Cтраница 2
Когда забойный двигатель применяют для сохранения угла, ребра лопастного стабилизатора могут быть приварены к нижней части его корпуса, а стабилизатор установлен сразу над ним. Для ограничения трения и передачи осевой нагрузки на долото бурильную колонну иногда медленно вращают, чтобы бурение велось в прямом, уже созданном направлении. В этом случае ни кривой корпус забойного двигателя, ни кривой переводник не используются. [16]
Если новые забойные двигатели имеют более высокую отпускную цену по сравнению с базовыми, то. [17]
Прокат забойных двигателей включает расходы на: содержание и эксплуатацию парка забойных двигателей, зарплату рабочих, стоимость материалов и запчастей, расходуемых при ремонте, амортизацию забойных двигателей, а также прочего оборудования, зданий, сооружений базы ( цеха), электроэнергию, производственные и цеховые расходы. [18]
Энергия забойного двигателя, затраченная на динамическое возмущение участка 1Л, превратилась в потенциальную энергию деформации и кинетическую энергию движения этого участка. [19]
Энергия забойного двигателя, затрачиваемая на динамическое вдавливание в породу опорных зубцов долота и на поддержание вынужденных продольных колебаний бурильной колонны, может регулироваться изменением типоразмера долота, его угловой скорости, динамической жесткости ударного участка бурильной колонны и осевой статической нагрузки на забой, а также динамическим регулятором. [20]
Энергия забойного двигателя затрачивается как на разрушение породы, так и на поддержание установившихся продольных колебаний бурильной колонны. Небольшая часть энергии расходуется на размешивание долотом промывочной жидкости и на преодоление других сопротивлений. [21]
Центратор забойного двигателя предназначен для поддержания оси вала забойного двигателя в центре поперечного сечения скважины при изменении ее диаметра, что повышает точность проводки скважин в изменяющихся горно-геологических условиях. [23]
Характеристики забойных двигателей ( зависимости между основными техническими показателями) необходимы для выбора оптимальных параметров режима бурения и поддержания их в процессе долбления, а также для определений путей дальнейшего совершенствования конструкций забойных двигателей ( ЗД) и технологии бурения с их использованием. [24]
Для забойных двигателей изготовляются стационарные и передвижные центраторы со спиральными и прямыми лопастями. Стационарные центраторы могут быть установлены в нижней части шпинделя, над забойным двигателем или в разъеме его секций. Передвижные центраторы могут быть установлены практически в любом месте на корпусе забойного двигателя или УБТ. [25]
Вибрации забойного двигателя и бурильной колонны, возбуждаемые шарошечным долотом, и создаваемые последним динамические силы увеличивают интенсивность разрушения породы, но одновременно снижают стойкость долот, ускоряют износ и разрушение забойных двигателей; уменьшают величину момента, передаваемого колонной бурильных труб при роторном бурении, т.е. снижают ее энергопроводность; способствуют образованию в стволе скважины каверн и желобных выработок, что приводит к уменьшению прочности и долговечности элементов глубинного бурового оборудования и ухудшению показателей бурения. [26]
Термостойкость забойного двигателя лимитируется термостойкостью резины статора. [28]
Тип забойного двигателя и его энергетическая характеристика, способ бурения и его энергетические параметры влияют на показатели работы буровых долот, на закономерность разрушения горных пород в зависимости от глубины и на кривые проходки. [29]
Разработка забойного двигателя с весьма большой длиной, которая доходит до 25 - 35 м, потребовала решения конструкции вала и его радиальных опор, способных работать при столь больших осевых габаритах. Несоосность валов, являющаяся результатом соединения секций через многочисленные резьбы, компенсируется гибкостью самого вала и эластичностью радиальных опор. [30]
Страницы: 1 2 3 4
www.ngpedia.ru
Cтраница 1
Забойный двигатель состоит из двух секций - двигательной и шпиндельной. Рабочими органами двигательной секции являются статор и ротор, представляющие собой винтовой механизм. В эту секцию входит также двухшар-нирное соединение. Статор при помощи переводника соединяется с колонной бурильных тр.уб. Вращающий момент посредством двух-шарнирного соединения передается с ротора на выходной вал шпинделя. Шпиндельная секция, предназначена для передачи осевой нагрузки на забой, восприятия гидравлической нагрузки, действующей на ротор двигателя и уплотнения нижней части вала, что способствует созданию перепада давления. В винтовых двигателях вращающий момент зависит от перепада давления в двигателе. По мере нагружения вала развиваемый двигателем вращающий момент растет, увеличивается и перепад давления в двигателе. Рабочая характеристика винтового двигателя с требованиями эффективной отработки долот позволяет получить двигатель с частотой вращения выходного вала в пределах 80 - 120 об / мин с увеличенной величиной вращающего момента. Указанная особенность винтовых ( объемных) двигателей делает их более перспективными для внедрения в практику буровых работ. [1]
Забойный двигатель состоит из двух секций - двигательной и шпиндельной. Рабочими органами двигательной секции являются статор и ротор, представляющие собой винтовой механизм. В эту секцию входит также двухшарнирное соединение. Статор при помощи переводника соединяется с колонной бурильных труб. Вращающий момент посредством двух-шарнирного соединения передается с ротора на выходной вал шпинделя. Шпиндельная секция предназначена для передачи осевой нагрузки на забой, восприятия гидравлической нагрузки, действующей на ротор двигателя и уплотнения нижней части вала, что способствует созданию перепада давления. В винтовых двигателях вращающий момент зависит от перепада давления в двигателе. По мере нагружения вала развиваемый двигателем вращающий момент растет, увеличивается и перепад давления в двигателе. Рабочая характеристика винтового двигателя с требованиями эффективной отработки долот позволяет получить двигатель с частотой вращения выходного вала в пределах 80 - 120 об / мин с увеличенным вращающим моментом. [2]
