Героторный гидравлический двигатель - RU2675613C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к гидравлическим приводам для вращательного бурения, размещаемым в скважине, а именно - для фрезерной вырезки окна в обсадной колонне в стволе скважины и бурения боковых каналов для перфорации продуктивного интервала и увеличения дебита нефтяных скважин.

В России наибольшее количество самых сложных нефтяных месторождений, доля трудноизвлекаемых запасов нефти в России растет и составляет более 70%, при этом более 80% нефтяных скважин эксплуатируется с использованием центробежных насосов (УЭЦН), штанговых насосных установок (ШГН) и героторных винтовых насосов.

Механизированные способы добычи не всегда эффективны в связи с низким КПД насосных установок, работающих в малодебитных скважинах, при этом существует пороговое значение дебита скважин, ниже которых добывать нефть технически невозможно или экономически нерентабельно.

На многих скважинах в настоящее время остановлена добыча нефти в связи с отсутствием притока или по причине высокой "обводненности" добываемой продукции, при этом нерентабельность добычи нефти на скважинах с трудноизвлекаемыми запасами приводит к их консервации, количество таких скважин в России составляет, например, 35÷40 тысяч.

Одной из перспективных технологий является технология фрезерной вырезки окна в обсадной колонне в стволе скважины с использованием отклоняющего клина, закрепленного в обсадной колонне, и бурения боковых каналов сверхмалого диаметра (55÷60 мм) и радиуса кривизны (3,5÷12 м) для перфорации продуктивного интервала и увеличения дебита нефтяных скважин.

Во время строительства нефтяных скважин основной задачей является качественное вскрытие продуктивного пласта - это проникновение забоя в продуктивный пласт и пересечение этого пласта стволом скважины.

Вторичное вскрытие - перфорация обсадной колонны в стволе скважины в интервале разрабатываемого продуктивного пласта, сущность которого - создание каналов в обсадной колонне, цементном кольце и участках горных пород, загрязненных в процессе бурения частицами бурового раствора для создания гидродинамических связей между скважиной и продуктивными пластами.

Фрезерная вырезка окна в обсадной колонне в стволе скважины и бурение стволов сверхмалого диаметра предполагает основные технические требования к героторному гидравлическому двигателю: он должен размещаться с возможностью вращения КНБК в обсадной колонне в стволе скважины с трудноизвлекаемыми запасами, по существу, в обсадных колоннах габарита 140…178 мм.

Известен винтовой забойный двигатель, состоящий из двух секций - верхней и нижней, каждая из которых включает в свой состав винтовые рабочие органы, выполненные на базе многозаходного героторного механизма с внутренним циклоидальным зацеплением, шпиндель с выходным валом, установленным на осевой и радиальных опорах, шарнирный узел соединения ротора винтовых рабочих органов с выходным валом и каналы для прохода жидкости, причем статор винтовых рабочих органов верхней секции неподвижно закреплен на колонне бурильных труб, а выходной вал нижней секции связан с породоразрушающим инструментом, при этом выходной вал верхней секции посредством жесткой связи соединен со статором винтовых рабочих органов нижней секции, установленным с зазором в расточке переводника и совершающим концентричное вращение в радиальной опоре соединительного переводника (RU 2524238 С2, 27.07.2014).

Недостатком известной конструкции является невозможность ее использования в малогабаритных компоновках, например, для фрезерной вырезки окна в обсадной колонне в стволе скважины и бурения боковых каналов сверхмалого диаметра (55÷60 мм) и радиуса кривизны (3,5÷12 м) для перфорации продуктивного интервала и увеличения дебита нефтяных скважин вследствие выполнения передней секции двигателя по схеме дифференциального механизма - с вращающимся статором, размещенным внутри трубчатого корпуса, из-за этого винтовая пара не может быть размещена в трубчатом корпусе, например, диаметром 48÷50 мм, а жесткость на изгиб и усталостная выносливость известной конструкции при ее использовании в малогабаритной компоновке низа бурильной колонны становится кратно меньше.

Другим недостатком известной конструкции выполнение ее без верхнего и нижнего ловильных устройств, что исключает возможность подъема из скважины с колонной бурильных труб разрушенной компоновки низа бурильной колонны (КНБК), скрепленной с долотом.

Известен винтовой гидравлический двигатель, винтовой статор которого состоит из отдельных элементов, размещенных в общем корпусе, при этом для обеспечения совпадения винтовых поверхностей каждый элемент статора снабжен фиксирующими элементами, например штифтами, выступами, пазами (US 3912426 А, 14.10.1975).

