Турбовинтовой двигатель встречного вращения

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин гидравлическими забойными двигателями, а именно к турбовинтовым двигателям. Турбовинтовой двигатель содержит турбинную часть двигателя, включающую вал с осевой опорой, и винтовую часть, включающую в себя винтовую пару - ротор и статор, гибкие валы, конусно-шпиндельные полумуфты, шпиндель с конической резьбой и соединительные переводники. Турбинная часть двигателя дополнительно содержит переводник, размещенный на валу турбинной части, передающей крутящий момент на корпус винтовой части двигателя. Ротор и статор винтовой части двигателя имеют правое направление нарезки винтовых зубьев. Внизу винтовой части двигателя находится двойной соосный шпиндель с коническими резьбами. Обеспечивает повышение эффективности бурения, уменьшение реактивного момента на забое, повышение износостойкости режущих элементов долот. 1 ил.

 

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин гидравлическими забойными двигателями, а именно к турбовинтовым двигателям. Турбовинтовой двигатель встречного вращения предназначен для бурения скважин встречным вращением долот.

Одно из первых технических решений турбовинтового двигателя предложено в 1975 году по АС №557172, Е21В 3/2, в котором винтовая пара выполняет роль тормозного устройства, снижая на величину гидромеханических потерь в зубчатом зацепление «ротор-статор» момент силы, развиваемой турбинной секцией, и, следовательно, частоту вращения выходного вала двигателя. В таком двигателе поперечные колебания и осевая сила с ротора винтовой пары через гибкий элемент передается на вал турбинной секции, снижая надежность работы турбины и осевой опоры шпинделя.

Другой модификацией турбовинтового двигателя является техническое решение по АС №1601307 A1, E21В 4/02.

Данный турбовинтовой двигатель имеет модульное исполнение и состоит из шпинделя турбинной секции и винновой рабочей пары, в которой лопасти ротора турбины и зубья винтового ротора имеют наклон одного направления к оси вращения.

При подаче рабочей жидкости от насоса двигатель вначале при малых нагрузках на долото работает на разгонном режиме. Винтовая пара при этом работает в насосном режиме, оказывая сопротивление силовой турбине. Это объясняется тем, что ротор винтовой пары вращается турбинной с частотой большей, чем бы он вращался на холостом ходу при данном расходе рабочей жидкости без турбины, а винтовая пара перестает функционировать как объемная гидромашина (двигатель). По мере повышения нагрузки на долото винтовая пара переходит на двигательный режим работы, создавая дополнительный момент силы на выходном валу двигателя при соответствующем перепаде давления. Недостатком данного изобретения является снижение эффективности бурения за счет возникающего реактивного момента на долоте при бурении скважины вращательным способом, это ведет к отклонению от заданного профиля скважины и приводит к лишним технико-экономическим затратам.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности бурения, достигаемой уменьшением реактивного момента на долоте, с целью осуществления направленного бурения, повышением износостойкости режущих элементов долот за счет наличия двойного соосного шпинделя, встречного вращения его элементов с разными угловыми скоростями.

Поставленная задача решается тем, что турбовинтовой двигатель, содержащий турбинную часть двигателя, включающую вал с осевой опорой, винтовую часть, включающую в себя винтовую пару - ротор и статор, гибкие валы, конусно-шпиндельные полумуфты и соединительные переводники, также содержит турбинную часть двигателя, которая дополнительно содержит переводник, размещенный на валу турбинной части, передающий крутящий момент на корпус винтовой части двигателя, ротор и статор винтовой части двигателя имеют правое направление нарезки винтовых зубьев, внизу винтовой части двигателя находится двойной соосный шпиндель с коническими резьбами.

Таким образом, совмещая турбобур и винтовой забойный двигатель с правой нарезкой винтовых зубьев, связанный корпусом с выходным валом турбобура через переводник, позволяет получить забойный двигатель с двойным соосным шпинделем, обеспечивающий исключение или уменьшение влияния реактивного момента на буровую колонну и тем самым уменьшение искривления скважины.

На чертеже представлен общий вид турбовинтового двигателя.

Турбовинтовой двигатель встречного вращения состоит из турбинной 1 и винтовой 2 частей. Турбинная часть 1 содержит корпус 3, статор 4, ротор 5, вал 6, канал для потока рабочей жидкости 7 в нижней части вала 6. На валу 6 турбинной части 1 находится переводник 8, соединяющийся через коническую резьбу 9 с корпусом 10 винтовой части 2 двигателя для передачи на него крутящего момента, винтовая часть 2 содержит винтовую пару статор 11 и ротор 12 с правой нарезкой зубьев, двойной соосный шпиндель 13, содержащий в себе внутреннюю часть - полый вал 14 и внешнюю часть - корпус 10 винтовой части 2 двигателя, коническую резьбу 15 для присоединения разбуривающего долота (не показано) и коническую резьбу 16 на полом вале 14, предусмотренную для установки забуривающего долота (не показано).

Работа устройства осуществляется следующим образом. С поверхности по бурильным трубам подается промывочная жидкость в турбинную часть 1, жидкость, проходя через рабочие ступени, состоящие из статора 4 и ротора 5, вращает вправо вал 6 турбинной части 1, соединенный через переводник 8 с корпусом 10 винтовой части 2 двигателя, тем самым передавая на него крутящий момент, через канал для протока жидкости 7 в валу 6 жидкость попадает в винтовую часть двигателя, проходя через винтовую пару - статор 11 и ротор 12 с правой нарезкой зубьев под действием давления жидкости ротор 12 вращается влево, совершая планетарное движение, на корпусе 10 винтового двигателя 2 и его шпинделе 13 располагаются конические резьбы 15 и 16, на которые будут установлены долота, таким образом, передавая крутящий момент на корпус винтовой части двигателя и его шпиндель, который также получает крутящий момент, образуется двойной соосный шпиндель, внутренняя часть которого - вал 14 вращается за счет винтовой части 2 в левом направлении, а внешняя часть шпинделя, состоящая из корпуса 10 винтовой части 2 двигателя с конической резьбой 15, вращается в правом направлении за счет турбинной части 1, соединенной валом 6 через переводник 8 с корпусом 10 винтовой части 2. Так как внешняя часть соосного шпинделя с конической резьбой вращается вправо, а внутренняя часть - влево, то и долота совершают встречное вращение с разными угловыми скоростями. За счет этого уменьшается реактивный момент на долоте и увеличивается износостойкость долот.

Турбовинтовой двигатель, содержащий турбинную часть двигателя, включающую вал с осевой опорой, и винтовую часть, включающую в себя, винтовую пару - ротор и статор, гибкие валы, конусно-шпиндельные полумуфты, шпиндель с конической резьбой и соединительные переводники, отличающийся тем, что турбинная часть двигателя дополнительно содержит переводник, размещенный на валу турбинной части, передающей крутящий момент на корпус винтовой части двигателя, ротор и статор винтовой части двигателя имеют правое направление нарезки винтовых зубьев, внизу винтовой части двигателя находится двойной соосный шпиндель с коническими резьбами.