Гидравлический забойный двигатель с алмазной опорой скольжения



Гидравлический забойный двигатель с алмазной опорой скольжения
Гидравлический забойный двигатель с алмазной опорой скольжения
Гидравлический забойный двигатель с алмазной опорой скольжения
Гидравлический забойный двигатель с алмазной опорой скольжения
Гидравлический забойный двигатель с алмазной опорой скольжения

 


Владельцы патента RU 2481450:

Общество с ограниченной ответственностью "Фирма "Радиус-Сервис" (RU)

Изобретение относится к устройствам приводов вращения, размещаемых в скважине, и может быть использовано в гидравлических героторных винтовых двигателях и турбобурах. Двигатель содержит корпус с размещенным внутри него ротором, вращение которого осуществляется насосной подачей текучей среды, а также корпус шпинделя с размещенным внутри него валом, установленным на радиальных и осевой опорах скольжения. Вал шпинделя скреплен с ротором двигателя и долотом. Часть текучей среды прокачивается через радиальные и осевую опоры скольжения, а осевая опора шпинделя выполнена в виде двух пар роторных и статорных колец с закрепленным в каждом из них кольцевым рядом упорных модулей. Статорные кольца закреплены в корпусе шпинделя, роторные кольца установлены на валу шпинделя, а каждый упорный модуль содержит слои поликристаллических алмазов на торце, обращенном к торцам смежных модулей, и поочередно контактирует с одним или двумя торцами смежных модулей. Двигатель содержит установленную на валу шпинделя шлицевую втулку с наружными шлицами и две упругодемпферные опоры, размещенные на краях шлицевой втулки и воспринимающие осевые усилия, действующие на осевую опору шпинделя. Каждая упругодемпферная опора контактирует с задним торцом соответствующего роторного кольца с закрепленным кольцевым рядом упорных модулей, а роторные кольца с закрепленными в них кольцевыми рядами упорных модулей выполнены с внутренними шлицами, соответствующими наружным шлицам шлицевой втулки, и установлены, каждое, с возможностью углового перекоса роторного кольца с закрепленным в нем кольцевым рядом упорных модулей относительно собственной упругодемпферной опоры. Повышается ресурс и надежность осевой опоры скольжения шпинделя гидравлического забойного двигателя с упорными модулями, повышается точность параметров кривизны ствола скважины, увеличивается проходка скважины на рейс долота с использованием в колонне бурильных труб гидравлических ясов, повышается темп набора параметров кривизны скважин, уменьшаются напряжения в компоновке низа бурильной колонны и время простоя буровой установки. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к устройствам приводов вращения, размещаемых в скважине, и может быть использовано в гидравлических героторных винтовых двигателях и турбобурах для вращения ротора от насосной подачи текучей абразивной среды, в частности, с алмазной осевой опорой скольжения шпинделя, снабженного долотом для бурения наклонно направленных и горизонтальных нефтяных и газовых скважин.

Известен гидравлический забойный двигатель с алмазным упорным подшипником скольжения, содержащий корпус шпинделя, размещенный внутри него вал, установленный на радиальных и осевой опоре скольжения, закрепленное на валу долото, при этом часть текучей среды прокачивается через радиальные и осевую опоры скольжения, а осевая опора выполнена в виде двух пар роторных и статорных колец с закрепленным в каждом из них рядом упорных модулей, в каждой паре роторных и статорных колец статорное кольцо закреплено в корпусе шпинделя, роторное кольцо скреплено с валом шпинделя, а каждый упорный модуль содержит слой поликристаллических алмазов на торце, обращенном к торцам смежных упорных модулей, и поочередно контактирует с одним или двумя торцами вышеуказанных упорных модулей (US 4620601, 04.11.1986).

Недостатком известного гидравлического забойного двигателя с упорными модулями, содержащими слои поликристаллических алмазов PDC (Polycrystalline Diamond Compakt) на торцах, обращенных к торцам смежных упорных модулей, является неполная возможность повышения ресурса и надежности осевой опоры скольжения шпинделя, прокачиваемой насосной подачей текучей абразивной среды (бурового раствора), что объясняется узким диапазоном регулировки и сжатия тарельчатых пружин 111 (в пределах 2÷3 мм), отказом в работе сферических колец 112, 114 и тарельчатых пружин 111 вследствие шламования полости тарельчатых пружин 111, а также полости сферических колец 112 и 114 абразивными частицами: до 2% песка с размерами 0,15÷0,95 мм и до 5% нефтепродуктов, например, в полимер-глинистом буровом растворе плотностью 1,16÷1,26 г/см3, показано на фиг.2.

Недостатки известного забойного двигателя объясняются неполной возможностью "самоустановки" статорных колец в корпусе шпинделя или роторных колец на валу шпинделя с целью обеспечения параллельности рабочих поверхностей упорных модулей, содержащих слои поликристаллических алмазов на торцах, при появлении зазора в нижней радиальной опоре скольжения шпинделя, вызываемого изгибом вала шпинделя с долотом при проходке изогнутой скважины, что приводит к повышенным местным напряжениям сжатия на контактирующих торцах упорных модулей, содержащих слои поликристаллических алмазных кристаллов, возникновению вибраций, "прихвата" и разрушению осевой опоры скольжения.

Недостатком известной конструкции с упорными модулями, содержащими слои поликристаллических алмазов на торцах, является также неполная возможность повышения ресурса и надежности прокачиваемой буровым раствором осевой опоры скольжения шпинделя, что объясняется недостаточной прочностью опорных колец и штифтов (поз. 116, 117, 118, 119, 116с, 117с), которые разрушаются при максимальной осевой нагрузке от долота, направленной от забоя к устью скважины, при изменении знака осевой нагрузки, действующей на осевые опоры скольжения, вследствие шламования абразивных частиц: до 2% песка с размерами 0,15÷0,95 мм и до 5% нефтепродуктов, например, в полимер-глинистом буровом растворе плотностью 1,16÷1,26 г/см3 в полости колец 116с, 117с, показано на фиг.2.

Недостаток известной конструкции объясняется большим значением коэффициента напряжения осевой опоры скольжения в корпусе шпинделя (Stress ratio, отношение изменяющейся амплитуды напряжения к среднему напряжению), по существу, равного 8÷10, а также большой вероятностью возникновения вибраций, "прихвата" и разрушения поликристаллических алмазных кристаллов в осевой опоре скольжения при использовании двигателя в горизонтальных управляемых компоновках низа бурильной колонны, на участках изменения кривизны наклонно направленной скважины.

Известен гидравлический забойный двигатель с алмазной опорой скольжения, содержащий корпус двигателя с размещенным внутри него ротором, вращение которого осуществляется насосной подачей текучей среды, а также корпус шпинделя с размещенным внутри него валом, установленным на радиальных и осевой опоре скольжения, вал шпинделя скреплен с ротором двигателя и долотом, при этом часть текучей среды прокачивается через радиальные и осевую опоры скольжения, а осевая опора шпинделя выполнена в виде двух пар роторных и статорных колец с закрепленным в каждом из них кольцевым рядом упорных модулей, статорные кольца скреплены с корпусом шпинделя, роторные кольца скреплены с валом шпинделя, а каждый упорный модуль содержит слой поликристаллических алмазов на торце, обращенном к торцам смежных модулей, и поочередно контактирует с одним или двумя торцами смежных модулей (US 4560014, 24.12.1985).

Недостатком известного гидравлического забойного двигателя с упорными модулями, содержащими слои поликристаллических алмазов PDC (Polycrystalline Diamond Compakt) на торцах, обращенных к торцам смежных упорных модулей, является неполная возможность повышения ресурса и надежности осевой опоры скольжения шпинделя, прокачиваемой насосной подачей текучей абразивной среды (бурового раствора), что объясняется узким диапазоном регулировки и сжатия тарельчатых пружин 76 (в пределах 2÷3 мм), отказом в работе тарельчатых пружин 76 вследствие шламования абразивных частиц: до 2% песка с размерами 0,15÷0,95 мм и до 5% нефтепродуктов, например, в полимер-глинистом буровом растворе плотностью 1,16÷1,26 г/см3 в полости тарельчатых пружин 76, показано на фиг.2.

