БЛОК ПОДШИПНИКОВ И УЗЕЛ ТРАНСМИССИИ БУРОВОГО ИНСТРУМЕНТА Российский патент 2018 года по МПК E21B4/02 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0001] Забойные двигатели используются для дополнения операций бурения за счет преобразования гидравлической энергии в механический крутящий момент и приложения этого механического крутящего момента к буровому долоту. Забойные двигатели работают в условиях очень высокого давления и большого крутящего момента, и забойные двигатели могут отказать предсказуемым образом в определяемых местах концентрации напряжений. В настоящее время усилия направлены на повышение усталостной выносливости и снижение стоимости обслуживания забойных двигателей.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0002] Фиг. 1 представляет собой блок-схему системы бурения согласно некоторым вариантам реализации изобретения.

[0003] Фиг. 2А представляет собой покомпонентный вид части забойного двигателя, который может использоваться в некоторых известных системах и приведен в целях сравнения с забойными двигателями согласно некоторым вариантам реализации изобретения.

[0004] Фиг. 2B представляет собой покомпонентный вид части забойного двигателя согласно некоторым вариантам реализации изобретения.

[0005] Фиг. 3 представляет собой схематическое изображение части забойного двигателя согласно некоторым вариантам реализации изобретения.

[0006] Фиг. 4A представляет собой вид в перспективе части забойного двигателя с вырезанным участком, чтобы открыть часть соединения блока подшипников согласно некоторым вариантам реализации изобретения.

[0007] Фиг. 4B представляет собой вид сбоку части забойного двигателя, иллюстрирующи установку блока подшипников согласно некоторым вариантам реализации изобретения.

[0008] Фиг. 5 представляет собой вид сбоку части забойного двигателя согласно некоторым вариантам реализации изобретения.

[0009] Фиг. 6 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую вариант реализации способа использования забойного двигателя в некоторых вариантах реализации изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0010] Для решения некоторых из описанных выше проблем, а также других, в данном документе описаны некоторые варианты реализации забойного двигателя.

[0011] Фиг. 1 изображает буровую систему 100, в которой могут быть воплощены некоторые варианты реализации изобретения. Буровая установка 102 располагается на земной поверхности 104 скважины 106. Буровое основание 103 оснащено буровой вышкой 107. Буровая установка 102 обеспечивает поддержку бурильной колонны 108. Бурильная колонна 108 может содержать компоновку низа бурильной колонны 110, возможно расположенную в нижней части бурильной трубы 112.

[0012] Компоновка низа бурильной колонны 110 может содержать утяжеленные бурильные трубы 114, скважинный инструмент 116 и буровое долото 118. Буровое долото 118 может работать для создания ствола скважины 120, проникая через земную поверхность 104 и подземные пласты 122. Скважинный инструмент 116 может содержать любой из ряда инструментов различных типов, включая инструменты для измерения во время бурения (ИВБ), инструменты для каротажа во время бурения (КВБ) и другие.

[0013] Утяжеленные бурильные трубы 114 могут использоваться для добавления нагрузки буровому долоту 118. Утяжеленные бурильные трубы 114 также могут действовать для придания жесткости компоновке низа бурильной колонны 110, позволяя компоновке низа бурильной колонны 110 передавать дополнительное усилие буровому долоту 118 и, в свою очередь, помогать буровому долоту 118 проникать через земную поверхность 104 и подземные пласты 122.

[0014] Во время буровых работ, буровой насос 124 может закачивать буровой раствор (иногда известный специалисту в данной области техники как "буровой глинистый раствор") из бака для бурового раствора 126 через шланг 128 в бурильную трубу 112 и вниз к буровому долоту 118. Буровой раствор может вытекать из бурового долота 118 и возвращаться на земную поверхность 104 через кольцевое пространство 130 между бурильной трубой 112 и стенками ствола скважины. Затем буровой раствор может быть возвращен в бак для бурового раствора 126, где такая жидкость фильтруется. В некоторых вариантах реализации изобретения буровой раствор может использоваться для охлаждения бурового долота 118, а также для смазывания бурового долота 118 во время буровых работ. Кроме того, буровой раствор может использоваться для удаления из подземного пласта обломков выбуренной породы, образуемых при работе бурового долота 118.

[0015] Во время буровых работ бурильная колонна 108 (возможно, содержащая ведущую бурильную трубу 132, бурильную трубу 112 и компоновку низа бурильной колонны 110) может вращаться ротором буровой установки 134. Дополнительно, или в качестве альтернативного варианта, компоновка низа бурильной колонны 110 может вращаться двигателем 136 (например, забойным двигателем), который располагается в скважине. Забойный двигатель 136 может быть гидравлическим забойным двигателем объемного типа (ГЗД), который может содержать блок ГЗД SperryDrill® или SperryDrill® серий XL/XLS, поставляемый компанией Halliburton, Хьюстон, штат Техас. Забойный двигатель 136 может содержать многолепестковый статор (не проиллюстрировано на Фиг. 1) с внутренним каналом, внутри которого располагается многолепестковый ротор (не проиллюстрировано на Фиг. 1). Блок ГЗД работает в соответствии с принципом Муано, причем когда при нагнетании жидкости под давлением внутрь блока ГЗД и через ряд спиралевидных каналов, образованных между статором и ротором, жидкость под давлением действует на ротор, вызывая нутацию и вращение ротора внутри статора. Вращение ротора создает вращательное приводное усилие для бурового долота 118.

