Турбобур

Изобретение относится к области бурения скважин, а именно к забойным гидравлическим двигателям. Турбобур содержит корпус, в полости которого размещен уступообразный ротор в поперечном сечении. Уступы на роторе выполнены имеющими зазор с корпусом. Между уступами расположены выдвинутые относительно них в сторону корпуса полуцилиндрические участки, внешней стороной скользяще контактирующие с внутренней стенкой корпуса. Уступы и полуцилиндрические участки разделены выпуклыми поверхностями наружу. Обеспечивается достижение стабильно высоких значений крутящего момента и частоты вращения ротора. 1 ил.

 

Изобретение относится к области бурения скважин, а именно к забойным гидравлическим двигателям.

Известен забойный двигатель, содержащий корпус, размещенный внутри него ротор, кольцевую полость между ними, подводящие каналы. Патент Российской Федерации №2155851, кл. E21B 4/02, 2000.

Конструкция забойного двигателя не обеспечивает достижение высоких значений энергетических характеристик из-за потерь давлений рабочей жидкости в системе подачи.

Прототипом изобретения выбран турбобур, содержащий корпус, в полости которого размещен уступообразный ротор в поперечном сечении. Патент Российской Федерации №2135729, кл. E21B 4/02, 1999.

Недостатки прототипа: неполное использование потенциальной энергии воздействия скоростного напора рабочей жидкости на ротор, присутствие гидродинамических помех вращению ротора в виде сжимающих давлений рабочей жидкости, приложенных к поверхности ротора в направлении центра, что совокупно снижает энергетические характеристики турбобура, отсюда - надежность его работы.

Задача изобретения - повышение надежности работы турбобура.

Технический результат - достижение стабильно высоких значений крутящего момента и частоты вращения ротора путем максимального использования потенциальной энергии рабочей жидкости и уменьшения гидродинамических помех вращательному движению ротора.

Результат достигается тем, что в турбобуре, содержащем корпус, в полости которого размещен уступообразный ротор в поперечном сечении, согласно изобретению уступы на роторе выполнены имеющими зазор с корпусом, между уступами расположены выдвинутые относительно них в сторону корпуса полуцилиндрические участки, внешней стороной скользяще контактирующие с внутренней стенкой корпуса, при этом уступы и полуцилиндрические участки разделены выпуклыми поверхностями кнаружи.

Совокупностью отличительных признаков изобретения обеспечивается одновременное приложение ударно скоростного напора рабочей жидкости на уступы и на полуцилиндрические участки, где сила давления значительно увеличивается, в полости между корпусом и ротором в силу наличия уступов появляется водоворотная зона, которая характеризуется повышенной пульсацией скоростей и давлений, и наибольший вектор деформированной эпюры осредненных скоростей смещается в сторону корпуса, направленный в полуцилиндрические участки ротора ближе к внешней стороне, удлинением плеча сил крутящего момента и достижением максимального использования энергии скоростного напора рабочей жидкости.

Отличительный признак - уступы и полуцилиндрические участки разделены выпуклыми поверхностями кнаружи, при вращении ротора на этих поверхностях образуется безотрывная транзитная струя, позволяющая уменьшить величину окружной поперечной силы прижатия ротора к центру, тем самым помех его вращению в полости корпуса.

Существенные признаки изобретения имеют причинно-следственную связь, обеспечивают решение поставленной задачи и достижение технического результата.

На фигуре изображен турбобур в поперечном сечении.

Турбобур содержит корпус 1 с подводящими каналами 2, в полости корпуса 1 размещен ротор 3, жестко посаженный на вал 4. На роторе 3 выполнены уступы 5 и выдвинутые относительно них в сторону корпуса 1 полуцилиндрические участки 6, внешней стороной скользяще контактирующие с внутренней стенкой корпуса 1. При этом уступы 5 и полуцилиндрические участки 6 разделены выпуклыми поверхностями 7 кнаружи.

Турбобур работает следующим образом. При подаче потоки рабочей жидкости через подводящие каналы 2 корпуса 1 поступают в полость последнего, и одновременным приложением ударно скоростного напора на уступы 5 и на полуцилиндрические участки 6 приводят во вращательное движение ротор 3 с валом 4. Корпус 1 не вращается. При этом наибольшую ударную нагрузку рабочей жидкости воспринимают части полуцилиндрических участков 6, расположенные ближе к корпусу, этим создаются условия для повышения значения крутящего момента и частоты вращения. Внутренние гидродинамические помехи вращательному движению ротора 3 снижаются присутствием выпуклых поверхностей 7, кнаружи, что также способствует максимальному использованию потенциальной энергии рабочей жидкости.

