Узел регулирования силовой нагрузки на рабочие органы


 


Владельцы патента RU 2492306:

Щелконогов Геннадий Александрович (RU)

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано при бурении нефтяных и газовых скважин в составе забойного двигателя. Узел регулирования силовой нагрузи на рабочие органы винтового забойного двигателя содержит полумуфту с радиальными и осевым проточными каналами, установленный в осевом проточном канале полумуфты подпружиненный контейнер с гидромониторной насадкой, дорн переменного сечения, установленный с возможностью осевого перемещения, пружину и уплотнения. Он также содержит полую нажимную гайку, установленную в осевом проточном канале полумуфты для взаимодействия с подпружиненным контейнером и с выполненным в осевом проточном канале полумуфты внутренним выступом или дорном, причем дорн выполнен в виде установленного на шток сменного наконечника. Позволяет повысить производительность, надежность и долговечность. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Узел регулирования силовой нагрузки на рабочие органы винтового забойного двигателя относится к буровой технике и может быть использован при бурении нефтяных и газовых скважин в составе забойного двигателя.

Известен узел регулирования силовой нагрузки на рабочие органы винтового забойного двигателя, содержащий установленные в проточном канале полого ротора контейнер с гидромониторной насадкой, уплотнения неподвижных соединений (см., например, книгу «Винтовые забойные двигатели» Д.Ф. Балденко и др. Москва, Недра, 1999 г. Справочное пособие. Стр.46. Рис.2.6; рис.2.7).

В известном узле регулирования силовой нагрузки на рабочие органы контейнер с гидромониторной насадкой установлен в полом роторе и проточный канал постоянно открыт для протока промывочной жидкости как в прямом, так и в обратном направлении.

Недостатком известного узла регулирования силовой нагрузки на рабочие органы является то, что винтовой забойный двигатель не защищен от шламования через промывочные отверстия в долоте при спуско-подъемных операциях.

При спуске винтового забойного двигателя в скважину промывочная жидкость, содержащая шлам (кусочки выбуренной породы), беспрепятственно попадает через полый ротор, через рабочие органы, через проточный канал узла регулирования в двигателе. Шлам оседает и остается в рабочих органах, нарушая контакт ротора и статора, интенсивно их изнашивает или цементируется в них, приводя двигатель в негодность.

Другим недостатком известного узла регулирования является то, что при работе винтового забойного двигателя часть объема промывочной жидкости, непроизводительно протекая через проточный канал узла регулирования, минует рабочие органы и не выполняет работы по вращению ротора (фактически неоправданно снижается энергетическая возможность винтового забойного двигателя).

Регулирование силовой нагрузки на рабочие органы осуществляется периодическим изменением производительности буровых насосов, подающих промывочную жидкость к двигателю. А это требует дополнительных затрат времени, труда и средств и нередко не производится. А при резком возрастании забойной нагрузки, связанном с переходом долота из одного пласта породы в другой, более или менее вязкий, перепад давления на рабочих органах и в узле регулирования резко повышается, проходное сечение проточного канала значительно уменьшается, количество промывочной жидкости, протекающей через узел регулирования, сокращается. В связи с этим объем промывочной жидкости, протекающей через рабочие органы под избыточным давлением, возрастает и существенно увеличивается силовая нагрузка на рабочие органы. В результате значительно повышается интенсивность износа рабочих органов. Ротор и статор ускоренно истираются, изнашиваются, досрочно приходят в негодность из-за аварийного износа. Эти и другие недостатки известного узла регулирования ограничивают возможность практического использования его в бурении нефтяных и газовых скважин.

Известен узел регулирования силовой нагрузки на рабочие органы в винтовом забойном двигателе, содержащий контейнер со сменяемыми гидромониторными насадками с различной формой и различной величиной площади поперечного сечения проходного канала (см., например, АС №1430491 А1, Е21В 4/02, от 15.10.88, бюл. №38).