[0016] Направленное бурение также может выполняться посредством вращения бурильной колонны 108 при одновременном включении забойного двигателя 136, тем самым увеличивая выходной крутящий момент и скорость бурового долота. Буровое долото 118 может принимать различные формы, включая долота со вставными алмазами и специальные долота с поликристаллическим алмазным композитом (ПА) (PDC), например, такие как долота серий FX и FS™, поставляемые компанией Halliburton, Хьюстон, штат Техас.

[0017] Забойный двигатель 136 должен быть способен выдерживать нагрузки, возникающие в двух режимах бурения: нагрузка "в забое" и нагрузка "над забоем". Нагрузка "в забое" соответствует режиму работы, во время которого буровое долото 118 выполняет бурение внутри подземного пласта при вертикальной нагрузке от веса бурильной колонны 108, которая, в свою очередь, испытывает сжатие; иными словами, буровое долото 118 находится в нижней части ствола скважины. Нагрузка "над забоем" соответствует режимам работы, во время которых буровое долото 118 поднимается от нижней части ствола скважины и бурильная колонна 108 испытывает растяжение (т.е. когда долото находится не в нижней части ствола скважины и свисает с бурильной колонны 108, например, когда бурильная колонна 108 "поднимается" из ствола скважины или когда ствол скважины расширяется в направлении вверх по стволу скважины). Растягивающие нагрузки также возникают при циркуляции бурового раствора, когда буровое долото 118 находится "над забоем", вследствие падения давления на буровом долоте 118 и подшипниковом узле (не проиллюстрировано на Фиг. 1).

[0018] Забойные двигатели 136 в соответствии с различными вариантами реализации изобретения могут выдерживать вышеописанные нагрузки без возникновения преждевременных усталостных отказов. Фиг. 2А представляет собой покомпонентный вид части забойного двигателя 136, как он может использоваться в некоторых известных системах в целях сравнения с примерами реализации изобретения. Фиг. 2B представляет собой покомпонентный вид части забойного двигателя 136 в соответствии с некоторым реализациями изобретения.

[0019] Как показано на Фиг. 2А, существующий забойный двигатель 136 содержит статор 240 силовой секции. Статор 240 силовой секции может соединяться с гибким корпусом 242 посредством, например, резьбы. Гибкий корпус 242 может дополнительно соединяться с блоком 244 подшипников. Ротор 246 силовой секции может соединяться с буровым долотом 118 посредством трансмиссии 248, приводного вала 250 и бурового долота 118 таким образом, что эксцентрическая сила от ротора 246 силовой секции передается как соосная сила буровому долоту 118. Таким образом, забойный двигатель 136 может обеспечивать буровое долото 118 приводным механизмом, который по меньшей мере частично и, в некоторых случаях, полностью независим от любого вращательного движения бурильной колонны 108 (Фиг. 1).

[0020] Буровое долото 118 соединяется с концом приводного вала 250 в соответствии со способами, понятными специалисту в данной области техники, для выполнения, например, любых буровых работ, описанных ранее в данном документе со ссылкой на Фиг. 1, или других буровых и разведочных работ. Ротор 246 силовой секции, трансмиссия 248 и приводной вал 250 собраны внутри статора 240 силовой секции, гибкого корпуса 242 и блока подшипников 244. Забойный двигатель 136 может дополнительно содержать предохранительный подузел 243, соединенный с первым концом статора 240 силовой секции и фиксатором 245 ротора.

[0021] Напротив, варианты реализации, показанные на Фиг. 2В, исключают соединения корпуса ниже верхнего конца статора 240 силовой секции, которые являются предсказуемыми источниками усталостного отказа,. Варианты реализации изобретения достигают этого посредством использования сменной системы установки, в которой подшипники собраны в блок 252 подшипников. Варианты реализации изобретения обеспечивают способ фиксации блока 252 подшипников, трансмиссии 248 и ротора 246 силовой секции в загрузочном сменном элементе без корпусных соединений с высоким уровнем отказа, при этом позволяя доступ к этим компонентам для обслуживания.

[0022] Статор 240 силовой секции содержит первый (например, "вверх по стволу скважины") конец, второй (например, "вниз по стволу скважины") конец 256 и полость, проходящую через них. Ротор 246 силовой секции содержит лепестки 247 ротора, взаимодействующие с одним или более лепестками статора (не проиллюстрировано на Фиг. 2B) 240 силовой секции.

