АНТИРЕВЕРСНЫЙ МЕХАНИЗМ ДЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СКВАЖИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2016 года по МПК E21B4/02 

[001] Это изобретение описывает системы и способы применеия антиреверсных подшипников, адаптированных к применеияю в качестве части гидравлического скважинного двигателя для предотвращения обратного движения двигателя через выход.

[002] Гидравлические скважинные двигатели применяются для бурения с помощью невращающейся бурильной колонной с применением потока бурового раствора для питания гидравлического скважинного двигателя, который вращает сверло. С появлением усовершенствованных сверл, стало привычным вращать буровую колонну с поверхностным приводом в унисон с гидравлическим скважинным двигателем для достижения более высоких скоростей вращения.

[003] При бурении скважины сверло может зацепиться или застрять в подземном пласте. Для освобождения сверла может возникнуть необходимость применить очень большой крутящий момент, используя поверхностный привод, который может дать более высокий крутящий момент, чем тот, который обычно производится гидравлическим скважинным двигателем. Крутящий момент, приложенный двигателем с помощью поверхностного привода, передается на корпус гидравлического скважинного двигателя и через него к сверлу. При применении обычного гидравлического скважинного двигателя большой крутящий момент с поверхностного привода может превысить максимально допустимый крутящий момент гидравлического двигателя, что может привести к реверсу скважинного двигателя, т.е. происходит обратное движение ротора внутри корпуса, приводящее к повреждению или разрушению гидравлического скважинного двигателя.

[004] В определенных обычных операциях бурения в бурильной колонне между выходом гидравлического скважинного двигателя и буровым сверлом устанавливается односторонняя муфта. Такие муфты обычно обеспечивают значительный обратный ход до момента блокировки муфты. Однако такой обратный ход влечет за собой некоторое обратное движение ротора, которое может повредить внутренние элементы гидравлического скважинного двигателя, а также посылает бурильной колонне импульс, который после блокировки муфты создает значительную импульсную нагрузку на муфту, тем самым ограничив срок эксплуатации муфты.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[005] Это изобретение описывает системы и способы использования антиреверсных подшипников, адаптированных к использованию в качестве части гидравлического скважинного двигателя для предотвращения обратного движения двигателя через выход.

[006] В некоторых вариантах реализации изобретения описан генератор мощности, который содержит корпус, имеющий продольную ось, ротор, расположенный внутри корпуса и выполненный с возможностью вращения в основном вокруг продольной оси в первом направлении по отношению к корпусу в ответ на поток жидкости, направленный в генератор мощности, выходной вал, по меньшей мере частично расположенный внутри корпуса и соединенный с ротором, и антиреверсный подшипник, расположенный радиально между выходным валом и корпусом и выполненный с возможностью поддерживать выходной вал внутри корпуса, обеспечивая вращение выходного вала в первом направлении, но сопротивляясь вращению выходного вала во втором направлении, противоположном первому направлению, вокруг продольной оси по отношению к корпусу.

[007] В некоторых вариантах реализации изобретения описан метод бурения. Данный способ включает этап вращения ротора гидравлического скважинного двигателя в первом направлении с первой скоростью с первым крутящим моментом. Ротор функционально соединен со сверлом, расположенным в скважине от скважинного двигателя. Способ реализации изобретения также включает этап вращения бурильной колонны с помощью поверхностного привода в первом направлении со второй скоростью со вторым крутящим моментом. Бурильная колонна соединена с корпусом гидравлического скважинного двигателя и ротор поддерживается по меньшей мере одним антиреверсным подшипником и имеет возможность вращения внутри корпуса. Способ реализации изобретения также включает этап сопротивления вращению ротора с помощью по меньшей мере одного антиреверсного подшипника, во втором направлении, противоположном первому направлению, когда второй крутящий момент превосходит первый крутящий момент.

[008] Отличительные признаки и преимущества описанного в данном документе изобретения будут очевидны специалистам в данной области техники после прочтения описания предпочтительных вариантов реализации изобретения, представленных ниже.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[009] Приведенные чертежи включены для иллюстрации некоторых аспектов описанных в данном документе вариантов реализации изобретения и не должны рассматриваться как исключительные варианты реализации изобретения. Заявленный предмет изобретения предполагает возможность значительных модификаций, изменений, комбинаций и эквивалентов по форме и функциям, что будет очевидно для специалистов в данной области техники и лиц, применяющих данное изобретение.

