Забойный винтовой двигатель Советский патент 1992 года по МПК E21B4/02 

Изобретение относится к забойным двигателям героторного типа и может быть использовано для бурения скважин для добычи нефти.

Известен забойный винтовой двигатель, содержащий одну или несколько двигательных секций, включающих корпус со статором, выполненным в виде привулкани- зированной к корпусу резиновой обкладки, и ротор, расположенный внутри статора, имеющие соответственно внутренние и наружные винтовые зубья, находящиеся в постоянном контакте, причем число зубьев статора на единицу превышает число зубьев ротора, опорную секцию, включающую корпус, выходной вал с осевыми и радиальными опорами, один или несколько узлов соединения корпусов секций.

Недостатком двигателя является то, что в данной схеме для обеспечения работоспособности двигателя, гибкая труба должна иметь достаточно большую длину, затрудняющую бурение участков набора кривизны горизонтальных скважин.

Целью изобретения является повышение эффективности бурения горизонтальных скважин, упрощение конструкции и уменьшение длины двигателя, повышение надежности работы двигателя,

- Для этого винтовой забойный двигатель, содержащий одну или несколько двигательных секций, включающих корпус со статором, выполненным в виде привулкани- зированной к корпусу резиновой обкладки, и ротор, расположенный внутри статора, имеющие соответственно внутренние и наружные аинтовые зубья, находящиеся в постоянном контакте, причем число зубьев статора на единицу превышает число зубьев ротора, опорную секцию, включающую корXI

00

Ј

О

Сл

пус, выходной вал с осевыми и радиальными опорами, один или несколько узлов соединения корпусов секций, снабжен кольцевым эластичным уплотнительным элементом, а узлы соединения корпусов секций выполне- ны в виде торцевых зубьев, ширина вершин которых по окружности корпуса больше ширины основания и расположены между корпусами опорной и двигательной секций и(или). между кЬрНусамй двигательных сек- ций, причем эластичный уплотнительный элемент размещен в интервале зубчатого соединения корпусов и имеет высоту не менее высоты зубчатого соединения корпусов, кроме того, эластичный уплотнительный элемент выполнен за одно со статором и армирован упругим элементом.

На фиг. 1 изображен продольный разрез забойного винтового двигателя; на фиг. 2 и фиг. 3 - варианты выполнения уплотни- тепьного элемента; на фиг. 4 - вариант размещения узла соединения частей корпуса.

Двигатель содержит одну или несколько двигательных секций, включающих ротор 1, размещенный внутри статора 2, выпол- ненного в виде привулканизированной к корпусу 3 резиновой обкладки. Ротор 1 и статор 2 имеют соответственно наружные и внутренние винтовые зубья, находящиеся в постоянном контакте. Число зубьев статора 2 на единицу превышает число зубьев ротора 1. Опорная секция содержит радиальные и осевые опоры 4 и выходной вал 5, установленные в корпусе. Роторы 1 соединены между собой или с выходным валом 5 двухшарнирным соединением 6. Узлы соединения корпусов секций двигателя выполнены в виде торцевых зубьев 7, ширина вершин которых по окружности корпуса больше ширины основания. Величина зазо- ра выбирается таким образом, чтобы зубья не могли выйти из зацепления.

Такое соединение частей корпуса и их постоянная кинематическая связь позволяют передавать осевую нагрузку - сжимаю- щую и растягивающую, крутящий момент, а также позволяют перекашивать оси частей корпуса на угол до 10°. Величина угла перекоса определяется величиной зазора между зубьями и формой зуба.

На фиг. 1 показаны зубья наиболее простой трапециевидной формы, но форма зубьев может быть и другой, например, овальной. Единственное ограничение, накладываемое на форму зуба, - ширина зуба должна быть больше ширины основания.

Соединение частей корпуса может быть расположено в интервале соединения рабочих органов и опорного узла, как показано на фиг. 1, так и в интервале узла соединения

рабочих органов (фиг. 3), когда рабочие органы выполнены секционными.