[0023] В вариантах реализации изобретения, трансмиссия 248 функционально соединяется с ротором 246 силовой секции и блоком 252 подшипников, причем блок 252 подшипников имеет приводной вал, частично заключенный в него (не проиллюстрировано на Фиг. 2B). Ротор 246 силовой секции, трансмиссия 248, блок 252 подшипников и часть приводного вала предварительно монтируются в загружаемый роторный узел 254 для подачи в нижний конец 256 статора 240 силовой секции и полностью заключен во внутреннюю полость статора 240 силовой секции. Подшипники в блоке 252 подшипников могут содержать подшипники качения, хотя варианты реализации изобретения этим не ограничиваются. Также, подшипники могут содержать материалы из поликристаллических алмазов (ПКА), хотя варианты осуществления изобретения не ограничиваются материалами из ПКА.

[0024] Область захвата 258 и часть замкового соединения 260 приводного вала 250 находятся снаружи статора 240 силовой секции. Область захвата 258 представляет собой область, доступную для набора трубных ключей или губок гаечного ключа, которые могут захватывать приводной вал 250 непосредственно над замковым соединением 260 для затяжки или ослабления замкового соединения. В некоторых вариантах реализации изобретения, трубные ключи могут также захватывать замковое соединение 260, в зависимости от того, должна ли развинчиваться резьба выше или ниже замкового соединения 260. Буровое долото 118 соединяется с нижней частью приводного вала 250. Соединение 262 между буровым долотом 118 и приводным валом 250 может содержать роторное заплечиковое соединение с коническим днищем бурильной колонны по стандарту Американского института нефти (API).

[0025] Роторный узел 254 удерживается в корпусе статора 240 силовой секции таким образом, что ротор 246 силовой секции, трансмиссия 248 и блок 252 подшипников с приводным валом могут надежно передавать крутящий момент силовой секции и реагировать на буровые нагрузки в статоре 240 силовой секции. Как будет понятно при сравнении Фиг. 2A и Фиг. 2B, примеры вариантов реализации изобретения исключают соединения в статоре 240 силовой секции, тем самым уменьшая или устраняя источники усталости в соединениях и в целом продлевая срок службы статора 240 силовой секции и забойного двигателя 136. Такая кассетная система монтажа может иметь и другие преимущества в сборке, связанные с предварительной сборкой и стендовыми испытаниями компонентов узла ротора 254. Способы удержания узла ротора 254 внутри статора 240 силовой секции более подробно описаны ниже со ссылкой на Фиг. 3.

[0026] Фиг. 3 представляет собой схематический чертеж части забойного двигателя согласно некоторым вариантам реализации изобретения. Фиг. 3 предоставляет альтернативный вид для отображения, как роторный узел 254 (не проиллюстрировано на Фиг. 3) может быть подан в открытый нижний конец 256 статора 240 силовой секции. Фиксирующий узел 302 (например, резьбовая втулка) на нижнем конце 256 статора 240 силовой секции может удерживать роторный узел 254 (не проиллюстрировано на фиг. 3), содержащий блок подшипников 252 в нижнем конце 256 внутри внутренней полости статора 240 силовой секции. Замковое соединение 260 и соединение 262 также проиллюстрированы на Фиг. 3.

[0027] Фиксирующий узел 302, в силу того, что находится на конце статора 240 силовой секции, не будет подвергаться изгибающим нагрузкам и, следовательно, не будет подвержен по меньшей мере некоторым усталостным отказам, которые могут уменьшить срок службы статора 240 силовой части. Фиксирующий узел 302 может содержать резьбу, что позволяет использование резьбовой втулки, сопряженной по внутренней окружности или внешней окружности статора 240 силовой секции, хотя варианты реализации изобретения этим не ограничены. Фиксирующий узел 302 может содержать другие типы фиксирующих компонентов, описанные ниже в настоящем документе, например, фиксирующий узел 302 может содержать компрессионные кольца, сопряженные по внутренней окружности или внешней окружности нижнего конца статора 240 силовой секции.

[0028] По меньшей мере в некоторых вариантах реализации изобретения фиксирующий узел 302 может выдерживать большие нагрузки "над забоем" и нагрузки "в забое" в статоре 240 силовой секции через блок подшипников 252, когда буровое долото 118 (Фиг. 1 и 2B) находится вне забоя или выполняет обратное разбуривание. Фиксирующий узел 302 может также обеспечивать устойчивую траекторию действия нагрузки для особенности захвата приводного вала для предотвращения потерь, которые радиально ограничивают движение ротора 246 силовой секции в статоре 240 силовой секции. Например, забойное нагружение передавало бы траекторию действия нагрузки на статор 240 силовой секции и могло бы поддерживаться подшипниками блока подшипников 252. Нагружение "над забоем" передавало бы траекторию действия нагрузки на резьбовую втулку в статоре 240 силовой секции. Некоторые варианты реализации изобретения могут содержать возможность захвата приводного вала, в которой содержатся разрезные кольца, удерживаемые фиксирующим узлом 302 таким образом, что осевое движение приводного вала 250 (не проиллюстрировано на Фиг. 3) вне статора 240 силовой секции вызывает возможность обжатия приводного вала 250, заставляя разрезные кольца удерживаться фиксирующим узлом 302, таким образом удерживая роторный узел 254 в внутри торца статора 240 силовой секции.