[0010] Фиг. 1 иллюстрирует наземную часть установки добычи нефти и газа, включая скважинный генератор мощности, который может быть применен для приведения в действие бурового сверла, в соответствии с одним или несколькими вариантами реализации настоящего изобретения.

[0011] Фиг. 2 иллюстрирует пример поперечного сечения генератора мощности с антиреверсным подшипником в соответствии с одним или несколькими вариантами реализации данного изобретения.

[0012] Фиг. 3A-3B иллюстрируют пример антиреверсного подшипника в соответствии с одним или несколькими вариантами реализации данного изобретения.

[0013] Фиг. 4А-4В иллюстрируют поперечное сечение генератора мощности (проиллюстрированного на Фиг. 2) в процессе вращения выходного вала относительно корпуса согласно одному или нескольким вариантам реализации данного изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0014] Это изобретение описывает системы и способы использования антиреверсных подшипников, адаптированных к применению в качестве части гидравлического скважинного двигателя для предотвращения обратного движения двигателя через выход.

[0015] Варианты реализации изобретения на примере генератора мощности, описанного в данном документе, включают антиреверсный подшипник, обеспечивающий вращательную поддержку ротора (который может быть соединен с выходным валом) в корпусе генератора мощности, а также служащий для предотвращения обратного хода ротора в корпусе. Интеграция антиреверсных возможностей в существующую модель поддерживающего подшипника может оказаться выгодной по сравнению с обычными системами привода, имеющими отдельные антиреверсные механизмы, предусмотренные в отдельной сборке как дополнение к генератору мощности. Усовершенствованная конструкция рассмотренных вариантов реализации изобретения может обеспечить увеличение надежности и сроков эксплуатации скважинного оборудования, например, путем устранения определенных причин потенциальных неудач. Усовершенствованная конструкция генератора мощности может также обеспечить снижение его стоимости изготовления или снижение стоимости ремонтов в ходе его эксплуатации.

[0016] В соответствии с данным описанием, фраза "генератор мощности" означает любой тип генератора мощности, который работает от потока жидкости и пригоден для установки в скважине для процесса бурения. Генераторы мощности, называемые "скважинными двигателями", "турбинами" или "грязевыми двигателями", могут приводиться в движение потоком бурового раствора, который, как правило, называют "грязь", перекачиваемого с поверхности к сверлу, но могут также приводиться в движение и другими жидкостями. Генераторы мощности, как правило, применяют для вращения бурового сверла, но они также могут быть применены для обеспечения вращательного движения других систем, таких как электрогенератор. Генераторами мощности можно управлять с помощью таких жестких линий, как электрические кабели или гидравлические линии, также они могут управляться по беспроводной сети, например, посредством акустических сигналов, переданных от генератора мощности и/или полученных от него по буровому раствору в скважине. В то время, как это описание показывает пример генератора мощности, который выполнен с возможностью вращения бурового сверла, следует отметить, что те же самые системы и способы могут быть применены и к другим скважинным генераторам.

[0017] Фиг. 1 иллюстрирует наземную часть установки добычи нефти и газа 100, включая скважинный генератор мощности 150, который может быть применен для приведения в действие бурового сверла 114, в соответствии с одним или несколькими вариантами реализации настоящего изобретения в данном описании. Следует отметить, что хотя на Фиг. 1 проиллюстрирована наземная часть буровой установки добычи нефти и газа 100, специалистам в данной области техники будет понятно, что приведенный в качестве примера генератор мощности в скважине 150 и его различные модификации, описанные в данном документе, в равной степени хорошо подходят для применения и на других установках добычи нефти и газа, таких как морские платформы, а также установки, расположенные в любом другом географическом положении.

