устройство для бурения скважин

Формула изобретения

Устройство для бурения скважин, включающее многозаходный героторный механизм, содержащий неподвижный статор с эластичной оболочкой и подвижный полый ротор, на внутренней поверхности статора и наружной поверхности полого ротора выполнена многозаходная винтовая нарезка левого направления с разницей в количестве выступов статора и ротора, равной единице, отличающееся тем, что на внутренней поверхности полого ротора имеется эластичная оболочка, внутри полого ротора эксцентрично установлен неподвижно торсион, при этом на внутренней поверхности полого ротора и на наружной поверхности торсиона выполнена многозаходная винтовая нарезка левого направления с разницей в количестве выступов полого ротора, равной единице, причем эксцентриситет неподвижного торсиона направлен в противоположенную сторону эксцентриситету, образованному геометрией статора и полого ротора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к забойным двигателям героторного типа и может быть использовано для бурения нефтяных, газовых и разведочных скважин.

Известен забойный двигатель [А.с. 943387, М. кл. ³ Е21В 4/02, опубл. 15.07.82], содержащий рабочие поверхности роторов и статоров, имеющие коническую форму, вал выполнен торсионным, а сливная полость верхнего героторного механизма сообщена с затрубным пространством.

Известен винтовой забойный двигатель [А.с. 926209, М. кл.³ Е21В 4/02, опубл. 07.05.82], имеющий шаг t винтовой поверхности рабочего органа и средний диаметр D_cp винтовой поверхности рабочего органа, связанные соотношением .

Известен героторный модуль забойного двигателя [SU 1740600 А1, Е21В 4/02, опубл. 15.06.92], снабженный по крайней мере одной распорной втулкой с наружной цилиндрической и внутренней конической поверхностями, размещенной внутри полого ротора между уступом на внутренней цилиндрической поверхности ротора и нажимным торцом полумуфты и установленной с возможностью взаимодействия с торсионом по конической поверхности, а с ротором - по цилиндрической поверхности. Также двигатель содержит дистанционное кольцо, установленное между торцом распорной втулки и уступом на внутренней поверхности ротора, а на распорной втулке с обоих торцов выполнены продольные прорези, взаимно перекрывающиеся в осевом направлении.

Причиной, препятствующей достижению заявляемого технического результата в известных технических решениях, является низкий показатель надежности винтовой пары, а также высокий перепад давления в момент запуска за счет преодоления сил трения элементов винтовой пары.

Базовая конструкция винтовой пары не позволяет избежать высоких пусковых (тормозных) давлений. Прежде всего это связано с преодолением сил трения элементов винтовой пары, обусловленных наличием эксцентриситета, возникающего за счет разнозаходности ротора и статора.

При бурении скважины происходит постоянное изменение частоты вращения вала двигателя, связанное с возникающим переменным моментом на долоте, что обусловлено неоднородностью геологических разрезов. Чередование пород с разными физико-механическими свойствами (прочностные характеристики горных пород) приводит к неконтролируемому созданию нагрузки на забой, частым остановкам и запускам двигателя и, как следствие, к высоким показателям пусковых (тормозных) давлений (от 5,0 до 9,0 МПа). Процесс проводки ствола скважины с углом искривления более 45° в большинстве случаев сопровождается авариями, причинами которых являются как технологические, так и технические факторы.

Проведенный анализ количества и причин аварий на буровых филиала Тюменбургаз ООО «Бургаз», ОАО «Сургутнефтегаз» показал, что основной причиной является отказ ВЗД. Это прежде всего связано с выходом из строя торсиона двигателя.

Выход из строя торсиона, который служит для устранения эксцентриситета, вызванного геометрией винтовой пары, прежде всего связано с его изломом. Изготовление торсиона, направленное на увеличение прочностных характеристик, а именно улучшение показателей работы данного элемента на изгиб и скручивание, позволит избежать сложных аварий в скважине.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение надежности винтовой пары и улучшение пусковых характеристик двигателя путем изменения конструкции забойного двигателя героторного типа.