[0029] В некоторых вариантах реализации изобретения фиксирующий узел 302 не содержит никакого резьбового соединения, а вместо этого входит в контакт с гладкой стенкой статора 240 силовой секции. Возможность типа заклинивающего зажимного конуса (не проиллюстрировано на Фиг. 3), понятная специалисту в данной области техники, для оборудования установки вала, может использоваться для расширения и зацепления внутренней стенки статора 240 силовой секции. По меньшей мере эти варианты реализации изобретения могут дополнительно содержать выточку (не проиллюстрировано на Фиг. 3) внутренней стенки статора 240 силовой секции для предотвращения смещения запирающего механизма из расположения внутри статора 240 силовой секции. Расширение может быть выполнено с помощью крепежных элементов, параллельных оси инструмента и расположенных в радиальном направлении вокруг вала. Эти крепежные детали могут быть затянуты с использованием, например, гаечного ключа Allen или другого подобного ручного инструмента.

[0030] Другие варианты реализации изобретения могут допускать расширение с помощью расширяющего удерживающего кольца, расположенного в неглубоком пазу. Единожды развернутое и сцепившее внутреннюю стенку статора 240 силовой секции зажимное приспособление, такое как зажимные болты, может быть использовано для обеспечения соответствующей предварительной нагрузки подшипника. Некоторые варианты реализации изобретения могут предварительно нагружать подшипники непосредственно в роторном узле 254 и использовать возможность удерживания для того, чтобы разместить роторный узел 254 и перенести нагрузки на статор 240 силовой секции.

[0031] В этих или других вариантах реализации изобретения, вместо или в дополнение к фиксирующему узлу 302, заплечик 306 может использоваться для удерживания роторного узла 254 в статоре 240 силовой секции. Заплечик 306 может быть упорной частью, расположенной на некотором расстоянии от второго конца 264 внутри внутренней полости. В вариантах реализации изобретения, использующих заплечик 306, статор 240 силовой секции будет изготовлен так, чтобы иметь в составе заплечик 306 по внутреннему диаметру статора 240 силовой секции, что может увеличить сложность процесса изготовления статора 240. Кроме того, наличие заплечика 306 создаст концентратор напряжений, что может вызвать отказы компонентов роторного узла 254, связанные с усталостью. Напротив, варианты реализации изобретения, использующие резьбовой или других типов удерживающий узел 302, размещают любые возможности концентрации напряжения в нижней части статора 240 силовой секции в области, не подверженной напряжению изгиба. Следует принимать во внимание, что напряжение изгиба имеет тенденцию к высокой цикличности из-за вращения в скважине и является одним из основных факторов формирования отказов в буровых двигателях 136 для бурения в скважине.

[0032] Фиг. 4A представляет собой вид в перспективе продольного разреза части забойного двигателя 136 для иллюстрации соединения комплекта 252 подшипников согласно некоторым вариантам реализации изобретения. Комплект 252 подшипников содержит основанные на PDC радиальные подшипники 402 (проиллюстрирована сторона корпуса), осевые подшипники 406, 408 для нагрузок "в забое", и осевые подшипники 410, 412 для нагрузок "над забоем". На фиг. 4А также показано размещение удерживающего узла 302 и приводного вала 250 с областью 258 захвата ключом и замковое соединение 260, проходящее от внешней части комплекта 252 подшипников.

[0033] Фиг. 4B представляет собой вид сбоку части забойного двигателя 136, иллюстрируя установку комплекта 252 подшипников, удерживающий узел 302 и приводной вал 250 с областью 258 захвата ключом и замковым соединением 260. В соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения соединение 262 содержит роторное упорное соединение бурильной колонны API с коническим днищем. Фиг.4B также иллюстрирует сторону вала 404 радиальных подшипников, описанных выше со ссылкой на фиг. 4A, в дополнение к альтернативным видам осевых подшипников 406, 408 для нагрузок "в забое", и осевых подшипников 410, 412 для нагрузок "над забоем" для демонстрации их установки.

[0034] Фиг. 5 представляет собой вид сбоку части забойного двигателя 136 в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения, который изображает статор 240 силовой секции, внутри которого расположен роторный узел 254 и части приводного вала 250, описанные ранее в данном документе со ссылкой на фиг. 2B. Вершинный подузел 502 соединяет статор 240 силовой секции и внутреннее устройство роторного узла 254 с бурильной колонной 108 (фиг. 1). Область 258 захвата ключом и замковое соединение 260 подключаются снаружи статора 240 силовой секции.

