Устройство для бурения с разновращающимися коронками Российский патент 2023 года по МПК E21B4/02 E21B7/00 

Изобретение относится к области инструментов и устройств, использующихся для проводки нефтяных и газовых скважин методом шлангового турбинного бурения, и используется для снятия крутящего момента со шланга.

Ближайшим аналогом заявляемого изобретения является известное устройство для бурения скважин (Устройство для бурения с разновращающимися коронками. /А.М. Пищухин, Г.Ф. Ахмедьянова/ Патент РФ 2781993, опубл. 21.10.2022 Бюл. №30) концентрично расположенными буровыми коронками, вращаемыми в разных направлениях с возможностью согласованного их поворота в осевой плоскости скважины, включающее турбобур, состоящий из статора и двух роторов - наружного и внутреннего, разновращающиеся буровые коронки, дифференциальный и винтовой механизмы и наружные и внутренние зубчатые рейки, зубчатые колеса, сцепленные с зубчатыми частями, выполненными на сторонах коронок, противоположных режущим.

Это устройство содержит значительное количество необходимых и общих с заявляемым устройством конструктивных признаков, однако вследствие двух разнесенных в пространстве осей вращения имеет место рассогласование и нелинейность поворота наружной и внутренней буровых коронок в известном способе, что приводит к неточному разделению площадей разбуривания или даже к заклиниванию устройства.

Целью изобретения является повышение точности и линейности согласованного поворота буровых коронок за счет совмещения осей вращения на дополнительно введенном торе.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для бурения скважины с разновращающимися буровыми коронками, имеющем турбобур, состоящий из статора и двух роторов - наружного и внутреннего, разновращающиеся буровые коронки, дифференциальный и винтовой механизмы дополнительно введен тор, по которому скользят буровые коронки, а сами коронки имеют круговые приливы, разгружающие их при бурении.

На фигуре 1 изображен разрез А-А заявляемого устройства, на фигуре 2 показан разрез Б-Б, на фигуре 3 показан разрез В-В.

На статор турбобура 1 опирается с помощью радиального и упорного подшипников наружный ротор турбобура 2. Внутренний ротор турбобура 3 установлен на оси статора турбобура 1. В статоре турбобура 1 имеются окна 4 и 5 для прохождения промывочной жидкости к лопаточным венцам 6 наружного ротора турбобура 2 и лопаточным венцам 7 внутреннего ротора турбобура 3 и лопаточным венцам 8 статора турбобура 1. В торец наружного ротора турбобура 2 через пазы вводятся на круговых приливах 9 наружные буровые коронки 10 имеющие возможность скользить по тору 24. Внутренний ротор турбобура 3 имеет на торце перо 25 и лепестки 11, на круговых приливах 12 которых также вводятся внутренние буровые коронки 13, имеющие возможность скользить по тору 24. Через наружные зубчатые рейки 14 и наружные зубчатые колеса 15 наружные буровые коронки 10 связаны с тарелкой 16, установленной на статоре турбобура 1 посредством шлицевого соединения - для предотвращения возможности вращения тарелки 16 вокруг оси устройства и обеспечения возможности ее осевого движения. Аналогично через внутренние зубчатые рейки 17, внутренние зубчатые колеса 18 внутренние буровые коронки 13 также связаны с тарелкой 16. Между наружным ротором 2 турбобура и внутренним ротором 3 находится дифференциальный механизм, включающий солнечное колесо 19, выполненное непосредственно на наружном роторе 2 турбобура с внутренней стороны, солнечное колесо 20 на внутреннем роторе турбобура 3 с наружной стороны и два сателлита 21. Каждый из сателлитов 21 состоит из двух конических шестерен для исключения осевого движения относительно роторов турбобура и посажен на радиально-упорный подшипник. Оси 22 сателлитов 21 соединены вместе водилом 23 и связаны с тарелкой 16 через передачу винт-гайка. Для разбуривания центра забоя и предотвращения увода устройства от центра нижняя часть турбобура 3 выполнена в виде режущего пера 25.

Работа устройства происходит следующим образом.

Промывочная жидкость поступает из буровой колонны (бурового шланга) через окна 4 к лопаточным венцам 7 внутреннего ротора турбобура 3 и через окна 5 к лопаточным венцам 6 наружного ротора турбобура 2 под давлением и вращает наружный 2 и внутренний 3 роторы турбобура в противоположном направлении. Лопаточные венцы 8 статора турбобура 1 при этом неподвижны и лишь разворачивают поток промывочной жидкости. При равенстве крутящих моментов на наружном 2 и внутреннем 3 роторах турбобура их вращение (на фигуре 2 направление вращения показано круговыми стрелками) осуществляется с равными линейными скоростями на солнечных колесах 19, 20. При этом оси 22 сателлитов 21 стационарны и не двигаются относительно статора турбобура 1. При возрастании крутящего момента, например, на наружном роторе турбобура 2 из-за более твердой породы угловая скорость его вращения падает. Оси 22 сателлитов 21 приходят в движение по часовой стрелке на фигуре 2 и, за счет соединения винт-гайка между водилом 23 и тарелкой 16, тянут тарелку 16 вверх. Это движение увлекает за собой наружные зубчатые рейки 14 и внутренние зубчатые рейки 17, которые вращают наружные зубчатые колеса 15 и внутренние зубчатые колеса 18, последние в свою очередь поворачивают буровые коронки 10 и 13, скользящие по тору 24, уменьшая кольцевую площадь разбуривания и увеличивая круговую площадь разбуривания до тех пор, пока моменты резания на буровых коронках не уравняются. При этом усилия резания передаются от буровых коронок 10 и 13 через круговые приливы 9 и 12 на роторы 2 и 3, тем самым позволяя круговое скольжение и предотвращая перемещение вдоль оси ротора. Аналогично происходит изменение площадей в случае возрастания момента резания на внутреннем роторе турбобура 3, только движение осей 22 сателлитов 21 вместе с водилом 23, тарелки 16, зубчатых реек 14 и 17, зубчатых колес 15 и 18, и буровых коронок 10 и 13 меняет направление на противоположное.

Изобретение относится к инструментам и устройствам для проводки нефтяных и газовых скважин методом шлангового бурения; предназначено для снятия крутящего момента со шланга. Устройство для бурения скважины включает турбобур, состоящий из статора и двух роторов - наружного и внутреннего по отношению к статору, дифференциальный механизм между наружным и внутренним роторами, разновращающиеся буровые коронки - наружная и внутренняя с приводом от наружного ротора и внутреннего ротора, соответственно. Наружная и внутренняя буровые коронки соединены между собой тором, а с соответствующим каждой из них ротором - через круговые приливы с возможностью поворота и скольжения относительно соединяющего их тора и относительно роторов в зависимости от положения осей сателлитов дифференциального механизма. Обеспечивается повышение точности и линейности угловых перемещений. 3 ил.

Устройство для бурения скважины, включающее турбобур, состоящий из статора и двух роторов - наружного и внутреннего по отношению к статору, дифференциальный механизм между наружным и внутренним роторами, разновращающиеся буровые коронки - наружная и внутренняя с приводом от наружного ротора и внутреннего ротора соответственно, отличающееся тем, что наружная и внутренняя буровые коронки соединены между собой тором, а с соответствующим каждой из них ротором - через круговые приливы с возможностью поворота и скольжения относительно соединяющего их тора и относительно роторов в зависимости от положения осей сателлитов дифференциального механизма.