Недостатком известной конструкции является неполная возможность повышения ресурса и надежности, повышения максимальной мощности, момента силы на выходном валу в режиме максимальной мощности, допустимой осевой нагрузки на долото в стволе скважины, а также высокая стоимость, что объясняется уменьшением площади живого сечения и объема рабочих камер вследствие размещения элементов статора, гильз внутри корпуса, а также невозможностью размещения гильз, например, с продольными пазами или шпильками в габаритах статора при многозаходном выполнении рабочих пар ротор-статор, например, при соотношении чисел зубьев ротор-статор 9:10, а также необходимостью выполнения элементов для их взаимного ориентирования.

Наиболее близким к заявляемой конструкции является героторный гидравлический двигатель, содержащий полый корпус, размещенный внутри него двухсекционный многошаговый винтовой героторный механизм, каждая секция которого имеет внутри корпуса эластомерную обкладку с внутренними винтовыми зубьями и установленный в ней ротор с наружными винтовыми зубьями, число зубьев ротора на единицу меньше числа зубьев эластомерной обкладки, ходы винтовых зубьев эластомерной обкладки и ротора пропорциональны их числам зубьев, а ось ротора смещена относительно оси эластомерной обкладки на величину, равную половине радиальной высоты зубьев, при этом две секции корпуса контактируют в зацеплении с соответствующей этим секциям корпуса парой роторов и образуют демпферную полость внутри корпуса, а между первым и вторым роторами установлен и закреплен роторный переходник, при этом полый корпус выполнен составным, из первой и второй секций, между которыми установлен и закреплен межсекционный переводник, при этом минимальное число ходов винтовой линии внутренних винтовых зубьев в эластомерной обкладке первой и второй секций корпуса на единицу больше разности чисел зубьев в эластомерной обкладке первой и второй секций корпуса и соответственно первого и второго роторов, максимальное число ходов винтовой линии внутренних винтовых зубьев в эластомерной обкладке первой и второй секций корпуса на единицу меньше числа зубьев первого и второго роторов, а расстояние между торцами зубьев в эластомерных обкладках между первой и второй секциями корпуса равно, по меньшей мере, ходу винтовой линии между краями зубьев первого и второго роторов (RU 2304688 С2, 20.08.2007).

В известной конструкции роторный переходник, установленный и закрепленный между первым и вторым роторами, выполнен в виде торсионного вала, при этом часть поверхности зубьев, по меньшей мере, одного из роторов, расположена внутри демпферной полости, а расстояние между торцами зубьев, обращенных друг к другу эластомерных обкладок, образующих демпферную полость между первой и второй секциями корпуса, равно, по меньшей мере, 1,05 расстояния между краями и(или) торцами зубьев первого и второго роторов.

В известной конструкции первая и вторая секции корпуса скреплены с межсекционным переводником при помощи первой конической резьбы с упором расположенных на максимальном радиальном удалении торцов переводника в первую и вторую секции корпуса, а первый и второй роторы скреплены с роторным переходником при помощи второй конической резьбы с упором расположенных на максимальном радиальном удалении торцов переходника в торцы выходной и входной частей первого и второго роторов, при этом момент затяжки первой конической резьбы, по меньшей мере, в три раза превышает момент затяжки второй конической резьбы.

Недостатком известной конструкции является неполная возможность расширения ее функциональных возможностей, например, для фрезерной вырезки окна в обсадной колонне в стволе скважины и бурения боковых каналов сверхмалого диаметра (55÷60 мм) и радиуса кривизны (3,5÷12 м) для перфорации продуктивного интервала и увеличения дебита нефтяной скважины вследствие неполной возможности обеспечения требуемых прочностных характеристик и усталостной выносливости при выполнении известной конструкции с диаметром, например, 48÷50 мм, а также вследствие того, что в известной конструкции роторный переходник, установленный и закрепленный между первым и вторым винтовыми многозаходными роторами, выполнен в виде торсионного вала, вследствие этого его применение в КНБК с жесткими кривыми переводниками приводит к возникновению больших изгибающих моментов, и в дальнейшем, к усталостному излому резьбовых соединений между переводником и секциями корпуса, а также к усталостному излому резьбовых соединений роторного переходника.

