Патент на изобретение №2283936

(54) ЗАБОЙНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

(57) Реферат:

Изобретение относится к технике сооружения скважин и может быть использовано в отрасли горных работ и нефтегазовой промышленности в качестве забойного двигателя для привода породоразрушающего инструмента и отвинчивания труб, оставленных в скважине. Задачей изобретения является достижение высоких значений крутящего момента, передаваемого на породоразрушающий инструмент, и расширение сферы применения забойного двигателя. Технический результат настоящего изобретения – бесконтактное, беспрепятственное использование реактивного момента ротора для создания и преобразования давления гидравлического удара рабочего агента в возобновляемый крутящий момент корпуса с увеличением длины плеча момента пары сил. Это достигается тем, что в забойном двигателе, содержащем корпус с камерой для нагнетания рабочего агента, установленный в полости корпуса ротор, корпус выполнен из составных частей, снабженных полярными внутренними выступами, размещенными на разных уровнях, камеры для нагнетания рабочего агента выполнены в теле корпуса в виде пары противоположных по окружности сегментов кольцевой канавки, имеющих на одном конце тупиковое дно на диаметральной линии, другими, открытыми концами, выход в полость корпуса через сопряженные с ними полярные внутренние выступы, при этом ротор с внешней стороны снабжен ответными выступами, периодически одновременно подвижно контактирующими с полярными внутренними выступами корпуса, верхняя часть ротора имеет осевое внутреннее пространство, посредством диаметрально парных продольных каналов, переходящих в нижней части в горизонтальные участки с противоположными выходами из ротора через выступы, гидравлически связанное с полостью корпуса, причем горизонтальные участки продольных каналов в поперечной плоскости взаимно ориентированы с камерой для нагнетания рабочего агента либо по часовой стрелке, либо против часовой стрелки и выполнены с возможностью периодического совпадения с открытыми концами камеры для нагнетания рабочего агента. 2 ил.

Изобретение относится к технике сооружения скважин и может быть использовано в отрасли горных работ и нефтегазовой промышленности в качестве забойного двигателя для привода породоразрушающего инструмента и отвинчивания труб, оставленных в скважине.

Известен турбобур, содержащий корпус, систему роторов на валу и подпружиненные распорные втулки, подвижно контактирующие с ротором. Патент РФ №2135729, кл. Е 21 В 4/02, 1999.

Недостатком известного турбобура является сложность конструкции, а также наличие трения между ротором и распорной втулкой из-за пружинной связи, что снижает значения крутящего момента ротора.

За прототип принят забойный двигатель, включающий корпус с камерой для нагнетания рабочего агента, в полости корпуса размещен ротор. Патент РФ №2155851, кл. Е 21 В 4/02, 2000.

Известная конструкция забойного двигателя не обеспечивает достижения высоких значений крутящего момента из-за препятствий вращению ротора, малого плеча момента пары сил, а также имеет ограниченную сферу применения в качестве силового привода.

Задачей изобретения является достижение высоких значений крутящего момента, передаваемого на породоразрушающий инструмент, и расширение сферы применения забойного двигателя.

Технический результат настоящего изобретения – бесконтактное, беспрепятственное использование реактивного момента ротора для создания и преобразования давления гидравлического удара рабочего агента в возобновляемый крутящий момент корпуса с увеличением длины плеча момента пары сил.

Это достигается тем, что в забойном двигателе, содержащем корпус с камерой для нагнетания рабочего агента, установленный в полости корпуса ротор, согласно изобретению корпус выполнен из составных частей, снабженных полярными внутренними выступами, размещенными на разных уровнях, камеры для нагнетания рабочего агента выполнены в теле корпуса в виде пары противоположных по окружности сегментов кольцевой канавки, имеющих на одном конце тупиковое дно на диаметральной линии, другими, открытыми концами, выход в полость корпуса через сопряженные с ними полярные внутренние выступы, при этом ротор с внешней стороны снабжен ответными выступами, периодически одновременно подвижно контактирующими с полярными внутренними выступами корпуса, верхняя часть ротора имеет осевое внутреннее пространство, посредством диаметрально парных продольных каналов, переходящих в нижней части в горизонтальные участки с противоположными выходами из ротора через выступы, гидравлически связанное с полостью корпуса, причем горизонтальные участки продольных каналов в поперечной плоскости взаимно ориентированы с камерой для нагнетания рабочего агента либо по часовой стрелке, либо против часовой стрелки и выполнены с возможностью периодического совпадения с открытыми концами камеры для нагнетания рабочего агента.

Отличительные признаки изобретения обеспечивают бесконтактное, беспрепятственное использование реактивного момента ротора для создания и преобразования давления гидравлического удара рабочего агента в возобновляемый крутящий момент корпуса с увеличением длины плеча момента пары сил, что усиливает крутящий момент корпуса в качестве силового привода.

Кроме того, реактивный момент рабочего агента, протекающего через диаметрально парные продольные каналы, переходящие в нижней части в горизонтальные участки с противоположными выходами из ротора через выступы, создает высокооборотное вращение ротора, вследствие чего повышается периодичность совпадения выходов горизонтальных участков продольных каналов с открытыми концами камеры для нагнетания рабочего агента, в силу чего увеличивается частота приложения гидравлических ударных нагрузок в тупиковое дно на диаметральной линии, что способствует достижению высоких значений крутящего момента корпуса.

При взаимном ориентировании в поперечной плоскости горизонтальных участков продольных каналов и камеры для нагнетания рабочего агента по часовой стрелке забойный двигатель используется как силовой привод для породоразрушающего инструмента, против часовой стрелки – в качестве устройства для отвинчивания труб в скважине, что расширяет сферу его применения.

