Шарнирный переводник

Устройство относится к буровой технике и может быть использовано при бурении наклонно-направленных скважин и боковых стволов в качестве шарнирного соединения бурильной колонны или забойного двигателя. Предлагаемая полезная модель включает корпус, полый вал со сферической опорной пятой, снабженный контактирующими элементами для передачи крутящего момента, сферический подпятник и регулируемое кольцо, установленные в корпусе, полый шток с уплотнением. При этом контактирующие элементы полого вала для передачи крутящего момента выполнены в виде лысок и прямоугольных шлицов со скосами, расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях, а регулируемое кольцо, установленное в корпусе с возможностью поворота вокруг своей оси, выполнено с взаимно перпендикулярными пазами, взаимодействующими с контактирующими элементами полого вала и с нарезкой или накаткой на торцевой поверхности, контактирующей с соответствующей нарезкой или накаткой сферического подпятника, жестко соединенного с корпусом. Применение полезной модели позволяет повысить надежность и увеличить ресурс буровой установки за счет уменьшения колебаний шарнирного переводника в плоскости, перпендикулярной плоскости искривления двигателя, возникающих при циклических нагрузках,

вследствие совмещения плоскостей искривления шарнирного переводника и искривленного переводника двигателя, в результате чего уменьшаются вибрации всей буровой установки. Кроме того, применение полезной модели позволяет повысить производительность буровой установки, за счет повышения несущей способности шарнирного переводника при передаче большого крутящего момента за счет увеличения изгибной прочности контактирующих элементов.

Устройство относится к буровой технике и может быть использовано при бурении наклонно- направленных скважин и боковых стволов в качестве шарнирного соединения бурильной колонны и забойного двигателя.

Известным аналогичным устройством является шарнирная муфта (авт. св. СССР № 1070294, Е 21 В 7/08, 1984г.). Она содержит ведущую и ведомую полумуфты, сферические подпятники, ниппель со сферической опорной пятой, установленной в полости ведущей полумуфты между подпятниками, и герметизирующее кольцо, расположенное между подпятниками. В качестве герметизирующего кольца использован пакет манжетных уплотнений, а полумуфта имеет сферическую проточку, выполненную коаксиально сфере пяты в секторе от 10° до 30° для размещения в ней герметизирующего кольца. Передача крутящего момента осуществляется через контактирующие элементы ведущей и ведомой полу муфт.

Недостатком устройства является ненадежность уплотнения, контактирующего со сферической поверхностью пяты, совершающей максимальные перемещения и частично контактирующей с ответными поверхностями подпятника. При этом уплотнительный элемент испытывает максимальные деформации. Кроме того, крутящий момент в известном устройстве передается на ниппель через ведомую полу муфту по диаметру,

меньшему, чем диаметр сферы ниппеля, что приводит к возникновению максимальных окружных сил в соединении ниппеля с ведомой полумуфтой.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является шарнирный переводник (патент RU № 2192535, Е 21 В 7/08, публ. 11.10.2002г.) который содержит корпус, полый вал со сферической опорной пятой, снабженный контактирующими элементами для передачи крутящего момента, сферические подпятники, установленные в корпусе, полый шток, хвостовик которого с уплотнением в виде манжеты размещен внутри полого вала таким образом, что при передаче крутящего момента под углом преломления осей уплотнительный элемент испытывает минимальные деформации.

Недостатком известного устройства является наличие у него двух степеней свободы, вследствие чего возникает сложность совмещения плоскостей искривления шарнирного переводника и искривленного переводника винтового забойного двигателя (шарнирный переводник размещен в буровой установке выше винтового забойного двигателя), из-за чего возникают дополнительные поперечные колебания буровой установки в скважине. Это приводит к преждевременному износу всех составных частей буровой установки.

Другим недостатком является недостаточная прочность зубчатого венца шарнирного устройства при передаче большого крутящего момента под углом преломления осей, приводящая к поломке зубьев под действием изгибающих окружных сил вследствие их недостаточной толщины в

поперечном сечении. Это приводит к уменьшению срока службы шарнирного устройства, а, следовательно, к уменьшению ресурса буровой установки.

Предлагаемой полезной моделью решается задача создания конструкции шарнирного переводника с одной степенью свободы, позволяющего совмещать плоскости искривления шарнира и искривленного переводника двигателя.

Технический результат, получаемый от использования полезной модели, заключается в повышении надежности и увеличении ресурса буровой установки, а также в повышении производительности винтового забойного двигателя за счет повышения несущей способности шарнирного переводника при передаче большого крутящего момента вследствие увеличения изгибной прочности контактирующих элементов.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом шарнирном переводнике, содержащем корпус, полый вал со сферической опорной пятой, снабженный контактирующими элементами для передачи крутящего момента, сферический подпятник, установленный в корпусе, полый шток с уплотнением, согласно заявляемого технического решения контактирующие элементы для передачи крутящего момента выполнены в виде лысок и прямоугольных шлицов со скосами, расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях, кроме того, шарнирный переводник снабжен регулируемым кольцом, установленным в корпусе с возможностью поворота относительно оси корпуса и выполненным с взаимно перпендикулярными

взаимодействующими с контактирующими элементами полого вала, при этом кольцо выполнено с нарезкой или накаткой на торцевой поверхности, контактирующей с соответствующей нарезкой или накаткой сферического подпятника, жестко соединенного с корпусом.