Недостатки известного забойного двигателя объясняются неполной возможностью "самоустановки" статорных колец в корпусе шпинделя или роторных колец на валу шпинделя с целью обеспечения параллельности рабочих поверхностей упорных модулей, содержащих слои поликристаллических алмазов на торцах, при появлении зазора в нижней радиальной опоре скольжения шпинделя, вызываемого изгибом вала шпинделя с долотом при проходке изогнутой скважины, что приводит к повышенным местным напряжениям сжатия на контактирующих торцах упорных модулей, содержащих слои поликристаллических алмазных кристаллов, возникновению вибраций, "прихвата" и разрушению осевой опоры скольжения.

При допустимой нагрузке на долото (40000 кгс) тарельчатые пружины 76 сжимаются до упора торцовых зубьев 66, 67 в упорных модулях 64, 68, не обеспечивают "самоустановки" и параллельности рабочих поверхностей 77, содержащих слои поликристаллических алмазов PDC в упорных модулях 29 и 68, 38 и 64 относительно друг друга, что приводит к повышенным местным напряжениям сжатия на контактирующих торцах 77 упорных модулей 29 и 68, 38 и 64, приводит к возникновению вибраций, "прихвату" и разрушению осевой опоры скольжения, показано на фиг.2.

Недостатки известной конструкции с упорными модулями, содержащими слои поликристаллических алмазов на торцах упорных модулей, обращенных к торцам смежных упорных модулей, объясняются, по существу, появлением зазора в нижней радиальной опоре скольжения шпинделя при проходке изогнутых скважин, вызываемого изгибом вала шпинделя с долотом, что приводит к отклонению от параллельности роторных и статорных колец с упорными модулями, повышенным местным напряжениям сжатия на контактирующих торцах упорных модулей, содержащих слои поликристаллических алмазных кристаллов, возникновению вибраций, "прихвата" и разрушению осевой опоры скольжения.

Недостатком известной конструкции является также неполная возможность повышения ресурса и надежности прокачиваемой буровым раствором осевой опоры скольжения шпинделя гидравлического забойного двигателя, что объясняется низкой усталостной выносливостью тарельчатых пружин 76, недостаточной прочностью упорных модулей (поз. 64, 68, 28, 38), которые разрушаются при максимальных осевых нагрузках от долота, направленных от забоя к устью скважины, а также вследствие шламования абразивных частиц в осевой опоре скольжения, "прихвата" и разрушения поликристаллических алмазных кристаллов в осевой опоре скольжения, подпружиненной пакетом тарельчатых пружин 76 упорных модулей (поз. 64, 68, 28, 38, 29, 33) при попадании абразивных частиц: до 2% песка с размерами 0,15÷0,95 мм и до 5% нефтепродуктов, содержащихся, например, в полимер-глинистом буровом растворе плотностью 1,16÷1,26 г/см3 на поверхности 79, 83, 84 поликристаллических алмазов во вставках 77, 78, по существу, при изменении знака действия осевой нагрузки на долото в процессе бурения скважины.

Недостаток известной конструкции объясняется большим значением коэффициента напряжения осевой опоры скольжения в корпусе шпинделя (Stress ratio, отношение изменяющейся амплитуды напряжения к среднему напряжению), по существу, равного 9÷11, а также большой вероятностью возникновения вибраций, "прихвата" и разрушения поликристаллических алмазных кристаллов в осевой опоре скольжения при использовании двигателя в горизонтальных управляемых компоновках низа бурильной колонны, на участках изменения кривизны наклонно направленной скважины.

Это не позволяет компенсировать положительные и отрицательные выбросы динамических колебаний осевой нагрузки на долото и поддерживать оптимальную осевую нагрузку на долото путем сохранения текущих значений осевой нагрузки без потери устойчивости наклонно направленной изогнутой колонны бурильных труб и обеспечения параметров кривизны ствола скважины.

Известна компоновка гидравлического забойного двигателя для бурения подземных пластов, создающая вращающий момент на буровое долото, двигатель присоединен к упорному подшипнику, включающему первый узел, имеющий множественные опорные элементы, определяющие первую опорную поверхность, по меньшей мере, один опорный элемент из множества опорных элементов первого узла, включающий поликристаллическую алмазную пластину на подложке, второй узел, имеющий множественные опорные элементы, определяющие вторую опорную поверхность, при этом первая опорная поверхность и вторая опорная поверхность имеют такую конфигурацию, чтобы формировать зацепление между собой во время относительного смещения первого узла и второго узла, первый гибкий элемент, расположенный между первым узлом и, по меньшей мере, одним опорным элементом первого узла, первый гибкий элемент, имеющий такую конфигурацию, чтобы обеспечить требуемую величину смещения, по меньшей мере, одного опорного элемента первого узла в первом направлении относительно первого узла, и второй гибкий элемент, расположенный между первым узлом и, по меньшей мере, одним опорным элементом первого узла, второй гибкий элемент, имеющий такую конфигурацию, чтобы обеспечить требуемую величину смещения, по меньшей мере, одного опорного элемента первого узла во втором направлении относительного первого узла, при этом второе направление отличное от первого направления (US 7946768, 24.05.2011).

В известной компоновке гидравлического забойного двигателя для бурения подземных пластов устройство осевой опоры включает, по меньшей мере, первый гибкий элемент или второй гибкий элемент, который имеет такую конфигурацию, чтобы обеспечить требуемую величину отклонения поверхности, по меньшей мере, одного опорного элемента первого узла в пределах ±2 градуса, а также содержит смещающий элемент, включающий прикрепленную к дну смещающего элемента волнистую пружинную шайбу, изогнутую пружинную шайбу или тарельчатую пружинную шайбу, а смещающий элемент имеет такую конфигурацию, чтобы смещать, по меньшей мере, один требуемый опорный элемент, по меньшей мере, в одном из следующих направлений: радиальном направлении, кольцевом направлении, продольном направлении.

Недостатком известного гидравлического забойного двигателя с упорными модулями, содержащими слои поликристаллических алмазов на торце, обращенном к торцам смежных упорных модулей, является неполная возможность повышения ресурса и надежности осевой опоры скольжения шпинделя, прокачиваемой насосной подачей текучей абразивной среды, что объясняется устройством осевой опоры скольжения, которая включает в себя прикрепленную к дну волнистую пружинную шайбу, изогнутую пружинную шайбу или тарельчатую пружинную шайбу, которые имеют узкий диапазон регулировки и сжатия, по существу, в пределах 2÷3 мм, показано на фиг.13.

При допустимой нагрузке на долото (40000 кгс) осевая опора скольжения, которая включает в себя прикрепленную к дну волнистую пружинную шайбу, изогнутую пружинную шайбу или тарельчатую пружинную шайбу, показано на фиг.13, сжимается до упора и не обеспечивает демпфирования осевых усилий от долота, действующих на указанную осевую опору скольжения, не обеспечивает "самоустановки" и параллельности рабочих поверхностей упорных модулей относительно друг друга, что приводит к повышенным местным напряжениям сжатия на контактирующих торцах вышеуказанных упорных модулей, содержащих слои поликристаллических алмазов, возникновению вибраций, "прихвату" и разрушению осевой опоры скольжения.

Недостатки известной конструкции с упорными модулями, содержащими слои поликристаллических алмазов на торцах упорных модулей, каждый из которых включает в себя прикрепленную к дну волнистую пружинную шайбу, изогнутую пружинную шайбу или тарельчатую пружинную шайбу, объясняются полным сжатием прикрепленных к дну упорных модулей волнистых пружинных шайб, изогнутых пружинных шайб или тарельчатых пружинных шайб, а также появлением зазора при наработке в нижней радиальной опоре скольжения шпинделя, вызываемого изгибом вала шпинделя с долотом при проходке изогнутой скважины, что приводит к отклонению от параллельности роторных и статорных колец с упорными модулями, содержащими слои поликристаллических алмазов на торцах упорных модулей, обращенных к торцам смежных упорных модулей осевой опоры скольжения, не обеспечивает "самоустановки" рабочих поверхностей упорных модулей относительно друг друга.

