ОБЪЕМНЫЙ ЗАБОЙНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2020 года по МПК E21B4/02 

Изобретение относится к области бурения скважин, а именно к забойным гидравлическим двигателям.

Известен объемный забойный двигатель, содержащий корпус, полуцилиндрические лопасти, кольцевую полость и центральный канал. Патент Российской Федерации №2220270, кл. Е21В 4/02, 2001.

Недостатки аналога - наличие трения между корпусом и полуцилиндрическими лопастями, низкие значения пускового момента в работу объемного забойного двигателя.

Прототипом выбран объемный забойный двигатель, содержащий корпус, состоящий из верхней и нижней части, разъемно жестко соединенных между собой, кольцевую полость с дном и полуцилиндрические лопасти. Патент Республики Казахстан №30291, кл. Е21В 4/02, 2015.

Недостатки прототипа те же, что и в аналоге, наличие контактных трений между внутренней поверхностью корпуса и полуцилиндрическими лопастями, присутствие гидродинамических сопротивлений вращению в полости корпуса, низкие значения пускового момента объемного забойного двигателя в работу, что в совокупности снижают энергетические характеристики и надежность работы.

Задача изобретения - повышение энергетических характеристик и надежности работы объемного забойного двигателя.

Технический результат - устранение контактных трений, повышение значений пускового момента объемного забойного двигателя в работу и увеличение величины крутящего момента корпуса для бурения скважин.

Технический результат достигается тем, что в объемном забойном двигателе, содержащий корпус, состоящий из верхней и нижней частей, разъемно жестко соединенных между собой, кольцевую полость с дном и полуцилиндрические лопасти, согласно изобретению, верхняя и нижняя части корпуса имеют соосные центральные каналы, верхняя часть представляет собой цилиндры, помещенные один в другой, связанные полуцилиндрическими лопастями и образующие кольцевую полость, сообщающуюся с центральным каналом верхней части корпуса посредством сквозных отверстии, выполненных на внутреннем цилиндре выше дна кольцевой полости, при этом ниже сквозных отверстии поверхность центрального канала представлена полярными уступами, продольно обращенными по направлению вращения корпуса, на нижней части которого проведены канавки, исходящие из центрального канала, в виде спирали обгонно проходящие относительно осевой линии корпуса по периферии и выходящие противоположно вращению последнего.

Отличительными признаками - верхняя и нижняя части корпуса имеют соосные центральные каналы, верхняя часть представляет цилиндры, помещенные один в другой, связанные полуцилиндрическими лопастями, обеспечивается совместное вращение цилиндров с полуцилиндрическими лопастями как одно целое, тем самым исключаются контактные трения между ними, потери крутящего момента.

Совокупностью отличительных признаков - образующие кольцевую полость, сообщающуюся с центральным каналом посредством сквозных отверстий, выполненных на внутреннем цилиндре выше дна кольцевой полости, в момент подачи рабочей жидкости по кольцевой полости достигается задержание потока у внутренней поверхности полуцилиндрических лопастей, сопровождающееся ростом давлений на них, следовательно повышением силы пускового момента объемного забойного двигателя в работу и величины крутящего момента корпуса.

Признаком - ниже сквозных отверстий поверхность центрального канала представлена полярными уступами, продольно обращенными по направлению вращения корпуса, появляется возможность преобразования разности скорости вращения корпуса и превышающей скорости рабочей жидкости в центральном канале в крутящий момент, приложением скоростного напора на уступы, что особенно ощутимо в момент замедления вращения корпуса, и сохранении скорости вращения рабочей жидкости, позволяющие повысить надежность работы объемного забойного двигателя.

Признаком - на нижней части которого проведены канавки, исходящие из центрального канала и в виде спирали обгонно проходящие относительно осевой линии корпуса по периферии, выходящие противоположно вращению последнего, достигается увеличение радиуса закругления канавки, оказанием наибольшего давления рабочей жидкости на внешние стенки канавки, удлинение пути пробега канавки и плеча моментов реактивных сил истечения, что совокупно обеспечивает рост значений энергетических характеристик и повышение надежности работы объемного забойного двигателя.

Существенные признаки изобретения имеют причинно-следственную связь, обеспечивают достижение технического результата и решение поставленных задач.

На фиг. 1 изображен общий вид объемного забойного двигателя, на фиг. 2 и фиг. 3 разрез, соответственно по А-А и Б-Б на фиг. 1.

Объемный забойный двигатель содержит корпус, состоящий из верхней и нижней части, верхняя часть представляет наружный цилиндр 1 и в него помещен внутренний цилиндр 2, связанные полуцилиндрическими лопастями 3, и образующими кольцевую полость с дном 4, сообщающуюся с центральным каналом 5 через сквозные отверстия 6, выполненные на внутреннем цилиндре 2 выше дна 4 кольцевой полости.