Недостатки известного узла регулирования аналогичны тем, которые присущи предыдущему известному узлу регулирования.

Кроме того, к существенным недостаткам известного узла регулирования силовой нагрузки на рабочие органы следует отнести то, что в известном узле регулирования используются гидромониторные насадки со сложной формой проточного канала, определение степени влияния которой на работу рабочих органов винтового забойного двигателя проблематично.

Также к недостаткам известного узла регулирования можно отнести бесполезный непрестанный сброс части промывочной жидкости через гидромониторную насадку на каждом режиме работы винтового забойного двигателя. От этого снижается производительность двигателя, уменьшаются его технические и технологические возможности.

Эти и другие недостатки значительно снижают экономическую эффективность использования известного узла регулирования силовой нагрузки на рабочие органы винтового забойного двигателя и не позволяют достичь положительного технического результата.

Известен узел регулирования силовой нагрузки на рабочие органы винтового забойного двигателя, содержащий гильзу с осевым проточным каналом, установленную в подпружиненный ротор с возможностью осевого перемещения, содержащую гнездо ступенчатого переменного сечения, дорн для взаимодействия с гнездом, связанный с корпусом неподвижно (см., например, патент США №5,174,392 от 29.12.1992 г., Е21В 4/02).

При работе двигателя через узел регулирования силовой нагрузки на рабочие органы протекает и бесполезно теряется, не производя работу, часть объема промывочной жидкости, подаваемой к двигателю. По мере возрастания забойной нагрузки и повышения перепада давления на рабочих органах, гильза своим гнездом надвигается на дорн и частично или полностью перекрывает проточный канал узла регулирования.

В связи с этим весь объем промывочной жидкости под возрастающим давлением пропускается через рабочие органы, увеличивая нагрузку на рабочие органы.

Недостатком известного узла регулирования силовой нагрузки на рабочие органы является то, что в связи с резким повышением забойной нагрузки давление в рабочих органах и в узле регулирования возрастает до тех пор, пока сопротивление вращению не будет преодолено. Это может продолжаться до полной остановки двигателя. При этом промывочная жидкость под запредельным давлением деформирует резиновые зубья статора и беспрепятственно протекает через рабочие органы, непроизводительно изнашивая и преждевременно разрушая их.

Другим недостатком известного узла регулирования является сложность его конструкции, которая требует определенных дополнительных знаний, повышенной культуры производства и обслуживания.

Эти и другие недостатки не позволяют эффективно использовать известный узел регулирования силовой нагрузки на рабочие органы в винтовых забойных двигателях и являются препятствием к широкому их применению.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату является узел регулирования силовой нагрузки на рабочие органы, содержащий полумуфту с радиальными и осевым проточными каналами, установленные в осевом проточном канале полумуфты подпружиненный контейнер с гидромониторной насадкой, установленный с возможностью осевого перемещения дорн переменного поперечного сечения, пружину, уплотнения подвижных и неподвижных соединений (см., например, патент №2205933, от 15.11.2001, опубл. 10.06.2003 г. Бюл. №16, М.7. Е21В 4/02).

Данное изобретение принято за прототип, т.к. в нем устранены некоторые существенные недостатки, присущие известным узлам регулирования силовой нагрузки на рабочие органы винтового забойного двигателя: на рабочем режиме весь объем промывочной жидкости, поступающей к двигателю от буровых насосов, подается в рабочие органы для совершения работы; на предельных и запредельных режимах большая часть промывочной жидкости, подаваемой к двигателю, поступает в узел регулирования силовой нагрузки на рабочие органы и разгружает рабочие органы от излишних нагрузок.

Недостатком известного узла регулирования силовой нагрузки на рабочие органы является то, что в нем отсутствует возможность предварительной установки величины оптимальной силовой нагрузки на рабочие органы, заблаговременного регулирования усилия сжатия пружины в зависимости от технической и энергетической характеристики винтового забойного двигателя.

