забойный двигатель

Формула изобретения

Забойный двигатель, содержащий несущий корпус, в котором расположены зубчатый рабочий орган с постоянным сцеплением шестерен и впускные и выпускные каналы для подачи и выпуска рабочего тела, отличающийся тем, что он снабжен переходной втулкой, жестко связанной с породоразрушающим инструментом и валом рабочего органа, крышками, запирающими оба торца несущего корпуса, и верхним и нижним переходниками, связывающими корпус жестко с колонной бурильных труб и через уплотнительный сальник с переходной втулкой, причем зубчатый рабочий орган выполнен из центральной шестерни и равномерно размещенных вокруг нее нескольких периферийных шестерен, между которыми расположено по одному впускному и выпускному каналу, каждый из которых соединен одновременно с центральной и периферийными шестернями, при этом верхняя крышка выполнена с отверстиями, соосными с впускными каналами, а нижняя крышка выполнена с отверстиями, соосными с выпускными каналами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для использования при бурении скважин.

Известны промышленные шестеренные двигатели (Башта Т.М. Гидравлические двигатели летательных аппаратов, - М.: Машиностроение, 1967, с. 156, рис. 89), которые обычно состоят из неподвижного герметичного корпуса, внутри которого синхронно вращаются в противоположные стороны две постоянно сцепленные между собой шестерни наружного зацепления с одинаковым количеством зубьев, вал одной из которых служит для отвода мощности. Кинематически такой двигатель достаточной мощности не вписывается в поперечные размеры скважины.

Известен забойный двигатель (а. с. СССР 400689, кл. Е 21 В 3/12, 1970), включающий в себя несущий корпус, в котором размещен рабочий орган в виде рабочей пары - статора с внутренними винтовыми зубьями, причем вращающийся под действием потока жидкости ротор совершает круговое движение по внутренней винтовой поверхности статора, образуя нагнетательные и силовые полости, в результате чего этот гидравлический двигатель в отличие от турбобура является объемным, т.е. частота его оборотов определяется только подачей жидкости и не зависит от осевой нагрузки (крутящего момента). Однако данный забойный двигатель обладает следующими недостатками: поскольку ось ротора всегда эксцентрична оси двигателя, необходим шпиндель, в котором размещен карданный вал с двумя универсальными шарнирами, что усложняет конструкцию, удорожает изготовление, снижает кпд и долговечность двигателя в эксплуатации.

Известен шестеренный двигатель внешнего зацепления с коэффициентом перекрытия в зацеплении, равном единице, и комбинированным смещением профилей зубьев (а. с. 1413274, F 04 С 2/08, БИ 28 от 30.07.88). Однако выходной вал такого двигателя расположен эксцентрично относительно оси симметрии конструкции, что затрудняет его применение в качестве забойного двигателя из-за неэффективности использования пространства скважины.

Известен забойный двигатель, патент РФ 2115791, 6 Е 21 В 4/02 от 20.07.1998 г. , взятый нами за прототип, включающий в себя несущий корпус, рабочий орган, выполненный в виде постоянно сцепленных между собой внутренней шестерни с наружным зацеплением и наружной шестерни с внутренним зацеплением, при этом разделяющий их несущий корпус жестко связан с колонной бурильных труб, а наружная шестерня с внутренним зацеплением жестко связана с породоразрушающим инструментом, не связанные между собой каналы для подачи под давлением рабочего тела в нагнетательную полость и выхода отработанного рабочего тела из выпускной полости выполнены в теле несущего корпуса, каждый в осевом и тангенсиальном направлениях.

Однако конструкция такого двигателя сложна в изготовлении, чувствительна к неточностям сборки и двигатель в таком исполнении имеет низкий ресурс.

Задача изобретения заключается в устранении указанных недостатков, т.е. в упрощении конструкции, повышении кпд и долговечности забойного двигателя при бурении скважин любого назначения.

