Забойная гидромашина Советский патент 1993 года по МПК E21B4/02 

Изобретение относится к гидромашиностроению и может быть использовано в качестве забойной гидромашины при бурении скважин на нефть и газ.

Цель изобретения - улучшение работы забойной гидромашины в скважине без изменения конструкции рабочих органов и технологии бурения за счет снижения амплитуды колебаний частоты вращения выходного вала от динамических изменений момента сопротивления на долоте.

На фиг.1 схематично представлен разрез нижней части забойной гидромашины; на фиг.2 - кривые снижения давления.

Забойная гидромашины содержит двигательную секцию (на чертеже не показана), шпиндель 1, внутри которого в опорах за креплен вращающийся вал 2, передающий от двигательной секции вращающий момент к долоту 3. На резьбе выходного вала 2 закреплен дроссель 4. включающий корпуса

верхний 5 и нижний 6. В корпусах, соединяющихся с помощью резьбы, установлена гильза 7, в которой размещены дросселирующие шайбы 8 и сердечник 9, имеющий радиальные выступы 10, нижний конец которого закреплен в направляющей 11, имеющей возможность перемещаться вверх. Кроме того, в гильзе 7 установлена крестовина 12, упираясь в которую пружина 13 вынуждает сердечник 9 смещаться вниз, размыкая дросселирующие шайбы 8 и выступы сердечника 9. Канал 14, камера 15, сверления 16, каналы 17, 18, камеры А и Б, сверления 19 - обозначают путь, по которому движется промывочная жидкость.

Предлагаемая гидромашйна работает следующим образом.

После.включения насоса, расположенного на поверхности, промывочная жидкость (буровой промывочный раствор) по бурильным трубам подводится к двигатель4JЧ) 00

Јь о 4

ной секции гидромашины, состоящей, например, из рабочей пары винтового забойного двигателя. Проходя через рабочую пару, она вызывает вращение ротора, кото-- рый через выходной вал 2 шпинделя 1 заставляет вращаться дроссель 4 и долото 3. После рабочей пары большая часть промывочной жидкости попадает в канал 14 вала 2, а часть - через уплот-нение вала выбрасывается в затрубное пространство. Жидкость из канала 14 (показано стрелками) подводится в камеру 15 дросселя 4 и по сверлениям 16, каналу 17 попадает в камеру А, Отсюда часть промывочной жидкости направляется вниз, к насадкам долота (на чертеже не показано), а часть - вверх, по каналу, образованному сердечником 9, шайбами 8, гильзой 7 и камерой Б через сверления 19 выбрасываются в затрубное пространство.

Насадки в долоте, дроссель и уплотнение вала шпинделя создают потоку промывочной жидкости определенное сопротивление, в результате которого между рабочими органами и насадками, а значите в камере А развивается некоторый перепад давления относительно камеры Б. Под действием этого перепада давления сердечник 9, преодолевая сопротивление пружины 13, поднимается вверх и своими выступами 10 перекроет поток жидкости, двигающейся в камеру Б. Таким образом, в установившемся режиме жидкость из канала 14 практически полностью подводится к долоту.

В случае быстрого возрастания момента сопротивления М на долоте происходит притормаживание выходного вала, т.е. его частота вращения п замедляется. Давление перед рабочими органами Pi возрастает, а давление после них Pi на насадках долота падает, т.к. уменьшается количество жидкости, проходящей через ротор и статор. При снижении момента сопротивления происходит обратное.

Этот процесс смоделирован на ЭВМ и показан для двигателя без дросселя пунктирными .кривыми на фиг.2. Причем следует иметь ввиду, что скорость изменения давления Ра значительно выше скорости изменения давления Pi, т.к. объем магистрали с давлением Ра значительно меньше напорной магистрали с давлением PL

В предлагаемой гидромашине в случае притормаживания выходного вала давление Ра на насадках долота снижается (сплошные кривые на фиг.2) и вызывает открытие канала между камерами А и Б в результате смещения сердечника 9. Из-за этого скорость уменьшения давления Ра увеличивается. Поскольку движущий момент в винтовом двигателе прямо пропорционален перепаду давления

P Pi-Pa, то сразу же после резкого возрастания момента сопротивления динамический движущий момент на рабочих органах предлагаемой гидромашины будет выше,

нежели в гидромашине без дросселя, и она легче преодолевает возникшее сопротивление, т.е. изменение скорости окажется менее заметны. Так при моделировании динамических явлений в серийном винтовом двигателе Д1-195 амплитуда колебаний скорости вращения выходного вала была уменьшена в 3 раза за счет использования дополнительного демпфирования введением рассматриваемого дросселя.

5 Указанные преимущества забойной гидромашины приведут к эффективной отработке долот за счет более стабильной частоты вращения выходного вала двигателя, а также некоторому повышению скорости

0 бурения за счет более высокой средней ско- . рости вращения вала.. .

Техническим преимуществом предложенной гидромашины по сравнению с базовой является снижение в 2-3 раза амплитуды коле5 баний скорости вращения выходного вала.

Общественно-полезное преимущество предложенной гидромашины, по сравнению с базовой, заключается в увеличении на 30% проходки на долото, что приводит к

0 снижению стоимости работы буровой установки и соответственно к снижению стоимости метра проходки в интервале бурения. При использовании двигателя диаметром 195 мм на площадках ПО Сургут-нефтегаз

5 в интервале 2000-3000 м долотами 111- 215.9ГНУ, ориентировочный экономический эффект на один двигатель составит - 500,0

руб.

Окончательный экономический эффект в

0 денежном выражении может быть получен только после проведения промышленных испытаний...... Формул а изобретения Забойная гидромашина, содержащая

5 шпиндель, статор и роторную группу, включающую ротор, узел соединения, выходной вал шпиндели и осуществляющий редуци- рование давления через проходной канал в роторе подпружиненный нормально откры0 тый дроссель, от л и ч а ю ща я с я тем, что, с целью снижения амплитуды колебаний частоты вращения зала гидромашины от динамических изменений момента сопротивления на долоте за счет дополнительного де5 мпфирования, подпружиненный дроссель, обеспечивающий через каналы верхнего, . нижнего корпусов и втулки дросселя гидравлическую связь с затрубным пространством, установлен на выходном валу, при этом в установившемся режиме он закрыт.

- с дросселем;. --- 5ез дросселя,

Риг . 2-

Использование: бурение скважин на нефть и газ. Сущность изобретения: гидромашина состоит из шпинделя, внутри которого закреплен вал, передающий от двигательной секции вращател.ьный момент к долоту. На выходном валу закреплен дроссель, включающий корпуса верхний и нижний. В корпусах установлена гильза, в которой размещены дросселирующие шайбы и сердечник. На сердечнике выполнены радиальные выступы. Нижний конец сердечника закреплен в направляющей, имеющей возможность перемещаться вверх. В гильзе установлена крестовина, упираясь в. которую пружина вынуждает сердечник смещаться вниз, размыкая дросселирующие шайбы и выступы сердечника. Канал, камера, сверления, каналы, камеры сверление обозначают путь, по которому движется промывочная жидкость. 2 ил . .