[0018] Как проиллюстрировано на Фиг. 1, буровая платформа 102 поддерживает вышку 104, имеющую талевой блок 106 для подъема и опускания бурильной колонны 108. Келли 110 поддерживает бурильную колонну 108, т.к. ее опускают через поворотный стол 112. Келли 110 может быть выполнена, к примеру, в виде четырех- или шестигранной трубы с возможностью передачи вращательного движения от поворотной платформы 130 к бурильной колонне 108. Приводной электродвигатель 128 может быть соединен с поворотной платформой 130 для приведения ее в действие для того, чтобы иметь возможность вращать бурильную колонну 108. В некоторых вариантах реализации изобретения для вращения бурильной колонны 108 с поверхности в качестве альтернативы вращению бурильной колонны 108 с помощью поворотной платформы может быть использован верхний привод (не проиллюстрирован на Фиг. 1). Сверло 114 приводится в движение с помощью скважинного двигателя 150 и/или с помощью вращения бурильной колонны 108 от приводного электродвигателя 128, и может содержать одну или более муфт бурильных труб 127, расположенных вдоль бурильной колонны 108. Когда сверло 114 вращается, оно создает ствол скважины 116, который проходит через различные подземные пласты 118. В насосе 120 циркулирует буровая жидкость (т.е. грязь) от питающего трубопровода 122 к келли 110, которая передает буровую жидкость по скважине через внутреннюю трубу в бурильную колонну 108, а затем через одно или несколько отверстий в сверло 114. Буровая жидкость затем циркулирует обратно на поверхность через кольцевое пространство, образованное между бурильной колонной 108 и стволом скважины 116, откуда она в конечном итоге попадает в удерживающую яму 124. Буровая жидкость переносит в удерживающую яму 124 шлам и мусор, полученные из скважины 116, таким образом обеспечивая поддержку целостности ствола скважины 116.

[0019] Фиг. 2 иллюстрирует пример поперечного сечения генератора мощности 150, который может содержать или иным образом совмещаться с антиреверсным подшипником 170, в соответствии с одним или несколькими вариантами реализации данного изобретения. Генератор мощности 150 имеет корпус 152, который содержит или иным образом совмещен с элементом статора и ротором 154. Корпус 152 имеет продольную ось 153. В некоторых вариантах реализации изобретения скважинный конец ротора 154 может быть соединен или иным образом прикреплен к верхнему концу выходного вала 156, который, как правило, поддерживается по меньшей мере одним подшипником 160. В некоторых вариантах реализации изобретения подшипник 160 может обеспечивать радиальные и осевые тяги, т.е. таким образом обеспечивая поддержку вала 156. В других вариантах реализации изобретения выходной вал 156 однако может являться неотъемлемой частью ротора 154 тогда, когда ротор 154 проходит в продольном направлении по всей длине корпуса 152, где подшипники 160 и 170 поддерживают ротор 154, что не противоречит смыслу описания изобретения. Генератор мощности 150 питается от потока жидкости под давлением, например, бурового раствора или грязи, подаваемых с поверхности. В некоторых вариантах реализации изобретения подача буровой жидкости обеспечивается через отверстие 159 и проходит в виде потока 109, который проиллюстрирован на Фиг. 2, между ротором 154 и статором 152, затем через проход 162 вала 156, и вытекает из отверстия 161. Например, генератор мощности 150 может быть способен генерировать максимальный крутящий момент от максимального расхода и/или давления текучей среды под давлением, направленным к нему.

[0020] В некоторых вариантах реализации изобретения между скважинным концом ротора 154 и верхним концом выходного вала 156 может быть установлено гибкое соединение155. Гибкое соединение может быть выполнено с возможностью передавать крутящий момент от ротора 154 к выходному валу 156. В некоторых вариантах реализации изобретения гибкое соединение 155 может быть выполнено с возможностью противостоять угловому движению скважинного конца ротора 154 вокруг продольной оси 153 относительно верхнего конца выходного вала 156. В некоторых вариантах реализации изобретения скважинный конец ротора 154 движется в поперечном направлении, т.е. в перпендикулярной продольной оси 153 плоскости, что, как правило, указывается стрелкой 157. В некоторых вариантах реализации изобретения гибкое соединение 155 может противостоять угловому движению скважинного конца ротора 154 вокруг продольной оси 153 относительно конца выходного вала 156 на поверхности скважины, в то время позволяя горизонтальное движение скважинного конца ротора 154 относительно конца выходного вала 156 на поверхности скважины.