Наиболее близким к заявляемой конструкции является гидравлический забойный двигатель с алмазной опорой скольжения, содержащий корпус двигателя с размещенным внутри него ротором, вращение которого осуществляется насосной подачей текучей среды, а также корпус шпинделя с размещенным внутри него валом, установленным на радиальных и осевой опоре скольжения, вал шпинделя скреплен с ротором двигателя и долотом, при этом часть текучей среды прокачивается через радиальные и осевую опоры скольжения, а осевая опора шпинделя выполнена в виде двух пар роторных и статорных колец с закрепленным в каждом из них кольцевым рядом упорных модулей, статорные кольца скреплены с корпусом шпинделя, роторные кольца скреплены с валом шпинделя, а каждый упорный модуль содержит слой поликристаллических алмазов на торце, обращенном к торцам смежных модулей, и поочередно контактирует с одним или двумя торцами смежных модулей, при этом в каждой паре роторных и статорных колец число упорных модулей роторного кольца на единицу меньше числа упорных модулей статорного кольца, площадь проходного сечения для текучей среды между каждыми двумя упорными модулями роторного кольца при контакте с каждым упорным модулем статорного кольца составляет 1,154÷1,618 от площади проходного сечения для текучей среды между каждыми двумя упорными модулями статорного кольца при контакте с каждым упорным модулем роторного кольца, высота Н каждого упорного модуля с высотой Z роторного и статорного колец связана соотношением Н=(0,255÷0,355)Z (RU 2340757, 10.12.2008).

Недостатком известной конструкции гидравлического забойного двигателя с упорными модулями, содержащими слои поликристаллических алмазов на торцах, обращенных к торцам смежных упорных модулей, является неполная возможность повышения ресурса и надежности осевой опоры скольжения шпинделя, прокачиваемой насосной подачей текучей абразивной среды (бурового раствора), что объясняется жестким креплением роторных и статорных колец с закрепленным в каждом из них рядом упорных модулей в пакеты в корпусе и на валу шпинделя, по существу, объясняется отсутствием "самоустановки" роторных колец в корпусе шпинделя или на валу шпинделя с целью компенсации углового перекоса и обеспечения параллельности рабочих поверхностей упорных модулей, содержащих слои поликристаллических алмазов на торцах.

Недостатки известного забойного двигателя объясняются неполной возможностью "самоустановки" статорных колец в корпусе шпинделя или роторных колец на валу шпинделя с целью обеспечения параллельности рабочих поверхностей упорных модулей, содержащих слои поликристаллических алмазов на торцах, при появлении зазора в нижней радиальной опоре скольжения шпинделя, вызываемого изгибом вала шпинделя с долотом при проходке изогнутой скважины, что приводит к повышенным местным напряжениям сжатия на контактирующих торцах упорных модулей, содержащих слои поликристаллических алмазных кристаллов, возникновению вибраций, "прихвата" и разрушению осевой опоры скольжения.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении ресурса и надежности осевой опоры скольжения шпинделя гидравлического забойного двигателя с упорными модулями, содержащими слои поликристаллических алмазов на торцах, обращенных к торцам смежных модулей, за счет установки на валу шпинделя шлицевой втулки с наружными шлицами и двух упругодемпферных опор, контактирующих с задними торцами роторных колец с внутренними шлицами, соответствующими наружным шлицам шлицевой втулки, для компенсации углового перекоса и обеспечения параллельности рабочих поверхностей упорных модулей, содержащих слои поликристаллических алмазов на торцах.

Сущность технического решения заключается в том, что гидравлический забойный двигатель с алмазной опорой скольжения, содержащий корпус двигателя с размещенным внутри него ротором, вращение которого осуществляется насосной подачей текучей среды, а также корпус шпинделя с размещенным внутри него валом, установленным на радиальных и осевой опорах скольжения, вал шпинделя скреплен с ротором двигателя и долотом, при этом часть текучей среды прокачивается через радиальные и осевую опоры скольжения, а осевая опора шпинделя выполнена в виде двух пар роторных и статорных колец с закрепленным в каждом из них кольцевым рядом упорных модулей, статорные кольца закреплены в корпусе шпинделя, роторные кольца установлены на валу шпинделя, а каждый упорный модуль содержит слои поликристаллических алмазов на торце, обращенном к торцам смежных модулей, и поочередно контактирует с одним или двумя торцами смежных модулей, согласно изобретению содержит установленную на валу шпинделя шлицевую втулку с наружными шлицами и две упругодемпферные опоры, размещенные на краях шлицевой втулки и воспринимающие осевые усилия, действующие на осевую опору шпинделя, выполненную в виде двух пар роторных и статорных колец с закрепленным в каждом из них кольцевым рядом упорных модулей со слоями поликристаллических алмазов, при этом каждая упругодемпферная опора контактирует с задним торцом соответствующего роторного кольца с закрепленным кольцевым рядом упорных модулей, а роторные кольца с закрепленными в них кольцевыми рядами упорных модулей выполнены с внутренними шлицами, соответствующими наружным шлицам шлицевой втулки, и установлены, каждое, с возможностью углового перекоса роторного кольца с закрепленным в нем кольцевым рядом упорных модулей относительно собственной упругодемпферной опоры.

Каждая упругодемпферная опора образована кольцевым поясом края шлицевой втулки, опорной кольцевой втулкой с торцовой стенкой, установленной на валу шпинделя и контактирующей с торцом шлицевой втулки, а также кольцевым подпятником, размещенным между кольцевым поясом края шлицевой втулки и внутренним кольцевым поясом опорной кольцевой втулки, образующими внутри замкнутую камеру, в которой расположено кольцо из упругого эластомерного материала, плотно контактирующее со стенками указанной замкнутой камеры, при этом кольцевой подпятник установлен с возможностью его углового перекоса совместно с роторным кольцом с закрепленным в нем кольцевым рядом упорных модулей относительно оси вращения шпинделя в пределах ±3 градуса.

Установленные на краях шлицевой втулки две упругодемпферные опоры расположены вдоль оси вала шпинделя зеркально друг относительно друга.

Площадь F кольца из упругого эластомерного материала, размещенного в замкнутой камере упругодемпферной опоры, и площадь F1 упорных модулей, содержащих слои поликристаллических алмазов на торце упорных модулей, закрепленных в роторном кольце, связаны соотношением: F=(1,35÷1,75)F1.

Кольцо из упругого эластомерного материала, размещенного в замкнутой камере упругодемпферной опоры, имеет твердость 80±3 ед. Шор А.

На торце кольца из упругого эластомерного материала, размещенного в замкнутой камере упругодемпферной опоры, выполнен кольцевой выступ, контактирующий с торцом кольцевого подпятника.

Выполнение гидравлического забойного двигателя с алмазной опорой скольжения таким образом, что содержит установленную на валу шпинделя шлицевую втулку с наружными шлицами и две упругодемпферные опоры, размещенные на краях шлицевой втулки и воспринимающие осевые усилия, действующие на осевую опору шпинделя, выполненную в виде двух пар роторных и статорных колец с закрепленным в каждом из них кольцевым рядом упорных модулей со слоями поликристаллических алмазов, при этом каждая упругодемпферная опора контактирует с задним торцом соответствующего роторного кольца с закрепленным кольцевым рядом упорных модулей, а роторные кольца с закрепленными в них кольцевыми рядами упорных модулей выполнены с внутренними шлицами, соответствующими наружным шлицам шлицевой втулки, и установлены, каждое, с возможностью углового перекоса роторного кольца с закрепленным в нем кольцевым рядом упорных модулей относительно собственной упругодемпферной опоры, повышает ресурс и надежность осевой опоры скольжения шпинделя гидравлического забойного двигателя с упорными модулями, содержащими слои поликристаллических алмазов на торцах, обращенных к торцам смежных модулей, за счет установки на валу шпинделя шлицевой втулки с наружными шлицами и двух упругодемпферных опор, контактирующих с задними торцами роторных колец с внутренними шлицами, соответствующими наружным шлицам шлицевой втулки, для компенсации углового перекоса и обеспечения параллельности рабочих поверхностей упорных модулей, содержащих слои поликристаллических алмазов на торцах, предотвращает вибрации, "прихваты" и разрушения поликристаллических алмазных кристаллов в рабочих поверхностях трения осевой опоры скольжения шпинделя с долотом.

