Винтовой забойный двигатель

 

Изобретение относится к горному делу, а именно к винтовым забойным двигателям, применяемым при бурении наклонных и горизонтальных участков скважины. Сущность изобретения заключается в том, что корпуса двигательной и шпиндельной секций винтового забойного двигателя соединены шарнирным узлом. Он выполнен в виде трех последовательно расположенных трубчатых элементов. Крайние элементы соединены соответственно с корпусами двигательной и шпиндельной секций. Средний элемент соединен с каждым крайним элементом посредством пары осей и установлен с зазорами, обеспечивающими перекос осей каждой пары соседних элементов до 2^o30'. Ротор и вал соединены шарнирным узлом. Он выполнен в виде двух шлицевых валов и шлицевой муфты. Один шлицевой вал соединен посредством торсиона с ротором, а другой - с валом шпиндельной секции. Шлицевая муфта установлена по отношению к шлицевым валам с зазорами, обеспечивающими перекос осей двигательной и шпиндельной секций до 5^o. Изобретение позволяет повысить долговечность шарнирных узлов винтового забойного двигателя. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к горному делу, а именно к винтовым забойным двигателям, применяемым при бурении наклонных и горизонтальных участков скважины.

Известен винтовой забойный двигатель для наклонно направленного бурения, включающий двигательную секцию, ротор которой связан через торсион и шарнирный узел с валом шпиндельной секции (патент РФ 2081986, кл. Е 21 В 4/02).

Недостатком известного двигателя является ненадежность работы шарнирного узла, обусловленная частым срезом пальца вследствие неравномерности угловой скорости ротора.

Известен двигатель-отклонитель, содержащий последовательно соединенные между собой с перекосом секции из эксцентричной рабочей пары и опоры, валы которых взаимодействуют через подвижный промежуточный вал посредством торцевых гребенчатых зацеплений (патент РФ 2062860, Е 21 В 4/02).

Недостатком известного двигателя является также низкая надежность работы узла, передающего вращение от вала рабочей пары к валу опоры, поскольку торцевые гребенчатые зацепления вследствие сложной кинематики движения промежуточного вала испытывают значительные знакопеременные нагрузки. Кроме того, наличие жесткого кривого переводника в компоновке не позволяет использовать двигатель в скважинах с маленьким радиусом кривизны профиля.

Известен также винтовой забойный двигатель, содержащий двигательную секцию, включающую корпус со статором и размещенный внутри статора ротор, шпиндельную секцию, включающую корпус и установленный в нем посредством подшипникового узла вал, и шарнирные узлы, соединяющие корпус и ротор двигательной секции соответственно с корпусом и валом шпиндельной секции (патент РФ 2007534, кл. Е 21 В 4/02).

Недостатками известного двигателя является то, что шарнирный узел в виде резинометаллического рукава, соединяющего корпуса двигательной и шпиндельной секций, в процессе бурения не обеспечит поддержания заданного направления по азимуту. Для этого с данным двигателем необходимо использовать дополнительные технические средства. Кроме того, существующие конструкции шарнирных узлов, соединяющих ротор двигательной секции и вал шпиндельной секции, при больших углах перекоса их осей и значительных знакопеременных нагрузках имеют низкую долговечность.

Решаемая изобретением задача заключается в повышении долговечности шарнирных узлов винтового забойного двигателя и обеспечении поддержания заданного направления по азимуту без применения дополнительных технических средств.

При этом обеспечивается получение следующего технического результата: обеспечение шарнирному узлу, соединяющему корпуса двигательной и шпиндельной секций, одной степени свободы и уменьшение контактных напряжений в элементах зацепления шарнирного узла, соединяющего ротор двигательной секции и вал шпиндельной секции.

Для этого в винтовом забойном двигателе, содержащем двигательную секцию, включающую корпус со статором и размещенный внутри статора ротор, шпиндельную секцию, включающую корпус и установленный в нем посредством подшипникового узла вал, и шарнирные узлы, соединяющие корпус и ротор двигательной секции соответственно с корпусом и валом шпиндельной секции, шарнирный узел, соединяющий корпуса двигательной и шпиндельной секций, выполнен в виде трех последовательно расположенных трубчатых элементов, причем крайние элементы соединены соответственно с корпусами двигательной и шпиндельной секций, а средний соединен с каждым крайним элементом посредством пары осей и установлен с зазорами, обеспечивающими перекос осей каждой пары соседних элементов до 2^o30', а шарнирный узел, соединяющий ротор и вал соответственно двигательной и шпиндельной секций, выполнен в виде двух шлицевых валов, один из которых соединен посредством торсиона с ротором двигательной секции, а другой - с валом шпиндельной секции, и шлицевой муфты, установленной по отношению к шлицевым валам с зазорами, обеспечивающими перекос осей двигательной и шпиндельной секций до 5^o.