Выполнение контактирующих элементов в виде лысок и прямоугольных шлицевых зубьев увеличивает несущую способность шарнирного переводника при передаче большого крутящего момента за счет увеличения изгибной прочности контактирующих элементов.

Размещение в корпусе регулируемого кольца с возможностью угловой ориентации позволяет совместить плоскости искривления шарнирного переводника и искривленного переводника забойного двигателя, то есть получить конструкцию шарнирного переводника с одной степенью свободы, уменьшающую колебания шарнирного переводника в плоскости, перпендикулярной плоскости искривления двигателя, и, соответственно, уменьшающую поперечные колебания буровой установки. Это позволяет повысить надежность работы и срок службы буровой установки.

Выполнение нарезки или накатки на торцевой поверхности регулируемого кольца, контактирующей с соответствующей нарезкой или накаткой сферического подпятника, жестко соединенного с корпусом, увеличивает поверхность контакта, что также увеличивает несущую способность шарнирного переводника при передаче большого крутящего момента.

Сущность полезной модели поясняется чертежами.

На фиг.1 изображен общий вид шарнирного переводника; на фиг.2 показано поперечное сечение шарнирного переводника по А-А; на фиг.3 изображено регулируемое кольцо, на фиг.4 показаны лыски и прямоугольные шлицы концевой части полого вала.

Шарнирный переводник (фиг.1) включает корпус 1 полый вал 2, имеющий сферическую опорную поверхность «а», контактирующую со сферической поверхностью «Ь» подпятника 3, размещенного в центральном отверстии «с» корпуса 1, и жестко с ним связанного посредством штифтов 4. Также в центральном отверстии «с» корпуса 1 установлено регулируемое кольцо 5 с возможностью угловой ориентации, которое фиксируется в заданном положении поджатием гайкой 6. Концевая часть полого вала 2 снабжена двумя прямоугольными шлицами «d», выполненными со скосами «е» (фиг.4), и двумя лысками «g»(фиг.2) , выполненными в плоскости, перпендикулярной к плоскости расположения шлицов «h»(фиг.2). Регулируемое кольцо 5 снабжено двумя парами пазов «i» (фиг.2, 3), контактирующих с лысками «g»(фиг.2, 4) и шлицами «d» (фиг.2). Торцевая поверхность «j» (фиг.1, 3) регулируемого кольца 5 выполнена с зубчатой нарезкой или накаткой с целью увеличения площади контакта с торцевой поверхностью сферического подпятника 3. В концевой части полого вала 2 выполнена цилиндрическая расточка «р», внутри которой размещена хвостовая часть «q» полого штока 7 с уплотнительным элементом в виде манжеты 8.

Шарнирный переводник работает следующим образом. Корпус 1 соединяется с винтовым забойным двигателем, а полый вал 2-е бурильной трубой. Регулируемое кольцо 5 ориентируется в угловом положении, т.е. поворачивается относительно оси корпуса таким образом, чтобы плоскости искривления шарнирного переводника и искривленного переводника забойного двигателя совпали. После регулировки угловой ориентации регулируемого кольца 5 шарнирный переводник фиксируется при помощи гайки 6. Крутящий момент передается от полого вала 2 через контактирующие элементы «d» и «g», взаимодействующие с пазами «i» регулируемого кольца 5, и далее через зубчатую нарезку или накатку на торцевой поверхности «j» регулируемого кольца 5 и торцевую поверхность с аналогичной нарезкой или накаткой сферического подпятника 3 на корпус 1, жестко соединенный с подпятником 3 посредством штифтов 4. Осевая нагрузка с бурильной колонны передается через сферическую опорную поверхность «а» полого вала 2, контактирующую со сферической поверхностью «Ь» подпятника 3, на корпус 1, и далее на забойный двигатель и долото. Промывочная жидкость по каналам полого вала 2 и полого штока 7 попадает в забойный двигатель, при этом уплотнительный элемент 8 препятствует утечке промывочной жидкости в затрубное пространство.

Технико-экономическая эффективность от внедрения полезной модели заключается в увеличении ресурса буровой установки, а также повышения производительности работы двигателя при увеличении допустимого крутящего момента, передаваемого шарнирным переводником.

Шарнирный переводник, содержащий корпус, полый вал со сферической опорной пятой, снабженный контактирующими элементами для передачи крутящего момента, сферический подпятник, установленный в корпусе, полый шток с уплотнением, отличающийся тем, что контактирующие элементы для передачи крутящего момента выполнены в виде лысок и прямоугольных шлицов со скосами, расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях, кроме того, шарнирный переводник снабжен регулируемым кольцом, установленным в корпусе с возможностью поворота относительно оси корпуса и выполненным с взаимно перпендикулярными пазами, взаимодействующими с контактирующими элементами полого вала, при этом кольцо выполнено с нарезкой или накаткой на торцевой поверхности, контактирующей с соответствующей нарезкой или накаткой сферического подпятника, жестко соединенного с корпусом.