Героторный модуль забойного двигателя Советский патент 1992 года по МПК E21B4/02 

Изобретение относится к устройствам для бурения нефтяных и газовых скважин, в частности к забойным двигателям.

Известен забойный винтовой двигатель, включающий винтовую пару, цельный ротор и карданную передачу.

Недостатками его являются значительная деформация резиновой обкладки статора, обусловленная большой неуравновешенной массой ротора, что вызывает снижение его стойкости, а также малая надежность карданной передачи в условиях работы в абразивной среде. Замена карданной передачи на гибкую торсионную приводит к значительному увеличению осевых габаритов двигателя и среди других, связанных с этим, недостатков - к нерациональному расходованию дефицитного трубного проката.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является забойный винтовой двигатель, включающий винтовую пару, содержащую статор и полый ротор с уступом на внутренней цилиндрической поверхности, полумуфту, связанную резьбой с ротором, торсион с выполненным на верхнем его конце диаметральным выступом с конической поверхностью. Момент силы, возникающий в винтовой паре этого двигателя, передается с ротора на торсион через резьбовое соединение ротора с полумуфтой и далее по взаимодействующим коническим поверхностям с полумуфты на диаметральный выступ торсиона.

Недостатками этого двигателя являются: ненадежность работы резьбового соединения полумуфты с ротором, приводящая к отсоединению последнего и аварии двига 4

fe

О О О

теля, обусловленная возможностью возникновения на соединении разнонаправленных моментов силы в случае секционирования двигателя, а также в случае использования винтовой пары в качестве регулирующего устройства турбобура; ненадежность работы конусного соединения торсиона и полумуфты, приводящая к отсоединению от торсиона и всплыванию ротора с полумуфтой при использовании двигателя в качестве регулирующего устройства турбобура, а также при спуске двигателя в скважину. В дальнейшем при работе может быть нарушено гидравлическое разобщение по взаимодействующим конусным поверхностям полумуфты и торсиона и, как следствие, возникновение протечки рабочей жидкости через полость ротора, минуя рабочие органы.

Недостатком также является жесткая привязка в осевом направлении положения верхнего конца торсиона относительно ротора, а следовательно.ротора относительно статора. Особенно этот недостаток проявляется при использовании винтового двигателя в качестве регулирующего-устройства турбобура. Невозможность изменения взаимного осевого положения ротора и статора лишает возможности корректировать таким способом характеристику этого устройства и турбобура в целом.

Цель изобретения - повышение надежности работы модуля за счет предотвращения разъединения полумуфты с ротором при секционировании двигателя, предотвращение разъединения торсиона с ротором и исключение протечки жидкости между ними и улучшение эксплуатационной характеристики модуля за счет обеспечения корректировки взаимного осевого положения ротора и статора.

Указанная цель достигается тем, что ге- роторный модуль забойного двигателя, включающий винтовую пару, содержащую статор и полый ротор с уступом на внутренней цилиндрической поверхности, полумуфты, связанную резьбой с ротором, торсион с выполненным на верхнем его конце диа- метральным выступом с конической поверхностью, снабжен по крайней мере одной распорной втулкой с наружной цилиндрической и внутренней конической поверхностями, размещенной внутри полого ротора между уступом на внутренней цилиндрической поверхности ротора и нажимным торцом полумуфты и установленной с возможностью взаимодействия с торсио- ном по конической поверхности, а с ротором - по цилиндрической поверхности, а также снабжен дистанционным кольцом, установленным между торцом распорной втулки и уступом на внутренней поверхности ротора. При этом в распорной втулке с обоих торцов выполнены продольные прорези, взаимное перекрывающиеся в осевом направлении.

На фиг. 1 изображен героторный модуль забойного двигателя, общий вид; продольный разрез; на фиг, 2 и 3 - варианты закреп0 ления торсионэ в роторе; на фиг. А - распорная втулка в трех проекциях.

Модуль состоит из винтовой пары, включающей статор 1 и ротор 2 и с уступом 3 на внутренней цилиндрической поверхно5 сти, полумуфты 4, закрепленной в роторе на резьбе 5 и взаимодействующей своим нажимным торцом 6 с торсионом 7, на диамет- ральном выступе 8 с конической поверхностью которого установлена рас0 порная втулка 9 с наружной цилиндрической и внутренней конической поверхностями, контактирующая с выступом 8 по конусной поверхности, а с ротором - по цилиндрической поверхности и опира5 ющаяся на уступ 3 ротора. Между распорной втулкой и уступом может быть установлено дистанционное кольцо 10, установленное между торцом распорной втулки 9 с уступом 3 на внутренней поверхности

0 ротора 2.

По другому варианту торсион крепится с помощью двух распорных втулок. Распорная втулка 9 выполняется с обоих ее торцов с взаимно перекрывающимися в осевом на5 правлении продольными прорезями 11.

Устройство работает следующим образом.