Целесообразно также - зазоры между трубчатыми элементами уплотнить; - шлицевую муфту зафиксировать относительно шлицевых валов уплотняющими упругими элементами; - на валу шпиндельной секции установить с возможностью вращения стабилизатор.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 изображена двигательная секция винтового забойного двигателя; на фиг.2 - шарнирные узлы; на фиг.3 - шпиндельная секция; на фиг.4 - разрез А-А на фиг.2; на фиг.5 - разрез Б-Б на фиг.2.

Винтовой забойный двигатель содержит двигательную секцию, включающую корпус 1 со статором 2 и размещенным внутри него ротором 3, и шпиндельную секцию, включающую корпус 4 с установленным в нем посредством подшипникового узла валом 5. Корпус 1 двигательной секции соединен с корпусом 4 шпиндельной секции шарнирным узлом. Он выполнен в виде последовательно расположенных трубчатых элементов 6, 7 и 8. Крайние трубчатые элементы 6 и 8 соединены соответственно с корпусом 1 двигательной секции и с корпусом 4 шпиндельной секции. Средний трубчатый элемент 7 соединен с каждым крайним трубчатым элементом 6 и 8 посредством пары осей 9 и установлен по отношению к ним с зазорами, обеспечивающими перекос осей каждой пары трубчатых элементов 6 и 7, 7 и 8 до 2^o30'. Зазоры между трубчатыми элементами 6, 7 и 8 уплотнены упругими кольцами 10. Ротор 3 двигательной секции соединен с валом 5 шпиндельной секции шарнирным узлом. Он выполнен в виде шлицевых валов 11 и 12, находящихся в зацеплении с шлицевой муфтой 13. Шлицевой вал 11 соединен с ротором 3 посредством торсиона (гибкого вала) 14, шлицевой вал 12 соединен с валом 5 шпиндельной секции. Шлицевая муфта 13 установлена по отношению к шлицевым валам 11 и 12 с зазорами, обеспечивающими перекос осей двигательной и шпиндельной секций до 5^o. Уплотняющие упругие элементы 15 фиксируют шлицевую муфту 13 относительно шлицевых валов 11 и 12. Для уменьшения длины шпиндельной секции подшипниковый узел выполнен четырехрядным. Для снижения контактного напряжения на беговых дорожках 16 установлены тела 17 качения увеличенного диаметра. Для стабилизации вращения вала 5 шпиндельной секции на нем установлен с возможностью вращения стабилизатор 18.

Винтовой забойный двигатель работает следующим образом. Двигатель спускают в наклонный ствол скважины, ориентируют при помощи телеметрической аппаратуры по заданному азимуту и осуществляют бурение ствола с большой интенсивностью набора зенитного угла. При спуско-подъемных операциях при прохождении искривленных участков с малым радиусом кривизны шарнирные узлы обеспечивают двигателю возможность самопроизвольно изгибаться, что позволяет доходить до забоя горизонтальной скважины без посадок и при подъеме без затяжек. В процессе бурения шарнирный узел, соединяющий корпус 1 двигательной секции с корпусом 4 шпиндельной секции, имеет одну степень свободы, что обеспечивает поддержание заданного азимута. Вследствие использования с торсионом 14 шлицевого зацепления муфты 13 с валами 11 и 12 в шарнирном узле, соединяющем ротор 3 и вал 6 обеспечивается долговечность данного шарнирного узла при больших знакопеременных нагрузках.

Формула изобретения

1. Винтовой забойный двигатель, содержащий двигательную секцию, включающую корпус со статором и размещенный внутри статора ротор, шпиндельную секцию, включающую корпус и установленный в нем посредством подшипникового узла вал, и шарнирные узлы, соединяющие корпус и ротор двигательной секции соответственно с корпусом и валом шпиндельной секции, отличающийся тем, что шарнирный узел, соединяющий корпуса двигательной и шпиндельной секций, выполнен в виде трех последовательно расположенных трубчатых элементов, причем крайние элементы соединены соответственно с корпусами двигательной и шпиндельной секций, а средний соединен с каждым крайним элементом посредством пары осей и установлен с зазорами, обеспечивающими перекос осей каждой пары соседних элементов до 2^o30', а шарнирный узел, соединяющий ротор и вал соответственно двигательной и шпиндельной секций, выполнен в виде двух шлицевых валов, один из которых соединен посредством торсиона с ротором двигательной секции, а другой - с валом шпиндельной секции, и шлицевой муфты, установленной по отношению к шлицевым валам с зазорами, обеспечивающими перекос осей двигательной и шпиндельной секций до 5^o.

2. Винтовой забойный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что зазоры между трубчатыми элементами уплотнены.

3. Винтовой забойный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что шлицевая муфта фиксируется относительно шлицевых валов уплотняющими упругими элементами.

4. Винтовой забойный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что на валу шпиндельной секции установлен с возможностью вращения стабилизатор.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5