Эксперименты, проведенные с целью исследование энергетических характеристик опытного образца предлагаемого изобретением турбобура наружным диаметром 195 мм, на буровом стенде, оснащенном контрольно-измерительными приборами и возможностью визуального наблюдения при замедленной съемке за силовым взаимодействием рабочей жидкости и ротора, показали, что конструкция работоспособна, при малой габаритной длине (1,6-2,2 м) и расходе рабочей жидкости 280-340 л/мин, численные значения крутящего момента и частоты вращения выше, чем у серийных турбобуров соответствующего диаметра.

Турбобур, содержащий корпус, в полости которого размещен уступообразный ротор в поперечном сечении, отличающийся тем, что уступы на роторе выполнены имеющими зазор с корпусом, между уступами расположены выдвинутые относительно них в сторону корпуса полуцилиндрические участки, внешней стороной скользяще контактирующие с внутренней стенкой корпуса, при этом уступы и полуцилиндрические участки разделены выпуклыми поверхностями наружу.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к области бурения. Устройство для использования в скважине, содержащее статор, включающий винтовой зуб, имеющий профиль, сформированный вдоль внутренней поверхности статора; и ротор, размещенный в статоре и включающий винтовой зуб, имеющий профиль, сформированный на наружной поверхности ротора, причем профиль винтового зуба ротора выполнен асимметричным и винтовой зуб ротора включает первую сторону и вторую сторону так, что геометрия первой стороны образует поверхность нагружения, а геометрия второй стороны образует поверхность уплотнения.

Группа изобретений относится к области бурения, а именно к гидравлическим приводам для вращательного бурения, размещаемым в скважине. Компоновка гидравлического забойного двигателя содержит винтовой двигатель, имеющий ближний конец и дальний конец и содержащий статор и ротор.

Группа изобретений относится к области бурения скважин. Сборка бурового снаряда, который содержит сборку забойного двигателя, содержащую верхний переводник, содержащий бурт, имеющий первый внутренний диаметр вблизи дистального конца верхнего переводника, и рабочую пару, содержащую винтовой двигатель, имеющий статор и ротор, выполненные с возможностью эксцентрического вращения при прохождении бурового раствора через двигатель и имеющие ближний конец и дистальный конец, ближний конец статора прикреплен к дистальному концу верхнего переводника; зацепление ротора, содержащее вал, имеющий ближний конец и дистальный конец и эксцентрически вращающийся посредством трансмиссии эксцентриковой передачи ротора; дистальный конец вала напрямую или опосредованно прикреплен к ближнему концу ротора; а вал проходит от дистального конца зацепления ротора в верхний переводник на расстоянии мимо бурта, при том что по меньшей мере часть вала, проходящая мимо бурта, имеет внешний диаметр меньше, чем первый внутренний диаметр бурта; ближний конец вала имеет эффективный внешний диаметр, больший, чем первый внутренний диаметр, и/или прикреплен к сборному зацеплению ротора, содержащему одну или более деталей, которые имеют эффективный внешний диаметр, больший, чем первый внутренний диаметр; по меньшей мере, одно устройство, расположенное между ближним концом и дистальным концом вала зацепления ротора, которое выполнено с возможностью ограничения радиального и/или тангенциального перемещения вала зацепления ротора и с помощью трансмиссии через вал для ограничения радиального и/или тангенциального перемещения ротора; внешний вал двигателя, напрямую или опосредованно прикрепленный к ближнему концу ротора; буровое долото, напрямую или опосредованно прикрепленное к дистальному концу внешнего вала двигателя.

Группа изобретений относится к области бурения. Генератор мощности содержит: корпус, имеющий продольную ось; ротор, расположенный в корпусе и выполненный с возможностью вращения в основном вокруг продольной оси в первом направлении относительно корпуса в ответ на подачу жидкости в генератор мощности; выходной вал, по меньшей мере частично размещенный внутри корпуса и соединенный с ротором; и антиреверсный подшипник, расположенный радиально между выходным валом и корпусом и выполненный с возможностью поддерживать выходной вал внутри корпуса и обеспечивать вращение выходного вала в первом направлении, но оказывать сопротивление вращению выходного вала во втором направлении, противоположном первому направлению по продольной оси относительно корпуса.