При сборке героторного модуля (фиг. 1) в цилиндрическую расточку ротора 2 вво0 дится распорная втулка 9 до упора в уступ 3 расточки. На конусную поверхность распорной втулки своей ответной конусной поверхностью на верхнем диаметральном выступе 8 садится торсион 7 и с помощью

5 полумуфты 4, взаимодействующей нажим. ным торцом 6 с торсионом при креплении

резьбового соединения 5, происходит за:

клиниваниа распорной втулки 9 в зазоре

между ротором и торсионом.

0 В работе момент силы, возникающий в винтовой паре героторного модуля, исполь- зуемого-как односекционный двигатель или винтовой регулятор турбобура, передается с ротора 2 на торсион 7 или обратно через

5 распорную втулку 9, минуя резьбовое соединение 5, что предотвращает разъединение полумуфты 4 с ротором 2 и протечку жидкости между ними.

При использовании секционного винтового двигателя имеет место несоответствие

моментных характеристик отдельных двигательных секций, что вызывает противодействие вращению.

В предлагаемом устройстве достаточно применить в качестве верхней секции более быстроходную винтовую пару и будет исключен отворот полумуфты 4 от ротора 2.

При работе винтовой пары в насосом режиме, а также при спуске инструмента в скважину, т.е. когда возникает подъемная сила, действующая на ротор, в предлагаемом устройстве не происходит отстыковки ротора 2 от торсиона 7 и его всплывание благодаря взаимодействующим между собой по коническим поверхностям торсиона и распорной втулки, ,зажатых между уступом 3 ротора и нажимным торцом 6 полумуфты.

Кроме того, возможность крепления верхнего хвостовика торсиона к ротору в любой точке его внутренней цилиндрической поверхности с помощью распорной втулки и дистанционного кольца 10 позволяет производить оперативную (в условиях турбинного цеха) корректировку характеристики героторного модуля-регулятора в соответствии с требованиями режима бурения, путем введения в зацепление со статором 1 требуемой длины ротора 2 при прочих постоянных значениях конструктивных параметров.

Важное значение имеет также выполнение распорных втулок 9 с продольными прорезями 11 с обоих торцов, взаимно перекрывающихся в осевом направлении (фиг. 3). Такое решение кроме надежного крепления торсиона в роторе позволяет обеспечить полную ликвидацию проточек рабочей жидкости, минующих рабочие органы, а также снимает эту функцию с резьбового соединения 5, что очевидно повышает надежность последнего.

Устройство позволяет повысить технико-экономические показатели как турбинного бурения с использованием

низкооборотных долот с герметизированными маслонаполненными опорами, так и бурения винтовычми забойными двигателями за счет улучшения энергетической харак- теристики, ее стабильности во времени, повышения надежности забойного двигателя и его монтажных качеств.

Формула изобретения

1. Героторный модуль забойного двигателя, включающий винтовую пару, содержащую статор и полый ротор с уступом на внутренней цилиндрической поверхности, полумуфту, связанную резьбой с ротором,

торсион с выполненным на верхнем его конце диаметральным выступом с конической поверхностью, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы модуля за счет предотвращения разъединения полумуфты с ротором при секциониро- вании двигателя, предотвращения разъединения торсиона с ротором и исключения протечки жидкости между ними, он снабжен по крайней мере одной распорной

втулкой с наружной цилиндрической и внутренней конической поверхностями, размещенной внутри полого ротора между уступом на внутренней цилиндрической поверхности ротора и нажимным торцом полумуфты и установленной с возможностью взаимодействия с торсионом по конической поверхности, а с ротором - по цилиндрической поверхности.

2.Модуль по п. 1,отличающийся тем, что, с целью улучшения эксплуатационной характеристики модуля за счет обеспечения корректировки взаимного осевого положения ротора и статора, он снабжен дистанционным кольцом, установленным

между торцом распорной втулки и уступом на внутренней поверхности ротора.

3.Модуль по п. 1,отличающийся тем, что в распорной втулке с обоих торцов выполнены продольные прорези, взаимно

перекрывающиеся в осевом направлении.

I

Cw

о

. /

-Сь О

§

Использование: бурение нефтяных и газовых скважин забойными двигателями. Сущность изобертения: героторный модуль забойного двигателя содержит винтовую пару из статора и полого ротора с уступом на внутренней цилиндрической поверхности, полумуфту, связанную резьбой с ротором, и торсион. На верхнем конце торсиона выполнен диаметральный выступ с конической поверхностью. Между уступом ротора и полумуфтой размещена распорная втулка. Наружная поверхность втулки цилиндрическая, внутренняя - коническая. Между уступом ротора и распорной втулкой установлено дистанционное кольцо. В распорной втулке с обоих торцов выполнены продольные прорези. Прорези в осевом направлении перекрывают друг друга. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

//

риг. 4

Составитель В. Будянский Редактор М. Кобылянская Техред М.МоргенталКорректор С. Черни

Заказ 2060ТиражПодписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035. Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5