Винтовой забойный двигатель для наклонно-направленного, горизонтального и вертикального бурения
Полезная модель относится к винтовым забойным двигателям для вращательного бурения, размещаемым в скважинах, и может использоваться в нефтегазодобывающей, горной и др. отраслях промышленности. Задача, решаемая полезной моделью, заключается в расширении технологических возможностей винтовых забойных двигателей. Винтовой забойный двигатель для наклонно-направленного, горизонтального и вертикального бурения включает секцию рабочей пары, соединенную с секцией регулятора угла наклона бурения, которая, в свою очередь, соединена со шпиндельной секцией. Секция рабочей пары состоит из корпуса и внутренних винтовых зубьев, выполненных заодно с корпусом. Внутренние винтовые зубья могут быть выполнены также заодно с металлической втулкой, установленной в расточке корпуса. И те и другие покрыты обкладкой из упруго-эластичного материала одинаковой толщины. Металлическая втулка может быть выполнена из чугуна. При этом наружные диаметры секций рабочей пары и шпиндельной секции связаны соотношением Dр.п./Dш.с.=0,6÷0,9, где Dр.п. - наружный диаметр секции рабочей пары; Dш.с. - наружный диаметр шпиндельной секции. В корпусе с эксцентриситетом установлен ротор с наружными винтовыми зубьями. 1 н.п.ф., 1 з.п.ф., 3 ил.
Полезная модель относится к винтовым забойным двигателям для вращательного бурения, размещаемым в скважинах, и может использоваться в нефтедобывающей, горной и др. отраслях промышленности.
В качестве прототипа принято описание изобретения «Забойный винтовой гидравлический двигатель» к а.с. 
237596. В указанном винтовом забойном двигателе секция рабочей пары включает статор, выполненный в виде втулки из резины или другого упругого материала, закрепленный в расточке корпуса двигателя. Внутренняя часть статора имеет зубчатую спиральную поверхность. Ротор выполнен из жесткого материла и имеет наружные спиральные зубья с таким же профилем и углом наклона, как и у статора, с которым ротор находится в зацеплении. Ротор двигателя имеет на один зуб меньше, чем статор, что обуславливает эксцентричное его расположение относительно оси двигателя. Длина рабочей части статора и ротора должна быть больше или равна шагу спирали. Рабочая пара статор-ротор представляет собой планетарный редуктор с большими передаточным отношением. Передача крутящего момента и осевого усилия от ротора к шпинделю шпиндельной секции двигателя осуществляется двойной зубчатой муфтой, выполняющей роль универсального шарнира.
Признаки известного винтового забойного двигателя, совпадающие с признаками заявленной полезной модели, заключаются в наличии секции рабочей пары, состоящей из корпуса с внутренними винтовыми зубьями и установленного в нем с эксцентриситетом ротора с наружными винтовыми зубьями. Общим является также соединение секции рабочей пары со шпиндельной секцией.
Причина, препятствующая получению в известном техническом решении технического результата, который обеспечивается полезной моделью, заключается в том, что втулка с внутренними винтовыми зубьями, закрепленная в расточке корпуса, выполнена из резины или другого упругого материала. Такие зубья при контакте с металлическими зубьями ротора деформируются. Вследствие этого снижается гидравлический КПД двигателя из-за повышенных утечек жидкости, снижается мощность двигателя из-за потерь на деформацию и образование в связи с этим тепла в резиновой втулке и плохой его отвод.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в расширении технологических возможностей винтовых забойных двигателей.
Технический результат, обеспечивающий решение указанной задачи, заключается в увеличении жесткости внутренних винтовых зубьев секции рабочей пары. Это в свою очередь ведет к снижению деформаций и потерь мощности, к уменьшению гидравлических потерь винтового забойного двигателя, а это в свою очередь обеспечивает его гибридную компоновку. Технический результат заключается также в уменьшении поперечных колебаний винтового забойного двигателя, а также в более интенсивном и стабильном наборе параметров кривизны.
Достигается технический результат тем, что в известном винтовом забойном двигателе для наклонно-направленного, горизонтального и вертикального бурения, включающем секцию рабочей пары, состоящую из корпуса с внутренними винтовыми зубьями, и установленного в нем с эксцентриситетом ротора с наружными винтовыми зубьями, и соединенную со шпиндельной секцией, согласно полезной модели, внутренние винтовые зубья выполнены заодно с корпусом или с металлической втулкой, установленной в расточке корпуса, и покрыты обкладкой из упруго-эластичного материала одинаковой толщины. Достигается технический результат также и тем, что наружные диаметры секций рабочей пары и шпиндельной секции связаны соотношением D р.п./Dш.с.=0,6÷0,9, где Dр.п. - наружный диаметр секции рабочей пары; Dш.с. - наружный диаметр шпиндельной секции, а также тем, что металлическая втулка с внутренними винтовыми зубьями выполнена из чугуна.
