Малогабаритный винтовой забойный двигатель

 

Изобретение относится к области буровой техники, а именно к забойным двигателям для бурения нефтяных и газовых скважин. Целью изобретения является уменьшение длины двигателя и упрощение конструкции при сохранении момента силы на роторе. Забойный двигатель для бурения горизонтальных скважин включает обрезиненный статор, полый ротор, трубчатый торсион, вал, опорный узел. Новым в забойном двигателе является то, что вал двигателя расположен внутри трубчатого торсиона и полого ротора, а опорный узел, расположенный в верхней части двигателя в зоне подачи промывочной жидкости, выполнен в виде двухстороннего подшипника скольжения, причем его рабочие поверхности скольжения армированы твердосплавными цилиндрическими вставками, расположенными концентрично относительно оси двигателя, содержащие осевые и радиальные каналы для охлаждения и смазки трущихся поверхностей промывочной жидкостью. 2 ил.

Изобретение относится к бурению нефтяных, газовых и геолого-разведочных скважин, а именно к забойным двигателям.

Известны винтовые забойные двигатели типа Д [1] содержащие обрезиненный статор, пустотелый ротор, в полости которого размещен торсион и опорный узел шпиндель.

Эти двигатели имеют большой крутящий момент на валу до 8,00-12 кН и успешно применяются в качестве отклонителей при бурении наклонно-направленных скважин. Однако использования их для проводки горизонтальных скважин не экономично, поскольку значительная длина двигателя (например, у Д-З длина составляет 7,7 м) не позволяет вписываться в малые радиусы кривизны скважины при переходе от вертикального участка к горизонтальному участку ствола. У этого типа двигателей значительную часть длины составляет шпиндель, примерно 0,5 всей длины двигателя.

Например, для успешной проводки горизонтальных скважин долотом 215,9 мм необходим забойный двигатель наружным диаметром 172 мм длиной 3-3,5 м с рабочим крутящим моментом на валу 7-8 кН.

Наиболее близким по техническому решению к заявленному объекту являются забойные двигатели типа ОШ и ДГ конструкции КНИИБТ и его Пермского филиала [2] Например, двигатель ДГ-172 имеет незначительную длину 3-3,4 м. Однако такие размеры получены за счет уменьшения длины рабочей пары при переходе от двухшаговой конструкции винтовой рабочей пары на одношаговую рабочую пару. При этом пропорционально снизился рабочий крутящий момент с 7-8 кН до 3-4 кН, и следовательно мощность, а это является существенным недостатком укороченных двигателей типа ДГ.

Целью настоящего изобретения является уменьшение длины двигателя и упрощение конструкции двигателя при сохранении момента силы на роторе за счет изменения типа осевого опорного узла двигателя, исключение из компоновки двигателя шпиндельной секции с многорядной осевой опорой и изменения места установки опорного узла и вала двигателя.

Указанная цель достигается тем, что в предлагаемом героторном забойном двигателе, включающем обрезиненный статор, полый ротор, трубчатый торсион, вал и опорный узел, вал двигателя расположен внутри трубчатого торсиона и полого ротора, а опорный узел, расположенный в верхней части двигателя выполнен в виде двухстороннего упорного подшипника скольжения, причем его рабочие поверхности скольжения армированы твердосплавными цилиндрическими вставками, расположенными концентрично относительно оси двигателя, содержащие осевые и радиальные каналы для охлаждения и смазки трущихся поверхностей промывочной жидкостью.

В результате проведенных патенто-информационных исследований заявителем не обнаружены решения со сходными признаками, поэтому заявляемое техническое решение обладает существенными отличиями.

Конструктивная компоновка заявляемого забойного двигателя такова, что вал двигателя расположен внутри трубчатого торсиона и полого ротора, а опорный узел, расположенный в верхней части двигателя в зоне подачи промывочной жидкости выполнен в виде двухстороннего подшипника скольжения, причем его поверхности скольжения армированы твердосплавными цилиндрическими вставками, расположенными концентрично относительно оси двигателя, содержащие осевые и радиальные каналы для охлаждения и смазки трущихся поверхностей промывочной жидкостью.

Такое техническое решение позволяет иметь, например, винтовой забойный двигатель с наружным диаметром 172-195 мм с незначительными линейными размерами (2-2,6 м) и большим крутящим моментом на валу до 7-8 кН, поскольку в этой конструкции используется 2-х шаговая винтовая пара, и отсутствует шпиндель с традиционным многорядовым опорным узлом.

На фиг. 1 представлен предлагаемый забойный двигатель для бурения горизонтальных скважин; на фиг. 2 разрез по А-А.

Двигатель представляет собой героторный механизм и состоит из статора 1 с внутренней обрезиненной поверхностью и полого стального ротора 2. Внутри ротора 2 расположены вал 3 с трубчатым торсионом 4, нижний конец которого крепится к валу 3, а верхний конец к ротору 2. В верхней части двигателя расположен двухсторонний подшипник скольжения, состоящий из пяты 5 и 7 и подпятника 6, причем пята 5 и верхняя торцевая часть подпятника 6, воспринимают нагрузку рабочего хода, а пята 7 и нижняя торцевая часть подпятника 6 нагрузку холостого хода. Пяты 5 и 7 и торцевые части подпятника 6 армированы твердосплавными цилиндрическими вставками 8 (например, твердосплавными зубками из сплава ВК-8 от буровых долот ТКЗ), и содержит осевые и радиальные каналы для охлаждения и смазки поверхностей скольжения.

В верхнем и нижнем переводниках двигателя размещены радиальные опоры скольжения 9 и 10, выполненные методом напыления твердого сплава на трущиеся поверхности. Двигатель работает следующим образом. Промывочная жидкость, поступая в винтовую пару приводит во вращение ротор 2. Передача крутящего момента с ротора 2 двигателя на вал 3 и компенсация эксентриситета происходит через трубчатый торсион 4, верхняя часть которого связана с ротором 2, а нижняя с валом 3.

Осевая нагрузка, возникающая в процессе бурения воспринимается двухсторонним подшипником скольжения 5, 6, 7, а радиальная нагрузка - твердосплавными опорами скольжения 9 и 10, причем продукты износа армировки подшипников скольжения 5, 6, 7 выносятся из зоны контакта за счет поступления промывочной жидкости в осевые и радиальные каналы, выполненные на их рабочих поверхностях.

Использование предлагаемого двигателя позволит (в 1,7 раза) сократить длину винтового забойного двигателя при незначительном снижении рабочего крутящего момента (на 5-7%), при этом существенно сокращается металлоемкость изделия, упрощается конструкция и значительно снижается цена приобретения. Возможно использование предлагаемого типа двигателя в сочетании с низкооборотными долотами при бурении не только горизонтальных скважин, но и вертикальных, наклоннонаправленных нефтяных и газовых скважин.

Формула изобретения

Забойный двигатель для бурения горизонтальных скважин, включающий обрезиненный статор, полый ротор, трубчатый торсион, вал и опорный узел, отличающийся тем, что вал двигателя расположен внутри трубчатого торсиона и полого ротора, а опорный узел, расположенный в верхней части двигателя в зоне подачи промывочной жидкости, выполнен в виде двустороннего подшипника скольжения, причем рабочие поверхности скольжения армированы твердосплавными цилиндрическими вставками, расположенными концентрично относительно оси двигателя, содержащие осевые и радиальные каналы для охлаждения и смазки трущихся поверхностей промывочной жидкостью.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2