[0035] Фиг. 6 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую вариант реализации способа 600 сборки части забойного двигателя 136 и эксплуатации забойного двигателя 136. Типовой способ 600 описан в данном документе со ссылкой на элементы, проиллюстрированные на фигурах 1, 2B и 3-5. Некоторые операции типового способа 600 могут быть выполнены целиком или частично с помощью забойного двигателя 136 или какого-либо компонента системы 100 (фиг. 5), хотя варианты реализации изобретения этим не ограничиваются.

[0036] Типовой способ 600 начинается с операции 602 загрузки роторного узла 254 в первый конец, например, нижний конец 256 внутренней полости статора 240 силовой секции, для создания силового узла (например, части забойного двигателя 136). Как описано ранее в данном документе со ссылкой на фиг. 2B, роторный узел 254 содержит ротор 246 силовой секции, трансмиссию 248, функционально соединенную с ротором 246 силовой секции и комплект 252 подшипников таким образом, что роторный узел 254 полностью закрыт во внутренней полости статора 240 силовой секции.

[0037] Типовой способ 600 продолжается операцией 604 соединения силового узла с бурильной колонной 108.

[0038] Типовой способ 600 продолжается операцией 606 введения промывочной жидкости во второй конец внутренней полости статора 240 силовой секции.

[0039] Типовой способ 600 продолжается операцией 608 нагнетания бурового раствора через полость между статором 240 силовой секции и ротором 246 силовой секции с давлением, достаточным для принудительного вращения ротора 246 силовой секции относительно статора 240 силовой секции, чтобы обеспечить передачу крутящего усилия на буровое долото 118, соединенное с приводным валом 250, соединенным с трансмиссией 248. Как описано ранее в данном документе со ссылкой на фиг. 2B, нагрузки "в забое" и "над забоем" могут быть перенесены на статор 240 силовой секции посредством удерживающего узла 302.

[0040] Как упоминалось ранее в данном документе, кассетная система установки может иметь другие преимущества при сборке, связанные с предварительной сборкой и стендовыми испытаниями компонентов роторного узла 254. Например, стендовые испытания могут проводиться для проверки предварительной нагрузки подшипника в цикле "растяжение-сжатие", проверки маркировки крутящего момента соединения, проверки длины в сборе и подтверждения сборки компонентов роторного узла 254 или других компонентов.

[0041] Возвращаясь к фиг. 1, система 100 может дополнительно содержать наземную систему 138 для хранения, обработки и анализа измерений, выполненных инструментами в компоновке низа бурильной колонны 110, или для управления забойным двигателем 136 или буровым долотом 118. Наземная система 138 может быть снабжена электронным оборудованием, например процессором, для обработки различных типов сигналов, которые могут быть реализованы посредством любого одного или более компонентов компоновки низа бурильной колонны 110. Во время буровых работ (например, в ходе операций КВБ и, в более широком смысле, отбора проб во время бурения) могут собираться и анализироваться данные оценки продуктивности пласта. Наземная система 138 может содержать рабочую станцию 140 с дисплеем 142.

[0042] Любые из перечисленных выше компонентов, например, забойный двигатель 136 и т. д., могут быть охарактеризованы в данном документе как "модули". Иллюстрации силовой секции забойного двигателя 136 и компонентов бурового долота, а также системы 100 предназначены для обеспечения общего понимания конструкции различных вариантов реализации изобретения и не являются полным описанием всех элементов и признаков устройств и систем, которые могут использовать в конструкциях, описанных в данном документе. Следует отметить, что описанные в данном документе способы не обязательно должны выполняться в описанном порядке или в каком-либо определенном порядке. Более того, различные действия, описанные касательно указанных в данном документе способов, могут выполняться итеративно, последовательно или параллельно.

[0043] Таким образом, использование описанных в данном документе устройств, систем и способов может обеспечить доступ к обслуживаемым компонентам забойных двигателей, одновременно повышая усталостную прочность корпуса и снижая стоимость обслуживания забойного двигателя и корпуса. Варианты реализации изобретения обеспечивают удлинение статора 240 силовой секции с целью исключения резьбовых соединений в местах очень высоких изгибающих нагрузок. Другие части забойного двигателя 136, используемые для функционирования забойного двигателя, загружаются в одно доступное отверстие, и эти части забойного двигателя 136 удерживаются в нижней части удлиненного статора 240 силовой секции. Эти преимущества могут существенно повысить значимость услуг, предоставляемых эксплуатационной/геологоразведочной компанией, и, вместе с этим, позволяют контролировать связанные со временем затраты.

[0044] Дополнительные примеры устройств, способов, средств для осуществления действий, систем или устройств включают, но не ограничиваются ими, следующие:

[0045] Пример 1 представляет собой двигатель или другое устройство, содержащее статор силовой секции, содержащий первый конец, второй конец и внутреннюю полость, проходящую через них; и роторный узел, расположенный во внутренней полости, роторный узел содержит ротор силовой секции, содержащий зубья ротора, взаимодействующие с одним или более зубьями статора силовой секции, трансмиссию, функционально соединенную с ротором силовой секции, и комплект подшипников, при этом ротор силовой секции расположен на первом конце во внутренней полости статора силовой секции, и при этом ротор силовой секции, трансмиссия и комплект подшипников полностью закрыты во внутренней полости статора силовой секции.