[0021] В некоторых вариантах реализации изобретения антиреверсный подшипник 170 может быть расположен между выходным валом 156 и корпусом 152 антиреверсный подшипник 170 может обеспечить горизонтальную поддержку выходного вала 156 при его вращении внутри корпуса 152. В некоторых вариантах реализации изобретения антиреверсный подшипник может также обеспечивать осевую опору, т.е. поддержку тяги для вала 156 антиреверсный подшипник 170 может обеспечить вращение выходного вала 156 в первом направлении вокруг продольной оси 153, например, вращение выходного вала 156 по часовой стрелке относительно корпуса 152. Кроме того, антиреверсный подшипник 170 может быть выполнен с возможностью сопротивляться вращению выходного вала 156 во втором направлении вокруг продольной оси 153 относительно корпуса 152; второе направление противоположно первому направлению, например, против часовой стрелки.

[0022] Корпус 152 имеет конец сверху скважины, который может включать в себя муфту 158, выполненную с возможностью подключения корпуса 152 к бурильной трубе (не проиллюстрировано на Фиг. 2) или другой элемент вверху скважины бурильной колонны. В некоторых вариантах реализации изобретения поток текучей среды, например буровой жидкости или грязи, может быть обеспечен с помощью прикрепления бурильной трубы к отверстию 159 корпуса 152. Поток жидкости в генератор мощности 150 может направляться для приведения ротора 154 во вращение, например, в первом направлении. Конструкция и работа различных видов скважинных генераторов хорошо известна специалистам в данной области техники. Соответственно, внутренние проточные каналы и компоненты, применяемые для управления потоком текучей среды, а также генерация крутящего момента или мощности от генератора мощности 150 опущены для упрощения описания. Кроме того, способ управления генератором мощности, также хорошо известный специалистам в данной области техники и, следовательно, методы контроля элементов, таких как гидравлические магистрали, электрические сигнальные линии и беспроводные приемопередатчики, тоже опущены для упрощения описания.

[0023] К примеру, выходной вал 156 может иметь скважинный конец, который содержит муфту, выполненную с возможностью оперативного подключения ротора 154 к буровому свелу (не проиллюстрировано на Фиг. 2), или другой тип компоновки скважины, например, нагрузка на сверло "weight-on-bit" (WOB), крутящий момент на сверло "torque-on-bit" (ТОВ), пакет датчиков, содержащий инструменты для проведения измерений в процессе бурения "measurement-while-drilling" (MWD), или заменитель руля. В некоторых вариантах реализации изобретения жидкость, входящая в отверстие 159, может проходить через ротор 154 и выходной вал 156 и выходить из генератора мощности 150 через отверстие 161, размещенное в скважинном конце выходного вала 156.

[0024] Фиг. 3A-3B иллюстрируют пример антиреверсного подшипника 170, согласно одному или более вариантам реализации изобретения данного описания. Следует отметить, что антиреверсный подшипник 170 проиллюстрирован на Фиг. 3A и 3B, описан в данном документе в иллюстративных целях, и следовательно, его нельзя рассматривать для ограничения объема данного описания. На самом деле общее описание антиреверсного подшипника 170 и его различных составляющих используется в качестве примера и только для раскрытия общих функций, которые могут быть соответствующим образом использованы в описанных в данном документе системах и способах. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что вместо описанного в данном документе антиреверсного подшипника 170 могут быть использованы без отклонения от объема данного описания и другие типы и конструкции антиреверсных подшипников, которые обеспечивают поддержку вращающегося вала и антиреверсную функцию.

[0025] Пример антиреверсного подшипника 170 в проиллюстрированном варианте реализации изобретения имеет наружное кольцо 172, множество роликов 174, несущую клетку 178, и множество пружинных элементов 176. В некоторых вариантах реализации изобретения внешнее кольцо 172 может быть неподвижно установлено в корпусе 152, и может считаться функциональной частью корпуса 152. В некоторых вариантах реализации изобретения внешнее кольцо 172 может быть выполнено в виде неотъемлемой части корпуса 152. Ролики 174 антиреверсного подшипника 170 могут непосредственно сцепляться с выходным валом 156 или иным образом участвовать в его работе. В других вариантах реализации изобретения, однако, антиреверсный подшипник 170 может включать в себя внутреннее кольцо (не показано), неподвижно установленное на выходном валу 156 таким образом, что ролики 174 вращаются в нем, вместо того чтобы непосредственно сцепляться с выходным валом 156.