Другим недостатком известной конструкции является неполная возможность ее использования в малогабаритных компоновках, например, для фрезерной вырезки окна в обсадной колонне в стволе скважины и бурения боковых каналов сверхмалого диаметра (55÷60 мм) и радиуса кривизны (3,5÷12 м) для перфорации продуктивного интервала и увеличения дебита нефтяной скважины из-за одинаковых диаметров шпиндельной секции и корпусов передней и задней секций двигателя вследствие того, что не используется возможность улучшения проходимости, т.е. уменьшения сопротивления и напряжений в компоновке низа бурильной колонны (КНБК) при прохождении сквозь образованное фрезерной вырезкой окно в обсадной колонне и бурении боковых каналов сквозь зону кольматации вокруг бурильной колонны.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, является увеличение ресурса и надежности героторного гидравлического двигателя с целью расширения его функциональных возможностей - для фрезерной вырезки окна в обсадной колонне в стволе скважины и бурения боковых каналов сверхмалого диаметра (55÷60 мм) и радиуса кривизны (3,5÷12 м) для перфорации продуктивного интервала и увеличения дебита нефтяной скважины за счет выполнения межсекционного и шпиндельного переводников, каждого, с одним фиксированным углом перекоса осей резьб на их краях и расположения осей резьб в одной плоскости с одинаковым направлением перекоса, а также за счет расположения точки перекоса осей резьб на краях межсекционного и, соответственно, шпиндельного переводников, каждой, в плоскости упорного торца межсекционного и, соответственно, шпиндельного переводника, направленного к упорному торцу задней и, соответственно, передней секции двигателя, а также за счет того, что межсекционный приводной вал выполнен с шарнирными соединениями, обеспечивающих восприятие изгибающих моментов, которые действуют в КНБК на всех этапах строительства скважины.

Другой технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является улучшение проходимости, т.е. уменьшение сопротивления и напряжений в КНБК при прохождении через вырезанное окно в обсадной колонне и бурении боковых каналов сквозь зону кольматации вокруг бурильной колонны за счет уменьшенных диаметров передней и задней секций двигателя по сравнению с диаметром головной шпиндельной секции.

Сущность технического решения заключается в том, что в героторном гидравлическом двигателе, содержащем переднюю и заднюю секции, выполненные в виде трубчатых корпусов, скрепленных межсекционным переводником с резьбами на его краях, с размещенным внутри каждой секции собственным винтовым героторным механизмом, включающим закрепленную внутри корпуса передней, а также задней секции обкладку из эластомера с внутренними винтовыми зубьями и эксцентрично расположенный ротор с наружными винтовыми зубьями, вращение роторов осуществляется насосной подачей текучей среды, а также содержащем межсекционный приводной вал, скрепленный с роторами передней и задней секции, а также содержащем шпиндельную секцию, включающую корпус шпиндельной секции, вал шпиндельной секции, установленный в осевой опоре, выполненной в виде упорно-радиального многорядного подшипника, а также в верхней и нижней радиальных опорах скольжения, а также содержащем шпиндельный переводник с резьбами на его краях, скрепленный с корпусами шпиндельной и передней секции, и приводной вал шпиндельной секции, скрепленный с ротором передней секции и валом шпиндельной секции, согласно изобретению межсекционный и шпиндельный переводники выполнены, каждый, с одним фиксированным углом перекоса осей резьб на его краях, оси резьб на краях межсекционного и шпиндельного переводников расположены в одной плоскости и имеют одинаковое направление перекоса, межсекционный приводной вал выполнен с шарнирными соединениями, включающими две муфты, каждая из которых охватывает край межсекционного приводного вала, а между каждой муфтой и краем межсекционного приводного вала размещен ряд шариков, установленных одной стороной в полусферических впадинах межсекционного приводного вала, другой стороной - в продольных полуцилиндрических пазах муфты, при этом точка перекоса осей резьб на краях межсекционного и, соответственно, шпиндельного переводников расположена, каждая, в плоскости упорного торца межсекционного и, соответственно, шпиндельного переводника, направленного к упорному торцу корпуса задней и, соответственно, передней секции двигателя, длина L корпуса передней, а также задней секции и расстояние K между упорными торцами межсекционного переводника связаны соотношением: L=(7÷10)K, а длина N между упорными торцами корпуса шпиндельной секции и расстояние Т между упорными торцами шпиндельного переводника связаны соотношением: N=(2,5÷4,5)T.

В межсекционном приводном валу максимальное расстояние между упорным торцом каждой муфты, контактирующим с торцом ротора передней и, соответственно, задней секции, и рядом шариков в муфте, равно радиусу края приводного вала.

Диаметр dш корпуса шпиндельной секции и диаметры dк корпуса передней, а также задней секции связаны соотношением: dш=(1,03÷1,07) dк.