Преимущества заявляемой конструкции с упорными модулями, содержащими слои поликристаллических алмазов на торцах упорных модулей, обращенных к торцам смежных упорных модулей, объясняются, по существу, компенсацией перекосов и отклонений от параллельности роторных и статорных колец с упорными модулями, содержащими слои поликристаллических алмазов на торцах упорных модулей, обращенных к торцам смежных упорных модулей осевой опоры скольжения, вызываемых появлением радиального зазора в нижней радиальной опоре скольжения шпинделя при бурении наклонно направленных и горизонтальных скважин вследствие изгиба вала шпинделя с долотом при проходке изогнутой скважины.

Такое выполнение, например, героторного винтового гидравлического двигателя с алмазной осевой опорой скольжения шпинделя повышает точность проходки наклонно направленных и горизонтальных нефтяных и газовых скважин, а также улучшает технико-экономические показатели бурения: увеличивает проходку скважины на рейс долота, уменьшает время простоя буровой установки.

Выполнение гидравлического забойного двигателя с алмазной опорой скольжения таким образом, что каждая упругодемпферная опора образована кольцевым поясом края шлицевой втулки, опорной кольцевой втулкой с торцовой стенкой, установленной на валу шпинделя и контактирующей с торцом шлицевой втулки, а также кольцевым подпятником, размещенным между кольцевым поясом края шлицевой втулки и внутренним кольцевым поясом опорной кольцевой втулки, образующими внутри замкнутую камеру, в которой расположено кольцо из упругого эластомерного материала, плотно контактирующее со стенками указанной замкнутой камеры, при этом кольцевой подпятник установлен с возможностью его углового перекоса совместно с роторным кольцом с закрепленным в нем кольцевым рядом упорных модулей относительно оси вращения шпинделя в пределах ±3 градуса, упрощает конструкцию упругодемпферной опоры, обеспечивает экономические преимущества за счет снижения стоимости осевой опоры скольжения с упорными модулями, содержащими слои поликристаллических алмазов, при этом каждая упругодемпферная опора воспринимает осевые усилия, действующие на собственную осевую опору скольжения шпинделя, и компенсирует перекосы и отклонения от параллельности собственного роторного кольца, соединенного с возможностью передачи крутящего момента с шлицевой втулкой, закрепленной на валу шпинделя, что также повышает ресурс и надежность в прокачиваемой буровым раствором осевой опоре скольжения шпинделя гидравлического забойного двигателя.

Выполнение гидравлического забойного двигателя с алмазной опорой скольжения таким образом, что установленные на краях шлицевой втулки две упругодемпферные опоры расположены вдоль оси вала шпинделя зеркально друг относительно друга, площадь F кольца из упругого эластомерного материала, размещенного в замкнутой камере упругодемпферной опоры, и площадь F1 упорных модулей, содержащих слои поликристаллических алмазов на торце упорных модулей, закрепленных в роторном кольце, связаны соотношением: F=(1,35÷1,75)F1, при этом кольцо из упругого эластомерного материала, размещенного в замкнутой камере упругодемпферной опоры, имеет твердость 80±3 ед. Шор А, а на торце кольца из упругого эластомерного материала, размещенного в замкнутой камере упругодемпферной опоры, выполнен кольцевой выступ, контактирующий с торцом кольцевого подпятника, обеспечивает максимально допустимую нагрузку на долото, равную F=40000 кгс, повышает надежность конструкции, устраняет осевой люфт вала шпинделя с долотом за счет предустановленного осевого натяга в упругодемпферных опорах, повышает ресурс шпиндельной опоры, по меньшей мере, до ресурса долота с зубками из поликристаллических алмазов.

Работоспособность упругодемпферной опоры подтверждается расчетом на прочность опорной кольцевой втулки с торцовой стенкой, установленной на валу шпинделя и контактирующей с торцом шлицевой втулки, ограничивающей сжатие кольца из упругого эластомерного материала, например резины ИРП-1226-5, в замкнутом объеме.

Материал опорной кольцевой втулки с торцовой стенкой и деталей соединения упругодемпферной опоры - сталь 40ХН2МА, ГОСТ 4543-71.

Свойства:

предел прочности σв=930 МПа=95 кгс/мм2
предел текучести σ02=780 МПа=79,6 кгс/мм2
предел выносливости при симметричном
цикле нагружения (изгиб) σ-1=45,6 кгс/мм2
остаточное удлинение при разрыве δ=13%
остаточное сужение при разрыве ψ=45%
модуль упругости Е=19800 МПа=20000 кгс/мм2

При осевой нагрузке кольцо из упругого эластомерного материала в замкнутом объеме ведет себя как жидкость. Давление в резине, образующееся от осевого сжатия резинового кольца, вызывает растягивающие напряжения в опорной кольцевой втулке с торцовой стенкой, установленной на валу шпинделя и контактирующей с торцом шлицевой втулки. При допустимой нагрузке на долото F=40000 кгс в резине возникает давление p=F/S=40000/113=354 кг/см2, где S=113 см2 - площадь резинового кольца. Для упрощения расчета "юбку" опорной кольцевой втулки с торцовой стенкой принимаем в виде безразмерной трубы, находящейся под давлением. Напряжения растяжения в "юбке" опорной кольцевой втулки с торцовой стенкой σp=p×rср/h=354×9,05/0,7=4576 кг/см2, где rср - средний радиус стенки "юбки" опорной кольцевой втулки, h - толщина стенки "юбки" опорной кольцевой втулки.

Для стали сталь 40ХН2МА, ГОСТ 4543-71, предел текучести:

σ02=780 МПа=79,6 кгс/мм2, σ02≥7000 кгс/см2. Коэффициент запаса k=1,5.

С учетом того, что торцовая стенка опорной кольцевой втулки выполняет функцию шпангоута, напряжения растяжения в "юбке" опорной кольцевой втулки будут еще меньше, при этом прочность опорной кольцевой втулки с торцовой стенкой достаточная.

Расчет напряженно-деформированного состояния осевой алмазной опоры скольжения и упругодемпферной опоры, проводимый методом конечных элементов с помощью сертифицированного аналитического программного продукта ANSYS 12.1 в статической нелинейной постановке с использованием элементов, имитирующих контактное взаимодействие, с учетом упруго-пластичных свойств материалов, а также свойств резины в замкнутом объеме конструкции, показал, что в случае равномерного распределения нагрузки двумя парами роторных и статорных колец с закрепленным в каждом из них кольцевым рядом упорных модулей, каждый из которых содержит слои поликристаллических алмазов АРС3 (RU) зернистостью 2000/1600 мкм, образующими пленочный композит толщиной 2,25 мм на торце, обращенном к торцам смежных модулей, и поочередно контактирует с одним или двумя торцами смежных модулей, запас по пределу контактной прочности осевой опоры скольжения составляет 1,45, запас по пределу прочности упругодемпферной опоры составляет 1,55, коэффициент напряжения осевой опоры скольжения в корпусе шпинделя (Stress ratio, отношение изменяющейся амплитуды напряжения к среднему напряжению) составляет 2,3÷4,2.

Изобретение может быть использовано в гидравлических героторных винтовых двигателях для бурения наклонно направленных и горизонтальных нефтяных и газовых скважин, а также для бурения скважин с использованием турбобура.

Ниже представлен гидравлический турбобур Т3 240 PC 801 с алмазной осевой опорой скольжения шпинделя, упругодемпферными опорами для роторных колец с упорными модулями, а также долотом.

На фиг.1 изображен гидравлический турбобур с радиальной твердосплавной опорой скольжения шпинделя, алмазной осевой опорой скольжения шпинделя, упругодемпферными опорами для роторных колец с упорными модулями, радиальными эластомерными опорами скольжения ротора турбобура со ступенями лопаток, а также долотом.