Забойный двигатель входит в состав сложной динамической системы, состоящей из механической и гидравлической подсистем ( разд. [3]
Забойные двигатели могут быть гидравлическими и электрическими. [4]
Забойный двигатель, являющийся самым сложным из всех элементов компоновки бурильной колонны, испытывает все нагрузки, связанные с работой долота и колонны. Если состав компоновки может меняться в зависимости от условий бурения, то конструкция двигателя остается неизменной, хотя содержит такие колебательные системы, как корпус, вал и осевую опору. [5]
Забойные двигатели могут быть гидравлическими и электрическими. Гидравлические забойные двигатели называются турбобурами, а электрические - электробурами. Преимущество забойных двигателей в том, что вся мощность двигателя передается породоразрушающему инструменту, на вращение бурильной колонны энергия не расходуется. [6]
Забойный двигатель должен обеспечивать устойчивую работу под нагрузкой в этом диапазоне частот вращения. Существующий винтовой двигатель Д2 - 172М имеет зону устойчивой работы в пределах 120 - 150 об / мин. [7]
Забойные двигатели вынуждены решать задачи бурения на малых скоростях вращения, хотя это существенно снижает их потенциальные возможности. [8]
Забойные двигатели при бурении лопастными долотами до 1965 г. практически не применяли. [9]
Забойный двигатель представляет собой скважинную машину, смонтированную в трубчатом корпусе небольшого диаметра и служащую для преобразования подведенной с поверхности энергии в механическую энергию вращательного движения. [10]
Забойный двигатель представляет собой скважинную машину, смонтированную в трубном корпусе небольшого диаметра и служащую для преобразования подведенной с поверхности энергии в механическую энергию вращательного движения. Она находится над долотом и присоединяется к нижнему концу бурильной колонны. Последняя, воспринимая реактивный момент от забойного двигателя, не вращается или при необходимости эпизодически кратковременно проворачивается с незначительной частотой. [11]
Буровые забойные двигатели работают в условиях ских нагрузок, вызванных работой долота на забое при упругой колонны бурильных труб. Силы инерции, от вибрации низа бурильной колонны и действующие на лубрикатора, приводят к периодическому изменению давления масла в полости двигателя, что обусловливает появление отрицательного, перепада давления между парами трения торцовых уплотнений и следовательно, проникновение внешней жидкости в масляную-ванну забойного двигателя. Практика эксплуатации электробуров, опытных маслонаполненных редукторных турбобуров подтверждает это. Так, при испытании редукторных турбобуров конструкции МИНХ и ГП и У НИ ( ТР-127, ТР-170) систематически отмечались случаи проникновения бурового раствора в масляную полость редукторов при условии ее герметичности. Проникновение бурового раствора ( внешней жидкости) отрицательно сказывается на работе забойного двигателя и особенно на электрической части-электробура. Проникновение абразивной жидкости через контактные поверхности торцовых уплотнений приводит к повышенному износу пар трения. [12]
Забойные двигатели различной быстроходности требуют применения осевых опор различного типа. [13]
Забойными двигателями Дайна-Дрилл широко ведется бурение с платформ, установленных та морских площадях или болотистых местностях, а также проводка скважин в городских условиях. [14]
Страницы: 1 2 3 4
www.ngpedia.ru
В современной буровой технике используются два основных способа бурения скважин для добычи и разведки полезных ископаемых: роторное и турбинное. При роторном бурении долото приводится во вращение вместе со всей бурильной колонной с помощью ротора, установленного на поверхности над устьем скважины, а при турбинном – забойными двигателями, установленными в нижней части бурильной колонны непосредственно над долотом.
Главное условие высокоэффективного бурения при этом состоит в обеспечении большого крутящего момента при относительно невысокой скорости вращения бурового инструмента.
Обеспечить данное условие при роторном бурении не представляет особых затруднений, однако его недостатком является резкое возрастание энергозатрат на вращение бурильной колонны с увеличением глубины скважины, что ограничивает возможности его применения. При бурении же забойными двигателями энергозатраты на его осуществление от глубины скважины практически не зависят, вследствие чего оно широко применяется при глубинном бурении.
Забойные двигатели могут быть гидравлическими и электрическими. Среди гидравлических двигателей наиболее известны многоступенчатые турбины, называемые турбобурами, и двигатели объёмного действия или винтовые. Электрические забойные двигатели или электробуры представляют собой маслонаполненные трехфазные двигатели переменного тока.
Основными частями известных гидравлических забойных двигателей являются статор и ротор.
В современных турбобурах статор и ротор установлены соосно друг другу и выполнены в виде безредукторных многоступенчатых осевых турбин. Ступени турбины в них установлены последовательно и состоят из направляющего аппарата, жёстко связанного с корпусом статора, и рабочих лопаток, равномерно размещённых по периметру ротора. Лопатки ротора и направляющего аппарата при этом установлены под углом друг к другу.
В винтовых двигателях статор и ротор представляют собой как бы винтовую пару с внутренним зацеплением и винтовыми зубьями, в которой число зубьев статора на один больше числа зубьев ротора, а ротор установлен эксцентрично относительно оси статора. Для соединения ротора с валом шпинделя или долота, соосных статору, служит двухшарнирная шаровая муфта, компенсирующая эксцентриситет.
