрующего элемента, выполненного в виде пружины.

Следует отметить, что при одинаковой пропускной способности и тонкости фильтрации фильтрующий элемент, выполненный в виде пружины сжатия, может быть выполненным значительно меньшего размера (длины), чем фильтрующий элемент прототипа. Соответственно, и фильтр в целом с фильтрующим элементом, выполненным в виде пружины, может быть изготовлен меньшей длины, чем фильтр прототипа, что улучшит условия эксплуатации, транспортирования и хранения заявленного фильтра, а также уменьшит длину низа бурильной колонны с ГЗД.

Конструкция фильтра проста в изготовлении, выполнена сборно-разборной за счет разъемного соединения отдельных деталей и узлов, что дополнительно позволяет обеспечить высокую ремонтопригодность изделия, упростить процесс сборки/разборки изделия, произвести замену фильтрующего элемента при его износе или его очистку от частиц примесей при его промывке.

Наличие указанных признаков позволяет сделать вывод о новизне технического решения.

При сравнении заявленного решения с другими техническими решениями в данной области техники не выявлена совокупность признаков, отличающих заявленное решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию «изобретательский уровень».

Таким образом, заявленное решение является новым, имеет изобретательский уровень.

Соответствие заявленного изобретения критерию «промышленная применимость» показано на примере конкретного выполнения фильтра для гидравлического забойного двигателя.

На чертеже приведен общий вид фильтра.

Фильтр для гидравлического забойного двигателя содержит цилиндрический корпус 1, муфтовую часть 2, ниппельную часть 3, фильтрующий элемент, выполненный в виде пружины 4 сжатия, один конец (торец) которой свободно размещен в пазу 5 опорного элемента 6, выполненного в виде цилиндрической детали с отверстиями 7 для прохода жидкости. Опорный элемент 6 жестко соединен со стержнем 8, на котором размещены центрирующие элементы, выполненные в виде реберных пластин 9 с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью пружины 4. Стержень 8 размещен в полости пружины 4. Второй конец (торец) пружины 4 свободно размещен в пазу 10 опорно-регулирующего элемента, выполненного в виде гайки 11 с центрирующими ребрами 12, выполненными с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью корпуса 1. Гайка 11 закреплена на стержне 8 и зафиксирована с помощью контргайки 13. Опорный элемент 6 соединен с ниппельной частью 3 фильтра, например, посредством трубы 14 с наружной резьбой на ее концах.

Устройство работает следующим образом.

Перед установкой фильтра в бурильную колонну осуществляют настройку межвиткового расстояния пружины 4, при этом при повороте гайки 11 против часовой стрелки на стержне 8 пружину 4 ослабляют и расстояние между витками увеличивают. При повороте гайки 11 по часовой стрелке пружину 4 нагружают и уменьшают межвитковые зазоры. При настройке межвитковые зазоры пружины не должны превышать размер частиц примесей, которые при прохождении через гидравлический забойный двигатель способны нанести повреждения рабочим органам. После установки межвиткового зазора пружины гайку 11 фиксируют от перемещения на стержне 8 посредством контргайки 13.

Поток жидкости проходит внутри муфтовой части 2 в пространство между корпусом 1 и фильтрующим элементом 4, далее проходит через межвитковые зазоры внутрь пружины 4, отфильтровывая и оставляя в пространстве, заключенном между корпусом 1 и трубой 14, осевшие частицы механических примесей. Отфильтрованная жидкость, проходя по внутренней полости пружины 4, выходит через отверстия 7 опорного элемента 6, трубу 14, ниппельную часть 3 и поступает к гидравлическому забойному двигателю (не показан).

В межтрубном пространстве скапливается достаточное количество примесей, не влияющих на качественную работу фильтрующего элемента. Объем межтрубного пространства можно регулировать размером длины трубы 14.

Таким образом, предложенное техническое решение фильтра для гидравлического забойного двигателя позволяет повысить качество очистки жидкости, увеличить пропускную способность, снизить массогабаритные характеристики фильтра и улучшить условия его эксплуатации.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при строительстве нефтяных и газовых скважин, в частности для очистки промывочной жидкости при бурении гидравлическими забойными двигателями. Фильтр содержит цилиндрический корпус, муфтовую часть, ниппельную часть, фильтрующий элемент, выполненный в виде пружины сжатия, один конец которой размещен в опорном элементе, выполненном в виде цилиндрической детали с отверстиями для прохода жидкости. Опорный элемент жестко соединен со стержнем, размещенным в полости пружины. Стержень снабжен центрирующими элементами, выполненными в виде реберных пластин с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью пружины 4. Второй конец пружины размещен в опорно-регулирующем элементе, выполненном в виде гайки с центрирующими ребрами, установленной на втором конце стержня. Опорный элемент 6 соединен с ниппельной частью 3 фильтра, например, посредством трубы с наружной резьбой на ее концах. Повышается качество очистки жидкости, надежность, улучшаются условия эксплуатации. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Фильтр для гидравлического забойного двигателя, содержащий цилиндрический корпус, фильтрующий элемент, ниппельную и муфтовую части, отличающийся тем, что фильтрующий элемент выполнен в виде пружины сжатия, один конец которой размещен в соединенном с ниппельной частью фильтра опорном элементе, выполненном в виде цилиндрической детали с отверстиями для прохода жидкости, которая жестко соединена с проходящим в полости пружины стержнем, снабженным центрирующими элементами, выполненными в виде реберных пластин с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью пружины, а второй конец пружины установлен в опорно-регулирующем элементе, закрепленном на втором конце стержня с помощью разъемного соединения, при этом в опорном и опорно-регулирующих элементах выполнены пазы для установки торцов пружины.

2. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что опорно-регулирующий элемент выполнен в виде гайки, которая снабжена центрирующими элементами, например ребрами, выполненными с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью корпуса.

3. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что опорный элемент соединен с ниппельной частью фильтра посредством трубы с наружной резьбой на концах.