РЕДУКТОР ЗАБОЙНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2020 года по МПК E21B4/04 

Изобретение относится к технике для бурения скважин с применением забойного двигателя, а именно к устройствам для передачи вращения от забойного двигателя к долоту.

На практике для этой цели широко применяются редукторы с планетарной передачей, которые обеспечивают передачу большого крутящего момента, изменяющийся в широких пределах коэффициент передачи числа оборотов и высокий коэффициент полезного действия.

Известен планетарный редуктор, содержащий заполненный маслом корпус, в котором жестко установлено зубчатое коронное колесо, водило с размещенными по его периферии сателлитами, взаимодействующими с коронным колесом, вал с солнечным колесом, которое взаимодействует с сателлитами, и выходной вал (Пат. на ПМ №138882 РФ, Е21В 19/06, 2014).

Известен также редуктор забойного двигателя, содержащий солнечное и коронное колеса, водило с радиальными пазами и сателлиты с упорами, размещенными во вкладышах, которые установлены в радиальных пазах водила, причем сопряженные с вкладышами поверхности водила имеют форму цилиндрических поверхностей, оси которых перпендикулярны оси редуктора (А.с. №943385 СССР, Е21В 4/00, 1982).

Кроме того, известен редуктор забойного двигателя, содержащий солнечное колесо, коронное колесо, водило и сателлиты, расположенные группами в кольцевом пространстве между колесами на минимально возможном расстоянии между осями в группе (А.с. №943385 СССР, Е21В 4/00, 1982).

Наряду с перечисленными редукторами с цилиндрическими зубчатыми колесами применяются редукторы с коническими зубчатыми колесами.

Так, известен редуктор забойного двигателя с планетарной передачей, в которой шестерни сателлитов выполнены коническими, опорами сателлитов служат шариковые подшипники, а ведомый вал имеет центральный канал (А.с. СССР №123486, класс 5а 14/20). Помимо него известен редуктор забойного двигателя с косозубой зубчатой планетарной передачей с четырьмя или более рядами зацепления, имеющей ведущий вал с зубчатыми венцами с правым и левым направлениями наклона зубьев в разных рядах, образующими с зубчатыми венцами сателлитов и коронных колес ряды зацепления, охватываемые одним водилом (Пат. №2407878 РФ, Е21В 4/02, 2010).

Наибольшее число общих признаков с заявляемым имеет принятый за прототип редуктор забойного двигателя, содержащий маслонаполненный корпус с отверстием и обратным клапаном, ведущий и ведомый вал с центральным каналом, опорные узлы валов, редуцирующий узел, поршневой компенсатор, торцевые сальники и переводники (Пат. №2021462 РФ, Е21В 4/00, 1994).

Общим недостатком рассмотренных редукторов забойных двигателей, в том числе принятого за прототип, является отсутствие в них токопроводящих жил, которые необходимы при использовании редуктора в составе электробура для подачи электропитания от электродвигателя к регулируемому роторному отклонителю с наддолотным электронным блоком и передачи на поверхность геофизических и технологических параметров процесса электробурения.

Задачей настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей редуктора забойного двигателя для улучшения качества бурения скважин.

Поставленная задача решается тем, что в редукторе забойного двигателя, содержащем маслонаполненный корпус с отверстием и обратным клапаном, ведущий и ведомый вал с центральным каналом, опорные узлы валов, редуцирующий узел, поршневой компенсатор, торцевые сальники и переводники,

согласно изобретению, корпус выполнен с наружными продольными пазами, в которых размещены токопроводящие жилы, и окружен составным защитным кожухом, при этом в переводниках выполнены осевые отверстия, через которые выведены концы токопроводящих жил.

Составной защитный кожух, перекрывающий продольные пазы, образован обечайкой в верхней части корпуса и пластинами в его нижней части.

На фиг. 1 схематично изображен заявляемый редуктор забойного электродвигателя, поделенный для лучшего понимания на две части; на фиг. 2, 3 и 4 - сечения А-А, Б-Б и В-В фиг. 1; на фиг. 5 - редуцирующий узел фиг. 1.

Редуктор забойного двигателя содержит корпус 1, герметично соединенные между собой ведущий 2 и ведомый валы 3 с центральным каналом 4, установленные в опорных узлах 5 и 6, поршневой компенсатор 7, торцовые сальники 8, 9 и редуцирующий узел (фиг. 1, 5). На корпусе 1 проточены наружные продольные пазы 11, в которые уложены токопроводящие жилы 12 (фиг. 2, 3 и 4). Для предупреждения повреждения жил 12 к корпусу 1 присоединен с помощью винтов и сварки составной защитный кожух, представляющий собой обечайку 13 в верхней, то есть расположенной ближе к наземной поверхности части корпуса (фиг. 4), и пластины 14 в нижней части корпуса (фиг. 2, 3). В переводниках 15 выполнены осевые отверстия 16, через которые выведены концы токопроводящих жил 12 для соединения с электродвигателем вверху и с регулируемым роторным отклонителем внизу, оснащенным наддолотным электронным блоком (не показаны). Корпус 1 заполнен маслом через отверстие 17 и снабжен обратным клапаном 18.