[0026] Фиг. 3B иллюстрирует увеличенный вид сбоку части антиреверсного подшипника 170, обозначенного пунктирной линией окружности с надписью "В" на Фиг. 3A. Один из множества роликов 174 показан в контакте с наружным кольцом 172 и выходным валом 156. Подшипниковая клетка 178 имеет выступающую вниз часть между смежными роликами 174. Поверхность выступающей части, обращенной к ролику 174, имеет угловой наконечник 179, который в данном варианте реализации изобретения при входе ролика 174 в контакт с наконечником 179 становится клином между роликом 174 и выходным валом 156. Пружинный элемент 176 выполнен с возможностью направлять ролик 174 к наконечнику 179, но в некоторых вариантах реализации изобретения не применяется в полную силу для обеспечения скольжения ролика 174 относительно выходного вала 156.

[0027] Когда выходной вал 156 вращается по часовой стрелке относительно наружного кольца 172, как иллюстрирует Фиг. 3B, движение ролика 174 стремится в сторону пружинного элемента 176, и поскольку выходной вал 156 продолжает вращаться, клетка подшипника 178 перетаскивается вместе с роликом 174, и между наконечником 179 и роликом 174 сохраняется зазор. Однако, когда выходной вал 156 вращается в обратном направлении, т.е. против часовой стрелки, как иллюстрирует Фиг. 3B, ролик 174 вынужден вращаться против наконечника 179. При контакте ролика 174 с наконечником 179, наконечник 179 зажимается между роликом 174 и выходным валом 156, тем самым предотвращая дальнейшее вращение выходного вала 156 относительно наружного кольца 172 и корпуса 152. В некоторых вариантах реализации изобретения антиреверсный подшипник 170 может включать в себя только множество роликов 174 или подобных им устройств, и клетку подшипника 178 (или подобное ей устройство), выполненную с возможностью остановки вращения роликов 174 при вращении выходного вала 156 в обратном направлении.

[0028] Согласно описанным в данном документе вариантам реализации изобретения антиреверсный подшипник 170 может быть выполнен с возможностью ограничения количества обратных ходов выходного вала 156 по отношению к корпусу 152, с целью защиты внутренних компонентов генератора мощности 150. Например, гибкое соединение 155 может иметь способность крутящего момента, которая незначительно больше, чем максимальная номинальная способность генератора мощности 150 и, если движение назад происходит с усилием, которое превышает максимальную способность гибкого соединения 155, тогда гибкое соединение 155 может быть повреждено или разрушено до того как поломается ротор 154. В некоторых вариантах реализации изобретения антиреверсного подшипника 170 выходной вал 156 может вращаться против часовой стрелки относительно корпуса 152, вплоть до 5° от относительного углового поворота до момента блокировки антиреверсного подшипника 170. В некоторых вариантах реализации изобретения антиреверсный подшипник 170 может быть заблокирован при 2° от относительного углового поворота. В некоторых вариантах реализации изобретения антиреверсный подшипник 170 может быть заблокирован при 1° от относительного углового поворота.

[0029] Фиг. 4А-4B иллюстрируют поперечное сечение генератора мощности 150 (проиллюстрированного на Фиг. 2) в процессе относительного вращения выходного вала 156 и корпуса 152, согласно одному или нескольким вариантам реализации данного изобретения. Фиг. 4А-4B, обе, иллюстрируют то, что видно если смотреть в скважину, т.е. вид с поверхности. Антиреверсный подшипник 170 на Фиг. 4А-4B выглядит как множество роликов. Обратимся к Фиг. 4А, где корпус 152 зафиксирован, как указано вертикальной ориентацией опорной линии 182, связанной с угловым положением корпуса 152. На Фиг. 4А выходной вал 156 вращается в направлении, указанном стрелкой 180, по часовой стрелке, как указано поворотной ориентацией опорной линии 184, связанной с угловым положением выходного вала 156. Во время нормальной работы выходной вал 156 может продолжать свободно вращаться в этом направлении по отношению к корпусу 152, так как поддерживается подшипником 170.

[0030] Обратимся к Фиг. 4B, где выходной вал 156 вращается в направлении против часовой стрелки, как указано стрелкой 190, как указано повернутой ориентацией опорной линии 184. Как только выходной вал 156 начинает вращаться против часовой стрелки относительно корпуса 152, антиреверсный подшипник 170 может заблокировать и таким образом предотвратить дальнейшее вращение выходного вала 156 против часовой стрелки относительно корпуса 152. При заблокированном антиреверсном подшипнике 170 корпус 152 может вращаться синхронно с выходным валом 156, что показано общим выравниванием опорных линий 184 и 182.