[0046] Пример 2 может содержать или использовать, или может, необязательно, быть объединен с объектом изобретения по примеру 1 чтобы дополнительно содержать удерживающий узел на втором конце статора силовой части, чтобы удерживать узел ротора внутри внутренней полости.

[0047] Пример 3 может содержать или использовать, или может, необязательно, быть объединен с объектом изобретения по примеру 2, при этом удерживающий узел содержит резьбовую втулку, сопряженную вокруг внешней окружности второго конца статора силовой секции.

[0048] Пример 4 может содержать или использовать, или может, необязательно, быть объединен с объектом изобретения по примеру 2, при этом удерживающий узел содержит резьбовую втулку, сопряженную вокруг внутренней окружности второго конца статора силовой секции.

[0049] Пример 5 может содержать или использовать, или может, необязательно, быть объединен с объектом изобретения по примеру 2, при этом удерживающий узел содержит компрессионное кольцо, сопряженное вокруг внешней окружности второго конца статора силовой секции.

[0050] Пример 6 может содержать или использовать, или может, необязательно, быть объединен с объектом изобретения по примеру 2, при этом удерживающий узел содержит компрессионное кольцо, периферически сопряженное вокруг внутреннего диаметра второго конца статора силовой секции.

[0051] Пример 7 может содержать или использовать, или, необязательно, объединен с любым одним или несколькими примерами 1-6, при этом роторный узел загружается на упорную часть, расположенную на некотором расстоянии от второго конца во внутренней полости.

[0052] Пример 8 может содержать или использовать, или, необязательно, объединен с любым одним или несколькими примерами 1-7 и дополнительно содержать приводной вал, соединенный с трансмиссией на втором конце статора силовой секции, и при этом первая часть приводного вала заключена в статоре силовой секции, a область захвата ключом приводного вала не заключена в статоре силовой секции.

[0053] Пример 9 может содержать или использовать, или, необязательно, объединен с любым одним или несколькими примерами 1-8, при этом роторный узел установлен как кассета во внутреннюю полость.

[0054] Пример 10 может содержать или использовать, или, необязательно, объединен с любым одним или несколькими примерами 1-9, дополнительно содержит предохранительный подузел.

[0055] Пример 11 представляет собой систему, которая может содержать части по любому из примеров 1-10, содержащую: бурильную колонну; силовой узел, соединенный с бурильной колонной посредством роторного упорного соединения, силовой узел содержащий статор силовой секции, содержащий первый конец, второй конец и внутреннюю полость, проходящую через них, и роторный узел, расположенный и полностью закрытый во внутренней полости, роторный узел содержащий ротор силовой секции, содержащий зубья ротора, взаимодействующие с одним или более зубьями статора силовой секции, трансмиссию, функционально соединенную с ротором силовой секции, и комплект подшипников, при этом ротор силовой секции расположен на первом конце во внутренней полости статора силовой секции, и при этом ротор силовой секции, трансмиссия и комплект подшипников полностью закрыты во внутренней полости статора силовой секции; а буровое долото соединено с трансмиссией посредством приводного вала.

[0056] Пример 12 может содержать объект изобретения по примеру 11, при этом силовой узел дополнительно содержит удерживающий узел на втором конце статора силовой секции, чтобы удерживать роторный узел внутри внутренней полости.

[0057] Пример 13 может содержать объект изобретения по любому из примеров 11-12, при этом удерживающий узел содержит резьбовую втулку, сопряженную вокруг окружности второго конца статора силовой секции.

[0058] Пример 14 может содержать объект изобретения по любому из примеров 11-12, при этом удерживающий узел содержит компрессионное кольцо, сопряженное вокруг окружности второго конца статора силовой секции.

[0059] Пример 15 может содержать объект изобретения по любому из примеров 11-14, и дополнительно содержит наземную систему, содержащую процессор для управления силовым узлом и буровым долотом.

[0060] Пример 16 представляет собой способ эксплуатации двигателя при бурении скважин, способ включает, при том что любой из примеров 1-15 может содержать средства для выполнения способа по примеру 16, и при этом способ по примеру 16 включает загрузку роторного узла в первый конец внутренней полости статора силовой секции, при этом роторный узел содержит ротор силовой секции, трансмиссию, функционально соединенную с ротором силовой секции и комплект подшипников таким образом, что роторный узел полностью закрыт во внутренней полости статора силовой секции, создавая силовой узел; соединение силового узла с бурильной колонной; введение бурового раствора во второй конец внутренней полости статора силовой секции; и нагнетание бурового раствора через полость между статором силовой секции и ротором силовой секции с давлением, достаточным для принудительного вращения ротора силовой секции относительно статора силовой секции, чтобы обеспечить передачу крутящего усилия на буровое долото, соединенное с приводным валом, соединенным с трансмиссией.