Выполнение внутренних винтовых зубьев заодно с корпусом или с металлической втулкой, установленной в расточке корпуса, и покрытых обкладкой из упруго-эластичного материала одинаковой толщины увеличивает жесткость зубьев, что значительно снижает их деформацию, что ведет к снижению потерь мощности, а значит к увеличению последней, уменьшает протечки жидкости, повышая гидравлический КПД двигателя, улучшает отвод тепла от рабочих поверхностей зубьев, т.к. металл обладает большей теплопроводностью. Стендовые и промышленные испытания показали, что мощность двигателя в предлагаемой конструкции возрастает на 30-100% по сравнению с прототипом. Это позволяет с одним типоразмером секции рабочей пары винтового забойного двигателя компоновать шпиндельную секцию большего типоразмера. Промысловые испытания показали, что оптимальным является соотношение Dр.п./Dш.с.=0,6÷0,9, где Dр.п. - наружный диаметр секции рабочей пары; Dш.с. - наружный диаметр шпиндельной секции. Такое «гибридное» исполнение винтового забойного двигателя позволяет также увеличить маневренность для изменения угла наклона бурения. Так при бурении скважины ее диаметр определяется типоразмером долота, диаметр которого принимается больше диаметра шпиндельной секции с учетом создания зазора для протока промывочной жидкости и выноса выбуриваемой породы. Тогда зазор между диаметром скважины и диаметром секции рабочей пары двигателя будет больше, чем зазор между диаметром скважины и диаметром шпиндельной секции, а это обеспечивает большую степень свободы для регулятора угла наклона бурения, а, следовательно, и более интенсивный и стабильный набор параметров кривизны. Выполнение металлической втулки с внутренними винтовыми зубьями из чугуна, вследствие повышенной вибростойкости последнего, уменьшает поперечные колебания двигателя, что в целом улучшает характеристики его работы.
Новые признаки заявленного технического решения заключаются в выполнении внутренних винтовых зубьев заодно с корпусом или с металлической втулкой, установленной в расточке корпуса, и покрытых обкладкой из упруго-эластичного материала одинаковой толщины. Новым является также соотношение наружных диаметров секции рабочей пары и шпиндельной секции как D р.п./Dш.с.=0,6÷0,9, где Dр.п. - наружный диаметр секции рабочей пары; Dш.с. - наружный диаметр шпиндельной секции. Новым является также и выполнение металлической втулки с внутренними винтовыми зубьями из чугуна.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где
на фиг.1 - показан общий вид винтового забойного двигателя в скважине;
на фиг.2 - сечение А-А по секции рабочей пары с выполнением внутренних винтовых зубьев заодно с корпусом;
на фиг.3 - сечение А-А по секции рабочей пары с выполнением внутренних винтовых зубьев заодно с металлической втулкой;
Винтовой забойный двигатель для наклонно-направленного, горизонтального и вертикального бурения включает секцию 1 рабочей пары, соединенную с секцией 2 регулятора угла наклона бурения, а секция 2 соединена со шпиндельной секцией 3. Секция 1 рабочей пары состоит из корпуса 4 и внутренних винтовых зубьев 5, выполненных заодно с корпусом 4. Внутренние винтовые зубья 5 могут быть также выполнены заодно с металлической втулкой 6, установленной в расточке корпуса 4. Втулка 6 с зубьями может быть также выполнена из чугуна. В корпусе 4 с эксцентриситетом установлен ротор 7 с наружными винтовыми зубьями, а внутренние винтовые зубья корпуса 4 или металлической втулки 6 покрыты обкладкой из упруго-эластичного материала одинаковой толщины. При этом винтовой забойный двигатель выполнен гибридным, т.е. с меньшим наружным диаметром секции рабочей пары и с большим - шпиндельной секции, при соотношении наружных диаметров Dр.п./D ш.с.=0,6÷0,9. При выполнении двигателя гибридным при соотношении Dр.п./Dш.с.=0,9, технические результаты, а следовательно и преимущества полезной модели минимальны. При соотношении Dр.п./Dш.с.=0,6 технический результат, а значит и преимущества максимальны. При выходе за пределы этого соотношения, т.е. меньше 0,6, как показали испытания, технические результаты теряются, в следствии конструктивных недостатков (невозможность сборки секций с большой разницей в диаметрах и т.д.).
Работа полезной модели осуществляется следующим образом. При подаче рабочей жидкости в двигатель, ротор 7 начинает вращаться, обкатываясь по внутренним зубьям корпуса 4. Далее вращательное движение через последующие узлы передается на режущий инструмент, например долото.
1. Винтовой забойный двигатель для наклонно-направленного, горизонтального и вертикального бурения, включающий секцию рабочей пары, состоящей из корпуса с внутренними винтовыми зубьями и установленного в нем с эксцентриситетом ротора с наружными винтовыми зубьями, и соединенную со шпиндельной секцией, отличающийся тем, что внутренние винтовые зубья выполнены заодно с корпусом или с металлической втулкой, установленной в расточке корпуса, и покрыты обкладкой из упругоэластичного материала одинаковой толщины, при этом наружные диаметры секций рабочей пары и шпиндельной секции связаны соотношением Dр.п./Dш.с. =0,6÷0,9,
где Dр.п. - наружный диаметр секции рабочей пары;
Dш.с. - наружный диаметр шпиндельной секции.
2. Винтовой забойный двигатель наклонно-направленного, горизонтального и вертикального бурения по п.1, отличающийся тем, что металлическая втулка с внутренними винтовыми зубьями выполнена из чугуна.