В интервале зубчатого соединения корпусов размещены кольцевые эластичные уп- лотнительные элементы 8. препятствующие утечке рабочей жидкости в затрубное пространство. Элементы 8 должны иметь высоту не менее высоты зубчатого соединения корпусов. Из конструктивных соображений, этот элемент 8 удобно выполнить за одно с резиновой обкладкой статора, как показано на фиг. 1. Возможно выполнение этого элемента 8 отдельно от обкладки статора, как показано на фиг. 3.

С целью повышения надежности работы двигателя, при больших углах перекоса, для предотвращения выдавливания эластичного уплотнения ,в зазор между зубьями, эластичное уплотнение может быть армировано упругим элементом 9 (фиг. 2).

Работа двигателя осуществляется следующим образом. Рабочая жидкость под давлением поступает в каналы между ротором 1 и статором 2 и приводит во вращение ротор, через шарнирное соединение 6 вращение с ротора передается на выходной вал 5 и далее на долото. Рабочая жидкость, пройдя через рабочие органы, попадает во внутренний канал выходного вала 5 и далее на забой скважины.

При бурении участков набора кривизны горизонтальных скважин двигатель спускается в скважину и с помощью клина или других отклоняющих устройств, производится набор кривизны. За счет перекоса осей частей корпуса в зоне зубьев и за счет малой длины этих частей производится интенсивный набор кривизны с радиусом 10- 20 м, Столь малые радиусы искривленных участков позволяют забуривать горизонтальные стволы из эксплуатационных колонн существующих скважин непосредственно в зоне продуктивного пласта.

Использование изобретения повысит технико-экономические показатели бурения горизонтальных скважин и в целом повысит нефтеотдачу эксплуатируемых месторождений.

Формула изобретения

1. Забойный винтовой двигатель, содержащий одну или несколько двигательных секций, включающих корпус со статором, выполненным в виде привулканизированной к корпусу резиновой обкладки, и ротор, расположенный внутри статора, имеющие соответственно внутренние и наружные винтовые зубья, находящиеся в постоянном контакте, причем число зубьев статора на единицу превышает число зубьев ротора, опорную секцию, включающую корпус, выходной вал с осевыми и радиальными опорами, один или несколько узлов соединения корпусов секций, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности бурения горизонтальных скважин, он снабжен кольцевым эластичным уплотни- тельным элементом, а узлы соединения корпусов секций выполнены в виде торцевых зубьев, ширина вершин которых по окружности корпуса больше ширины основания, и расположены между корпусами опорной и двигательной секций и(или) между корпусами двигательных секций, причем эластич

ный уплотнительный элемент размещен в интервале зубчатого соединения корпусов и имеет высоту не менее высоты зубчатого соединения корпусов.

2.Двигатель по п. 1, отличающий- с я тем, что, с целью упрощения конструкции и уменьшения длины двигателя, эластичный уплотнительный элемент выполнен за одно со статором,

3.Двигатель по п. 1, отличающий- с я тем, что, с целью повышения надежности работы двигателя, эластичный элемент армирован упругим элементом.

Использование: бурение скважин на нефть и газ. Сущность изобретения: двигатель содержит одну или несколько двигательных секций, опорную секцию и узлы соединения секций, Каждая двигательная секция содержит корпус со статором и размещенный внутри ротор, имеющие соответственно внутренние и наружные винтовые зубья. Узел соединения секций выполнен в виде торцевых зубьев. Ширина вершин зубьев больше ширины основания. Узел расположен между корпусами опорной и двигательной секций и(или) между корпусами двигательных секций. В интервале зубчатого соединения корпусов установлен эластичный уплотнительный элемент. Ширина уплотнительного элемента не менее высоты зубчатого соединения корпусов. Эластичный уплотнительный элемент может быть выполнен за одно со статором и армирован упругим элементом. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Шиг2

8

ФИГ 3

Фиеб