Забойная гидромашина

 

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 . .

СОК 3 COBE ГСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5()5 Е 21 В 4/02

ТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4864826/03 (22) 10.09.90 (46) 28.02.93.Бюл,№ 8 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт буровой техники (72) Л,А.Кондратенко (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 237596, кл. Е 21 В 4/02, 1966, Авторское свидетельство СССР

N857556,,кл. Е 21 В 4/02, 1979. (54) ЗАБОЙНАЯ ГИДРОМАШИНА (57) Использование: бурение скважин на нефть и газ. Сущность изобретения: гидромашина состоит из шпинделя, внутри которого закреплен вал, передающий от

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 закреплен вращающийся вал 2, передающий отдвигательной секции вращающий момент к долоту 3. На резьбе выходного вала 2 закреплен дроссель 4, включающий корпуса

ЬЦ«, 1798464 А1 двигательной секции вращательный 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, 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. 0©

Кроме того, в гильзе 7 установлена креста- Ф " вина 12, упираясь в которую пружина 13 СЬ вынуждает сердечник 9 смещаться вниз, ф размыкая дросселирующйе 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 гидромашина работает следующим образом.

После. включения насоса, расположенного на поверхности, промывочная жидкость (буровой промывочный раствор) по бурильным трубам подводится к двигатель1798464 ной секции гидромашины, состоящей, например, иэ 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 уплотнение вала выбрасывается в затрубное пространство. )Кидкость 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 20 вала шпинделя созда1от потоку промывочной жидкости определенное сопротивление, в результате которого между рабочими органами и насадками, а значит и в камере А развивается некоторый перепад давления относи- 25 тельно 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, 30

Таким образом, в установившемся режиме жидкость из канала 14 практически полностью подводится к долоту.

В случае быстрого возрастания момента сопротивления М на долоте происходит 35 притормаживание выходного бала, т.е, его частота вращения "n" замедляется. Давление перед рабочими органами Р1 возрастает, а давление после них Pz на насадках долота падает, т.к. уменьшается количество 40 жидкости, проходящей через ротор и статор. При снижении момента сопротивления происходит обратное.

Этот процесс смоделирован на ЭВМ и показан для двигателя без дросселя пунк- 45 тирными.кривыми на фиг.2. Причем следует иметь ввиду, что скорость изменения давления Pz значительно выше скорости измене-. ния давления Р1, т,к. объем магистрали с давлением Р2 значительно меньше напор- 50 ной магистрали с давлением Р1.

В предлагаемой гидромашине в случае притормаживания выходного вала давление

Р2 на насадках долота снижается (сплошные кривые на фиг.2) и вызывает открытие канала 55 между камерами А и Б в результате смещения сердечника 9, Из-за этого скорость уменьшения давления Р2 увеличивается. Поскольку движущий момент в винтовом двигателе прямо пропорционален перепаду давления

Р=Р1-Pz, 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.

Указанные преимущества забойной гидромашины приведут к эффективной отработке долот за счет более стабильной частоты вращения выходного вала двигателя, а также некоторому повышению скорости бурения эа счет более высокой средней скорости вращения вала, Техническим преимуществом предложенной гидромашины по сравнению с базовой является снижение в 2-3 раза амплитуды колебаний скорости вращения выходного вала, Общественно-полезное преимущество предложенной гидромашины, по сравнению с базовой, заключается в увеличении на

30 j, проходки на долото, что приводит к 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" в интервале 2000-3000 м долотами 111215,9ГНУ, ориентировочный экономический эффект на один двигатель составит — 500,0 руб.

Окончательный зкономический эффект в денежном выражении может быть получен только после проведения промышленных испытаний

Формула изобретения

Забойная гидромашина, содержащая шпиндель, статор и роторную группу, включа1ощую ротор, узел соединения, выходной вал шпинделя и осуществляющий редуци- рование давления через проходной канал в роторе подпружиненный нормально открытый дроссель, о т л и ч а ю щ э я с я тем, что, с целью снижения амплитуды колебаний частоты вращения вала гидромашины от динамических изменений момента сопротивления на долоте за счет дополнительного демпфирования, 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.

1798464

Риг. f. 1798464

CPA

2 Г

Составитель Л.Кондратенко

Теехред М.Моргентал Корректор Н,Бучок

Редактор Т.Ходакова

Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 757 Тираж: Подписное

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