В качестве редуцирующего узла применена планетарная передача с двумя рядами зацепления, содержащая солнечное зубчатое колесо 19 на ведущем валу 2, жестко установленное в корпусе 1 зубчатое коронное колесо 20, водило 21, фиксирующее оси 22 двух рядов шестерен - сателлитов 23 и взаимодействующее с ведомым валом 3. Муфта 24 соединяет вал электродвигателя (не показан) с ведущим валом 2 редуцирующего узла. Специалисту в данной области должно быть понятно, что конструкция редуцирующего узла может отличаться от описанной выше и сама по себе не является предметом заявляемого технического решения.

При бурении редуктор встраивается между электродвигателем и регулируемым роторным отклонителем и присоединяется к ним посредством переводников 15, при этом концы токопроводящих жил 12 вставляются в колодки штепсельных разъемов (не показаны) названных устройств.

Заявляемый редуктор забойного двигателя работает следующим образом. Вращение от вала электродвигателя сообщается через муфту 24 ведущему валу 2 редуктора. Установленное на ведущем валу 2 солнечное зубчатое колесо 19 взаимодействует с шестернями - сателлитами 23, размещенными на осях 22, которые закреплены в водиле 21 (фиг. 1, 5). В результате шестерни - сателлиты 23 приводятся во вращение относительно осей 22 и синхронно входят в зацепление с неподвижным зубчатым коронным колесом 20. От шестерен - сателлитов 23 вращение передается на водило 21, от него - к ведомому валу 3. За счет заполнения корпуса 1 маслом происходит непрерывная смазка взаимодействующих зубчатых колес, что предотвращает их износ и повышает надежность работы редуцирующего узла и редуктора в целом. Отношение частоты вращения ведомого вала 3 к частоте вращения ведущего вала 2 зависит от соотношения числа зубьев на шестернях-сателлитах 23 и коронном колесе 20. От ведомого вала 3 вращение передается к валу регулируемого роторного отклонителя и далее - к буровому долоту. Одновременно с вращением ведущего 2 и ведомого валов 3 по их центральному каналу 4 движется буровой раствор, попадающий затем в регулируемый роторный отклонитель. В нем часть потока бурового раствора приводит в действие механизм, управляющий положением бурового долота, а основной поток бурового раствора попадает в долото и вращает его (не показано). По токопроводящим жилам 12, проложенным снаружи корпуса 1 редуктора, подается электропитание на исполнительные элементы регулируемого роторного отклонителя; эти же жилы 12 служат каналами для передачи от наддолотного электронного блока на поверхность в реальном масштабе времени таких технологических параметров, как обороты долота, осевая нагрузка на долото, уровень вибрации. Благодаря заявляемому редуктору забойного электродвигателя повышается качество бурения скважин.

Изобретение относится к технике для бурения скважин, а именно к редукторам забойных двигателей. Редуктор забойного двигателя содержит корпус, ведущий и ведомый валы с центральным каналом, опорные узлы валов, редуцирующий узел, поршневой компенсатор, торцевые сальники и переводники. Корпус выполнен с наружными продольными пазами, в которые помещены токопроводящие жилы, и окружен составным защитным кожухом, образованным обечайкой и пластинами соответственно в верхней и нижней частях корпуса. В переводниках выполнены осевые отверстия, через которые выведены концы токопроводящих жил. Обеспечивается расширение функциональных возможностей редуктора в составе электробура и улучшение качества бурения скважин. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Редуктор забойного двигателя, содержащий маслонаполненный корпус с отверстием и обратным клапаном, ведущий и ведомый валы с центральным каналом, опорные узлы валов, редуцирующий узел, поршневой компенсатор, торцевые сальники и переводники, отличающийся тем, что корпус выполнен с наружными продольными пазами, в которых размещены токопроводящие жилы, и окружен составным защитным кожухом, при этом в переводниках выполнены осевые отверстия, через которые выведены концы токопроводящих жил.

2. Редуктор забойного двигателя по п. 1, отличающийся тем, что составной защитный кожух, перекрывающий продольные пазы, образован обечайкой в верхней части корпуса и пластинами в его нижней части.