Статор винтового забойного двигателя

Заявляемая полезная модель относится к области бурения глубоких нефтяных и газовых скважин с использованием винтовых забойных двигателей, и, в частности, представляет собой статор такого двигателя. Статор винтового забойного двигателя включает изготовленный из металла полый цилиндрический корпус и прикреплненную к нему изнутри обкладку из эластомера, имеющую внутреннюю винтовую поверхность. Характерной особенностью статора является то, что он армирован скрепленными с корпусом и размещенными в гребнях обкладки стержневыми винтовыми элементами, изготовленными из металла.

Заявляемая полезная модель относится к области бурения глубоких нефтяных и газовых скважин с использованием винтовых забойных двигателей, и, в частности, представляет собой статор такого двигателя.

Выпускаемые в России и за рубежом винтовые забойные двигатели выполняются по единой схеме: имеют неподвижный статор и планетарно вращающийся ротор (см., например, справочное пособие Д.Ф.Балденко, Ф.Д.Балденко, и А.Н.Гноевых «Винтовые забойные двигатели», Москва, Недра, 1999 г., стр.29...30).

Статор винтового забойного двигателя является одним из основных элементов его рабочих органов. Он состоит из полого цилиндрического корпуса и эластичной обкладки с внутренней винтовой поверхностью (см. тот же источник, стр.35, рис.2.2.). В качестве эластомера для внутренней обкладки статора обычно используют резину. При работе между винтовыми поверхностями образуется ряд изолированных между собой полостей, которые, перемещаясь вдоль оси

винтового забойного двигателя, сообщаются вначале с торцем области высокого давления, а затем с торцем области низкого давления.

Все зарубежные и отечественные винтовые забойные двигатели имеют недостатки, снижающие эффективность их применения.

В частности, одной из причин, снижающих долговечность винтового забойного двигателя, является абразивный износ статора.

Кроме того, под действием внутреннего давления, а также сил инерции вращающегося по «орбите» ротора происходит радиальная деформация упругой обкладки статора, приводящая к образованию зазора между ротором и статором, несмотря на первоначальный натяг в этой паре. В результате возникновения перетечек между изолированными полостями эффективность забойного двигателя уменьшается.

Изменение характеристик двигателя вследствие снижения КПД показано, например, в книге В.М.Касьянова «Гидромашины и компрессоры». Москва, Недра, 1981 г., стр.166...169, рис.12.7.

В основу заявляемой полезной модели поставлена задача повышения эффективности работы винтового забойного двигателя за счет увеличения его долговечности и повышения КПД.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что статор винтового забойного двигателя, содержащий полый цилиндрический стальной корпус с внутренней обкладкой, имеющей винтовые гребни, из эластомера (преимущественно, резины), обладающего сопротивляемостью абразивному износу и работоспособного в среде бурового раствора, армирован винтовыми стержневыми элементами, например, из металла, имеющими круглое, квадратное, треугольное или желобчатое поперечное сечение, которые размещены в винтовых гребнях обкладки и скреплены с корпусом изнутри сваркой, клеем или другими адекватными способами.

Армирование винтовых гребней эластичной обкладки статора скрепленными с корпусом твердыми сердечниками в виде винтовых стержней перечисленных выше сечений приведет к уменьшению высот эластичных частей гребней. А, следовательно, уменьшит упругую деформацию гребней статора под действием давления рабочей жидкости и сил взаимодействия с орбитально вращающимся ротором.

В результате создадутся условия для нераскрытия стыков по линиям контакта между ротором и статором.

Что уменьшит потери жидкости через зазоры между ротором и статором, износ статора (и ротора) от абразивной составляющей рабочей жидкости и, в конечном итоге, повысит КПД и долговечность винтового забойного двигателя.

Возможность осуществления заявляемой полезной модели подтверждается многолетним использованием в отечественной и зарубежной практике технологий изготовления статоров с резиновой обкладкой, обеспечивающих в заданных допусках диаметральные размеры винтового канала и прямолинейность его оси (см. книгу Д.Ф.Балденко и др. «Винтовые забойные двигатели», Москва, Недра, 1999, стр.334...339). Освоено и широко применяется также изготовление винтовых пружин из проволоки различного сечения (круг, квадрат). Не вызывает принципиальных затруднений и производство трубных деталей диаметрами свыше 80 мм и толщиной стенок 10...15 мм, длиной два и более метров (см., например, В.И.Анурьев «Справочник конструктора-машиностроителя», том 3, Москва, Машиностроение 2001, стр180...270, 365...375).

Технические признаки, являющиеся отличительными для заявляемой полезной модели, могут быть реализованы с помощью известных в общем машиностроении средств.

Отличительные признаки, отраженные в формуле полезной модели, необходимы и достаточны для ее осуществления, т.к. обеспечивают решение поставленной задачи - увеличение долговечности винтового забойного двигателя.

В дальнейшем заявляемая полезная модель поясняется примером ее выполнения, схематически показанном на прилагаемых изображениях, на которых:

Фиг.1 - чертеж статора винтового забойного двигателя в соответствии с заявляемой полезной моделью,

Фиг.2 - фото изготовленного корпуса статора до обрезинивания

Статор винтового забойного двигателя включает изготовленный из металла полый цилиндрический корпус 1 (фиг.1). К внутренней поверхности корпуса прикреплена (например, методом вулканизации) обкладка 2 из эластомера (преимущественно, из резины). Обкладка 2 имеет внутреннюю винтовую поверхность, гребни которой входят в зацепление с винтовой поверхностью ротора при планетарном вращении последнего. Статор армирован прикрепленными к корпусу и размещенными в гребнях обкладки 2 стержневыми винтовыми элементами 3, изготовленными, например, из стали.

Крепление стержневых элементов 3 к корпусу 1 может быть осуществлено методом контактной сварки, приклеиванием или каким-либо другим пригодным способом. Материал обкладки статора должен быть стойким к воздействию углеродов и щелочей и иметь высокие литьевые свойства.

В процессе работы обкладка статора воспринимает циклически изменяющиеся нагрузки, реактивный момент и радиальные силы, что предъявляет повышенные требования к прочности крепления резины к корпусу. Технология изготовления статора должна обеспечивать в заданных допусках диаметральные размеры винтового канала и его прямолинейность. Предпочтительно использовать способ литьевого формования под давлением в закрытой пресс-форме.

Статор винтового забойного двигателя, включающий изготовленный из металла полый цилиндрический корпус и прикрепленную к нему изнутри обкладку из эластомера с внутренней винтовой поверхностью, отличающийся тем, что он армирован скрепленными с корпусом и размещенными в винтовых гребнях обкладки стержневыми винтовыми элементами, изготовленными, например, из металла.