Патент на изобретение №2304689

(54) ВИНТОВОЙ ЗАБОЙНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

(57) Реферат:

Изобретение относится к буровой технике, а именно к винтовым забойным двигателям для бурения наклонно направленных скважин на участках изменения угла наклона ствола. Винтовой двигатель содержит двигательную секцию, размещенную в корпусе, и шпиндельную секцию, включающую корпус, вал шпинделя, осевую опору, радиальные опоры, верхний переводник, гайку, установленную в нижней части корпуса шпиндельной секции, и регулятор угла, содержащий шарнирный узел. Диаметр корпуса шпиндельной секции превышает диаметр корпуса двигательной секции. Нижняя радиальная опора выполнена из двух частей, расположенных последовательно по оси шпинделя, и установлена в гайке, имеющей ниппельное соединение с корпусом шпиндельной секции. На валу шпинделя установлена предохранительная втулка. Шарнирный узел выполнен в виде плоскостной вращательно-поступательной кинематической пары и содержит вал, пята которого образует в поперечном сечении квадрат и имеет сферическую опорную поверхность, муфту, подпятник со сферической опорной поверхностью, подкладное и упорное кольца, зафиксированные накидной гайкой. Пята размещена в муфте с зазором по периметру. Обеспечивает повышение долговечности винтового забойного двигателя и снижение стоимости его обслуживания. 4 ил.

Изобретение относится к буровой технике, в частности к винтовым забойным двигателям, предназначенным для бурения наклонно направленных скважин на участках изменения угла наклона ствола.

Для наклонно направленного и горизонтального бурения применяют специальные винтовые забойные двигатели, выполняемые в варианте двигателей-отклонителей с установкой между двигательной и шпиндельной секциями кривого переводника. Известна конструкция винтового забойного двигателя производства ОАО НПО «Буровая техника», г.Пермь (Буровое оборудование: Справочник. Т.2. Буровой инструмент. – М., «Недра», 2003, с.149-155). Винтовой забойный двигатель содержит двигательную секцию со статором и ротором и шпиндельную секцию. Передача вращающего момента и осевого усилия от ротора к выходному валу шпиндельной секции осуществляется через шарнирное карданное соединение. Шпиндельная секция оснащена опорно-центрирующими элементами для стабилизации положения в скважине.

Недостатком известной конструкции является то, что для установки другого значения угла требуется отсоединение двигателя от шпинделя для замены кривого переводника. При установке в таком двигателе между шпиндельной и двигательной секциями кривого переводника с большим углом перекоса увеличиваются поперечные усилия в шарнирах карданного вала, что ведет к повышению износа радиальных опор шпиндельной секции и зубьев ротора и статора. Использование опорно-центрирующих.элементов усложняет конструкцию двигателя.

Наиболее близкой является выбранная в качестве прототипа конструкция винтового забойного двигателя ДРУ-172, выпускаемого ООО Фирма «Радиус-Сервис» (ДРУ-172РС.815ПС.Двигатель с регулятором угла. Паспорт. ООО Фирма «Радиус-Сервис»). Двигатель состоит из двигательной и шпиндельной секций, соединенных регулятором угла для придания двигателю необходимого угла искривления. Шпиндельная секция включает корпус, вал шпинделя, осевую опору, выполненную в виде упорно-радиального многорядного шарикоподшипника, радиальные опоры скольжения, верхний переводник для соединения с регулятором угла и гайку, выполненную в виде муфты, установленную в нижней части корпуса шпиндельной секции и выполняющую функцию стабилизатора. Диаметр нижней части шпиндельной секции больше диаметра двигательной секции, а диаметр основной части корпуса шпиндельной секции (за исключением его нижней части) равен диаметру двигательной секции. Гайка выполнена в виде муфты. В конструкции используются твердосплавные радиальные опоры. Передача вращающего момента и осевого усилия от ротора на вал шпинделя осуществляется с помощью расположенного в регуляторе угла шарнирного узла, представляющего собой карданные шариковые шарниры.

Недостатком известной конструкции является быстрый износ осевой опоры. При бурении скважин шарошечными долотами наблюдается осевое биение вала шпинделя относительно его корпуса, в результате разрушаются элементы осевой опоры и выходит из строя вал шпинделя. Наличие стабилизатора (гайки) в нижней части шпиндельной секции не может предотвратить значительный радиальный люфт вала шпинделя и колебания долота в поперечном направлении с большой амплитудой, что отрицательно сказывается на работоспособности опор и самого вала. Нижняя радиальная опора, выполненная в виде пары «металл-металл» с армированием сопряженных поверхностей твердым сплавом, имеет невысокий ресурс, а выкрашивание твердосплавных пластин может привести к заклиниванию вала шпинделя, отвороту его корпуса и поломке одного из шарниров. Шариковые шарниры отличаются высокой трудоемкостью изготовления, а их производство и замена в случае выхода из строя требует значительных материальных затрат.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение долговечности винтового забойного двигателя и снижение стоимости его обслуживания.

Решение поставленной задачи достигнуто тем, что в винтовом забойном двигателе, содержащем двигательную секцию, размещенную в корпусе, шпиндельную секцию, включающую корпус, вал шпинделя, осевую опору, радиальные опоры, верхний переводник, гайку, установленную в нижней части корпуса шпиндельной секции, и регулятор угла, содержащий шарнирный узел, передающий вращающий момент и осевое усилие от двигательной секции на вал шпинделя, диаметр корпуса шпиндельной секции превышает диаметр корпуса двигательной секции, нижняя радиальная опора выполнена из двух частей, расположенных последовательно по оси шпинделя, и установлена в гайке, имеющей ниппельное соединение с корпусом шпиндельной секции, на валу шпинделя установлена предохранительная втулка, а шарнирный узел, размещенный в регуляторе угла, выполнен в виде плоскостной вращательно-поступательной кинематической пары, содержащей вал, пята которого имеет сферическую опорную поверхность и образует в поперечном сечении квадрат, муфту, подпятник со сферической опорной поверхностью, подкладное и упорное кольца, зафиксированные накидной гайкой, причем пята размещена в муфте с зазором по периметру.