На фиг.2 изображен элемент I на фиг.1 вала шпинделя с упругодемпферными опорами для осевой опоры скольжения, выполненной в виде роторных колец с упорными модулями, содержащими слои поликристаллических алмазов на торцах.

На фиг.3 изображен разрез А-А на фиг.2 поперек упорных модулей осевой опоры скольжения в корпусе шпинделя, содержащих слои поликристаллических алмазов на торцах.

На фиг.4 изображен элемент II на фиг.2 упругодемпферной опоры для роторных колец с упорными модулями, содержащими слои поликристаллических алмазов на торцах.

На фиг.5 изображено кольцо из эластомерного материала с кольцевым выступом, предназначенное для установки в замкнутой камере упругодемпферной опоры.

Гидравлический турбобур с алмазной опорой скольжения содержит корпус 1 турбобура, имеющий 150 ступеней 2 статорных лопаток 3, закрепленных в указанном корпусе 1 с размещенным внутри него ротором 4 турбобура, имеющим соответственно 150 ступеней 5 роторных лопаток 6, закрепленных на валу 7 ротора 4 турбобура, вращение ступеней 5 роторных лопаток 6 осуществляется насосной подачей текучей абразивной среды 8 (бурового раствора), а также содержит корпус 9 опоры шпинделя с размещенным внутри него валом 10 шпинделя, установленным на твердосплавной радиальной опоре 11 скольжения и осевой опоре 12 скольжения, размещенной внутри корпуса 1 турбобура, при этом вал 7 ротора 4 турбобура установлен на 5 радиальных эластомерных опорах 13 скольжения, установленных внутри корпуса 1 турбобура, показано на фиг.1.

Вал 10 шпинделя скреплен резьбой 14 с валом 7 ротора 4 турбобура и скреплен резьбой 15 с долотным переводником 16 и долотом 17, при этом часть текучей среды 8 прокачивается для охлаждения и смазки через радиальные эластомерные опоры 13 скольжения ротора 4 турбобура, открытую осевую алмазную опору 12 скольжения, а также через радиальную опору 11 скольжения вала 10 шпинделя, армированную твердым сплавом ТТ7К15, показано на фиг.1.

В буровом растворе 8, радиальных опорах 13 скольжения ротора 4 турбобура и открытой осевой алмазной опоре 12 скольжения в корпусе 9 шпинделя, а также в твердосплавной радиальной опоре 11 скольжения вала 10 шпинделя содержатся абразивные частицы, прошедшие через фильтры бурильной колонны: до 2% песка с размерами 0,15÷0,95 мм и до 5% нефтепродуктов, например, в полимер-глинистом буровом растворе плотностью 1,16÷1,26 г/см3.

Корпус 1 турбобура скреплен резьбой 18 с переводником 19, предназначенным для закрепления 150 статорных ступеней 2 лопаток 3, переводник 19 скреплен резьбой 20 с трубным переводником 21, а трубный переводник 21 скреплен резьбой 22 с колонной бурильных труб 23, показано на фиг.1.

Осевая опора 12 скольжения шпинделя выполнена в виде двух пар роторных и статорных колец: роторных колец 24, 25 и статорных колец 26, 27 с закрепленным в каждом из них кольцевым рядом упорных модулей 28, статорные кольца 26, 27 закреплены в корпусе 1 шпинделя, роторные кольца 24, 25 установлены на валу 10 шпинделя, а каждый упорный модуль 28 содержит слои 29 поликристаллических алмазов на торце 30, обращенном к торцам 31 смежных модулей 28, и поочередно контактирует с одним или двумя торцами 31 смежных модулей 28, показано на фиг.1, 2, 3, 4.

Слои 29 на торцах 30, 31 упорных модулей 28 оснащены синтетическими поликристаллическими алмазами, например, АРС3 (RU) зернистостью 2000/1600 мкм, образующими многослойный композит толщиной 2,25 мм, показано на фиг.4.

Слои 29 на торцах 30, 31 упорных модулей 28 могут быть оснащены поликристаллическими алмазами PDC, например, фирмы US Synthetic (US) зернистостью 2000/1600 мкм, образующими многослойный композит толщиной 2,05 мм, показано на фиг.4.

Гидравлический турбобур с алмазной опорой скольжения содержит установленную на валу 10 шпинделя шлицевую втулку 32 с наружными шлицами 33, 34 и две упругодемпферные опоры 35 и 36, размещенные на краях 37 и соответственно 38 шлицевой втулки 32, воспринимающие осевые усилия, действующие на осевую опору 12 шпинделя, которая выполнена в виде двух пар роторных и статорных колец: роторных колец 24, 25 и статорных колец 26, 27 с закрепленным в каждом из них кольцевым рядом упорных модулей 28, статорные кольца 26, 27 закреплены в корпусе 1 шпинделя, роторные кольца 24, 25 установлены на валу 10 шпинделя, а каждый упорный модуль 28 содержит слои 29 поликристаллических алмазов на торце 30, обращенном к торцам 31 смежных модулей 28, и поочередно контактирует с одним или двумя торцами 31 смежных модулей 28, показано на фиг.1, 2, 3, 4.

Упругодемпферная опора 35 контактирует с задним торцом 39 роторного кольца 24 с закрепленным кольцевым рядом упорных модулей 28, а роторное кольцо 24 с закрепленными в них кольцевыми рядами упорных модулей 28 выполнено с внутренними шлицами 40, соответствующими наружным шлицам 33 шлицевой втулки 32, и установлено с возможностью углового перекоса роторного кольца 24 с закрепленным в нем кольцевым рядом упорных модулей 28 относительно собственной упругодемпферной опоры 35, показано на фиг.2, 3, 4.

Упругодемпферная опора 36 контактирует с задним торцом 41 роторного кольца 24 с закрепленным кольцевым рядом упорных модулей 28, а роторное кольцо 24 с закрепленными в них кольцевыми рядами упорных модулей 28 выполнено с внутренними шлицами 42, соответствующими наружным шлицам 34 шлицевой втулки 32, и установлено с возможностью углового перекоса роторного кольца 24 с закрепленным в нем кольцевым рядом упорных модулей 28 относительно собственной упругодемпферной опоры 36, показано на фиг.1, 2, 3, 4.

Каждая упругодемпферная опора, например упругодемпферная опора 35, образована кольцевым поясом 43 края 37 шлицевой втулки 32, опорной кольцевой втулкой 44 с торцовой стенкой 45, установленной на валу 10 шпинделя и контактирующей с торцом (краем) 37 шлицевой втулки 32, а также кольцевым подпятником 46, размещенным между кольцевым поясом 43 края (торца) 37 шлицевой втулки 32 и внутренним кольцевым поясом 47 опорной кольцевой втулки 44, образующими внутри замкнутую камеру 48, в которой расположено кольцо 49 из упругого эластомерного материала, например резины ИРП-1226-5, плотно контактирующее со стенками указанной замкнутой камеры: с кольцевым поясом 43 края 37 шлицевой втулки 32, с внутренним кольцевым поясом 47 опорной кольцевой втулки 44, с торцовой стенкой 45 опорной кольцевой втулки 44, а также с задней поверхностью 50 кольцевого подпятника 46, показано на фиг.2, 4.

При этом кольцевой подпятник 46 установлен с возможностью его углового перекоса (за счет радиальных зазоров или сферических поясов) совместно с роторным кольцом 24 с закрепленным в нем кольцевым рядом упорных модулей 28, содержащих слои 29 поликристаллических алмазов на торцах 30, относительно оси 51 вращения вала 10 шпинделя в пределах ±3 градуса, показано на фиг.2, 4.

Установленные на краях 37 и 38 шлицевой втулки 32 две упругодемпферные опоры 35 и 36 расположены вдоль оси 51 вала 10 шпинделя зеркально друг относительно друга, показано на фиг.1, 2, 4.

