Стенд для исследования характеристик забойных двигателей Советский патент 1984 года по МПК E21B4/00 

оо

СХ)

i11 Изобретение относится к технике ис пытания двигателей, а именно забойных двигателей, применяемых в бу- i рении нефтяных и газовых скважин. Известен стенд для испытания забой ных двигателей, включающий регистрирующую аппаратуру, механизмы осевого нагружения с тормозным моментом, выполненные в едином узле-поршне с фрикционом Этот стенд позволяет испытывать забойные двигатели только в режиме постоянной осевой нагрузки и, кроме TOrOj, при монтаже его располагают в испытательной камере заглубленной в грунт, что не позволяет использовать его на действующей буровой. Наиболее близким к изобретению является стенд для исследования характеристик забойных двигателей, содержащий захват для крепления корпуса двигателя,, кинематически связанные с валом тормоз для создания моментной нагрузки и нагрузочный узелэ имеющий гидроцилиндр со шток-поршнек для передачи осевого усилия на ишин,цель забойного двигателя j. Известный стенд позволяет испытывать забойные двигатели только на режиме постоянной осевой нагрузки, передаваемой на вал двигателя с помощью гидр о цилиндр с поршнем, размещен НЬ1М коаксиально на валу двигателЯэТ.,е функциональные возможности стенда ограничены. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей стенда. Поставленная цель достигается тем что в стенде для исследования характеристик забойных двигателей, содержащем захват для крепления корпуса двигaтeляJ кинематически связанные с ва.пом тормоз для создания моментной нагрузки и нагрузочньм узеЛ; имеющий гидроцилиндр со шток-поршнем передачи осевого усилия на шпиндель за бойного двигателя, нагрузочный узел снабжен дополнительным шток-поршнем, кинематически связанньгм с основным шток-поршнемд причем полость между шток-поршнем сообщена с напорным тру бопроводом с ретулируемымпульскругощьгд.авлением, а полость под дополнит ель ным шток-поршнем сообщена с напорньв- трубопроводои с регулируемымпостоян-: ным давлением. На.фиг. 1 изображена общая схема стенда; на фиг, 2 - разрез А-А на 72 фиг. Ij на фиг, 3 - один из вариантов гидравлической схемы обеспечиваюи ей работу нагрузочного узла з pe;:oiме переменной осевой, нагрузки. Стенд состоит из нагрузочного узла 15 содержащего гидроцилиндр 2 со аггок-поршнями 3 и 4, к полости между которыми подсоединен напорный трубопровод 5 с пульсирующим давлением, а к полости под шток-поршнем 4 - напорный трубопровод б с ПОСТОЯННЫ -) давлением. Напорные трубопроводы нагрузочного узла присоединены к напорным по лостям тормоза 7 для создания моментной нагрузтШ; состоящего из гидродвигателей 8, которые расположены по окр гжности соосно оси центрального колеса -шестеренчатого редуктора 9. При использовании стенда в качестве стационарного для снятия полных характеристик забойных двигателей напорный трубопровод 6 постоянного давления может быть присоединен к автономному насосу. Редуктор 9 кинематически свя.зан со ступенчатым валом 10 профиль-1 яого (например, квадратного) сечения, имеющего возможность осевого перемещения внутри центрального колеса. Ступенчатый вал 10 через упорный подшипник 11 опирается на кольцевой выступ шток-поршня 3. К этот же выступ упирается нижний шток-поршень 4. Корпус тормоза 7 жестко связан с кор(тусом нагрузочного узла 1 . На нижнем конце ступенчатого вала 10 гстановлека муфта 12 свободного хода, наружная обойма которой соединена с. узлом 13 для принудительного запуска забойного двигател. В частном узел 13 представляет собой квадрат, который может вставляться в квадратное отверстие ротора., На верхней части ступенчатого вала 10 установлен пареводник 14 для сое,цинения вала со жаягаделем 15 исследуемого забойного двигателя, корпус которого крепится раздвижным захватом 16, закрепленным на горизонтальной площадке 17, жестко, связанной с корпусом тормоза 7 при йомош 5 вертикальных стоек 18, На линии напорного трубопровода 5 с пульсирующим давлением усгаЕовлены предохранительный клапан 19 и клапан-пульсатор 20. На