Ниже сквозных отверстий 6 поверхность центрального канала 5 представлена полярными уступами 7, продольно обращенными по направлению вращения корпуса.

При этом наружный цилиндр 1 вверху через опору скольжения 8 связан с невращающимся переводником 9 с каналами 10, а в нижнем окончании соединен с нижней частью корпуса 11 с центральным каналом 12, соосным с центральным каналом 5 верхней части корпуса. На нижней части корпуса 11 проведены канавки 13, исходящие из центрального канала 12, и в виде спирали обгонно проходящие относительно осевой линии корпуса по периферии, выходящие противоположно вращению последнего.

Объемный забойный двигатель работает следующим образом. Направлением рабочей жидкости по каналам 10 переводника 9 по направлению вращения корпуса под острым углом на дно 4 кольцевой полости, образованной наружным 1 и внутренним 2 цилиндрами, за счет веса и давлений рабочей жидкости появляется выталкивающая сила, преобразуемая в крутящий момент корпуса, усиленный последующим воздействием скоростного напора на внутренние поверхности полуцилиндрических лопастей 3.

При этом происходит задержание движении рабочей жидкости, сопровождающееся ростом давлений на внутренней поверхности полуцилиндрических лопастей 3, повышением значений пускового момента, и корпус объемного забойного двигателя совершает вращательное движение на опоре скольжения 8 вокруг невращающегося переводника 9.

Далее, рабочая жидкость из кольцевой полости через сквозные отверстия 6 перетекает в центральный канал 5 верхней части корпуса, где при превышении скорости вращения рабочей жидкости над скоростью вращения корпуса напор рабочей жидкости будет приложен на полярные уступы 7, увеличивая значение крутящего момента.

Из центрального канала 5 рабочая жидкость поступает в соосный с ним центральный канал 12 нижней части корпуса 11, и по канавкам 13 выходит в затрубное пространство с образованием дополнительного крутящего момента реактивным истечением рабочей жидкости.

Эксперименты, проведенные по испытанию и выявлению ресурсных возможностей опытного образца объемного забойного двигателя диаметром корпуса 195 мм, изготовленного в соответствии с изложенной формулой изобретения, показали, что при меньших значениях габаритных размеров по длине и расходах рабочей жидкости для данного диаметра, достигнуты значения энергетических характеристик, обеспечивающие бурение скважин в твердых и крепких горных породах 9-11 категории по буримости.

Изобретение относится к области бурения скважин, а именно к забойным гидравлическим двигателям. Объемный забойный двигатель содержит корпус, состоящий из верхней и нижней частей, разъемно жестко соединенных между собой, кольцевую полость с дном и полуцилиндрические лопасти. Верхняя и нижняя части корпуса имеют соосные центральные каналы. Верхняя часть представляет собой помещенные один в другой цилиндры, связанные полуцилиндрическими лопастями и образующие кольцевую полость, сообщающуюся с центральным каналом верхней части корпуса посредством сквозных отверстий, выполненных на внутреннем цилиндре выше дна кольцевой полости. Ниже сквозных отверстий поверхность центрального канала выполнена с полярными уступами, продольно обращенными по направлению вращения корпуса, на нижней части которого проведены исходящие из центрального канала канавки, в виде спирали обгонно проходящие относительно осевой линии корпуса по периферии и выходящие противоположно вращению последнего. Обеспечивается устранение контактных трений, повышение значения пускового момента объемного забойного двигателя в работу и увеличение величины крутящего момента корпуса для бурения скважин, т.е. повышение энергетических характеристик и надежности работы объемного забойного двигателя. 3 ил.

Объемный забойный двигатель, содержащий корпус, состоящий из верхней и нижней частей, разъемно жестко соединенных между собой, кольцевую полость с дном и полуцилиндрические лопасти, отличающийся тем, что верхняя и нижняя части корпуса имеют соосные центральные каналы, верхняя часть представляет цилиндры, помещенные один в другой, связанные полуцилиндрическими лопастями и образующие кольцевую полость, сообщающуюся с центральным каналом верхней части корпуса посредством сквозных отверстий, выполненных на внутреннем цилиндре выше дна кольцевой полости, при этом ниже сквозных отверстий поверхность центрального канала представлена полярными уступами, продольно обращенными по направлению вращения корпуса, на нижней части которого проведены канавки, исходящие из центрального канала и в виде спирали обгонно проходящие относительно осевой линии корпуса по периферии, выходящие противоположно вращению последнего.