Забойный винтовой двигатель Советский патент 1990 года по МПК E21B4/02 

Изобретение относится к забойным объемным гидродвигателям и может быть использовано для бурения нефтяных и газовых скважин.

Целью изобретения является повышение надежности двигателя за счет поддержания постоянного крутящего момента при износе винтовых поверхностей рабочих органов.

На фиг. 1 изображен двигатель с насадком на поршне, продольный разрез; на фиг. 2 - двигатель с выступом на стержне.

Забойный винтовой двигатель содержит шпиндель 1, двигательную секцию и узел соединения 2. Двигательная секция включает рабочие органы - обре- зиненный статор 3 и ротор , в сквозном канале которого закреплен корпус 5, имеющий на внутренней цилиндрической поверхности кольцевой выступ 6.

В корпусе 5 на частях упругого элемента 7,8 одинаковой жесткости установлен затвор в виде поршня 9 в цилиндрической расточке которого размещена втулка 10 насадка. С помощью крестовин 11 и 12 в корпусе 5 закреплен стержень 13. Кольцеобразные выступы поршня 9 и корпуса 5 образуют камеры 1 и 15, соединенные щелевым каналом 16. Для защиты от загрязнений камер поршня могут быть установлены упругие элементы 17 и 18.

Лвигатель, изображенный на фиг.1, содержит стержень 13 конусообразной формы. В варианте, изображенном на фиг.2, стержень 13 имеет цилиндрический выступ 19, а втулка 10 имеет омываемую промывочной жидкостью поверхность с переменным сечением, площадь которого увеличивается в обе

СЛ

СП 00

О Јъ

тороны по оси от своего минимального ечения.

Двигатель работает следующим обраом.

После включения насоса промывочная жидкость подводится в камеру А, где разделяется на два потока. Один дет через винтовые поверхности ротора и статора 3, а другой - через насадок, состоящий из втулки 10 и стержня 13. При эгом на кромках насадка , находящегося под действием частей упругого элемента 7 и 8 с взаимно противоположным направлением сил упругости в крайнем верхнем положении, срабатывается перепад давления 4р, одновременно вызывающий вращение ротора 4 двигателя. Части 7 и 8 выбираются равной жесткости, чтобы результирующая сила была постоянной и направленной навстречу движению потока. Гидравлическое усилие от перепада давления направлено по течению жидкости и может быть рассчитано известным способом по формуле

Fr AP fn,

где fn - площадь поршня.

В процессе работы гидравлическое усилие уравновешивается результирующей силой упругого элемента.

Пройдя рабочую пару, указанные потоки перед входом в шпиндель 1

объединяются. Далее промывочная жидкость подводится к долоту (не показано). По мере износа винтовых рабочих поверхностей ротора и статора

3 через них при одном и том же перепаде давления из-за протечек проходит большее количество жидкости. В

связи с этим расход через насадок должен уменьшиться, что приведет к уменьшению гидравлической силы Fr. Поскольку результирующая сила упругого элемента постоянна, то она приводит к перемещению (вверх) поршня. При этом площадь дросселирующей щели насадка уменьшается до тех пор, пока

гидравлическая сила Fr не уравновесится результирующей силой упругого элемента. Поскольку-площадь поршня практически не меняется, а указанная результирующая сила постоянна, то пе5 репад давления на рабочей паре по мере износа при одном и том же расходе оказывается практически постоянным, а значит и развиваемый двигателем рабочий крутящий момент также мало из0 меняется. Так как при износе рабочей пары к ее винтовым поверхностям подводится большее количество жидкости, то тем самым компенсируется падение частоты вращения выходного вала,

5 обусловленное износом ротора и статора. i

Возникающие в процессе бурения кратковременные всплески момента сопротивления приводят к подобным колебаниям перепада давления и могут вызвать соответствующие смещения поршня 9. Чтобы этого не произошло, камеры поршня соединяются щелевым каналом 16, демпфирующим указанные колебания.

5 Поэтому положение в роторе поршня 9 зависит от установившегося значения момента сопротивления, соответствующего определенной осевой нагрузке

Л на долоте. 0

Забойный винтовой двигатель, содержащий двигательную секцию, включающую рабочие органы с винтовыми рабочими поверхностями - статор и ротор, в сквозном осевом канале которого посредством упругого элемента установлен затвор со степенью перекрытия проходного сечения, обратно пропорциональной расходу жидкости, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности двигателя за счет поддержания постоянного крутящего момента при износе винтовых поверхностей рабочих органов, упругий элемент выполнен из двух частей одинаковой жесткости, а затвор установлен с возможностью взаимодействия с частями упругого элемента с взаимно противоположным направлением их сил упругости. 2 ил.

Фиг. 1

Фиг. 2