Площадь 52, F кольца 49 из упругого эластомерного материала, например резины ИРП-1226-5, размещенного в замкнутой камере 48 упругодемпферной опоры, например, 35, и площадь 53, F1 упорных модулей 28, содержащих слои 29 поликристаллических алмазов на торце 30 упорных модулей 28, закрепленных в роторном кольце 24, связаны соотношением: F=(1,35÷1,75)F1, показано на фиг.3, 4, 5. Кольцо 49 из упругого эластомерного материала, например резины ИРП-1226-5, размещенного в замкнутой камере 48 упругодемпферной опоры, например, 35, имеет твердость 80±3 ед. Шор А, показано на фиг.3, 4.

На торце кольца 49 из упругого эластомерного материала, например резины ИРП-1226-5, размещенного в замкнутой камере 48 упругодемпферной опоры, например, 35, выполнен кольцевой выступ 54, предназначенный для создания предустановленного осевого натяга, контактирующий с задней поверхностью 50 кольцевого подпятника 46, показано на фиг.4, 5.

Гидравлический турбобур Т3 240 PC 801 с упругодемпферными опорами для роторных колец осевой алмазной опоры скольжения шпинделя с долотом работает следующим образом: поток бурового раствора 8, содержащий абразивные частицы, например до 2% песка с размерами 0,15÷0,95 мм и до 5% нефтепродуктов, содержащихся в полимер-глинистом буровом растворе плотностью 1,16÷1,26 г/см3, под давлением 37÷45 МПа по колонне бурильных труб 23 подается в корпус 1 турбобура, содержащий 150 ступеней 2 статорных лопаток 3, закрепленных в указанном корпусе 1, с размещенным внутри него ротором 4 турбобура, имеющим соответственно 150 ступеней 5 роторных лопаток 6, закрепленных на валу 7 ротора 4 турбобура, создает крутящий момент на 150 ступенях 5 роторных лопаток 6, закрепленных на валу 7 ротора 4 турбобура, передаваемый далее на вал 10 шпинделя, долотного переводника 16 и бурового долота 17, осуществляет вращение бурового долота 17 и бурение скважины.

Часть текучей среды 8 прокачивается под давлением 37÷45 МПа через радиальные эластомерные опоры 13 скольжения ротора 4 турбобура, открытую осевую алмазную опору 12 скольжения, а также через радиальную опору 11 скольжения вала 10 шпинделя, армированную твердым сплавом.

При появлении зазора в радиальной опоре 11 скольжения вала 10 шпинделя, армированной твердым сплавом, вызываемого изгибом вала 10 шпинделя с долотом 17 при бурении в крепких и твердых породах изогнутой скважины, упругодемпферная опора 35 контактирует с задним торцом 39 роторного кольца 24 с закрепленным кольцевым рядом упорных модулей 28, а роторное кольцо 24 с закрепленными в них кольцевыми рядами упорных модулей 28 выполнено с внутренними шлицами 40, соответствующими наружным шлицам 33 шлицевой втулки 32, и установлено с возможностью углового перекоса роторного кольца 24 с закрепленным в нем кольцевым рядом упорных модулей 28 относительно собственной упругодемпферной опоры 35, и обеспечивает компенсацию углового перекоса и параллельность рабочих поверхностей упорных модулей, содержащих слои поликристаллических алмазов на торцах, что уменьшает местные напряжения сжатия на контактирующих торцах упорных модулей, предотвращает возникновение вибраций, "прихвата" и разрушения осевой опоры скольжения.

При появлении зазора в радиальной опоре 11 скольжения вала 10 шпинделя, армированной твердым сплавом, вызываемого изгибом вала 10 шпинделя с долотом 17 при бурении в крепких и твердых породах изогнутой скважины, упругодемпферная опора 36 контактирует с задним торцом 41 роторного кольца 24 с закрепленным кольцевым рядом упорных модулей 28, а роторное кольцо 24 с закрепленными в них кольцевыми рядами упорных модулей 28 выполнено с внутренними шлицами 42, соответствующими наружным шлицам 34 шлицевой втулки 32, и установлено с возможностью углового перекоса роторного кольца 24 с закрепленным в нем кольцевым рядом упорных модулей 28 относительно собственной упругодемпферной опоры 36, осевая опора 12 скольжения шпинделя, выполненная в виде двух пар роторных и статорных колец: роторных колец 24, 25 и статорных колец 26, 27 с закрепленным в каждом из них кольцевым рядом упорных модулей 28, статорные кольца 26, 27 закреплены в корпусе 1 шпинделя, роторные кольца 24, 25 установлены на валу 10 шпинделя, а каждый упорный модуль 28 содержит слои 29 поликристаллических алмазов на торце 30, обращенном к торцам 31 смежных модулей 28, и поочередно контактирует с одним или двумя торцами 31 смежных модулей 28, и обеспечивает компенсацию углового перекоса и параллельность рабочих поверхностей упорных модулей, содержащих слои поликристаллических алмазов на торцах, что уменьшает местные напряжения сжатия на контактирующих торцах упорных модулей, предотвращает возникновение вибраций, "прихвата" и разрушения осевой опоры скольжения.

При выполнении турбобура с алмазной осевой опорой 12 скольжения шпинделя, упругодемпферными опорами 35, 36 для роторных колец 24, 25 с упорными модулями 28 таким образом, что площадь 52, F кольца 49 из упругого эластомерного материала, например резины ИРП-1226-5, размещенного в замкнутой камере 48 упругодемпферной опоры, например, 35, и площадь 53, F1 упорных модулей 28, содержащих слои 29 поликристаллических алмазов на торце 30 упорных модулей 28, закрепленных в роторном кольце 24, связаны соотношением: F=(1,35÷1,75)F1, кольцо 49 из упругого эластомерного материала, например резины ИРП-1226-5, размещенного в замкнутой камере 48 упругодемпферной опоры, например, 35, имеет твердость 80±3 ед. Шор А, при этом на торце кольца 49 из упругого эластомерного материала, например резины ИРП-1226-5, размещенного в замкнутой камере 48 упругодемпферной опоры, например, 35, выполнен кольцевой выступ 54, предназначенный для создания предустановленного осевого натяга, контактирующий с задней поверхностью 50 кольцевого подпятника 46, значение коэффициента напряжения осевой опоры скольжения в корпусе шпинделя (Stress ratio, отношение изменяющейся амплитуды напряжения к среднему напряжению) уменьшается и составляет (2,3÷4,2), что снижает вероятность "прихвата" и разрушения слоев 29 на торцах 30, 31 упорных модулей 28, оснащенных поликристаллическими алмазами в осевой опоре 12 скольжения шпинделя.

При использовании заявляемой конструкции повышается ресурс и надежность осевой опоры скольжения шпинделя гидравлического забойного двигателя с упорными модулями, содержащими слои поликристаллических алмазов на торцах, обращенных к торцам смежных модулей, за счет компенсации углового перекоса и обеспечения параллельности рабочих поверхностей упорных модулей, повышается точность параметров кривизны ствола скважины, увеличивается проходка скважины на рейс долота с использованием в колонне бурильных труб гидравлических ясов, повышается темп набора параметров кривизны скважин, уменьшаются напряжения в компоновке низа бурильной колонны и время простоя буровой установки.

1. Гидравлический забойный двигатель с алмазной опорой скольжения, содержащий корпус двигателя с размещенным внутри него ротором, вращение которого осуществляется насосной подачей текучей среды, а также корпус шпинделя с размещенным внутри него валом, установленным на радиальных и осевой опорах скольжения, вал шпинделя скреплен с ротором двигателя и долотом, при этом часть текучей среды прокачивается через радиальные и осевую опоры скольжения, а осевая опора шпинделя выполнена в виде двух пар роторных и статорных колец с закрепленным в каждом из них кольцевым рядом упорных модулей, статорные кольца закреплены в корпусе шпинделя, роторные кольца установлены на валу шпинделя, а каждый упорный модуль содержит слои поликристаллических алмазов на торце, обращенном к торцам смежных модулей, и поочередно контактирует с одним или двумя торцами смежных модулей, отличающийся тем, что содержит установленную на валу шпинделя шлицевую втулку с наружными шлицами и две упругодемпферные опоры, размещенные на краях шлицевой втулки и воспринимающие осевые усилия, действующие на осевую опору шпинделя, выполненную в виде двух пар роторных и статорных колец с закрепленным в каждом из них кольцевым рядом упорных модулей со слоями поликристаллических алмазов, при этом каждая упругодемпферная опора контактирует с задним торцом соответствующего роторного кольца с закрепленным кольцевым рядом упорных модулей, а роторные кольца с закрепленными в них кольцевыми рядами упорных модулей выполнены с внутренними шлицами, соответствующими наружным шлицам шлицевой втулки, и установлены, каждое, с возможностью углового перекоса роторного кольца с закрепленным в нем кольцевым рядом упорных модулей относительно собственной упругодемпферной опоры.