[0031] Чтобы облегчить и улучшить понимание представленного описания, ниже приводятся примеры преимущественных или типичных вариантов реализации изобретения. Ни в коем случае приведенные примеры не следует принимать как ограничивающие или определяющие объем данного изобретения.

ПРИМЕРЫ

[0032] В качестве примера приведена буровая установка 100, проиллюстрированная на Фиг. 1, с возможностью вращения бурильной колонны 108 и скважинного генератора мощности 150, при этом крутящий момент, который может быть приложен приводным двигателем 128 к бурильной колонне 108, может превышать максимально допустимый крутящий момент генератора мощности 150.

[0033] Для того чтобы обеспечить более высокую скорость вращения бурового сверла 114, операторы могут использовать генератор мощности 150, и одновременно с тем вращение бурильной колонны 108. Если, например, генератор мощности 150 вращается с первой скоростью 200 оборотов в минуту (об./мин) в направлении вращения прямо, а бурильная колонна 108 вращается в том же направлении вращения прямо со второй скоростью 150 об/мин, то сверло 114 будет вращаться с третьей скоростью 350 об/мин (т.е. являющейся суммой первой и второй скоростей). Использование сверла, способного работать при такой более высокой скорости вращения, может увеличить скорость проходки "rate-of-penetration" (ROP) для данной операции бурения. Пока крутящий момент, приложенный бурильной колонной 108 к генератору мощности 150, будет меньше или равняться максимально возможному крутящему моменту генератора мощности 150, буровое сверло 114 будет вращаться в прямом направлении вращения на третьей скорости. В некоторых вариантах реализации изобретения крутящий момент, приложенный к бурильной колонне 108, как правило, равен крутящему моменту генератора мощности 150, когда крутящий момент, приложенный от бурильной колонны 108 к генератору мощности 150, меньше или равен максимально допустимому крутящему моменту генератора мощности 150.

[0034] В некоторых вариантах реализации изобретения буровое сверло 114 будет вращаться в первом направлении со скоростью бурильной колонны 108, когда крутящий момент, приложенный от бурильной колонны 108 к генератору мощности 150 больше, чем максимально допустимый крутящий момент генератора мощности 150. Когда крутящий момент, приложенный к бурильной колонне 108, больше, чем максимально допустимый крутящий момент генератора мощности 150, крутящий момент, приложенный к бурильной колонне 108, передается через корпус 152 и антиреверсный подшипник 170 к выходному валу 156, который передает крутящий момент к буровому сверлу 114. Таким образом, бурильная колонна 108 может быть сконструирована по меньшей мере в одном варианте реализации изобретения таким образом, чтобы прикладывать к буровому сверлу 114 крутящий момент больший, чем максимально допустимый крутящий момент генератора мощности 150.

[0035] Во втором примере рассматривается вариант, при котором сверло 114 застряло и остановилось в скважине 116 в процессе бурения. В таком случае генератор мощности 150 не способен обеспечить достаточное усилие крутящего момента для освобождения сверла 114, а значит, вращение прекращается. В данной ситуации оператор может выбрать крутящий момент от бурильной колонны 108, который превышает максимально допустимый крутящий момент генератора мощности 150. При работе с обычным гидравлическим скважинным двигателем применение чрезмерного крутящего момента вышеизложенным способом обычно приводит к повреждению или разрушению двигателя. Однако в представленном в данном документе описании генератора мощности 150 антиреверсный подшипник 170 может быть выполнен с возможностью блокировки в том случае, когда корпус 152 начинает вращаться в прямом направлении вращения относительно выходного вала 156. Как только антиреверсный подшипник 170 будет заблокирован, крутящий момент, приложенный к корпусу 152 от вращения бурильной колонны 108, может быть передан непосредственно из корпуса 152 через антиреверсный подшипник 170 к выходному валу 156. При таком режиме работы не создается крутящего момента между ротором 154 и корпусом 152 и, таким образом, крутящий момент, приложенный к бурильной колонне 108, может быть значительно большим, например превышать максимально допустимый крутящий момент генератора мощности 150 в 2-5 раз. В результате, чтобы освободить застрявшее сверло 114 без риска повреждения генератора мощности 150 при обратном ходе ротора 154, крутящий момент может быть приложен с помощью бурильной колонны 108.