На фиг.1 представлен общий вид винтового забойного двигателя, на фиг.2 шарнирный узел регулятора угла, на фиг.3 – вид А шарнирного узла (без муфты и подпятника), на фиг.4 – поперечный разрез Б-Б шарнирного узла.

Винтовой забойный двигатель состоит из двигательной секции, размещенной в корпусе 1, и шпиндельной секции, размещенной в корпусе 2 шпиндельной секции. Двигательная и шпиндельная секции соединены между собой регулятором угла 3. Шпиндельная секция включает вал 4 шпинделя, предохранительную втулку 5 вала, осевую опору 6, верхнюю радиальную опору 7, нижнюю радиальную опору, состоящую из двух частей 8 и 9, верхний переводник 10 и ниппельную гайку 11. Регулятор угла 3 содержит шарнирный узел 12 в виде плоскостной вращательно-поступательной кинематической пары. Шарнирный узел 12 содержит вал 13, пята 14 которого имеет сферическую опорную поверхность и образует в поперечном сечении квадрат, муфту 15, подпятник 16 со сферической опорной поверхностью, подкладное кольцо 17, упорное кольцо 18 и накидную гайку 19. Пята 14 размещена в муфте 15 с зазором по периметру, обеспечивающим передачу вращения под углом.

Предлагаемая конструкция винтового забойного двигателя имеет увеличенную стабилизационную часть, т.к. диаметр корпуса 2 шпиндельной секции по всей своей длине (а не только в нижней части) превышает диаметр корпуса 1 двигательной секции и равен диаметру ниппельной гайки 11. Увеличение диаметра корпуса шпиндельной секции позволяет разместить в ней осевую опору 6 с большей по сравнению с прототипом рабочей поверхностью, что обеспечивает повышение рабочего ресурса двигателя. В качестве осевой опоры использована многоступенчатая резинометаллическая пята.

На валу шпинделя 4 размещена предохранительная втулка вала 5, которая воспринимает все нагрузки при биении вала шпинделя относительно его корпуса 2, имеющие место при бурении скважин шарошечными долотами. В результате сохраняются резиновые элементы подпятника и диски осевой опоры 6, продлевается срок службы вала шпинделя 4.

Радиальные опоры 7 и 8, 9 выполнены резинометаллическими. Нижняя радиальная опора 8, 9 размещена в ниппельной гайке 11.

Квадратная форма пяты 14 вала 13 шарнирного узла 12 позволила увеличить площадь упора по сравнению с элементами, имеющими форму тел качения, традиционно используемыми в шарнирных соединениях, и повысить ресурс работы узла.

Принцип работы винтового забойного двигателя предлагаемой конструкции не отличается от общеизвестного. Промывочная жидкость по колонне буровых труб подается в двигательную секцию. Возникающий на роторе двигательной секции крутящий момент передается с помощью шарнирного узла 12 на вал шпинделя 4 и далее на долото.

По сравнению с используемыми в промышленности двигателями и, в частности, по сравнению с прототипом предлагаемый забойный двигатель имеет следующие преимущества:

1. Выполнение шарнирного узла в виде плоскостной вращательно-поступательной кинематической пары позволило снизить себестоимость узла и повысить его ресурс.

2. Размещение на валу шпинделя подкладной втулки предохраняет от износа вал и осевую опору и продлевает рабочий ресурс двигателя.

3. Замена гайки-муфты на ниппельную гайку позволила разместить в ней нижнюю радиальную опору, максимально приблизив ее к долоту, что уменьшает люфт долота.

4. Увеличение размера стабилизационной части двигателя за счет увеличения диаметра всего корпуса шпиндельной секции позволило снизить радиальный люфт долота и повысить работоспособность опор.

5. Увеличение диаметра всего корпуса шпиндельной секции позволило разместить в ней осевую опору с большей рабочей поверхностью, что обеспечивает повышение рабочего ресурса двигателя.

6. Замена твердосплавных радиальных опор на резинометаллические позволила повысить срок их службы и снизить стоимость.

Формула изобретения

Винтовой забойный двигатель, содержащий двигательную секцию, размещенную в корпусе, и шпиндельную секцию, включающую корпус, вал шпинделя, осевую опору, радиальные опоры, верхний переводник, гайку, установленную в нижней части корпуса шпиндельной секции, и регулятор угла, содержащий шарнирный узел, передающий вращающий момент и осевое усилие от двигательной секции на вал шпинделя, при этом диаметр корпуса шпиндельной секции превышает диаметр корпуса двигательной секции, а нижняя радиальная опора выполнена из двух частей, расположенных последовательно по оси шпинделя, и установлена в гайке, отличающийся тем, что на валу шпинделя установлена предохранительная втулка, радиальная опора установлена в гайке, имеющей ниппельное соединение с корпусом шпиндельной секции, а шарнирный узел, размещенный в регуляторе угла, выполнен в виде плоскостной вращательно-поступательной кинематической пары и содержит вал, пята которого имеет сферическую опорную поверхность и образует в поперечном сечении квадрат, муфту, подпятник со сферической опорной поверхностью, подкладное и упорное кольца, зафиксированные накидной гайкой, причем пята размещена в муфте с зазором по периметру.

РИСУНКИ