Кроме упомянутых типов известны также турбовинтовые двигатели, представляющие собой сочетание низкооборотного винтового механизма с быстроходной турбиной, а также двигатели, в которых для создания крутящего момента при протекании через них рабочей жидкости в статоре и роторе выполняются разного рода полости и вырезы, винтовые каналы и лопасти, фигурные выступы и прочие элементы, образующие рабочие камеры переменного объёма, которые при этом могут снабжаться впускными и выпускными клапанами или золотниковыми устройствами /1-7/.
Указанные забойные двигатели наряду с присущими им достоинствами имеют весьма существенные недостатки, подробный анализ которых проведен ниже.
Главным недостатком электрических забойных двигателей является необходимость подачи в забой кроме электрической энергии рабочей жидкости для выноса на поверхность продуктов бурения, что существенно ограничивает возможности их применения.
Наиболее существенными недостатками известных турбобуров являются неудовлетворительное по современным требованиям соотношение крутящего момента и частоты вращения вала ротора, высокий перепад давления, требующийся для обеспечения их работы, большая длина. Указанные недостатки обусловлены тем, что крутящий момент в каждой ступени турбины создаётся за счёт изменения количества движения протекающей через неё рабочей жидкости, вследствие чего, как и частота вращения турбины, изменяется пропорционально её расходу. Поскольку образующийся при этом на каждой ступени турбины крутящий момент мал, то вследствие их последовательного расположения получить в указанном двигателе суммарный крутящий момент необходимой величины возможно только путём многократного увеличения числа её ступеней, что неизбежно приводит к значительному увеличению его длины и необходимости повышения суммарного перепада давления подаваемой в двигатель рабочей жидкости до очень высоких значений. Скорость вращения вала ротора при этом также существенно возрастает.
Винтовые двигатели имеют лучшее соотношение крутящего момента и частоты вращения вала ротора и меньшую длину, чем турбобуры, однако для обеспечения их запуска и создания необходимой мощности требуются высокий перепад давления и большой расход рабочей жидкости. К их существенным недостаткам следует отнести также наличие поперечных вибраций, создаваемых эксцентрично вращающимся ротором и приводящих к быстрому износу радиальных опор.
Наиболее существенными недостатками остальных гидравлических двигателей являются, как правило, сложность конструкции, малый крутящий момент, неравномерность изменения объёмов рабочих камер, приводящая к пульсирующему характеру подачи рабочей жидкости в двигатель, особенно в конструкциях, оснащаемых впускными и выпускными клапанами или золотниковыми устройствами.
Из сказанного следует, что основной причиной, которая предопределяет отмеченные выше недостатки существующих гидравлических забойных двигателей, является последовательная подача рабочей жидкости в их рабочие камеры. Устранение указанной причины и обусловленных ею недостатков возможно путем создания забойных двигателей с параллельной подачей рабочей жидкости в рабочие камеры.
Нами предложен такой гидравлический забойный двигатель, на который получено два патента. Упомянутый тип двигателя обладает целым рядом достоинств, позволяющих рассчитывать на его широкое практическое использование, в частности:
Список использованных источников
rotor-project.ru
Забойные двигатели
Источником энергии забойных двигателей является поток бурового раствора. Существуют два основных типа забойных двигателей.
• Турбина, принцип действия которой подобен принципу осевого или центробежного насоса
• Винтовой забойный двигатель (ВЗД)
Принцип работы турбины и ВЗД показан на рис. 4.1. Конструкция двигателей полностью отличается друг от друга. Турбины широко применялись несколько лет тому назад.
Рис. 4.1
Однако усовершенствование конструкции долот и ВЗД привело к тому, что в настоящее время турбины применяются только в особых (специальных) случаях. В этой главе мы рассмотрим в деталях ВЗД. Турбины рассматриваться не будут.
Винтовой забойный двигатель
Впервые такой двигатель (с однодолевой конфигурацией 1:2) был разработан и применен компанией Dyna-drill. С тех пор технология двигателей прошла долгий путь. В этой книге мы рассмотрим сначала принцип работы всех моторов, источником энергии которых является поток буровой жидкости. Позже мы сравним различные типы двигателей. Любой забойный двигатель состоит из четырех основных частей:
1. Узел перепускного клапана
2. Секция преобразования энергии потока раствора
3. Узел соединения вала двигателя с валом шпинделя
4. Подшипники и узел приводного вала
Узел перепускного клапана позволяет наполнять колонну или опорожнять ее при спускоподъемных операциях. При установке на минимальную скорость потока, поршень клапана придавливается вниз, перекрывая выход в затрубное пространство (рис. 4.2). Это приводит к тому, что раствор направляется в мотор. Когда скорость потока становится меньше этой минимальной величины, то пружина возвращает поршень клапана в положение " открыто ", открывая перепускное отверстие. Во избежание попадания твердой фазы из затрубного пространства (особенно в песчаных формациях), переводник с клапаном устанавливается настолько близко к двигателю, насколько это возможно.
Сам по себе двигатель может работать и без этого клапана. Его можно устанавливать с помощью переводника с тем же размером соединений, что и у двигателя, с полностью закрытым перепускным отверстием. Однако более предпочтительным является применение клапана, т.к. он позволяет наполняться колонне во время спуска и " осушаться" во время подъема.
poznayka.org
Забойные двигатели
Источником энергии забойных двигателей является поток бурового раствора. Существуют два основных типа забойных двигателей.
• Турбина, принцип действия которой подобен принципу осевого или центробежного насоса
• Винтовой забойный двигатель (ВЗД)
Принцип работы турбины и ВЗД показан на рис. 4.1. Конструкция двигателей полностью отличается друг от друга. Турбины широко применялись несколько лет тому назад.
Рис. 4.1
Однако усовершенствование конструкции долот и ВЗД привело к тому, что в настоящее время турбины применяются только в особых (специальных) случаях. В этой главе мы рассмотрим в деталях ВЗД. Турбины рассматриваться не будут.