[0061] Пример 17 содержит объект изобретения по примеру 16, и дополнительно содержит выполнение стендового теста силового узла после загрузки роторного узла, но до соединения силового узла с бурильной колонной.

[0062] Пример 18 содержит объект изобретения по примеру 17, при этом стендовый тест содержит тест предварительных нагрузок подшипника в цикле "растяжение-сжатие".

[0063] Пример 19 содержит объект изобретения по любому из примеров 16-18, при этом роторный узел дополнительно содержит удерживающий узел на втором конце статора силовой секции, чтобы удерживать роторный узел внутри внутренней полости, при этом удерживающий узел содержит резьбовую втулку, сопряженную вокруг окружности второго конца статора силовой секции, и при этом способ дополнительно содержит перенос нагрузки "над забоем" на статор силовой секции посредством резьбовой втулки.

[0064] Пример 20 содержит объект изобретения по любому из примеров 16-19, при этом загрузка роторного узла содержит установку роторного узла как кассеты во внутреннюю полость.

[0065] Сопроводительные чертежи, которые являются частью настоящего документа, представляют собой не предполагающие ограничения иллюстрации конкретных вариантов реализации, в которых объект изобретения может быть реализован на практике. Проиллюстрированные и раскрытые варианты реализации описаны достаточно подробно для того, чтобы специалисты в данной области техники могли практически реализовать изложенные в настоящем документе идеи. Могут быть применены другие варианты реализации и производные от них, в которых могут быть предложены структурные и логические замены и изменения без отступления от объема настоящего раскрытия изобретения. Поэтому настоящее подробное описание не следует рассматривать в ограничительном смысле, а объем различных вариантов реализации определяется исключительно прилагаемой формулой изобретения вместе с полным диапазоном эквивалентов, на которые распространяется настоящая формула изобретения.

[0066] Такие варианты реализации объекта изобретения могут называться в данном документе, отдельно и/или вместе, термином "изобретение" исключительно для удобства и без намерения умышленно ограничить объем данной заявки каким-либо одним изобретением или идеей изобретения, если количество их раскрытий по существу превышает единицу. Таким образом, несмотря на то, что в данном документе были проиллюстрированы и описаны конкретные варианты реализации изобретения, следует понимать, что любое приспособление, рассчитанное на достижение такой же цели, может быть подставлено вместо представленных конкретных вариантов реализации. Настоящее раскрытие изобретения призвано охватить любые и все адаптации и вариации различных вариантов реализации изобретения. Комбинации описанных выше вариантов реализации изобретения и других вариантов реализации, конкретно не описанных в настоящей заявке, будут очевидны специалистам в данной области техники благодаря приведенному выше описанию.

[0067] Независимо от того, что в данном документе описаны и проиллюстрированы конкретные варианты реализации изобретения, специалистам в данной области техники будет понятно, что любое приспособление, рассчитанное на достижение такой же цели, может быть подставлено вместо представленных конкретных вариантов реализации. В различных вариантах реализации изобретения используются перестановки или комбинации вариантов реализации изобретения, описанных в данном документе. Следует понимать, что приведенное выше описание носит иллюстративный, а не ограничительный характер, и что фразеология и терминология в данном документе служат описательной цели. Комбинации описанных выше вариантов реализации изобретения и других вариантов реализации будут очевидны специалистам в данной области техники благодаря приведенному выше описанию.

Группа изобретений относится к области бурения скважин забойными двигателями. Двигатель содержит статор силовой секции, содержащий непрерывный корпус, имеющий первый конец, второй конец и внутреннюю полость, проходящую через них, и роторный узел, расположенный во внутренней полости. Роторный узел в качестве компонентов роторного узла содержит ротор силовой секции, содержащий лепестки ротора, взаимодействующие с одним или более лепестками статора силовой секции, трансмиссию, функционально соединенную с ротором силовой секции, и блок подшипников, при этом ротор силовой секции расположен на первом конце во внутренней полости статора силовой секции. Ротор силовой секции, трансмиссия и блок подшипников полностью заключены во внутренней полости статора силовой секции. Указанные компоненты роторного узла выполнены с возможностью предварительной сборки в виде кассеты и установки кассеты во внутренней полости статора силовой секции. Обеспечивается доступ к обслуживаемым компонентам забойного двигателя и повышение усталостной прочности корпуса двигателя. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Двигатель, содержащий:

статор силовой секции, содержащий непрерывный корпус, имеющий первый конец, второй конец и внутреннюю полость, проходящую через них; и

роторный узел, расположенный во внутренней полости, при этом роторный узел в качестве компонентов роторного узла содержит ротор силовой секции, содержащий лепестки ротора, взаимодействующие с одним или более лепестками статора силовой секции, трансмиссию, функционально соединенную с ротором силовой секции, и блок подшипников, при этом ротор силовой секции расположен на первом конце во внутренней полости статора силовой секции, причем ротор силовой секции, трансмиссия и блок подшипников полностью заключены во внутренней полости статора силовой секции и причем указанные компоненты роторного узла выполнены с возможностью предварительной сборки в виде кассеты и установки кассеты во внутренней полости статора силовой секции.