Это не позволяет в полной мере использовать энергетические возможности каждого двигателя и обеспечить достаточную производительность, надежность и долговечность винтового забойного двигателя в конкретных геологических условиях.

Другим недостатком известного узла регулирования силовой нагрузки на рабочие органы является то, что он снабжен набором быстросменяемых гидромониторных насадок, каждая с различной величиной площади поперечного сечения проточного канала. В условиях буровых и ремонтных баз это представляет определенные технические и организационные трудности в сохранении, комплектации и в умелом использовании гидромониторных насадок, соответствующих типоразмеров и нередко техническими службами игнорируется. Таким образом снижается эффективность регулирования силовой нагрузки на рабочие органы.

Также недостатком известного узла регулирования силовой нагрузки на рабочие органы является то, что в нем не исключается возможность затирания, цементации и заклинивания дорна в гидромониторной насадке из-за малых радиальных зазоров между дорном и гидромониторной насадкой, в которых шлам, содержащийся в промывочной жидкости, в зазорах оседает, цементируется и соединяет неподвижно дорн и гидромониторную насадку, препятствуя протоку промывочной жидкости.

Эти и другие недостатки известного узла регулирования силовой нагрузки на рабочие органы не позволяют обеспечить необходимую надежность и долговечность и сокращают возможность его широкого использования в винтовых забойных двигателях при бурении нефтяных и газовых скважин.

Задачами предлагаемого изобретения являются устранение имеющихся недостатков известного узла регулирования силовой нагрузки на рабочие органы и создание возможности установления, изменения в широких пределах и регулирования силовой нагрузки на рабочие органы на рабочих, на предельных и на запредельных забойных нагрузках, предотвращение возможности интенсивного истирания, повышенного износа и аварийного разрушения рабочих органов, исключение возможности попадания шлама в рабочие органы через промывочные отверстия в долоте при спуско-подъемных операциях и в конечном счете повышение надежности и долговечности узла регулирования силовой нагрузки на рабочие органы и винтового забойного двигателя в целом.

Поставленные задачи решаются за счет того, что известный узел регулирования силовой нагрузки на рабочие органы, содержащий полумуфту с радиальными и осевым проточными каналами, установленные в осевом проточном канале полумуфты подпружиненный контейнер с гидромоторной насадкой, установленный с возможностью осевого перемещения дорн переменного поперечного сечения, пружину, уплотнения подвижных и неподвижных соединений, согласно изобретению содержит полую нажимную гайку, установленную в осевом проточном канале полумуфты для взаимодействия с подпружиненным контейнером и с выполненным в осевом проточном канале полумуфты внутренним выступом или дорном, причем дорн выполнен в виде установленного на шток сменного наконечника;

- на дорне выполнен упорный торец для взаимодействия с торцом гидромониторной насадки;

- пружина выполнена в виде единого неразъемного блока привулканизированных друг к другу тарельчатых пружин.

В предложенном узле регулирования силовой нагрузки на рабочие органы обеспечивается возможность перекрытия проточного канала до тех пор, пока силовая нагрузка на рабочие органы винтового забойного двигателя не достигнет определенной, наперед заданной допустимой условиями необходимой надежности и достаточной долговечности величины. Силовая нагрузка на рабочие органы представляет собой крутящий момент силы, развиваемый рабочими органами для преодоления момента сопротивления вращения долота, т.е. для преодоления забойной нагрузки.

При этом весь объем промывочной жидкости, поступающей от буровых насосов к двигателю, направляется в рабочие органы для совершения работы. Это обеспечивает максимальную эффективность использования энергетических возможностей винтового забойного двигателя.