Винтовой забойный двигатель
Впервые такой двигатель (с однодолевой конфигурацией 1:2) был разработан и применен компанией Dyna-drill. С тех пор технология двигателей прошла долгий путь. В этой книге мы рассмотрим сначала принцип работы всех моторов, источником энергии которых является поток буровой жидкости. Позже мы сравним различные типы двигателей. Любой забойный двигатель состоит из четырех основных частей:
1. Узел перепускного клапана
2. Секция преобразования энергии потока раствора
3. Узел соединения вала двигателя с валом шпинделя
4. Подшипники и узел приводного вала
Узел перепускного клапана позволяет наполнять колонну или опорожнять ее при спускоподъемных операциях. При установке на минимальную скорость потока, поршень клапана придавливается вниз, перекрывая выход в затрубное пространство (рис. 4.2). Это приводит к тому, что раствор направляется в мотор. Когда скорость потока становится меньше этой минимальной величины, то пружина возвращает поршень клапана в положение " открыто ", открывая перепускное отверстие. Во избежание попадания твердой фазы из затрубного пространства (особенно в песчаных формациях), переводник с клапаном устанавливается настолько близко к двигателю, насколько это возможно.
Сам по себе двигатель может работать и без этого клапана. Его можно устанавливать с помощью переводника с тем же размером соединений, что и у двигателя, с полностью закрытым перепускным отверстием. Однако более предпочтительным является применение клапана, т.к. он позволяет наполняться колонне во время спуска и " осушаться" во время подъема.
www.poznayka.org
Изобретение относится к области буровых забойных двигателей. Двигатель включает корпусные элементы со статором двигателя, роторные элементы с несоосными между собой ротором двигателя и шпиндельным валом, кинематически соединенные друг с другом посредством концевых заделок гибким валом. Двигатель имеет промежуточные радиальные опоры, обеспечивающие увеличение продольной устойчивости гибкого вала, ограничение его поперечного прогиба относительно роторных элементов двигателя и/или относительно его корпусных элементов. Обеспечивает повышение продольной устойчивости гибкого вала, ограничение поперечных прогибов, предотвращение систематических поломок гибких валов и взаимодействующих с ним элементов, возникает возможность уменьшения диаметра, (т.е. массы) гибкого вала, что обеспечивает уменьшение вибраций двигателя, величину перешивающих сил, улучшение энергетической характеристики двигателя, его работоспособности. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к устройствам (машинам) для бурения скважин забойными двигателями.
Известен винтовой забойный двигатель (см. а.с. СССР №926208 или обзорную информацию "Винтовые героторные гидравлические машины", Д.Ф.Балденко, ЦНИИНТИ, серия ХМ-4, 1983, стр.25...27, рис.14в, 15) с несоосным ротором двигателя и нижерасположенным шпиндельным валом, соединенным между собой кинематически гибким валом, имеющим соотношение между его длиной и диаметром 10...60. Недостатком этого двигателя, особенно при использовании многошаговых рабочих органов с полым ротором, является чрезмерный поперечный прогиб длинного, расположенного в полом роторе двигателя гибкого вала из-за вибраций двигателя и сил инерции, приводящих к поперечным перемещениям гибкого вала относительно двигателя, к дополнительной знакопеременной нагрузке самого гибкого вала и смежных с ним элементов двигателя, поломкам, снижению надежности двигателя. При этом тенденция на удлинение винтовых рабочих органов осложнила и даже исключила применение гибких валов в этих двигателях. Недостаточная продольная устойчивость длинных гибких валов, вызывает необходимость увеличения диаметра (массы) гибкого вала, что усугубляет предыдущие недостатки (прототип).
Известен винтовой забойный двигатель (патент РФ №2185488) с эксцентричным, несоосным шпиндельному валу ротором, содержащий дополнительную радиальную опору, установленную на соединительной муфте шпинделя, связанной с ротором посредством узла их кинематического соединения, в частности посредством гибкого вала. Эта конструкция практически не предусматривает уменьшения динамических нагрузок и деформаций на узел кинематического соединения, а лишь их частичную локализацию.
Известен гидравлический забойный двигатель (патент РФ №1756525) с несоосным ротором и шпиндельным валом, соединенными гибким валом, имеющим увеличенный момент инерции в его средней части. Эта конструкция позволяет увеличить продольную устойчивость гибкого вала, но не решает задачу кардинального уменьшения динамических нагрузок на гибкий вал и смежные с ним узлы двигателя.
Известен забойный двигатель с несоосными ротором и шпиндельным валом, соединенными между собой валом-муфтой, снабженным в своей средней по длине части упругой радиальной опорой (см. патент РФ №1385685). Органическим недостатком забойного двигателя является то, что при работе двигателя вал-муфта по всей своей длине совершает переносное движение по окружности, радиус которой плавно уменьшается от эксцентриситета "е" в месте соединения с ротором до нуля в месте соединения со шпиндельным валом. То есть образуется центробежная (инерционная) сила, величина которой не зависит от наличия упругой радиальной опоры, которая функционально опорой не является, а служит лишь упругим передаточным элементом этой силы на корпус двигателя, препятствующей отвороту резьбы. Кроме того, следствием высокой жесткости вала-муфты является наличие больших перекашивающих сил, действующих на смежные с валом-муфтой элементы двигателя - опору, вал шпинделя, ротор двигателя.
Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи предотвращения поломок гибкого вала и смежных с ним деталей двигателя от его поперечных деформаций за счет повышения продольной устойчивости, уменьшения отрицательного воздействия динамических и вибрационных нагрузок на гибкий вал, перекашивающих сил.