2. Двигатель по п. 1, дополнительно содержащий фиксирующий узел на втором конце статора силовой секции для фиксации роторного узла внутри внутренней полости.

3. Двигатель по п. 2, отличающийся тем, что фиксирующий узел содержит резьбовую втулку, сопряженную по внешней окружности второго конца статора силовой секции.

4. Двигатель по п. 2, отличающийся тем, что фиксирующий узел содержит резьбовую втулку, сопряженную по внутренней окружности второго конца статора силовой секции.

5. Двигатель по п. 2, отличающийся тем, что фиксирующий узел содержит компрессионное кольцо, сопряженное по внешней окружности второго конца статора силовой секции.

6. Двигатель по п. 2, отличающийся тем, что фиксирующий узел содержит компрессионное кольцо, сопряженное по окружности внутреннего диаметра второго конца статора силовой секции.

7. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что роторный узел подвергает нагрузке заплечиковую часть, расположенную с интервалом от второго конца внутри внутренней полости.

8. Двигатель по п. 1, дополнительно содержащий приводной вал, соединенный с трансмиссией на втором конце статора силовой секции, и при этом первая часть приводного вала заключена внутри статора силовой секции, a область захвата приводного вала не заключена внутри статора силовой секции.

9. Двигатель по п. 1, дополнительно содержащий предохранительный подузел.

10. Система, содержащая:

бурильную колонну;

узел двигателя, соединенный с бурильной колонной посредством роторного заплечикового соединения, содержащий:

статор силовой секции, содержащий непрерывный корпус, имеющий первый конец, второй конец и внутреннюю полость, проходящую через них, и

роторный узел, расположенный и полностью заключенный во внутренней полости, при этом роторный узел в качестве компонентов роторного узла содержит ротор силовой секции, содержащий лепестки ротора, взаимодействующие с одним или более лепестками статора силовой секции, трансмиссию, функционально соединенную с ротором силовой секции, и блок подшипников, при этом ротор силовой секции расположен на первом конце во внутренней полости статора силовой секции, причем ротор силовой секции, трансмиссия и блок подшипников полностью заключены во внутренней полости статора силовой секции и причем указанные компоненты роторного узла выполнены с возможностью предварительной сборки в виде кассеты и установки кассеты во внутренней полости статора силовой секции; и

буровое долото, соединенное с трансмиссией посредством приводного вала.

11. Система по п. 10, отличающаяся тем, что силовой узел дополнительно содержит фиксирующий узел на втором конце статора силовой секции, чтобы фиксировать роторный узел внутри внутренней полости.

12. Система по п. 11, отличающаяся тем, что фиксирующий узел содержит резьбовую втулку, сопряженную по окружности второго конца статора силовой секции.

13. Система по п. 11, отличающаяся тем, что фиксирующий узел содержит компрессионное кольцо, сопряженное по окружности второго конца статора силовой секции.

14. Система по п. 10, дополнительно содержащая:

наземную систему, содержащую процессор для управления силовым узлом и буровым долотом.

15. Способ эксплуатации двигателя при бурении скважин, включающий:

загрузку роторного узла в первый конец внутренней полости статора силовой секции, при этом роторный узел содержит в качестве компонентов роторного узла ротор силовой секции, трансмиссию, функционально соединенную с ротором силовой секции, и блок подшипников таким образом, что роторный узел полностью заключен во внутренней полости статора силовой секции, причем указанные компоненты роторного узла предварительно собирают в виде кассеты и загружают кассету во внутреннюю полость статора силовой секции, для формирования узла двигателя;

соединение блока двигателя с бурильной колонной;

введение бурового раствора во второй конец внутренней полости статора силовой секции; и

нагнетание бурового раствора через полость между статором силовой секции и ротором силовой секции с давлением, достаточным, чтобы принудить ротор силовой секции к вращению относительно статора силовой секции, чтобы обеспечить передачу крутящего усилия на буровое долото, соединенное с приводным валом, соединенным с трансмиссией.

16. Способ по п. 15, дополнительно включающий:

выполнение стендового теста узла двигателя после загрузки роторного узла еще до соединения силового узла с бурильной колонной.

17. Способ по п. 16, отличающийся тем, что стендовый тест включает тест двухтактного предварительного натяга подшипника.

18. Способ по п. 15, отличающийся тем, что роторный узел дополнительно содержит фиксирующий узел на втором конце статора силовой секции для фиксации роторного узла внутри внутренней полости, при этом фиксирующий узел содержит резьбовую втулку, сопряженную по окружности второго конца статора силовой секции, и причем способ дополнительно включает перенос нагрузки "над забоем" на статор силовой секции посредством резьбовой втулки.