Изобретение относится к приводам вращения, размещаемым в скважине, в частности размещаемым внутри винтового героторного гидравлического двигателя. Карданный вал содержит вал с продольной осью и две полумуфты.

Изобретение относится к винтовым героторным гидромашинам, применяемым в качестве винтовых двигателей, вращение ротора с долотом в которых осуществляется насосной подачей текучей среды, для бурения нефтяных и газовых скважин, а также в качестве винтовых насосов для добычи нефти, мультифазных насосов для перекачки газожидкостных смесей и может быть использовано для винтовых двигателей или насосов общего назначения.

Изобретение относится к винтовым героторным гидромашинам. Винтовая гидромашина содержит статор, представляющий собой трубчатый корпус 10 с закрепленной в нем обкладкой 6 из упругоэластичного материала с внутренними винтовыми зубьями 5.

Группа изобретений относится к области винтовых забойных двигателей и насосов. Компоновка гидравлического забойного двигателя содержит объемный или винтовой забойный двигатель, имеющий впускной конец и выпускной конец.

Изобретение относится к гидравлическим приводам для вращательного бурения, размещаемым в скважинах, и может быть использовано при роторном бурении боковых горизонтальных стволов нефтяных скважин.

Изобретение относится к области горного дела, а именно к забойным средствам бурения скважин. Объемный забойный двигатель содержит корпус с продольными подводящими каналами, установленный в полости корпуса с возможностью вращения вал, имеющий полуцилиндрические участки, скользяще контактирующие с корпусом, и центральный канал, посредством боковых радиальных отверстии сообщающийся с полостью корпуса.

Группа изобретений относится к гидравлическим приводам. Устройство для использования в скважине содержит статор, имеющий внутреннюю поверхность с винтовыми зубьями; ротор, имеющий наружную поверхность с винтовыми зубьями и размещенный в статоре. По меньшей мере одна из внутренней поверхности с винтовыми зубьями статора и наружной поверхности с винтовыми зубьями ротора включает уплотнительный материал на первом участке контакта, по меньшей мере частично внедренный в металлический материал, соответственно, по меньшей мере одной из внутренней поверхности с винтовыми зубьями статора и наружной поверхности с винтовыми зубьями ротора, и металлическую поверхность на втором участке контакта, соответственно, по меньшей мере одной из внутренней поверхности с винтовыми зубьями статора и наружной поверхности с винтовыми зубьями ротора. Обеспечивается благоприятный объемный коэффициент полезного действия и высокая выходная мощность. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 8 ил.

Группа изобретений относится к области бурения. Способ изготовления статора для забойного двигателя, содержащего трубу статора, включающую в себя внутреннюю поверхность и имеющую совокупность шлицев, проходящих внутрь от внутренней поверхности; вставку статора, выполненную из отвержденного армирующего материала, имеющего высокую степень кристаллизации, которая расположена во внутренней поверхности и расположена вдоль совокупности шлицев, причем вставка статора имеет внутреннюю поверхность, образующую внутреннюю винтообразную полость, включающую в себя совокупность внутренних винтовых зубьев; и ротор, размещенный в статоре, при этом способ включает в себя: обеспечение трубы статора; нанесение разделительного состава на наружную поверхность шпинделя; размещение шпинделя в трубе статора, причем шпиндель имеет наружную геометрию, комплементарную с необходимой внутренней геометрией статора; ввод армирующего материала в трубу статора для заполнения пространства между шпинделем и внутренней поверхностью трубы статора; отверждение армирующего материала; и удаление по меньшей мере части шпинделя из трубы статора и отвержденного армирующего материала; таким образом, получая статор. Обеспечивается улучшение механических свойств статора. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 22 ил.