Решение указанной задачи достигается тем, что в забойном двигателе, включающем корпусные элементы со статором, роторные элементы с несоосными между собой ротором двигателя и нижерасположенным по ходу потока жидкости шпиндельным валом, кинематически связанные между собой гибким валом посредством концевых заделок, согласно предлагаемому техническому решению двигатель снабжен промежуточными радиальными опорами, обеспечивающими увеличение продольной устойчивости и ограничивающими радиальное (поперечное) перемещение гибкого вала относительно роторных элементов двигателя и/или его корпусных элементов в интервале нижней трети гибкого вала.
Кроме того, по крайней мере, одну из промежуточных радиальных опор целесообразно выполнять упругой с возможностью допущения регламентированного радиального смещения гибкого вала, смягчения динамических и вибрационных нагрузок.
На чертеже показан вариант двигателя в разрезе с несоосными ротором и шпиндельным валом, соединенными между собой кинематически гибким валом с установкой предлагаемых опор.
Двигатель содержит статор 1, внутренняя винтовая рабочая резиновая обкладка которого находится в зацеплении с наружной винтовой рабочей поверхностью ротора 2 с возможностью его планетарного вращения, т.е. центральные оси 3 и 4 соответственно статора 1 и ротора 2 не совпадают.
Ротор 2 и шпиндельный вал 5 также несоосны, т.е. их оси соответственно 4 и 6 также не совпадают. Эта несоосность является результатом указанного выше эксцентричного расположения ротора 2 относительно статора 1, а также искривления корпусных элементов, например, соединительного переводника 7 в двигателе-отклонителе.
Роторные элементы двигателя: ротор 2 и шпиндельный вал 5 соединены между собой кинематически гибким валом 8 посредством полумуфт 9 и 10 соответственно с верхней частью полого ротора 2 и шпиндельным валом 5.
Вышеперечисленные роторные элементы и другие элементы, скрепленные с ними, образуют систему ротора.
Полумуфты 9 и 10 согласно теории продольной устойчивости являются жесткими концевыми заделками (кинематическими связями) гибкого вала, как гибкого стержня, ограничивающими поперечно-линейные и угловые перемещения концов гибкого вала.
Отличительной особенностью двигателя является наличие в нем промежуточных радиальных опор (промежуточных кинематических связей), повышающих продольную устойчивость гибкого вала, а именно промежуточных радиальных опор 11, центрирующих гибкий вал 8 относительно других элементов системы ротора. В данном варианте они расположены в расточке ротора 2 винтового двигателя. Кроме того, двигатель снабжен промежуточной радиальной опорой (кинематической связью) 12, закрепленной в корпусном элементе, а именно в соединительном переводнике 7, и ограничивающей возможность радиального перемещения (поперечного прогиба) гибкого вала 8 относительно системы корпуса в нижней трети 13 общей гибкой части 14 гибкого вала 8. (Корпусными элементами являются статор 1, корпус шпинделя 19 и другие элементы двигателя, например соединительный переводник 7, скрепленные между собой в систему корпуса). Для повышения износостойкости при расположении опор 12 в корпусных элементах гибкий вал целесообразно оснастить втулкой радиальной опоры 15. Крепление промежуточных радиальных опор 11, центрирующих гибкий вал 8 относительно роторных элементов двигателя, осуществляется или на гибком валу, или в роторных элементах двигателя, например в полом роторе 2.
Гибкий вал 8 может центрироваться промежуточными радиальными опорами (кинематическими связями) относительно отцентрированных в корпусных элементах роторных элементов двигателя: в полом валу 5 нижерасположенного шпинделя, полом валу вышерасположенной турбинной двигательной секции (на чертеже не показаны) и/или в скрепленных с ними элементах. Причем, указанные валы в свою очередь отцентрированы относительно корпуса двигателя радиальными опорами (радиальными подшипниками). Так, на чертеже показана промежуточная радиальная опора 16 (кинематическая связь), расположенная в элементе системы ротора, а именно в полом удлинителе 17, скрепленном с полумуфтой 10 шпиндельного вала 5, который отцентрирован относительно корпусного элемента, а именно корпуса шпинделя 18, радиальными опорами (радиальными подшипниками) 19.
Как вариант исполнения возможно соединение одного или обоих концов гибкого вала не жесткими заделками (полумуфтами 9 и 10), а шарнирными соединениями, т.е. заделками (кинематическими связями), допускающими угловое перемещение концов гибкого вала относительно ротора 2 двигателя и шпиндельного вала 5.
Количество, месторасположение, вид, жесткость (упругость) промежуточных опор 11, 12, 16 устанавливается выбором оптимальных вариантов на основе расчета деформаций и напряжений в гибком валу как статически неопределимой балки с учетом действия центробежных сил инерции. Оптимальные варианты проверяются на продольно-поперечную устойчивость и уточняются по результатам работы двигателей.
Отличительная особенность работы предлагаемого забойного двигателя заключается в том, что при вращении роторной системы промежуточные радиальные опоры 11, 12, 16 (кинематические связи) гибкого вала 8 предотвращают неконтролируемое, взаимообусловленное нарастание поперечного прогиба гибкого вала 8 и сил инерции, а следовательно, и напряжений в гибком валу 8. Опоры как закрепленные в корпусных элементах (опора 12), так и в роторных элементах, скрепленных со шпиндельным валом, например, в полом удлинителе 17 (опора 16) или с отцентрированным в корпусе турбинным валом (на чертеже не показана), практически полностью предотвращают образование инерционных сил, действующих на смежные с ним элементы, таких как удлинитель 17, полумуфту 10, вал 5 шпинделя, опору 19, а также переводник 7. Опоры 11, центрирующие гибкий вал 8 относительно ротора 2 винтового двигателя и жестко скрепленных с ним элементов, не исключают действие инерционных сил, так как ось 4 ротора 2 движется по окружности с радиусом, равным эксцентриситету, т.е. расстоянию между осью 3 статора 1 и осью 4 ротора 2, однако они предотвращают взаимообусловленный неконтролируемый рост поперечных деформаций и инерционных сил, а следовательно, напряжений в гибком вале 8 и инерционной нагрузки на резиновую обкладку статора 1.
