Забойный объемный двигатель

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, а именно к техническим средствам. Задачей изобретения является обеспечение оптимального режима работы двигателя при заторможенном роторе путем возможной циркуляции промывочной жидкости через двигатель и возможности его многократного использования без подъема инструмента. Заявляемый забойный двигатель состоит из неподвижного статора, полого ротора и предохранительного клапана. Предохранительный клапан включает корпус, в котором размещены подпружиненный полый корпус и неподвижный цилиндр. Новым в устройстве является то, что предохранительный клапан установлен над ротором забойного двигателя, а его корпус выполнен с радиальными отверстиями и соединен с верхней частью ротора, при этом он дополнительно снабжен двумя неподвижными цилиндрами. Подпружиненный полый поршень выполнен трехступенчатым с посадочными поверхностями площадью S₁, S₂, S₃, взаимодействующими с неподвижными цилиндрами, при этом площади посадочных поверхностей поршня связаны соотношением S₂>S₁ + S₃. 1 ил.

 

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, а именно к техническим средствам.

Известны предохранительные клапаны, которые монтируются в скважине вместе с винтовыми гидравлическими машинами.

Ближайшим техническим решением, выбранным за прототип, является забойный объемный двигатель, состоящий из неподвижного статора, полого ротора и предохранительного клапана, включающего корпус, соединенный с верхней частью ротора, и с размещенными в нем подпружиненным полым поршнем и неподвижным цилиндром (патент США №4280524, 28.07.1981, всего 15 с). Недостатком этого технического решения является многодетальность и сложность конструкции, следовательно, невысокая надежность работы.

Задачей изобретения является обеспечение оптимального режима работы двигателя при заторможенном роторе путем возможной циркуляции промывочной жидкости через двигатель, упрощение конструкции и повышение надежности работы.

Поставленная задача решается за счет того, что в забойном объемном двигателе, состоящем из неподвижного статора, полого ротора и предохранительного клапана, включающего корпус, соединенный с верхней частью ротора и с размещенными в нем подпружиненным полым поршнем и неподвижным цилиндром, причем корпус предохранительного клапана выполнен с радиальными отверстиями и дополнительно снабжен двумя неподвижными цилиндрами, при этом подпружиненный полый поршень имеет центральный и радиальные каналы и выполнен трехступенчатым с посадочными поверхностями S₁, S₂, S₃ для взаимодействия с неподвижными цилиндрами, разделяющими полость предохранительного клапана на отдельные герметизированные камеры, причем площади посадочных поверхностей поршня связаны соотношением S₂>S₁+S₃.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Выполнение корпуса предохранительного клапана с радиальными отверстиями и размещение внутри него неподвижных цилиндров и подпружиненного трехступенчатого поршня с осевым и радиальными каналами, поверхности которого контактируют с цилиндрами, позволяет обеспечить циркуляцию промывочной жидкости через центральный канал ротора и создает возможность оптимального режима работы двигателя.

При номинальном рабочем перепаде давления над двигателем осевая нагрузка, действующая на разность площадей посадочных поверхностей поршней штока S₂-(S₁+S₃), уравновешивается усилием предварительного поджатия пружины, и поршень занимает исходное положение, герметизируя центральный канал ротора, при этом вся промывочная жидкость поступает в рабочую пару двигателя. При увеличении перепада давления над двигателем увеличение осевой нагрузки, действующей на разность площадей посадочных поверхностей поршня S₂-(S₁+S₃), приводит к сжатию пружины и перемещению поршня вверх, при этом промывочная жидкость через радиальные каналы корпуса, радиальные и осевой каналы штока поступает в центральный канал ротора.

Разделение внутренней полости клапана на отдельные герметизированные камеры и возможность варьирования диаметрами посадочных поверхностей поршня позволяет облегчить условия работы пружины и выполнить ее реальных габаритных размеров.

Заявляемое устройство изображено на чертеже. Забойный объемный двигатель состоит из рабочей пары, включающей неподвижный статор 1 и полый ротор 2; в верхней части ротора установлен предохранительный клапан, состоящий из корпуса 3 с радиальными каналами 4 и 5. Внутри корпуса 3 установлены неподвижные цилиндры 6, 7, 8 и поршень 9, который выполнен трехступенчатым с посадочными поверхностями площадью S₁, S₂, S₃, находящимися в контакте с цилиндрами 6, 7, 8. Поршень 9 имеет центральный 10 и радиальные 11 каналы. Кроме того, на поршне установлена пружина 12, зафиксированная кольцом 13. Во избежание перетока промывочной жидкости цилиндры 6, 7, 8 снабжены соответственно уплотнительными кольцами 14, 15, 16.

Заявляемое устройство работает следующим образом. При номинальном рабочем перепаде давления над двигателем осевая нагрузка, действующая на разность площадей посадочных поверхностей S₂-(S₁+S₃) поршня 9, уравновешивается усилием предварительного поджатия пружины 12, и поршень занимает исходное положение, герметизируя центральный канал ротора 2, при этом вся промывочная жидкость поступает в рабочую пару двигателя.

При увеличении перепада давления над двигателем увеличение осевой нагрузки, действующей на разность площадей посадочных поверхностей S₂-(S₁+S₃) поршня 9, и учитывая, что S₂>S₁+S₃, приводит к сжатию пружины 12 и перемещению поршня 9 вверх, при этом промывочная жидкость через радиальные каналы 4 корпуса 3, радиальные 11 и осевой 10 каналы поршня 9 поступает в центральный канал ротора 2. При снижении перепада давления над двигателем поршень 9 возвращается в исходное положение.

Заявляемое устройство позволяет избежать эксплуатации рабочих пар при повышенном перепаде давления, что приводит к повышению долговечности пары.

Забойный объемный двигатель, содержащий неподвижный статор, полый ротор и предохранительный клапан, включающий корпус, соединенный с верхней частью ротора и с размещенными в нем подпружиненным полым поршнем и неподвижным цилиндром, отличающийся тем, что корпус предохранительного клапана выполнен с радиальными отверстиями и дополнительно снабжен двумя неподвижными цилиндрами, при этом подпружиненный полый поршень имеет центральный и радиальный каналы и выполнен трехступенчатым с посадочными поверхностями S₁, S₂, S₃ для взаимодействия с неподвижными цилиндрами, разделяющими полость предохранительного клапана на отдельные герметизированные камеры, причем площади посадочных поверхностей поршня связаны соотношением S₂>S₁+S₃.