В результате того, что предлагаемый узел регулирования силовой нагрузки на рабочие органы винтового забойного двигателя содержит полумуфту с радиальными и осевым проточными каналами, установленные в осевом проточном канале полумуфты подпружиненный контейнер с гидромониторной насадкой, установленный с возможностью осевого перемещения дорн переменного поперечного сечения, пружину, уплотнения подвижных и неподвижных соединений, кроме того, содержит полую нажимную гайку, установленную в осевом проточном канале полумуфты для взаимодействия с подпружиненным контейнером и с выполненным в осевом проточном канале полумуфты внутренним выступом или дорном, причем дорн выполнен в виде установленного на шток сменного наконечника, достигается возможность реализации назначения, т.е. обеспечивается периодическое и оперативное регулирование силовой нагрузки на рабочие органы, эффективное использование технических и энергетических возможностей винтового забойного двигателя и предотвращение интенсивного истирания, повышенного износа и аварийного разрушения рабочих органов при предельных и запредельных забойных нагрузках.

В результате того, что в предлагаемом узле регулирования силовой нагрузки на рабочие органы на дорне выполнен упорный торец для взаимодействия с торцом гидромониторной насадки, достигается повышение точности и четкости срабатывания и регулирования силовой нагрузки на рабочие органы при незначительном осевом смещении гидромониторной насадки, исключается возможность заедания, заклинивания и цементации дорна и гидромониторной насадки, узел регулирования силовой нагрузки на рабочие органы сохраняется на более длительный срок в работоспособном состоянии.

В результате того, что в предлагаемом узле регулирования силовой нагрузки на рабочие органы пружина выполнена в виде единого неразъемного блока привулканизированных друг к другу тарельчатых пружин, достигается сохранение на более длительный срок в работоспособном состоянии узла регулирования путем предотвращения попадания и накопления шлама в блоке тарельчатых пружин и исключения возможного их растрескивания при повышенных деформациях в связи с существенным повышением модуля упругости у резины при значительных совместных с тарельчатыми пружинами деформациями резины.

Таким образом, реализация отличительных признаков в совокупности с известными в предлагаемом узле регулирования силовой нагрузки на рабочие органы создает возможность ликвидировать недостатки, присущие известному узлу регулирования силовой нагрузки на рабочие органы и обеспечить возможность установления, изменения в широких пределах и регулирования силовой нагрузки на рабочие органы на рабочих, на предельных и на запредельных забойных нагрузках, предотвращения интенсивного истирания, повышенного износа и аварийного разрушения рабочих органов, исключения возможности попадания шлама в рабочие органы через промывочные отверстия в долоте при спуско-подъемных операциях и, в конечном счете, повышение надежности и долговечности узла регулирования силовой нагрузки на рабочие органы и винтового забойного двигателя в целом.

Для пояснения сущности предлагаемого изобретения представлен чертеж, на котором показан узел регулирования силовой нагрузки на рабочие органы. Продольный разрез.

Тонкими штрихпунктирными линиями изображены рабочие органы винтового забойного двигателя в месте установки в них узла регулирования силовой нагрузки на рабочие органы. Продольный разрез.

Узел регулирования силовой нагрузки на рабочие органы может быть установлен в вал турбины турбобура.

Узел регулирования силовой нагрузки на рабочие органы винтового забойного двигателя содержит полумуфту 1 с радиальными проточными каналами 2 и осевым проточным каналом 3, установленные в осевом проточном канале 3 полумуфты 1 подпружиненный контейнер 4 с гидромониторной насадкой 5, установленный с возможностью осевого перемещения дорн 6 переменного поперечного сечения, пружину 7, уплотнения подвижных соединений 8 и уплотнения неподвижных соединений 9. Узел регулирования силовой нагрузки на рабочие органы содержит также полую нажимную гайку 10, установленную в осевом проточном канале 3 полумуфты 1 для взаимодействия с подпружиненным контейнером 4 и с выполненным в осевом проточном канале 3 полумуфты 1 внутренним выступом 11 или дорном 6, причем дорн 6 выполнен в виде установленного на шток 12 сменного наконечника 13. На дорне 6 выполнен упорный торец 14 для взаимодействия с торцом 15 гидромониторной насадки 5.