[0036] В третьем примере рассматривается ситуация, при которой гидравлический скважинный двигатель 150 ломается и не принимает участия в процессе. Поскольку антиреверсный подшипник 170 предотвращает вращение ротора 154 против часовой стрелки относительно корпуса 152, вращение корпуса 152 по часовой стрелке заставит ротор 154 синхронно вращаться вместе с корпусом 152 в направлении по часовой стрелке, даже когда гидравлический скважинный двигатель 150 не способен генерировать крутящий момент. Таким образом, бурение может продолжаться только с вращением, приходящим с поверхности, поэтому задержка при отключении гидравлического скважинного двигателя 150 некритична.

[0037] Таким образом, представленные варианты реализации изобретения обеспечивают эффективное достижение указанных целей, а также неотъемлемо присущих данному описанию преимуществ. Частные варианты реализации изобретения, представленные выше, являются всего лишь иллюстративными и могут быть модифицированы и применимы по-другому, но эквивалентными способами, очевидными для специалиста в данной области техники, который использует приведенное описание. Более того, нет ограничений относительно показанных в данном документе деталей структуры или конструкции, за исключением ограничений, указанных в формуле изобретения. Таким образом, очевидно, что частные иллюстративные варианты реализации изобретения, описанные выше, могут быть изменены, объединены или модифицированы, и все такие изменения находятся в пределах сущности и объема изобретения. Варианты реализации изобретения, приведенные в данном документе иллюстративно, в зависимости от ситуации, могут быть реализованы без использования любого элемента, который конкретно в данном документе не указан и/или любого указанного опционального элемента. Хотя структуры и способы описаны в терминах «включающий», «содержащий» или «включающий в том числе», различные компоненты или этапы, указанные структуры и способы могут также «состоять, по-существу, из» или «состоять из» различных компонентов и этапов. Все числа и диапазоны, описанные выше, могут изменяться на некоторую величину. Всякий раз, когда описывается числовой диапазон с нижней и верхней границами, этот диапазон охватывает любое число и любой диапазон, попадающие в указанный диапазон. В частности, каждый диапазон значений, описанный в данном документе (в форме «от примерно а до примерно б» или, что эквивалентно, «от приблизительно а до б» или, что эквивалентно, «приблизительно а-б») следует понимать как указание того, что граничный диапазон значений охватывает каждое число и диапазон, попадающие в его пределы. Далее, термины в формуле изобретения имеют их очевидное, обычное значение, пока иное недвусмысленно и ясно не указано владельцем патента. Кроме того, элементы, указанные в формуле изобретения в единственном числе, определены в данном документе как представляющие один или большее количество соответствующих элементов. При наличии какого-либо несоответствия в использовании слова или термина в этом описании и одном или более патентов или других документов, которые могут быть включены в настоящий документ посредством ссылки, следует использовать определения, указанные в настоящем описании.

Группа изобретений относится к области бурения. Генератор мощности содержит: корпус, имеющий продольную ось; ротор, расположенный в корпусе и выполненный с возможностью вращения в основном вокруг продольной оси в первом направлении относительно корпуса в ответ на подачу жидкости в генератор мощности; выходной вал, по меньшей мере частично размещенный внутри корпуса и соединенный с ротором; и антиреверсный подшипник, расположенный радиально между выходным валом и корпусом и выполненный с возможностью поддерживать выходной вал внутри корпуса и обеспечивать вращение выходного вала в первом направлении, но оказывать сопротивление вращению выходного вала во втором направлении, противоположном первому направлению по продольной оси относительно корпуса. Обеспечивается защита внутренних элементов гидравлического двигателя от повреждения. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Генератор мощности, содержащий:
корпус, имеющий продольную ось;
ротор, расположенный в корпусе и выполненный с возможностью вращения в основном вокруг продольной оси в первом направлении относительно корпуса в ответ на подачу жидкости в генератор мощности;
выходной вал, по меньшей мере частично размещенный внутри корпуса и соединенный с ротором; и
антиреверсный подшипник, расположенный радиально между выходным валом и корпусом и выполненный с возможностью поддерживать выходной вал внутри корпуса и обеспечивать вращение выходного вала в первом направлении, но оказывать сопротивление вращению выходного вала во втором направлении, противоположном первому направлению по продольной оси относительно корпуса.

