Устройство для бурения скважин

Изобретение относится к устройствам для бурения нефтяных и газовых скважин, а именно к гидравлическим забойным двигателям. Для увеличения механической скорости проходки за счет возможности увеличения нагрузки на долото без потерь в показателях мощности и момента на валу устройство для бурения скважин содержит винтовой забойный двигатель, состоящий из переводника и корпуса, в котором расположены секции рабочих органов, представляющих собой сопрягаемые поверхности ротора и статора в виде многозаходной винтовой пары. Над винтовой парой в переводник установлен тангенциальный преобразователь потока скорости и направления входящего бурового раствора (ТПП), который содержит корпус, стопорное кольцо и уплотнительную манжету. Лопасти ТПП имеют правую линию направления (противоположную линии направления винтовых зубьев ротора и статора). 3 ил.

 

Изобретение относится к устройствам для бурения нефтяных и газовых скважин, а именно к гидравлическим забойным двигателям.

Известно устройство для бурения скважин, включающее корпус с расположенными в нем секциями рабочих органов, шпиндель и породоразрушающий инструмент с гидромониторными насадками [1].

Причиной, препятствующей достижению заявляемого технического результата известного устройства, является значительный расход энергии на преодоление гидравлических сопротивлений, деформирование прорезиненной обоймы и трение по шагу статора (рабочих камер).

Известна также модульная гидравлическая героторная машина, включающая статор, полый ротор, торсион, размещенный в полом роторе, и узел соединения торсиона с ротором, который расположен от середины ротора на расстоянии, меньшем 0,42 длины ротора [2].

Причинами, препятствующими достижению заявляемого технического результата известной машины, являются увеличение продольных вибраций ротора, возрастание потерь бурового раствора и уменьшение способности принимать оптимальную нагрузку на долото.

При осуществлении изобретения техническим результатом является повышение КПД двигателя, увеличение механической скорости проходки за счет возможности увеличения нагрузки на долото без потерь в показателях мощности и момента на валу.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для бурения скважин, содержащем винтовой забойный двигатель, включающий переводник, корпус с расположенными в нем секциями рабочих органов в виде многозаходной винтовой пары, шпиндель, особенностью является то, что в переводник над винтовой парой установлен тангенциальный преобразователь потока скорости и направления входящего бурового раствора, который имеет корпус с лопастями правой линии направления, стопорное кольцо и уплотнительную манжету.

Между заявленным техническим результатом и существенными признаками изобретения имеется следующая причинно-следственная связь. Наличие тангенциального преобразователя потока скорости направления входящего бурового раствора (ТПП) обеспечивает условия оптимального захода промывочной жидкости в винтовую пару без гидравлических потерь на вихреобразование, что позволяет увеличить ресурс работы двигателя.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен винтовой (объемный) гидравлический двигатель с местом установки ТПП и распределение действующих сил винтовой пары. На фиг.2, 3 показан разрез А-А и разрез Б-Б тангенциального преобразователя потока.

Устройство для бурения скважин содержит винтовой забойный двигатель (фиг.1), состоящий из переводника 1, корпуса, в котором расположены секции рабочих органов, представляющих собой сопрягаемые поверхности ротора 2 и статора 3 в виде многозаходной винтовой пары, и шпиндель. ТПП 4 (фиг.2) установлен в переводник 1 над винтовой парой и содержит корпус 5, стопорное кольцо 6 и уплотнительную манжету 7. ТПП 4 снабжен лопастями 8, которые имеют (см. фиг.3) правую линию направления (противоположную линии направления винтовых зубьев ротора и статора).

Корпус 5 ТПП 4 выполнен либо из стального, либо из синтетического материала. Во избежание осевых смещений предусмотрено стопорное кольцо 6. Герметизация корпуса 5 осуществляется уплотнительной манжетой 7. Лопасти 8 предназначены для изменения скорости и направления потока.

ТПП (фиг.1) неподвижно устанавливают в корпусе переводника 1 над винтовой парой. Внутренние лопасти 8 высотой, равной 2h (h - высота зуба), имеют правосторонний угол наклона, направленный под оптимальным углом к профилю зубьев ротора 2 и статора 3 двигателя (60-65° по отношению к единичной рабочей камере). Распределение действующих усилий на камеру высокого давления: гидравлической силы R, окружной силы Р и силы прижатия ротора к статору N - показывает, что уменьшить силу N (контакта ротора с прорезиненным статором) необходимо изменением угла tgγ (угол наклона лопастей 8 к рабочей камере) и скорости входящего бурового раствора с лопастей 8 тангенциального преобразователя потока 4.

Устройство работает следующим образом.

Показатели работы двигателя показывают, что крутящий момент возрастает пропорционально росту давления, приводящего к деформации герметизированного уплотнения статора 3 с частичным огибанием рабочих камер и последующей утечки на забой бурового раствора. Вращение ротора 2 (перекатывание) по шагу статора 3 создает камеры низкого и высокого давления, где часть энергии расходуется на преодоление гидравлических сопротивлений, деформирование прорезиненной обоймы и трение по шагу статора 3 (рабочих камер). Посадка ротора 2 в статор 3 осуществляется с определенным натягом, что существенно сказывается на потерях энергии по преодолению сжатия резиновой обкладки при работе двигателя. Уменьшение натяга положительных результатов не дает, возникает снижение момента на валу. Следовательно, уменьшается способность принимать оптимальную нагрузку на долото. Буровой раствор, попадая на лопасти 8 ТПП 4, изменяет направление входа в винтовую пару, обеспечивая снижение в рабочей камере сил трения стального ротора 2 и прорезиненной обоймы статора 3.

Таким образом, предлагаемое устройство для бурения скважин позволит преобразовывать скорость и направление потока бурового раствора и достигать увеличения механической скорости бурения с поддержанием необходимой оптимальной нагрузки на долото.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №717270, М. Кл². Е 21 В 3/12, опубл.1980.

2. Авторское свидетельство СССР №1742459 А1, Е 21 В 4/02, опубл. 1992 (прототип).

Устройство для бурения скважин, содержащее винтовой забойный двигатель, включающий переводник, корпус с расположенными в нем секциями рабочих органов в виде многозаходной винтовой пары, и шпиндель, отличающееся тем, что в указанный переводник над винтовой парой установлен тангенциальный преобразователь потока скорости и направления входящего бурового раствора, который имеет корпус с лопастями правой линии направления, стопорное кольцо и уплотнительную манжету.