В узле регулирования силовой нагрузки на рабочие органы пружина 7 выполнена в виде единого неразъемного блока привулканизированных друг к другу тарельчатых пружин. Дорн 6 закреплен в штоке 12 и имеет возможность на резьбе 16 вместе с контейнером 4 или самостоятельно перемещаться в осевом направлении относительно полумуфты 1.

Узел регулирования силовой нагрузки на рабочие органы устанавливается в ротор 17 рабочих органов (на чертеже показаны штрихпунктирными линиями) и закрепляется на резьбе 18 полумуфты 1 плотно.

Рабочие органы включают ротор 17 и статор 19 и вместе с узлом регулирования силовой нагрузки на рабочие органы образуют полость 20 высокого давления и полость 21 низкого давления с герметизацией полости уплотнениями 9 неподвижных соединений, выполненных в виде резиновых колец.

Гидромониторная насадка 5 выполняется из минералокерамики, из металлокерамики или из металла с износоустойчивым покрытием.

Дорн 6 переменного сечения выполняется металлическим с покрытием твердосплавными композиционными материалами.

В предлагаемом узле регулирования силовой нагрузки на рабочие органы винтового забойного двигателя возможны другие варианты исполнения деталей и узлов.

Работает узел регулирования силовой нагрузки на рабочие органы следующим образом.

При сборке узла регулирования силовой нагрузки на рабочие органы вращением полой нажимной гайки 10 перемещают контейнер 4 до соприкосновения его торца с внутренним выступом 11 полумуфты 1. Затем, далее вращая полую нажимную гайку 10 и сжимая пружину 7 на определенную величину, прижимают контейнер 4 к внутреннему выступу 11 полумуфты 1 с усилием, обеспечивающим поддержание возможного оптимального перепада давления на рабочих органах, соответствующего работе винтового забойного двигателя на экономически выгодных режимах в пределах от режима максимального КПД до режима «максимальной мощности» без сброса промывочной жидкости через узел регулирования силовой нагрузки на рабочие органы. Оптимальный перепад давления на рабочих органах устанавливается на основании энергетических возможностей винтового забойного двигателя. Таким образом осуществляется первый этап регулирования силовой нагрузки на рабочие органы, обеспечивающий более выгодное использование потенциальных возможностей винтового забойного двигателя при его повышенной надежности, достаточной долговечности и существенной экономической эффективности.

При работе узла регулирования силовой нагрузки на рабочие органы промывочная жидкость под избыточным давлением подается в рабочие органы, в полость 20 высокого давления, в радиальные 2 и в осевые 3 проточные каналы. По мере возрастания забойной нагрузки перепад давления на рабочих органах, а следовательно, и между полостью 20 высокого давления и полостью 21 низкого давления увеличивается до тех пор, пока не достигнет оптимальной величины, установленной при сборке узла регулирования.

Дальнейшее возрастание забойной нагрузки приводит к увеличению перепада давления между полостями 20 и 21 соответственно высокого и низкого давления, преодолению силы сжатия пружины 7, осевому перемещению контейнера 4 с гидромониторной насадкой 5 вниз и образованию зазора между упорным торцом 14 дорна 6 и торцом 15 гидромониторной насадки 5.

Промывочная жидкость под избыточным давлением протекает через образовавшийся гидравлический канал в узле регулирования силовой нагрузки на рабочие органы в осевой проточный канал полого ротора 17, через гидромониторную насадку 5, пружину 7 и полую нажимную гайку 10. В результате перепад давления на рабочих органах снижается, уменьшается силовая нагрузка на рабочие органы, уменьшается количество промывочной жидкости, протекающей через рабочие органы.