При осуществлении изобретения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в повышении момента на валу двигателя, уменьшении перепада давления при запуске за счет снижения (устранения) эксцентриситета, путем установки торсиона с измененной геометрией в корпус полого ротора забойного двигателя героторного типа.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство для бурения скважин содержит полый корпус, размещенный внутри него с образованием полостей низкого и высокого давления многозаходный героторный механизм, включающий соосно расположенный статор с эластичной оболочкой и эксцентрично установленный внутри статора ротор (винт). Причем на внутренней поверхности статора и наружной поверхности ротора выполнена многозаходная винтовая нарезка (линии) левого направления с разницей в количестве выступов статора и ротора, равной единице. Особенностью является то, что в полый ротор (винт), имеющий на внутренней поверхности винтовую линию с эластичной оболочкой, эксцентрично установлен неподвижно торсион. На внутренней поверхности полого ротора и на наружной поверхности торсиона выполнена многозаходная винтовая нарезка (линии) левого направления с разницей в количестве выступов полого ротора, равной единице. Причем эксцентриситет неподвижного торсиона направлен в противоположную сторону эксцентриситету, образованному геометрией статора и полого ротора (винта).

Причинно-следственная связь между заявленным техническим результатом и существующими признаками изобретения следующая. Повышение надежности винтовой пары и улучшение пусковых характеристик двигателя, вследствие конструктивных изменений забойного двигателя героторного типа, двигается путем изменения геометрии неподвижного торсиона.

На чертеже представлено устройство для бурения скважин.

Устройство содержит многозаходный героторный механизм, содержащий неподвижный статор 1 с эластичной оболочкой и подвижный полый ротор 2 (винт). На внутренней поверхности статора 1 и наружной поверхности полого ротора 2 (винта) выполнена многозаходная винтовая нарезка (линии) левого направления с разницей в количестве выступов статора и ротора, равной единице. На внутренней поверхности полого ротора 2 имеется эластичная оболочка (винт). В полом роторе 2 (винт) эксцентрично установлен неподвижно торсион 3. На внутренней поверхности полого ротора и на наружной поверхности торсиона 3 выполнена многозаходная винтовая нарезка (линии) левого направления с разницей в количестве выступов полого ротора, равной единице. Причем эксцентриситет неподвижного торсиона направлен в противоположенную сторону эксцентриситету, образованному геометрией статора и полого ротора (винта). Нижняя часть полого ротора 2 (винта) может быть снабжена распорной втулкой 4. На конусную поверхность распорной втулки 4 садится торсион 3 своей ответной конусной поверхностью. С помощью резьбового соединения 5 полумуфты 6 происходит заклинивание распорной втулки 4.

Устройство для бурения скважин работает следующим образом.

Буровой раствор поступает под давлением в камеры (полости) многозаходной винтовой пары героторного механизма, образованные статором 1, полым ротором 2, а также в камеры (полости), образованные полым ротором 2 и торсионом 3 (вследствие разницы в количестве выступов в них). Под действием перепада давления бурового раствора в камерах низкого и высокого давления винтовой пары создается крутящий момент. Причем эксцентриситет неподвижного торсиона 3, направленный в противоположенную сторону эксцентриситету (компенсирует смещение осей), образованному геометрией статора 1 и полого ротора 2, исключает возможное возникновение биений (вибраций) винтовой пары. В процессе бурения реакция, действующая на торсион за счет перепада давления, возникающего в камерах (полостях) между торсионом и полым ротором, направлена противоположно реактивному моменту, что исключает его излом. Для удержания торсиона от окружного и продольного перемещения нижняя часть полого ротора (винта) снабжена распорной втулкой 4, имеющей конусную поверхность, предназначенную для посадки торсиона 3 своей ответной конусной поверхностью. С помощью резьбового соединения полумуфты 6 производится заклинивание распорной втулки 4.

Устройство для бурения скважин даст возможность повысить надежность винтовой пары, улучшить пусковые характеристики двигателя, путем изменения геометрии торсиона забойного двигателя героторного типа.