Задача решается тем, что забойный двигатель, содержащий несущий корпус, в котором расположены зубчатый рабочий орган с постоянным сцеплением шестерен, впускные и выпускные каналы для подачи и выпуска рабочего тела, согласно изобретению снабжен переходной втулкой, жестко связанной с породоразрушающим инструментом и валом рабочего органа, крышками, запирающими оба торца несущего корпуса, и верхним и нижним переходниками, связывающими корпус жестко с колонной бурильных труб и через уплотнительный сальник с переходной втулкой, причем зубчатый рабочий орган выполнен из центральной шестерни и равномерно размещенных вокруг нее нескольких периферийных шестерен, между которыми расположено по одному впускному и выпускному каналу, каждый из которых соединен одновременно с центральной и периферийными шестернями, при этом верхняя крышка выполнена с отверстиями, соосными с впускными каналами, а нижняя крышка выполнена с отверстиями, соосными с выпускными каналами.

Предлагаемый забойный двигатель прост по конструкции, дешев в изготовлении и эксплуатации, может работать как гидравлический с использованием в качестве рабочего тела несжимаемой жидкости (воды, водного раствора ПАА, эмульсионного, малоглинистого раствора и др.) и как пневматический с использованием сжимаего рабочего тела (газожидкостной смеси, пены, сжатого воздуха, азота и др.).

Применение предлагаемого забойного двигателя позволит существенно повысить производительность за счет высоких оборотов породоразрушающего инструмента независимо от глубины скважины, многократно снизить аварийность, простои и расход бурильных труб, поскольку бурильная колонна в процессе бурения не вращается и может работать многократно дольше.

На фиг. 1 представлен общий вид предложенного забойного двигателя - продольный разрез; на фиг.2 - поперечный его разрез.

Забойный двигатель состоит из переходной втулки 1, жестко связанной с породоразрушающим инструментом 2 и валом зубчатого рабочего органа 3, крышек 4, 5, запирающих оба торца несущего корпуса 6, верхнего 7 и нижнего 8 переходников. Верхний переходник 7 жестко связывает корпус 6 с колонной бурильных труб 9. Зубчатый рабочий орган выполнен из центральной шестерни 10 и равномерно размещенных вокруг нее нескольких периферийных шестерен 11 (например, трех), между которыми в несущем корпусе 6 выполнены по два сквозных канала 12 и 13. Переходная втулка 1 выполнена со сквозными каналами 14, соединяющими полость нижнего переходника 8 с каналом 15 втулки 1 и породоразрушающего инструмента 2. Шестерни 10, 11 установлены в подшипниках 16. Каждая периферийная и центральная шестерни соединены с расположенными на противоположных от нее сторонах одним впускным каналом 12 и одним выпускным каналом 13, запираемыми крышками 4, 5. Верхняя крышка 5 выполнена с отверстиями 17, соосными с впускными каналами, а нижняя крышка 4 выполнена с отверстиями 18, соосными с выпускными каналами. Нижний переходник 8 жестко связывает корпус 6 и породоразрушаюший инструмент переходной втулкой 1 через уплотнительный сальник 19.

При сборке бурового снаряда предлагаемый забойный двигатель устанавливают между концом бурильной колонны 9 и породоразрушающим инструментом 2 или колонковым набором при необходимости получения керна горной породы. После спуска бурового снаряда в скважину в канал бурильной колонны с поверхности под давлением подают рабочую жидкость, которая через полость переходника 7, через отверстия 17 по каналам 12 подается к каналам 13 и отверстиям 18 через линию нагнетания и слива и далее через полость переходника 8 и каналам втулки 1 и породоразрушающего инструмента 2 на забой скважины. За счет перепада давления рабочая жидкость приводит периферийные шестерни 11 во вращательное движение против часовой стрелки, при этом периферийные шестерни 11 приводят во вращение по часовой стрелке центральную шестерню 10 и жестко связанный с нею через втулку 1 породоразрушающий инструмент 2. Отработанная рабочая жидкость через отверстия 18, полость нижнего переходника 8, каналы 14, 15 поступает на забой скважины и в дальнейшем используется для охлаждения породоразрушающего инструмента и выноса продуктов разрушения породы с забоя скважины.

После завершения рейса бурения подача рабочей жидкости прекращается, и буровой снаряд вместе с забойным двигателем и породоразрушающим инструментом (или колонковым набором вместе с керном) извлекается на поверхность.