2. Гидравлический забойный двигатель с алмазной опорой скольжения по п.1, отличающийся тем, что каждая упругодемпферная опора образована кольцевым поясом края шлицевой втулки, опорной кольцевой втулкой с торцовой стенкой, установленной на валу шпинделя и контактирующей с торцом шлицевой втулки, а также кольцевым подпятником, размещенным между кольцевым поясом края шлицевой втулки и внутренним кольцевым поясом опорной кольцевой втулки, образующими внутри замкнутую камеру, в которой расположено кольцо из упругого эластомерного материала, плотно контактирующее со стенками указанной замкнутой камеры, при этом кольцевой подпятник установлен с возможностью его углового перекоса совместно с роторным кольцом с закрепленным в нем кольцевым рядом упорных модулей относительно оси вращения шпинделя в пределах ±3°.

3. Гидравлический забойный двигатель с алмазной опорой скольжения по п.1 и 2, отличающийся тем, что установленные на краях шлицевой втулки две упругодемпферные опоры расположены вдоль оси вала шпинделя зеркально друг относительно друга.

4. Гидравлический забойный двигатель с алмазной опорой скольжения по п.1 и 2, отличающийся тем, что площадь F кольца из упругого эластомерного материала, размещенного в замкнутой камере упругодемпферной опоры, и площадь F1 упорных модулей, содержащих слои поликристаллических алмазов на торце упорных модулей, закрепленных в роторном кольце, связаны соотношением: F=(1,35÷1,75)F1.

5. Гидравлический забойный двигатель с алмазной опорой скольжения по п.1 и 2, отличающийся тем, что кольцо из упругого эластомерного материала, размещенного в замкнутой камере упругодемпферной опоры, имеет твердость 80±3 ед. Шор А.

6. Гидравлический забойный двигатель с алмазной опорой скольжения по п.1 и 2, отличающийся тем, что на торце кольца из упругого эластомерного материала, размещенного в замкнутой камере упругодемпферной опоры, выполнен кольцевой выступ, контактирующий с торцом кольцевого подпятника.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области машиностроения и используется при обкатке и испытаниях гидравлического забойного двигателя (ГЗД). .

Изобретение относится к области машиностроения и используется для обкатки и испытания гидравлического забойного двигателя (ГЗД). .

Изобретение относится к области машиностроения и используется для обкатки и испытания гидравлического забойного двигателя (ГЗД). .

Изобретение относится к машиностроению, более конкретно к конструкции и изготовлению двигателей объемного типа, различные варианты осуществления которых используются для добычи углеводородов.

Изобретение относится к буровой технике, а именно к регуляторам угла перекоса гидравлических забойных двигателей в компоновке низа бурильных колонн, задающим проектный угол искривления ствола наклонно направленных и горизонтальных нефтяных скважин.

Изобретение относится к области нефтяного машиностроения и может быть использовано для испытаний гидравлических забойных двигателей (ГЗД). .

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, в частности к клапанным устройствам в системах рециркуляции бурового раствора с применением бурильной колонны с гидравлическим забойным двигателем.

Изобретение относится к винтовым забойным двигателям и может применяться при их изготовлении. .

Изобретение относится к области нефтегазового машиностроения, а именно к оборудованию для испытаний гидравлических забойных двигателей. .

Изобретение относится к гидравлическим приводам для вращательного бурения, размещаемым в скважинах, и может быть использовано в гидравлических героторных винтовых двигателях и турбобурах для бурения нефтяных и газовых скважин.

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано при бурении нефтяных и газовых скважин в составе забойного двигателя

Изобретение относится к буровой технике, а именно к забойным двигателям для бурения скважин. Шпиндель включает корпус, дроссель и вал со сквозным осевым каналом, установленный в корпусе с возможностью осевого перемещения в пределах гарантированного люфта. Между тремя уплотненными радиальными опорами установлены две секции многоступенчатой пяты для восприятия осевой нагрузки сверху вниз и снизу вверх. Каждая ступень пяты состоит из дисков с подводящими гидравлическими каналами и проточных подпятников, резиновые элементы которых имеют кольцевые камеры, образующие с дисками упорные гидростатические подшипники. Дроссель выполнен сменным и установлен в осевом канале вала. Диаметр проходного канала дросселя для создания перепада давления подбирается в соответствии с ожидаемой гидравлической нагрузкой на осевую опору в пусковом режиме работы двигателя. На наружной поверхности вала выполнены глухие продольные пазы, гидравлически сообщающие раздельно полость над верхней радиальной опорой с кольцевыми камерами верхней секции пяты и полость над средней радиальной опорой с кольцевыми камерами нижней секции пяты. Полость над нижней радиальной опорой гидравлически сообщена с осевым каналом вала ниже дросселя. 3 ил., 2 табл.

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин гидравлическими забойными двигателями (ГЗД), а именно к способам контроля режима работы ГЗД в забойных условиях. Техническим результатом является повышение эффективности бурения скважин путем оперативного изменения режима работы ГЗД при внедрении резцов долота в породы разной пластичности. Способ включает замеры показаний давления в нагнетательной линии под нагрузкой и без нагрузки на долото, поддержание постоянной разницы замеренных показаний давлений. При этом определяют максимально допустимую величину скорости подачи (Vп.доп) долота по математической формуле. Затем осуществляют замеры скорости подачи долота и в случае ее превышения выше максимального допустимого значения снижают до Vп.доп. 2 ил.