лнййи напорного трубопровода 6 с постоянньгм давлением установлен предохранительный клапан 21, Для прозедения исследований забойны двигатель включают в с стему циркуляции с помощью бурового шла га 22. При работе стенда в буровых усло виях для оценки работоспособности за бойного двигателя в условиях, соответствующих режимной карте бурения, стенд устанавливают на роторньм стол так, чтобы узел 13 для принудительно го запуска двигателя размещался в ; квадратном отверстии ствола ротора. Затем турбобур с предварительно навернутым на его шпиндель переводником 14 вводят через раздвижной захват 16 так, чтобы верхняя квадратная часть вала 10 вошла в квадратное отверстие переводника 14,и корпус двигателя зажимается захватом 16. Для обеспечения устойчивости системы забойньш двигатель - стенд верхнюю часть турбобура закрепляют быстроразъемными направляющими, установлен ными на площадке верхового рабочего (не показано). С помощью бурового шпанга 22 исследуемый двигатель вклю чают в систему циркуляции. Если двигатель не запускается от потока жидкости, тйего принудительно вращают ротором при помощи узла 13 до тех пор, пока частота вращения двигателя не превысит частоту вращения ротора Кинематически связанный с валом 10 редуктор 9 приводит в действие гидро двигатели 8, суммарная мощность коаорых подбирается из условия мощност затрачиваемой двигателем на трение пор Од ор а зру тающего инструмента о сте ки скважины. С помощью нагрузочного узла I двигатель нагружают регулируемой пульсирующей нагрузкой. Это достигается тем, что в полости под нижним штокпоршнем 4 регулировкой предохранительного клапана 21 создают постоянное регулируемое давление, соответст вующее минимальной осевой/нагрузке на шпиндель исследуемого двигателя, а в полости между шток-поршнями 3 и 4 регулировкой предохранительного клапана 19 и клапана-пульсатора 20 создается пульсирующее регулируемое давление с периодом пульсации от нуля до давления, соответствующего сумме максимальной и минимальной осевых нагрузок на шпиндель. Вьшолнение нагрузочного узла в виде гидроцилиндра с двумя шток-поршнями позволяет, создавая регулируемое пульсирующее давление в полости между поршнями и постоянное регулируемое давление под нижним поршнем, имитировать любые условия динамического нагружения забойного двигателя осевой нагрузкой на забое. Это позволяет использовать стенд не только для исследования характеристик забойного двигатепя, но и для исследования влияния динамического нагружепия на работу опор двигателя, герметизирующих устройств и т.д., а также экспериментально определять общий моторесурс каждого типоразмера двигателя в целом. Все это расширяет функциональные возможности предлагаемого стенда по сравнению с известными.Кроме того, жесткая связь всех узлов стенда (захвата, тормозного и нагрузочного), а также выполнение захвата в виде раздвижных губок, жестко закрепленных в плоскости, перпендикулярной.к оси забойного двигателя, резко сокращает время монтажно-демонтажных работ до и после испытаний, что позволяет использовать стенд на буровой для определения работоспособности забойного двигателя непосредственно перед опуском его в скважину в условиях, обусловленных режимной картой бурения.

V

18

8

/77///////////////

Г

1 гв

///////////////

13

Фиг f

СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ЗАБОЙНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ, содержащий захват для крепления корпуса двигателя, кинематически связанные с валом тормоз для создания моментной нагрузки и нагрузочный узел, имеющий . гидроцилиндр со шток-поршнем для передачи осевого усилия на шпиндель забойного двигателя, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей стенда, нагрузочньй узел снабжен дополнительным шток-поршнем, кинематически связанным с основным шток-поршнем, причем полость между шток-поршнем сообщена с напорным трубопроводом с регулируемым пульсирующим давлением, а полость под дополнитешьным пггокi поршнем сообщена с напорным трубопроводом с регулируемым постоянным (Л давлением.