В связи с этим рабочие органы освобождаются от предельных и запредельных силовых нагрузок, уменьшается их истирание, износ и возможное разрушение и рабочие органы будут дольше находиться в работоспособном состоянии. При этом может быть достигнута наибольшая производительность рабочих органов.

При резком возрастании забойной нагрузки, например при переходе долота в пласт большей или меньшей вязкости, или при непредвиденном заклинивании долота перепад давления на рабочих органах повышается скачкообразно и промывочная жидкость под избыточным давлением воздействует на контейнер 4 с гидромониторной насадкой 5, перемещает его вниз и, преодолевая сопротивление пружины 7, моментально открывает проточный канал между упорным торцом 14 дорна 6 и торцом 15 гидромониторной насадки 5. При этом большая часть промывочной жидкости, поступающей в двигатель, под повышенным давлением сбрасывается в полость 21 низкого давления.

Перепад давления на рабочих органах резко уменьшается, и рабочие органы освобождаются от перегрузки: ротор 17 и статор 19 больше не подвергаются интенсивному истиранию, повышенному износу и аварийному разрушению и сохраняются в работоспособном состоянии.

Таким образом осуществляется второй этап регулирования силовой нагрузки на рабочие органы, обеспечивающий предотвращение возможности интенсивного истирания, повышенного износа и аварийного разрушения рабочих органов на рабочих, на предельных и на запредельных забойных нагрузках.

При выполнении буровых работ винтовыми забойными двигателями, в случае непредвиденных изменений геологических условий, возникает необходимость повышения жесткости энергетической характеристики двигателя. Для этого в узле регулирования силовой нагрузки на рабочие органы предусмотрена возможность изменения ранее установленной оптимальной силовой нагрузки на рабочие органы путем увеличения усилия прижатия упорного торца 14 дорна 6 к торцу 15 гидромониторной насадки 5 до усилия, соответствующего работе винтового забойного двигателя на режиме максимальной мощности. Для этого вращением штока 12 на резьбе 16 дорн 6 перемещается вниз на определенную величину. При этом пружина 7 сжимается и увеличивается усилие прижатия торца 14 дорна 6 к торцу 15 гидромониторной насадки 5.

Таким образом осуществляется третий этап регулирования силовой нагрузки на рабочие органы, обеспечивающий возможность повышения нагрузочной способности рабочих органов от оптимального до максимального режима работы винтового забойного двигателя.

При необходимости смягчения энергетической характеристики винтового забойного двигателя на буровой достаточно повернуть шток 12 на резьбе 16 и поднять его на некоторую определенную величину для образования зазора (и проточного канала) межу упорным торцом 14 дорна 6 и торцом 15 гидромониторной насадки 5. При этом некоторая часть объема промывочной жидкости будет беспрепятственно протекать через узел регулирования, минуя рабочие органы, и смягчать энергетическую характеристику двигателя при каждом режиме работы винтового забойного двигателя.

Таким образом осуществляется четвертый этап регулирования силовой нагрузки на рабочие органы, обеспечивающий работу рабочих органов на щадящих режимах с уменьшенной силовой нагрузкой на рабочие органы.