При использовании промежуточных радиальных опор 11 гибкого вала устраняется нежелательный эффект спиралеобразной деформации гибкого вала 8, т.е. отставание по фазе поперечных прогибов нижней части вала 8 от его верхней части.
Продольная устойчивость гибкого вала в первом приближении увеличивается обратнопропорционально квадрату расстояния между промежуточными опорами 11, 12, 16. Поэтому, при установке даже одной промежуточной радиальной опоры продольная устойчивость гибкого вала увеличивается при работе двигателя в 2...4 раза. При этом соотношение lсв/d между свободной длиной lсв гибкого вала и ее диаметром d можно выдерживать в интервале 30...45, т.е. (см., например, график, приведенный в прототипе) иметь оптимальные комбинации значений жесткости, поперечной силы, запаса устойчивости и напряжений в гибком вале.
Варьируя количеством промежуточных радиальных опор гибкого вала, можно уменьшать его диаметр, минимизировать отрицательное влияние массы гибкого вала на поперечные вибрации двигателя, улучшить энергетическую характеристику двигателя.
При бурении на собственные вибрации винтового двигателя, вызванные неуравновешенной массой его ротора, налагаются зубковые вибрации долота. Для снижения отрицательного ударного воздействия зубковых вибраций в их высокочастотном спектре на опоры 11, 12, 16 двигатель целесообразно оснащать упругими промежуточными радиальными опорами.
1. Забойный двигатель, включающий корпусные элементы со статором двигателя, роторные элементы с несоосными между собой ротором двигателя и шпиндельным валом, кинематически соединенные друг с другом посредством концевых заделок гибким валом, отличающийся тем, что забойный двигатель имеет промежуточные радиальные опоры, обеспечивающие увеличение продольной устойчивости гибкого вала, ограничение его поперечного прогиба относительно роторных элементов двигателя и/или относительно его корпусных элементов.
2. Забойный двигатель по п.1, отличающийся тем, что хотя бы одна промежуточная радиальная опора выполнена упругой.
www.findpatent.ru
Изобретение относится к бурению направленных скважин, в частности к гидравлическим забойным двигателям с турбинными отклонителями. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель, содержащий полый корпус, размещенный внутри него привод с ротором, а также шпиндель, установленный внутри корпуса шпинделя на осевой и радиальных опорах, снабженный долотом и соединенный приводным валом с ротором, причем корпуса двигателя и шпинделя соединены изогнутыми резьбовыми переводниками, а ротор и шпиндель соединены с приводным валом, снабженным ведущим и ведомым шарнирными узлами с осевыми опорами скольжения, посредством резьбовых переходников, корпус шпинделя выполнен с поперечным разъемом между осевой и радиальной опорой со стороны долота, шпиндель выполнен с кольцевой канавкой в плоскости поперечного разъема корпуса шпинделя, в канавке установлено разъемное кольцо, диаметр которого превышает диаметр шпинделя, внутри корпуса шпинделя закреплены опорная втулка и кольцо-ловитель, а радиальная опора корпуса шпинделя со стороны долота выполнена в виде размещенной на съемной втулке и закрепленной внутри корпуса шпинделя упругоэластичной опоры скольжения, при этом расстояние между осевыми опорами приводного вала не превышает длины осевой опоры шпинделя. Изобретение расширяет возможности забойного двигателя, уменьшает длину компоновки низа бурильной колонны, увеличивает ресурс и надежность забойного двигателя. 2 ил.