2. Генератор мощности по п. 1, дополнительно содержащий функциональное гибкое соединение ротора с выходным валом.

3. Генератор мощности по п. 1, в котором выходной вал является неотъемлемой частью ротора.

4. Генератор мощности по п. 1, в котором:
корпус присоединен верхней оконечностью к бурильной трубе; и
выходной вал присоединен нижней оконечностью к скважинному узлу.

5. Генератор мощности по п. 4, в котором генератор мощности имеет максимальную способность крутящего момента, и вращение бурильной трубы в первом направлении с первой скоростью с большим крутящим моментом, чем максимально допустимый крутящий момент вращения скважинного узла на первой скорости.

6. Генератор мощности по п. 5, в котором крутящий момент с бурильной трубы передается на корпус, через антиреверсный подшипник, и на выходной вал и скважинный узел таким образом, что скважинный узел вращается на первой скорости.

7. Генератор мощности по п. 5, где вращение бурильной трубы в первом направлении на первой скорости с крутящим моментом, меньшим или равным максимально допустимому крутящему моменту генератора мощности, при том что ротор вращается в первом направлении относительно корпуса на второй скорости, вращает скважинный узел на третьей скорости, являющейся суммой первой и второй скоростей.

8. Генератор мощности по п. 1, в котором антиреверсный подшипник допускает менее 5° углового поворота выходного вала во втором направлении вокруг продольной оси относительно корпуса.

9. Генератор мощности по п. 8, в котором антиреверсный подшипник допускает менее 2° углового поворота выходного вала во втором направлении вокруг продольной оси относительно корпуса.

10. Генератор мощности по п. 9, в котором антиреверсный подшипник допускает менее 1° углового поворота выходного вала во втором направлении вокруг продольной оси относительно корпуса.

11. Генератор мощности по п. 1, в котором антиреверсный подшипник содержит множество роликов.

12. Генератор мощности по п. 1, в котором антиреверсный подшипник содержит множество шариков.

13. Способ бурения, при котором:
ротор скважинного двигателя приводится во вращение в первом направлении с первой скоростью с первым крутящим моментом, причем ротор функционально соединен с буровым сверлом, расположенным в скважине книзу от скважинного двигателя;
бурильная колонна приводится во вращение с поверхности в первом направлении со второй скоростью со вторым крутящим моментом, причем бурильная колонна соединена с корпусом скважинного двигателя, а вращение ротора внутри корпуса поддерживается по меньшей мере одним антиреверсным подшипником; и
в случае, когда второй вращающий момент превосходит первый вращающий момент, сопротивление вращению ротора во втором направлении, противоположном первому направлению, обеспечивается при помощи по меньшей мере одного антиреверсного подшипника.

14. Способ по п. 13, дополнительно включающий подкручивание бурового сверла в первом направлении со вторым крутящим моментом, когда второй крутящий момент превосходит первый крутящий момент.

15. Способ по п. 14, дополнительно включающий передачу второго крутящего момента на корпус, через антиреверсный подшипник, и на выходной вал и буровое сверло.

16. Способ по п. 13, дополнительно включающий приведение бурового сверла во вращение в первом направлении на третьей скорости, являющейся суммой первой и второй скоростей, когда первый крутящий момент больше или равен второму крутящему моменту.

17. Способ по п. 15, в котором первая скорость определяется относительно корпуса, а вторая и третья скорости определяются относительно стенки ствола скважины.

18. Способ по п. 13, в котором ротор включает в себя выходной вал, функционально соединенный с ним, к тому же выходной вал функционально соединен с буровым сверлом, метод дополнительно включает поддержку вращения выходного вала по меньшей мере одним антиреверсным подшипником.

19. Способ по п. 13, дополнительно включающий приведение во вращение бурового сверла на второй скорости, когда второй крутящий момент превышает максимально допустимый крутящий момент скважинного двигателя.

20. Способ по п. 19, дополнительно включающий:
оказание сопротивления вращению ротора во втором направлении при помощи по меньшей мере одного антиреверсного подшипника, когда второй крутящий момент превосходит максимально допустимый крутящий момент скважинного двигателя; и
передачу второго крутящего момента на корпус, через антиреверсный подшипник, и на выходной вал и буровое сверло.