В результате того, что в предлагаемом узле регулирования силовой нагрузки на рабочие органы содержится полая нажимная гайка 10, установленная в осевом проточной канале 3 полумуфты 1 для взаимодействия с подпружиненным контейнером 4 (с гидромониторной насадкой 5) и с выполненным в осевом проточном канале 3 полумуфты 1 внутренним выступом 11 или дерном 6, причем дорн 6 выполнен в виде установленного на шток 12 сменного наконечника 13, достигается и реализуется возможность установки оптимальной величины усилия сжатия пружины 7, соответствующего экономически оправданной силовой нагрузке на рабочие органы винтового забойного двигателя, обеспечивающего сброс давления промывочной жидкости из полости 20 высокого давления в полость 21 низкого давления (при достижении этой величины) и снижения силовой нагрузки на рабочие органы при дальнейшем возрастании забойной нагрузки. При этом реализуется возможность быстрой замены износившегося или аварийно промытого сменного наконечника 13 непосредственно на буровой. Это обеспечивает достижение технического результата: реализации назначения, заключающегося в регулировании силовой нагрузки на рабочие органы при достижении оптимальных силовых нагрузок на рабочие органы, в снижении силовых нагрузок при дальнейшем возрастании забойной нагрузки и в предотвращении интенсивного истирания, преждевременного износа и аварийного разрушения деталей и винтового забойного двигателя в целом. В связи с тем, что в предлагаемом узле регулирования силовой нагрузки на рабочие органы на дорне 6 выполнен упорный торец 14 для взаимодействия с торцом 15 гидромониторной насадки 5, создана и реализуется возможность перекрыть проточный канал торцовыми поверхностями и при незначительном превышении установленной при сборке оптимальной силовой нагрузки на рабочие органы, узел регулирования существенно увеличивает площадь проходного сечения проточного канала, образованного между упорным торцом 14 дорна 6 и торцом 15 гидромониторной насадки 5 и обеспечивает сброс определенного объема промывочной жидкости из полости 20 высокого давления в полость 21 низкого давления, при котором снижается перепад давления на рабочих органах, снижается силовая нагрузка на рабочие органы, снижается возможный износ ротора 17 и статора 19, повышается их надежность и долговечность.

В связи с тем, что в предлагаемом узле регулирования силовой нагрузки на рабочие органы пружина 7 выполнена в виде единого неразъемного блока привулканизированных друг к другу тарельчатых пружин, достигается защита тарельчатых пружин от воздействия на них промывочной жидкости, предотвращается попадание шлама в места размещения тарельчатых пружин и исключается возможность растрескивания тарельчатых пружин при предельных и запредельных забойных нагрузках.

В узле регулирования силовой нагрузки на рабочие органы уплотнения 8 подвижных соединений обеспечивают герметичность контейнера 4 в полумуфте 1 и снижают просачивание промывочной жидкости из полости 20 высокого давления в полость 21 низкого давления, уплотнения 9 неподвижных соединений герметизируют детали и узел в целом в роторе 17.

Резьба 18 служит для подсоединения и крепления полумуфты 1 в полом роторе 17.

При изменении забойной нагрузки и перепада давления на рабочих органах в процессе бурения скважин регулирование силовой нагрузки на рабочие органы осуществляется автоматически.

Автоматическое регулирование силовой нагрузки на рабочие органы осуществляется следующим образом.

Силовая нагрузка на рабочие органы в значительной степени зависит от забойной нагрузки и контролируется перепадом давления на рабочих органах.

Под действием увеличивающегося, свыше установленного оптимального, перепада давления на рабочих органах, связанного с повышением забойной нагрузки, контейнер 4 с гидромониторной насадкой 5 смещается вниз и сжимает пружину 7. При этом между упорным торцом 14 дорна 6 и торцом 15 гидромониторной насадки 5 образуется зазор, который по мере возрастания перепада давления на рабочих органах увеличивается, повышая площадь поперечного сечения проточного канала. В результате расход промывочной жидкости через узел регулирования силовой нагрузки на рабочие органы возрастает, а через рабочие органы снижается, от этого снижается частота вращения долота и уменьшается количество выбуренной породы, улучшается промывка и очистка забоя от выбуренной породы и снижается забойная нагрузка. И как результат, снижается перепад давления и уменьшается силовая нагрузка на рабочие органы.

В связи с уменьшением перепада давления на рабочих органах, вызванным снижением забойной нагрузки, контейнер 4 с гидромониторной насадкой 5 под действием пружины 7 поднимается вверх, и величина площади поперечного сечения проточного канала уменьшается или проточный канал перекрывается полностью.

В результате расход промывочной жидкости через узел регулирования силовой нагрузки на рабочие органы уменьшается, вызывая увеличение расхода промывочной жидкости через рабочие органы.