Изобретение относится к бурению направленных скважин, в частности к забойным двигателям с турбинными отклонителями.Известен забойный двигатель, содержащий полый корпус, размещенный внутри него привод с ротором, а также шпиндель, установленный внутри корпуса шпинделя на осевой и радиальных опорах, снабженный резьбой для крепления долота и соединенный приводным валом с ротором. Причем корпусы двигателя и шпинделя соединены изогнутыми резьбовыми переводниками, а ротор и шпиндель соединены с приводным валом шарнирным соединением [1].Недостатком известного турбинного отклонителя является малая стойкость узла искривления соединения валов нижнего и верхнего участков отклонителя.В известной конструкции турбинной секции турбобура требуется осевая силовая опора вращения для восприятия реакции забоя скважины, см. рис.2.11 стр. 44 [1]. Это усложняет конструкцию турбобура, увеличивает его длину, не обеспечивает увеличение ресурса и надежности осевой опоры ротора турбобура вследствие размещения ее в буровом растворе, а также не повышает проходимость турбинного отклонителя, т.е. возможность беспрепятственного прохождения скважины с большей кривизной.Известен шпиндель-отклонитель, содержащий секции винтовой рабочей пары и секцию шпиндельную, состоящую из верхней части с установленным комплектом осевых и радиальных опор и нижней наставки, валы которых соединены между собой кулачковыми полумуфтами [2].В известной конструкции за счет уменьшения длины наставки путем приближения радиальной опоры к забою скважины ее монтируют в ниппельную гайку, а для передачи осевых нагрузок и уменьшения реакции забоя на опоры кулачковые полумуфты имеют упорные торцы. Недостатком известной конструкции является малая стойкость узла искривления и недостаточно высокий ресурс шпинделя-отклонителя вследствие больших изгибающих напряжений радиальной опоры в ниппельной гайке со стороны долота, износа и(или) разрушения кулачковых полумуфт узла искривления и его радиальной опоры вследствие контакта с буровым раствором.Наиболее близкой к заявляемой конструкции является конструкция гидравлического забойного двигателя, содержащая полый корпус, размещенный внутри него привод с ротором, а также шпиндель, установленный внутри корпуса шпинделя на осевой и радиальной опорах, снабженный долотом и соединенный приводным валом с ротором, причем корпуса двигателя и шпинделя соединены изогнутыми резьбовыми переводниками, а ротор и шпиндель соединены с приводным валом, снабженным ведущим и ведомым шарнирными узлами с осевыми опорами скольжения, посредством резьбовых переходников [3].Недостатком известной конструкции является недостаточный ресурс героторного гидравлического двигателя, приводного вала и шпиндельного узла. Однако при использовании вместо героторного гидравлического двигателя многосекционного турбобура увеличивается длина компоновки низа бурильной колонны. Известные турбинные отклонители без собственной силовой осевой опоры не применяются, см. например, [1].Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в уменьшении длины компоновки низа бурильной колонны, увеличении ресурса и надежности забойного двигателя путем использования в качестве привода многосекционного турбобура без собственных силовых осевых опор ротора двигателя, использования шарнирных осевых опор скольжения укороченного приводного вала, надежности удержания срезанного шпинделя кольцом-ловителем осевой опоры шпинделя в поперечном разъеме корпуса шпинделя.Другой технической задачей является максимальное приближение радиальной опоры к забою скважин, уменьшение реакции забоя на опоры при использовании многосекционного турбобура с шпинделем и изогнутым переводником.Сущность технического решения заключается в том, что в гидравлическом забойном двигателе, содержащем полый корпус, размещенный внутри него привод с ротором, а также шпиндель, установленный внутри корпуса шпинделя на осевой и радиальных опорах, снабженный долотом и соединенный приводным валом с ротором, причем корпуса двигателя и шпинделя соединены изогнутыми резьбовыми переводниками, а ротор и шпиндель соединены с приводным валом, снабженным ведущим и ведомым шарнирными узлами с осевыми опорами скольжения, посредством резьбовых переходников, согласно изобретению, корпус шпинделя выполнен с поперечным разъемом между осевой и радиальной опорой со стороны долота, шпиндель выполнен с кольцевой канавкой в плоскости поперечного разъема корпуса шпинделя, в канавке установлено разъемное кольцо, диаметр которого превышает диаметр шпинделя, внутри корпуса шпинделя закреплены опорная втулка и кольцо-ловитель, а радиальная опора корпуса шпинделя со стороны долота выполнена в виде размещенной на съемной втулке и закрепленной внутри корпуса шпинделя упругоэластичной опоры скольжения, при этом расстояние между осевыми опорами приводного вала не превышает длины осевой опоры шпинделя.Выполнение корпуса шпинделя с поперечным разъемом между осевой и радиальной опорой со стороны долота, шпинделя - с кольцевой канавкой в плоскости поперечного разъема корпуса шпинделя, а также установка в канавке разъемного кольца, диаметр которого превышает диаметр шпинделя, закрепление внутри корпуса шпинделя опорной втулки и кольца-ловителя позволяет использовать осевые опоры скольжения приводного вала в качестве силовых опор роторных ступеней турбобуров, повысить надежность удержания срезанной части шпинделя, а также уменьшить длину компоновки низа бурильной колонны, повысить надежность и ресурс забойного двигателя.Это объясняется тем, что в известных турбинных отклонителях силовые осевые опоры роторных ступней турбобуров размещены в напорной текучей среде бурового раствора, а в предлагаемой конструкции - в маслонаполненной полости осевой опоры шпинделя.Выполнение радиальной опоры корпуса шпинделя со стороны долота в виде размещенной на съемной втулке и закрепленной внутри корпуса шпинделя упругоэластичной опоры скольжения упрощает регулировку осевых зазоров в роторных ступенях турбобуров, предотвращает повреждение осевой и радиальных опор скольжения при монтаже шпинделя с опорной втулкой и разъемным (в меридианной плоскости) кольцом-ловителем.