Изобретение относится к внутрискважинному генератору вращающегося магнитного поля. Внутрискважинный генератор вращающегося магнитного поля содержит статорный узел, включающий неподвижный цилиндрический корпус (1) и обмотку (20), размещенную в первой области (L1) корпуса (1), и роторный узел, включающий постоянный магнит (10), размещенный в радиальном направлении снаружи обмотки, и турбинный ротор (8), размещенный во второй области (L2) корпуса (1), которая в осевом направлении примыкает к первой области (L1). Ротор (8) и магнит (10) жестко соединены друг с другом вдоль осевого направления и размещены на корпусе (1) на обоих концах роторного узла соответственно через первый подшипник и второй подшипник. Корпус (1) содержит внутренний осевой канал (18) и радиальный канал (22), размещенный в его первой области. Для вывода выработанной электрической энергии и/или выработанного электрического сигнала используется электрический провод (21), который проходит через радиальное сквозное отверстие с уплотнением и соединен с обмоткой. Изобретение направлено на увеличение мощности и оптимизацию конфигурации генератора. 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

Группа изобретений относится к области направленного бурения. Скважинный буровой снаряд содержит бурильную колонну, снабженную внутренним проходом для текучей среды, гидравлический двигатель, расположенный внутри бурильной колонны и имеющий статор и ротор, выполненный с возможностью вращения относительно статора в качестве реакции на поступление бурового раствора через внутренний проход для текучей среды, приводной вал, функционально связанный с ротором и выполненный с возможностью вращения в качестве реакции на вращение ротора, буровое долото, функционально связанное с приводным валом и выполненное с возможностью вращения в качестве реакции на вращение приводного вала, и гидромуфту, расположенную в бурильной колонне и имеющую первый блок сцепления, выполненный с возможностью вращения с бурильной колонной, и второй блок сцепления, выполненный с возможностью вращения с приводным валом. В первой конфигурации первый блок сцепления отсоединен от второго блока сцепления таким образом, что приводной вал и буровое долото вращаются относительно бурильной колонны в качестве реакции на вращение ротора. Во второй конфигурации первый блок сцепления взаимодействует со вторым блоком сцепления в качестве реакции на гидравлическое давление, создаваемое за счет вращения бурильной колонны, таким образом, что приводной вал и буровое долото вращаются с бурильной колонной. Обеспечивается возможность передачи достаточного крутящего момента для освобождения застрявшего бурового долота. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 13 ил.

Группа изобретений относится к нефтегазодобывающей отрасли, в частности к системам управления в скважине с использованием винтовых забойных двигателей. Система содержит утяжеленную бурильную трубу, гильзу статора, установленную с возможностью вращения в утяжеленной бурильной трубе, ротор, установленный с возможностью вращения в гильзе статора, причем вращение ротора относительно гильзы статора имеет корреляцию с объемным расходом текучей среды, проходящей между ротором и гильзой статора, причем ротор закреплен для предотвращения планетарных перемещений так, что его ось является фиксированной относительно утяжеленной бурильной трубы во время его вращения относительно утяжеленной бурильной трубы. 5 н. и 18 з.п. ф-лы, 21 ил.

Группа изобретений относится к области бурения. Скважинный инструмент для использования при бурении подземной скважины содержит механизм передачи крутящего момента, включающий в себя наружный корпус и внутренний шпиндель с по меньшей мере одним продольно расположенным углублением, в каждом из которых размещена собачка и линейный подшипник, контактирующий с по существу параллельными противолежащими сторонами собачки и обеспечивающий возможность радиального перемещения собачки и за счет этого избирательное обеспечение возможности и предотвращения относительного вращения между внутренним шпинделем и наружным корпусом. Обеспечивается снижение фрикционного сцепления с параллельными сторонами собачек. 3 н. и 21 з.п. ф-лы, 12 ил.