При этом частота вращения полого ротора 17 и долота увеличивается, повышается количество выбуренной породы и восстанавливается заданный узлом регулирования силовой нагрузки на рабочие органы режим работы винтового забойного двигателя.

Таким образом, реализация отличительных признаков предлагаемого узла регулирования силовой нагрузки на рабочие органы винтового забойного двигателя в сочетании и в совокупности с известными, создает возможность ликвидировать недостатки, присущие известному узлу регулирования силовой нагрузки на рабочие органы, и обеспечить достижение положительного технического результата - реализации назначения:

- создана возможность установления, изменения в широких пределах и периодического и оперативного регулирования силовой нагрузки на рабочие органы на рабочих, на предельных и на запредельных забойных нагрузках;

- предотвращение возможности интенсивного истирания, повышенного износа и аварийного разрушения рабочих органов и сохранение на более длительный срок узла регулирования силовой нагрузки на рабочие органы и всего винтового забойного двигателя в работоспособном состоянии;

- повышение производительности винтового забойного двигателя за счет снижения непроизводительных потерь промывочной жидкости и более эффективного использования энергетических возможностей двигателя при повышении надежности и долговечности;

- исключение возможности попадания шлама в рабочие органы через промывочные отверстия в долоте при спуско-подъемных операциях и в конечном счете повышение надежности и долговечности узла регулирования силовой нагрузки на рабочие органы и винтового забойного двигателя в целом.

Все это позволяет уменьшить потери и сократить непроизводительный расход промывочной жидкости, повысить производительность, надежность и долговечность, снизить производственные затраты на бурение нефтяных и газовых скважин, повысить экономическую эффективность использования узла регулирования силовой нагрузки на рабочие органы винтового забойного двигателя, т.е. позволяет решить поставленные в изобретении задачи.

1. Узел регулирования силовой нагрузки на рабочие органы винтового забойного двигателя, содержащий полумуфту с радиальными и осевым проточными каналами, установленные в осевом проточном канале полумуфты подпружиненный контейнер с гидромониторной насадкой, установленный с возможностью осевого перемещения дорн переменного поперечного сечения, пружину, уплотнения подвижных и неподвижных соединений, отличающийся тем, что содержит полую нажимную гайку, установленную в осевом проточном канале полумуфты для взаимодействия с подпружиненным контейнером и с выполненным в осевом проточном канале полумуфты внутренним выступом или дорном, причем дорн выполнен в виде установленного на шток сменного наконечника.

2. Узел по п.1, отличающийся тем, что на дорне выполнен упорный торец для взаимодействия с торцом гидромониторной насадки.

3. Узел по пп.1 и 2, отличающийся тем, что пружина выполнена в виде единого неразъемного блока привулканизированных друг к другу тарельчатых пружин.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам приводов вращения, размещаемых в скважине, и может быть использовано в гидравлических героторных винтовых двигателях и турбобурах.

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 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.

Изобретение относится к области бурения скважин и, более конкретно, к способу изготовления статора забойного двигателя. Способ изготовления статора для забойного двигателя включает в себя создание шпинделя 506, имеющего наружную геометрию, комплементарную с необходимой внутренней геометрией статора, и наложение гибкого рукава поверх шпинделя 506. Кроме того, создают трубу 502 статора, имеющую внутреннюю поверхность, и связывающее вещество наносят на внутреннюю поверхность трубы 502 статора. Гибкий рукав и шпиндель 506 устанавливают в трубу 502 статора и армирующий материал 510 вводят в трубу 502 статора для заполнения пространства между гибким рукавом и трубой 502 статора. Армирующий материал 510 отверждается и служит для связывания армирующего материала 510 с гибким рукавом и трубой 502 статора. Изобретение направлено на экономически эффективное изготовление забойных двигателей и его компонентов. 16 з.п. ф-лы, 22 ил.
Наверх