На фиг.1 изображен общий вид забойного двигателя, на фиг.2 – разрез по А-А на фиг.1.

Забойный двигатель содержит корпус 1 выполненный из составных частей, скрепленных между собой через пазы 2 штифтами 3. Корпус 1 имеет полярные внутренние выступы 4, размещенные на разных уровнях, в теле корпуса 1 выполнены камеры 5 для нагнетания рабочего агента в виде пары противоположных по окружности сегментов кольцевой канавки, имеющих с одной стороны тупиковое дно 6, с другой стороны открытыми концами 7 выход в полость 8 корпуса 1 через полярные внутренние выступы 4. В верхней части корпус 1 соединен подшипниковым узлом 9 с ротором 10, установленным в полости 8 корпуса 1. В нижней части корпус 1 и ротор 10 отцентрированы стабилизатором 11 и упорным подшипником 12. Ротор 10 с внешней стороны снабжен ответными выступами 13, периодически подвижно контактирующими с полярными внутренними выступами 4 корпуса 1. Ротор 10 через радиальный подшипник 14 соединен с переходником 15, жестко соединенным с бурильной колонной (не показано), при этом верхняя часть ротора 10 имеет осевое внутреннее пространство 16, через диаметрально парные продольные каналы 17 с горизонтальными участками 18, противоположно выходящие из ротора 10 через ответные выступы 13, гидравлически связанное с полостью 8 корпуса 1, при этом горизонтальные участки 18 продольных каналов 17 в поперечной плоскости взаимно ориентированы с камерой 5 для нагнетания рабочего агента либо по часовой стрелке, либо против часовой стрелки и выполнены с возможностью периодического совпадения с открытыми концами 7 камеры 5 для нагнетания рабочего агента. В нижней части корпуса 1 размещено отверстие 19 для прохода рабочего агента в центральный канал 20.

Забойный двигатель работает следующим образом.

При подаче рабочий агент через переходник 15 поступает в осевое внутреннее пространство 16 ротора 10. Далее рабочий агент через диаметрально парные продольные каналы 17 с горизонтальными участками 18 протекает в полость 8 корпуса 1. При использовании забойного двигателя как привода для породоразрушающего инструмента горизонтальные участки 18 и камеры 5 для нагнетания рабочего агента взаимно ориентированы в поперечной плоскости по часовой стрелке и под действием реактивного момента рабочего агента ротор 10 на радиальном подшипнике 14 и упорном подшипнике 12 начинает вращаться против часовой стрелки. В какой-то момент времени полярные внутренние выступы 4 корпуса 1 и внешние ответные выступы 13 ротора 10, размещенные на разных уровнях, подвижно контактируют, при этом совпадают открытые концы 7 камеры 5 для нагнетания рабочего агента и выходы горизонтальных участков 18 продольных каналов 17, потоки рабочего агента, остановленные тупиковым дном 6 камеры 5 для нагнетания рабочего агента, за счет своей инерции окажут повышенное давление на тупиковое дно 6. Повышенное давление рабочего агента через плечо момента пары сил преобразуется в крутящий момент, приводящий во вращение по часовой стрелке корпус 1, выполненный из составных частей, скрепленных между собой через пазы 2 штифтами 3. Корпус 1, отцентрированный стабилизатором 11, вращается на подшипниковом узле 9 и упорном подшипнике 12. При этом выходы горизонтальных участков 18 продольных каналов 17 и открытые концы 7 камеры 5 для нагнетания рабочего агента размыкаются, рабочий агент через полость 8 корпуса 1 и отверстие 19, далее в центральный канал 20 поступает в скважину.

При очередном совпадении выходов горизонтальных участков 18, продольных каналов 17 и открытых концов 7 камеры 5 для нагнетания рабочего агента процесс повторяется.

В случае необходимости использования забойного двигателя в качестве устройства для отвинчивания труб в скважине горизонтальные участки 18 продольных каналов 17 в поперечной плоскости взаимно ориентированы с камерой 5 для нагнетания рабочего агента против часовой стрелки и под действием реактивного момента рабочего агента ротор 10 на радиальном подшипнике 14 и упорном подшипнике 12 вращается по часовой стрелке, а корпус 1 за счет крутящего момента, обусловленного повышенным давлением гидравлического удара рабочего агента, приложенного в тупиковое дно 6, на подшипниковом узле 9 и упорном подшипнике 12, вращается против часовой стрелки, отвинчивая трубу в скважине.

Таким образом, предлагаемым техническим решением создается забойный двигатель с высокими значениями крутящего момента и расширенной сферой применения.

Формула изобретения

Забойный двигатель, содержащий корпус с камерой для нагнетания рабочего агента, установленный в полости корпуса ротор, отличающийся тем, что корпус выполнен из составных частей, снабженных полярными внутренними выступами, размещенными на разных уровнях, камеры для нагнетания рабочего агента выполнены в теле корпуса в виде пары противоположных по окружности сегментов кольцевой канавки, имеющих на одном конце тупиковое дно на диаметральной линии, другими, открытыми, концами выход в полость корпуса через сопряженные с ними полярные внутренние выступы, при этом ротор с внешней стороны снабжен ответными выступами, периодически одновременно подвижно контактирующими с полярными внутренними выступами корпуса, верхняя часть ротора имеет осевое внутреннее пространство, посредством диаметрально парных продольных каналов, переходящих в нижней части в горизонтальные участки с противоположными выходами из ротора через выступы и гидравлически связанное с полостью корпуса, причем горизонтальные участки продольных каналов в поперечной плоскости взаимно ориентированы с камерой для нагнетания рабочего агента либо по часовой стрелке, либо против часовой стрелки и выполнены с возможностью периодического совпадения с открытыми концами камеры для нагнетания рабочего агента.

РИСУНКИ