Винтовой забойный двигатель

Полезная модель относится к буровой технике, в частности к винтовым забойным двигателям, предназначенным для бурения наклонно направленных скважин на участках изменения угла наклона ствола. Задачей является повышение долговечности винтового забойного двигателя и снижение стоимости его обслуживания. В винтовом забойном двигателе, диаметр корпуса шпиндельной секции превышает диаметр корпуса двигательной секции, на валу шпинделя установлена предохранительная втулка, нижняя радиальная опора выполнена из двух частей, расположенных последовательно по оси шпинделя, и установлена в гайке, имеющей ниппельное соединение с корпусом шпиндельной секции. Шарнирный узел, размещенный в регуляторе угла, выполнен в виде плоскостной вращательно-поступательной кинематической пары. Пята вала шарнирного узла имеет сферическую опорную поверхность и образует в поперечном сечении квадрат. Муфта шарнирного узла имеет подпятник со сферической опорной поверхностью, подкладное и упорное кольца, зафиксированные накидной гайкой. Пята вала размещена в муфте с зазором по периметру.

Полезная модель относится к буровой технике, в частности к винтовым забойным двигателям, предназначенным для бурения наклонно направленных скважин на участках изменения угла наклона ствола.

Для наклонно-направленного и горизонтального бурения применяют специальные винтовые забойные двигатели, выполняемые в варианте двигателей-отклонителей с установкой между двигательной и шпиндельной секциями кривого переводника. Известна конструкция винтового забойного двигателя производства ОАО НПО «Буровая техника», г.Пермь (Буровое оборудование: Справочник. Т.2. Буровой инструмент. - М., «Недра», 2003, С.149-155). Винтовой забойный двигатель содержит двигательную секцию со статором и ротором и шпиндельную секцию. Передача вращающего момента и осевого усилия от ротора к выходному валу шпиндельной секции осуществляется через шарнирное карданное соединение. Шпиндельная секция оснащена опорно-центрирующими элементами для стабилизации положения в скважине.

Недостатком известной конструкции является то, что для установки другого значения угла требуется отсоединение двигателя от шпинделя для замены кривого переводника. При установке в таком двигателе между шпиндельной и двигательной секциями кривого переводника с большим углом перекоса увеличиваются поперечные усилия в шарнирах карданного вала, что ведет к повышению износа радиальных опор шпиндельной секции и зубьев ротора и статора. Использование опорно-центрирующих элементов усложняет конструкцию двигателя.

Наиболее близкой является выбранная в качестве прототипа конструкция винтового забойного двигателя ДРУ-172, выпускаемого ООО Фирма «Радиус-Cервис» (ДРУ-172РС.815ПС. Двигатель с регулятором угла. Паспорт. ООО Фирма «Радиус-Cервис»). Двигатель состоит из двигательной

и шпиндельной секций, соединенных регулятором угла для придания двигателю необходимого угла искривления. Шпиндельная секция включает корпус, вал шпинделя, осевую опору, выполненную в виде упорно-радиального многорядного шарикоподшипника, радиальные опоры скольжения, верхний переводник для соединения с регулятором угла и гайку, установленную в нижней части корпуса шпиндельной секции и выполняющую функцию стабилизатора. Двигательная и шпиндельная секции имеют одинаковый диаметр, величина которого меньше, чем диаметр гайки. Гайка выполнена в виде муфты. В конструкции используются твердосплавные радиальные опоры. Передача вращающего момента и осевого усилия от ротора на вал шпинделя осуществляется с помощью расположенного в регуляторе угла шарнирного узла, представляющего собой карданные шариковые шарниры.

Недостатком известной конструкции является быстрый износ осевой опоры. При бурении скважин шарошечными долотами наблюдается осевое биение вала шпинделя относительно его корпуса, в результате разрушаются элементы осевой опоры и выходит из строя вал шпинделя. Наличие стабилизатора (гайки) в нижней части шпиндельной секции не может предотвратить значительный радиальный люфт вала шпинделя и колебания долота в поперечном направлении с большой амплитудой, что отрицательно сказывается на работоспособности опор и самого вала. В результате действия динамических нагрузок наблюдается неравномерный износ нижней радиальной опоры: как показывает практика, ее разрушение начинается снизу, со стороны долота. Нижняя радиальная опора, выполненная в виде пары "металл-металл" с армированием сопряженных поверхностей твердым сплавом, имеет невысокий ресурс, а выкрашивание твердосплавных пластин может привести к заклиниванию вала шпинделя, отвороту его корпуса и поломке одного из шарниров. Шариковые шарниры отличаются высокой трудоемкостью изготовления, а их производство и замена в случае выхода из строя требует значительных материальных затрат.

Задачей предлагаемой полезной модели является повышение долговечности винтового забойного двигателя и снижение стоимости его обслуживания.

Решение поставленной задачи достигнуто тем, что в винтовом забойном двигателе, содержащем двигательную секцию, размещенную в корпусе, шпиндельную секцию, включающую корпус, вал шпинделя, осевую опору, радиальные опоры, верхний переводник, гайку, установленную в нижней части корпуса шпиндельной секции, и регулятор угла, содержащий шарнирный узел, передающий вращающий момент и осевое усилие от двигательной секции на вал шпинделя, диаметр корпуса шпиндельное секции превышает диаметр корпуса двигательной секции, на валу шпинделя установлена предохранительная втулка, нижняя радиальная опора выполнена из двух частей, расположенных последовательно по оси шпинделя, и установлена в гайке, имеющей ниппельное соединение с корпусом шпиндельной секции. Шарнирный узел, размещенный в регуляторе угла, выполнен в виде плоскостной вращательно-поступательной кинематической пары, содержащей вал, пята которого имеет сферическую опорную поверхность и образует в поперечном сечении квадрат, муфту, подпятник со сферической опорной поверхностью, подкладное и упорное кольца, зафиксированные накидной гайкой, причем пята размещена в муфте с зазором по периметру.