Выполнение расстояния между осевыми опорами приводного вала, не превышающем длины осевой опоры шпинделя, позволяет синхронизировать вращение приводного вала относительно роторных ступеней турбобура и шпинделя, уменьшает внецентроидность шарнирных узлов приводного вала в его осевых опорах скольжения относительно осей изогнутых переходников, а также обеспечивает минимизацию осевых перемещений роторных ступеней турбобуров при изменении реакции забоя скважины в процессе бурения, преимущественно, когда азимутальная составляющая усилия на долоте меняет знак.На фиг.1 показан продольный разрез гидравлического забойного двигателя с секцией турбобура.На фиг.2 показан элемент I на фиг.1: корпус шпинделя с поперечным разъемом между осевой и радиальной опорой со стороны крепления долота.Гидравлический забойный двигатель содержит полый корпус 1, размещенный внутри него привод с турбинным ротором 2 на радиальных опорах скольжения 3 и 4, и турбинным статором 5, а также шпиндель 6, установленный внутри корпуса шпинделя 7 на радиальных опорах скольжения 8, 9 и осевой опоре скольжения 10.Шпиндель 6 снабжен переходником 11 для крепления долота (не показано) и соединен приводным валом 12 с ротором 2. Корпус двигателя 1 и корпус шпинделя 7 соединены изогнутыми резьбовыми переводниками 13, 14, а ротор 2 соединен также с приводным валом 12 конусно-шлицевой муфтой 15. Приводной вал 12 снабжен ведущим шарнирным узлом 16 и ведомым шарнирным узлом 17 с осевыми сферическими опорами скольжения 18, 19 и соединен с ротором 2 и шпинделем 6 посредством резьбовых переходников 20, 21. Корпус шпинделя 7 выполнен составным с поперечным разъемом 22 между осевой опорой скольжения 10 и радиальной опорой скольжения 9 со стороны переходника 11 для крепления долота, см. фиг.1.Шпиндель 6 выполнен с кольцевой канавкой 23 в плоскости поперечного разъема 22 корпуса шпинделя 7. В канавке 23 установлено разъемное (состоящее из полуколец) кольцо 24, диаметр которого 25 превышает диаметр 26 шпинделя 6, см. фиг.2.Внутри корпуса шпинделя 7 закреплены опорная втулка 27 и кольцо-ловитель 28, а радиальная опора 9 корпуса шпинделя 7 со стороны переходника 11 для крепления долота выполнена в виде размещенной на съемной втулке 29 и закрепленной внутри корпуса шпинделя 7 упругоэластичной опоры скольжения 30, см. фиг.2.Расстояние 31 между осевыми опорами 18 и 19 приводного вала 12 не превышает длины 32 осевой опоры скольжения 10 шпинделя 6, см. фиг.1. Осевой зазор 33 между торцом 34 опорной втулки 27 и кольцом-ловителем 28 ограничивает осевые перемещения турбинного ротора 2, см. фиг.2.Кроме того, на фиг.1 показано: 35 - выходная резьбовая муфта корпуса 1; 36 - входная резьбовая муфта; 37 - наклонные каналы в резьбовом переходнике 21, которые определяют центральный путь прохождения бурового раствора к переходнику 11 и долоту; 38 - буровой раствор.Гидравлический забойный двигатель работает следующим образом: напор текучей среды бурового раствора 38 взаимодействует с турбинным статором 5, вращает турбинный ротор 2, резьбовой переходник 20, приводной вал 12 с ведущим и ведомым шарнирными узлами 16, 17, резьбовыми переходниками 20, 21, шпинделем 6 и переходником 11 с долотом.При бурении неоднородных пород на изогнутых переводниках 13, 14, а также на шпинделе 6 возникает реактивный изгибающий момент вследствие усилий резания на долоте, а также реакция забоя скважины. Вышеуказанный изгибающий момент и реакция забоя скважины компенсируются осевым перемещением шпинделя 6 в пределах осевого зазора 33 между торцом 34 опорной втулки 27 и кольцом-ловителем 28, поворотом ведущего и ведомого шарнирных узлов 16, 17 в осевых сферических опорах скольжения 18, 19, а также демпфированием силовой осевой опоры скольжения 10 шпинделя 6. Осевой зазор турбинного ротора 2 относительно турбинного статора 5 превышает осевой зазор 33 между торцом 34 опорной втулки 27 и кольцом-ловителем 28, при этом лопатки турбинного ротора 2 не задевают за лопатки турбинного статора 5. При расстоянии 31 между осевыми опорами 18, 19 приводного вала 12, не превышающем длины 32 осевой опоры 10 шпинделя 6, вращение приводного вала 12 уменьшает внецентроидность шарнирных узлов 16 и 17 за счет их скольжения в осевых опорах 18, 19 относительно осей изогнутых переходников 13, 14, синхронизирует вращение приводного вала 12 относительно роторных ступеней турбобура, а также демпфирует осевые перемещения шпинделя 6 в осевой силовой опоре скольжения 10, обеспечивая минимализацию осевых перемещений роторных ступеней турбобуров при изменении реакции забоя скважины в процессе бурения.При заклинивании долота и срезании шпинделя 6, переходник 11 с долотом удерживаются усилием полуколец 24, охватывающих шпиндель 6 в кольцевой канавке 23, опорной втулкой 27 в кольце-ловителе 28, которое закреплено съемной втулкой 29 с упругоэластичной опорой скольжения 30 внутри корпуса шпинделя 7.ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ1. Калинин А.Г. и др. Бурение наклонных и горизонтальных скважин. Справочник. М.: Недра. Стр.44, рис.2.1.2. RU, патент 2136834, МПК Е 21 В 4/02, 7/08, 24.04.97 г.3. RU, патент 2149971, МПК Е 21 В 4/02, 7/08, 02.02.99 г.Формула изобретения
Гидравлический забойный двигатель, содержащий полый корпус, размещенный внутри него привод с ротором, а также шпиндель, установленный внутри корпуса шпинделя на осевой и радиальных опорах, снабженный долотом и соединенный приводным валом с ротором, причем корпуса двигателя и шпинделя соединены изогнутыми резьбовыми переводниками, а ротор и шпиндель соединены с приводным валом, снабженным ведущим и ведомым шарнирными узлами с осевыми опорами скольжения, посредством резьбовых переходников, отличающийся тем, что корпус шпинделя выполнен с поперечным разъемом между осевой и радиальной опорой со стороны долота, шпиндель выполнен с кольцевой канавкой в плоскости поперечного разъема корпуса шпинделя, в канавке установлено разъемное кольцо, диаметр которого превышает диаметр шпинделя, внутри корпуса шпинделя закреплены опорная втулка и кольцо-ловитель, а радиальная опора корпуса шпинделя со стороны долота выполнена в виде размещенной на съемной втулке и закрепленной внутри корпуса шпинделя упругоэластичной опоры скольжения, при этом расстояние между осевыми опорами приводного вала не превышает длины осевой опоры шпинделя.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2www.findpatent.ru