Изобретение относится к гидравлическим приводам для вращательного бурения, размещаемым в скважинах, и может быть использовано при роторном бурении боковых горизонтальных стволов нефтяных скважин винтовыми героторными гидравлическими двигателями. Устройство содержит полый корпус, размещенный внутри него героторный винтовой механизм, включающий соосно расположенный в корпусе статор и установленный внутри статора ротор, вращение которого осуществляется насосной подачей текучей среды, шпиндельную секцию, включающую вал, установленный на осевой опоре, выполненной в виде упорно-радиального многорядного подшипника, а также на верхней и нижней радиальных опорах скольжения, состоящих из наружной и внутренней втулок, размещенных в корпусе шпиндельной секции, и соответственно, на валу шпиндельной секции, вал шпиндельной секции скреплен на входе приводным валом с ротором, а на выходе скреплен с долотом, двигатель снабжен верхним ловильным устройством, состоящим из вала, упора и гайки, и нижним ловильным устройством, выполненным в виде ловильной втулки с наружным ловильным буртом, упорного кольца и нижнего резьбового переводника с внутренним ловильным буртом, верхнее ловильное устройство скреплено с верхней частью ротора героторного винтового механизма, а нижнее ловильное устройство установлено на валу шпиндельной секции между внутренней втулкой нижней радиальной опоры и осевой опорой, выполненной в виде упорно-радиального многорядного подшипника. Вал шпиндельной секции и ловильная втулка нижнего ловильного устройства с наружным ловильным буртом жестко скреплены между собой с помощью общей резьбы с возможностью обеспечения натяга по торцам упорного кольца, расположенного между торцами ловильной втулки и внутренней втулки нижней радиальной опоры скольжения. Направление свинчивания резьбы вала шпиндельной секции и ловильной втулки нижнего ловильного устройства совпадает с направлением вращения бурильной колонны при подъеме из скважины. Снижается аварийность, повышаются ресурс и надежность двигателей, точность проходки скважины и темп набора параметров кривизны скважины, а также проходимость. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Группа изобретений относится к области бурения, а именно к универсальному переходнику для бурильного двигателя, имеющего провода или порты. Узел нижней части бурильной колонны содержит забойный двигатель, расположенный на бурильной колонне и имеющий ротор и статор, причем в роторе выполнено первое отверстие, шпиндель, расположенный снизу от скважинного двигателя, в котором выполнено второе отверстие, вал, в котором выполнено третье отверстие и который имеет первый и второй концы, причем первый конец соединен с ротором посредством первого универсального переходника, при этом второй конец соединен со шпинделем посредством второго универсального переходника, и внутренний стержень, расположенный в третьем отверстии вала, причем внутренний стержень имеет внутренний проход и имеет третий и четвертый концы, при этом третий конец герметизирует сообщение внутреннего прохода с первым отверстием ротора, а четвертый конец герметизирует сообщение внутреннего прохода со вторым отверстием шпинделя. Обеспечивается передача сигнала с датчиков, подача питания внутри вращающихся элементов узла. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к забойным двигателям и может быть использовано для бурения нефтяных, газовых и других скважин. Винтовой забойный двигатель состоит из двух секций - верхней и нижней, каждая из которых включает в свой состав винтовые рабочие органы, выполненные на базе многозаходного героторного механизма с внутренним циклоидальным зацеплением, шпиндель с выходным валом, установленным на осевой и радиальных опорах, шарнирный узел соединения ротора винтовых рабочих органов с выходным валом и каналы для прохода жидкости. Статор винтовых рабочих органов верхней секции неподвижно закреплен на колонне бурильных труб, а выходной вал нижней секции связан с породоразрушающим инструментом. Выходной вал верхней секции посредством жесткой связи соединен со статором винтовых рабочих органов нижней секции, установленным с зазором в расточке переводника, соединяющего неподвижные корпуса шпинделей секций, и совершающим концентричное вращение в радиальной опоре соединительного переводника. Обеспечивается расширение энергетических характеристик двигателя, в частности повышение частоты вращения выходного вала. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Группа изобретений относится к области бурения, а именно к техническим средствам для управления потоком бурового раствора, проходящим через скважинный инструмент, установленный в стволе скважины, проходящей через подземный пласт. Скважинный инструмент содержит буровое долото на своем нижнем конце и буровой двигатель, содержащий кожух с ротором, вращающимся в канале ротора в кожухе, когда буровой инструмент проходит через него. Ротор имеет перепускной канал для перепуска части бурового раствора по нему. Клапан содержит пластину клапана, установленную выше по потоку от двигателя, имеющую по меньшей мере один проход потока и по меньшей мере один перепускной проход, проходящий через нее. По меньшей мере один проход потока гидравлически сообщен с каналом ротора для пропуска бурового раствора, проходящего через него. Ротор выполнен с возможностью вращения в кожухе. По меньшей мере один перепускной проход селективно гидравлически сообщен с перепускным каналом, когда ротор вращается в кожухе, и перепускной канал селективно перемещается в положение совмещения по меньшей мере с частью по меньшей мере одного перепускного прохода для перепуска части бурового раствора по нему, генерируя на долоте ударное действие. Обеспечивается предотвращение прихватов бурильного инструмента, уменьшение вибрации, увеличение КПД бурения скважинным инструментом с предотвращением повреждения долота. 3 н. и 22 з.п. ф-лы, 14 ил.

Группа изобретений относится к подшипниковому узлу забойного двигателя. Подшипниковая секция для забойного двигателя содержит кольцевой резервуар для масла, расположенный в радиальном направлении между оправкой и корпусом и проходящий в осевом направлении между верхним поворотным уплотнением, расположенным между оправкой и корпусом, и нижним поворотным уплотнением, расположенным между оправкой и корпусом, причем часть кольцевого резервуара для масла образует кольцевую вторую подшипниковую камеру, имеющую нижний конец, ограниченный кольцевым нижним выступом, относящимся к оправке, и верхний конец, ограниченный кольцевым верхним выступом, относящимся к корпусу; упорный подшипник, расположенный во второй подшипниковой камере и выполненный с возможностью выдерживания сжимающих нагрузок между верхним и нижним выступами при действии осевого сжатия на указанную подшипниковую секцию. Обеспечивается оптимизация использования бурового раствора. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 5 ил.

Группа изобретений относится к области бурения скважин, а именно к системам компенсации давления для подшипниковых узлов с масляным уплотнением. Подшипниковая секция забойного двигателя содержит удлиненный шпиндель, расположенный коаксиально с удлиненным цилиндрическим корпусом, имеющим продольную ось, и с возможностью поворота в нем. Шпиндель имеет внешнюю поверхность, а корпус имеет внутреннюю поверхность. Подшипниковая секция дополнительно содержит кольцевой масляный резервуар, расположенный в радиальном направлении между внешней поверхностью шпинделя и внутренней поверхностью корпуса и проходящий в осевом направлении между верхним поворотным уплотнением и нижним поворотным уплотнением, каждое из которых расположено в радиальном направлении между шпинделем и корпусом, причем частью масляного резервуара образована кольцевая камера подшипника; компенсационную систему для компенсации давления масла, содержащую: цилиндрическую гильзу, имеющую внутреннюю цилиндрическую поверхность и внешнюю цилиндрическую поверхность и расположенную коаксиально с внешней цилиндрической поверхностью шпинделя в области, расположенной в осевом направлении над камерой подшипника, причем гильза соединена без возможности поворота с корпусом с образованием кольцевой поршневой камеры между внешней цилиндрической поверхностью гильзы и внутренней цилиндрической поверхностью корпуса, при этом шпиндель выполнен с возможностью поворота относительно гильзы, а компенсационная система дополнительно содержит: круговой выступ, выполненный на нижнем конце гильзы, соединяющий указанную гильзу с корпусом и содержащий нефтепроводный канал, обеспечивающий возможность прохода через него масла, радиальный подшипник, расположенный между внутренней цилиндрической поверхностью гильзы и внешней цилиндрической поверхностью шпинделя; и кольцевой поршень, расположенный в поршневой камере без возможности поворота и выполненный с возможностью перемещения в ней в осевом направлении и содержащий внутреннюю поверхность, взаимодействующую с внешней поверхностью гильзы с обеспечением уплотнения, и внешнюю поверхность, взаимодействующую с внутренней цилиндрической поверхностью корпуса с обеспечением уплотнения. Обеспечивается радиальная опора шпинделя. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к гидравлическим приводам для вращательного бурения, размещаемым в скважинах, в частности к осцилляторам для бурильной колонны, предназначенным для создания гидромеханических импульсов, воздействующих на бурильную колонну. Осциллятор содержит героторный винтовой гидравлический двигатель, включающий статор и расположенный внутри него ротор, и клапан, клапанные элементы которого взаимодействуют, совместно образуя переменное проходное сечение для текучей среды через клапан. Осциллятор содержит плунжерный модуль, трансмиссионный вал, радиально-упорную опору вращения и генератор гидромеханических импульсов, содержащий корпус, размещенную внутри корпуса оправку, элементы для передачи крутящего момента между корпусом и оправкой, пружинный модуль между корпусом и оправкой, упорную втулку между верхним упорным торцом корпуса и пружинным модулем, кольцевой поршень с уплотнениями, установленный между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью оправки, реагирующий на давление текучей среды, а также содержащий уплотнения во входной части между корпусом и оправкой и камеру для рабочей жидкости-масла, ограниченную уплотнениями во входной части корпуса и уплотнениями кольцевого поршня между корпусом и оправкой, и упорное кольцо, установленное на внутреннем трубчатом элементе, составляющем нижнюю часть оправки. Вращательный привод для передачи момента между оправкой и корпусом при продольном перемещении относительно друг друга снабжен ударным кольцом, установленным в оправке с возможностью продольного перемещения оправки с ударным кольцом внутри упорной втулки. Повышается ресурс и надежность осциллятора, снижаются силы трения бурильной колонны о стенки скважины, уменьшаются крутильные напряжения в бурильной колонне при наклонно-направленном бурении, снижается вероятность прихвата бурильной колонны, обеспечивается возможность приложения осевой нагрузки на осциллятор при работе гидромеханическим ясом для освобождения от прихвата, повышается ресурс долота и скорость проходки скважины. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.
Наверх