На фиг.1 представлен общий вид винтового забойного двигателя, на фиг.2 шарнирный узел регулятора угла.

Винтовой забойный двигатель состоит из двигательной секции, размещенной в корпусе 1 и шпиндельной секции, размещенной в корпусе 2 шпиндельной секции. Двигательная и шпиндельная секции соединены между собой регулятором угла 3. Шпиндельная секция включает вал шпинделя 4, предохранительную втулку вала 5, осевую опору 6, верхнюю радиальную опору 7, нижнюю радиальную опору, состоящую из двух частей 8 и 9, верхний переводник 10 и ниппельную гайку 11. Регулятор угла 3 содержит

шарнирный узел 12 в виде плоскостной вращательно-поступательной кинематической пары. Шарнирный узел 12 содержит вал 13, пята 14 которого имеет сферическую опорную поверхность и образует в поперечном сечении квадрат, муфту 15, подпятник 16 со сферической опорной поверхностью, подкладное кольцо 17, упорное кольцо 18 и накидную гайку 19. Пята 14 размещена в муфте 15 с зазором по периметру, обеспечивающим передачу вращения под углом.

Предлагаемая конструкция винтового забойного двигателя имеет увеличенную стабилизационную часть, т.к. диаметр корпуса 2 шпиндельной секции превышает диаметр корпуса 1 двигательной секции и равен диаметру ниппельной гайки 11. Увеличение диаметра корпуса шпиндельной секции позволяет разместить в ней осевую опору 6 с большей по сравнению с прототипом рабочей поверхностью, что обеспечивает повышение рабочего ресурса двигателя. В качестве осевой опоры использована многоступенчатая резинометаллическая пята.

На валу шпинделя 4 размещена предохранительная втулка вала 5, которая воспринимает все нагрузки при биении вала шпинделя относительно его корпуса 2, имеющие место при бурении скважин шарошечными долотами. В результате сохраняются резиновые элементы подпятника и диски осевой опоры 6, продлевается срок службы вала шпинделя 4.

Радиальные опоры 7 и 8, 9 выполнены резинометаллическими. Нижняя радиальная опора 8, 9 размещена в ниппельной гайке 11.

Квадратная форма пяты 14 вала 13 шарнирного узла 12 позволила увеличить площадь упора по сравнению с элементами, имеющими форму тел качения, традиционно используемыми в шарнирных соединениях, и повысить ресурс работы узла.

Принцип работы винтового забойного двигателя предлагаемой конструкции не отличается от общеизвестного. Промывочная жидкость по колонне буровых труб подается в двигательную секцию. Возникающий на

роторе двигательной секции крутящий момент передается с помощью шарнирного узла 12 на вал шпинделя 4 и далее на долото.

По сравнению с используемыми в промышленности двигателями и, в частности, по сравнению с прототипом предлагаемый забойный двигатель имеет следующие преимущества:

1. Увеличение размера стабилизационной части двигателя за счет увеличения диаметра корпуса шпиндельной секции позволило снизить радиальный люфт долота и повысить работоспособность опор.

2. Увеличение диаметра корпуса шпиндельной секции позволило разместить в ней осевую опору с большей рабочей поверхностью, что обеспечивает повышение рабочего ресурса двигателя.

3. Размещение на валу шпинделя подкладной втулки предохраняет от износа вал и осевую опору и продлевает рабочий ресурс двигателя.

4. Замена гайки-муфты на ниппельную гайку позволила разместить в ней нижнюю радиальную опору, максимально приблизив ее к долоту, что уменьшает люфт долота.

5. Замена твердосплавных радиальных опор на резинометаллические позволила повысить срок их службы и снизить стоимость.

6. Выполнение нижней радиальной опоры составной из двух частей обеспечивает возможность замены только нижней ее части, наиболее подверженной износу, и снизить затраты на ремонт.

7. Выполнение шарнирного узла в виде плоскостной вращательно-поступательной кинематической пары позволило снизить себестоимость узла и повысить его ресурс.

1. Винтовой забойный двигатель, содержащий двигательную секцию, размещенную в корпусе, и шпиндельную секцию, включающую корпус, вал шпинделя, осевую опору, радиальные опоры, верхний переводник, гайку, установленную в нижней части корпуса шпиндельной секции, и регулятор угла, содержащий шарнирный узел, передающий вращающий момент и осевое усилие от двигательной секции на вал шпинделя, отличающийся тем, что диаметр корпуса шпиндельной секции превышает диаметр корпуса двигательной секции, на валу шпинделя установлена предохранительная втулка, нижняя радиальная опора выполнена из двух частей, расположенных последовательно по оси шпинделя, и установлена в гайке, имеющей ниппельное соединение с корпусом шпиндельной секции.

2. Винтовой забойный двигатель по п.1, отличающийся тем, что шарнирный узел, размещенный в регуляторе угла, выполнен в виде плоскостной вращательно-поступательной кинематической пары и содержит вал, пята которого имеет сферическую опорную поверхность и образует в поперечном сечении квадрат, муфту, подпятник со сферической опорной поверхностью, подкладное и упорное кольца, зафиксированные накидной гайкой, причем пята размещена в муфте с зазором по периметру.