Группа изобретений относится к области бурения. Скважинный буровой двигатель содержит трубчатый корпус в бурильной колонне, первый эластомерный статор, сформированный на внутренней поверхности корпуса и имеющий первую полость винтообразной формы с образованным в ней первым количеством заходов, двухцелевой полый элемент винтообразной формы, расположенный внутри первого эластомерного статора и имеющий второе количество заходов, образованных на внешней поверхности с образованием первого ротора, причем второе количество заходов первого ротора на единицу меньше первого количества заходов первого статора, второй эластомерный статор, сформированный на внутренней поверхности двухцелевого полого элемента винтообразной формы и имеющий вторую полость винтообразной формы с третьим количеством заходов, второй ротор винтообразной формы, расположенный внутри второй винтовой полости и имеющий четвертое количество заходов, которое на единицу меньше, чем третье количество заходов, переключатель потока в верхнем конце корпуса, выполненный с возможностью направлять буровой раствор через одну из полостей из группы, включающей первую и вторую полость винтообразной формы, а также как через первую полость винтообразной формы, так и через вторую полость винтообразной формы, первый гибкий вал, функционально соединенный с нижним концом полого элемента винтообразной формы, и второй гибкий вал, функционально соединенный с нижним концом второго ротора винтообразной формы. Обеспечивается возможность изменения расхода текучей среды и/или частоты вращения долота, выходящих за пределы расчетного диапазона для буровых двигателей в бурильной колонне. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области геологии, а именно к технике бурения скважин. Объемный забойный двигатель содержит корпус с подводящими каналами, установленный в полости корпуса с возможностью вращения вал, имеющий внешние полуцилиндрические лопасти, скользяще контактирующие с корпусом, и центральный канал, посредством боковых радиальных отверстии сообщающийся с полостью корпуса. Подводящие каналы выполнены направленными закругленным поворотом на середину высоты внутренней стенки полуцилиндрических лопастей, в центральном канале вала закреплена продольная синусоидальная перегородка, образующая сектора, боковые радиальные отверстия с входом перед внешней стенкой полуцилиндрических лопастей проведены в верхней и нижней половинках вала, выходящими в центральный канал, числом не менее двух в поперечном сечении каждого сектора, причем передние по вращению вала боковые радиальные отверстия обращены в вогнутые поверхности синусоидальной перегородки, задние боковые радиальные отверстия ориентированы к выходу передних. Обеспечивается достижение устойчиво высоких значений крутящего момента на валу и снижение гидродинамических помех его вращательному движению. 2 ил.

Группа изобретений относится к области бурения. Роторный привод для текучей среды имеет первый и второй корпусы, причем второй корпус выполнен с возможностью вращения относительно и внутри первого корпуса с образованием между ними промежутка для рабочей текучей среды. Затворы поддерживаются первым корпусом, и на втором корпусе имеются лопасти. В первом корпусе образованы карманы для затворов, в которые смещаются поворотом на осевом шарнире затворы при контакте с лопастями. Затворы и карманы для затворов взаимно сконфигурированы с образованием между ними полости для инородных частиц, способной временно вмещать твердые инородные частицы, содержащиеся в рабочей текучей среде. Каждый затвор имеет поверхность, обращенную к связанному с ним карману для затвора и имеющую ряд выступов, причем зазоры между соседними выступами образуют путь потока в кармане для затвора. Рабочая текучая среда может проходить через каждый путь потока в кармане для затвора из связанного с ним кармана для затвора в промежуток для рабочей текучей среды, когда соответствующий затвор в максимальной степени смещается в связанный с ним карман для затвора. Обеспечивается полное смещение затворов и получение широких диапазонов крутящего момента и скорости вращения. 2 н. и 26 з.п. ф-лы, 20 ил.

Группа изобретений относится к бурению скважин, в частности к управлению скоростью скважинной турбины. Система содержит корпус, изменяемый канал протекания текучей среды, расположенный внутри корпуса, электромагнит, соединенный с корпусом, приводной механизм, управляемый текучей средой, соединенный по текучей среде с изменяемым каналом протекания текучей среды, узел создания нагрузки, соединенный с приводным механизмом, управляемым текучей средой. Узел создания нагрузки содержит смешивающую лопасть и вал, соединенный со смешивающей лопастью. Вал расположен в одной из электрореологической текучей среды и магнитореологической текучей среды. Вязкость упомянутых сред может быть изменена с помощью электромагнита. Повышается надежность системы управления, повышается точность и скорость управления частотой вращения турбины. 3 н. и 15 з.п.ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области бурения скважин, а именно к забойным гидравлическим двигателям. Турбобур содержит корпус, в полости которого размещен уступообразный ротор в поперечном сечении. Уступы на роторе выполнены имеющими зазор с корпусом. Между уступами расположены выдвинутые относительно них в сторону корпуса полуцилиндрические участки, внешней стороной скользяще контактирующие с внутренней стенкой корпуса. Уступы и полуцилиндрические участки разделены выпуклыми поверхностями наружу. Обеспечивается достижение стабильно высоких значений крутящего момента и частоты вращения ротора. 1 ил.

Наверх