Выполнение героторного гидравлического двигателя таким образом, что межсекционный и шпиндельный переводники выполнены, каждый, с одним фиксированным углом перекоса осей резьб на его краях, оси резьб на краях межсекционного и шпиндельного переводников расположены в одной плоскости и имеют одинаковое направление перекоса, межсекционный приводной вал выполнен с шарнирными соединениями, включающими две муфты, каждая из которых охватывает край межсекционного приводного вала, а между каждой муфтой и краем межсекционного приводного вала размещен ряд шариков, установленных одной стороной в полусферических впадинах межсекционного приводного вала, другой стороной - в продольных полуцилиндрических пазах муфты, при этом точка перекоса осей резьб на краях межсекционного и, соответственно, шпиндельного переводников расположена, каждая, в плоскости упорного торца межсекционного и, соответственно, шпиндельного переводника, направленного к упорному торцу корпуса задней и, соответственно, передней секции двигателя, длина L корпуса передней, а также задней секции и расстояние K между упорными торцами межсекционного переводника связаны соотношением: L=(7÷10)K, а длина N между упорными торцами корпуса шпиндельной секции и расстояние Т между упорными торцами шпиндельного переводника связаны соотношением: N=(2,5÷4,5)T, обеспечивает увеличение ресурса и надежности героторного гидравлического двигателя для фрезерной вырезки окна в обсадной колонне в стволе скважины и бурения боковых каналов сверхмалого диаметра (55÷60 мм) и радиуса кривизны (3,5÷12 м) для перфорации продуктивного интервала и увеличения дебита нефтяной скважины за счет повышения жесткости и усталостной выносливости, особенно в местах точек искривления - в двух местах перекоса осей с минимально возможными расстояниями между ними для сопротивления изгибающим нагрузкам, возникающим при фрезеровании и бурении боковых каналов сквозь зону кольматации вокруг бурильной колонны, а также за счет выполнения межсекционного приводного вала с двумя шарнирными соединениями, обеспечивающих восприятие изгибающих моментов, которые действуют в КНБК на всех этапах строительства скважины.

Выполнение героторного гидравлического двигателя таким образом, что в межсекционном приводном валу максимальное расстояние между упорным торцом каждой муфты, контактирующим с торцом ротора передней и, соответственно, задней секции, и рядом шариков в муфте, равно радиусу края приводного вала, дополнительно повышает жесткость и усталостную выносливость, особенно в местах точек искривления - в двух местах перекоса осей с минимально возможными расстояниями между ними для сопротивления изгибающим нагрузкам, возникающим при фрезеровании и бурении боковых каналов сквозь зону кольматации вокруг бурильной колонны.

Выполнение героторного гидравлического двигателя таким образом, что диаметр dш корпуса шпиндельной секции и диаметры dк корпуса передней, а также задней секции связаны соотношением: dш=(1,03÷1,07)dк, дополнительно обеспечивает улучшение проходимости, т.е. уменьшение сопротивления и напряжений в КНБК при прохождении через вырезанное окно в обсадной колонне и бурении боковых каналов по породе - сквозь зону кольматации вокруг бурильной колонны за счет уменьшенных диаметров передней и задней секций двигателя по сравнению с диаметром головной шпиндельной секции.

Ниже представлен двухсекционный героторный винтовой гидравлический двигатель ДОТ-49РС.

На фиг. 1 изображен продольный разрез героторного винтового гидравлического двигателя ДОТ-49РС.

На фиг. 2 изображен разрез А-А на фиг. 1 поперек задней секции двигателя, число зубьев ротора равно 9, число зубьев обкладки из эластомера равно 10.

На фиг. 3 изображен разрез Б-Б на фиг. 1 поперек передней секции двигателя, число зубьев ротора равно 9, число зубьев обкладки из эластомера равно 10.

На фиг. 4 изображен разрез В-В на фиг. 1, одинаковый для двух мест поперек ряда шариков межсекционного приводного вала, расположенного внутри корпуса передней и, соответственно, задней секции двигателя.

Героторный гидравлический двигатель содержит переднюю секцию 1 и заднюю секцию 2, выполненные в виде трубчатых корпусов 3 и, соответственно, 4, скрепленных межсекционным переводником 5 с резьбой 6 на его краю 7 и с резьбой 8 на его краю 9, с размещенным внутри секции 1 собственным винтовым многозаходным героторным механизмом 10, а также с размещенным внутри секции 2 собственным винтовым многозаходным героторным механизмом 11, изображено на фиг. 1, 2, 3.

Передняя секция 1, выполненная в виде винтового героторного механизма 10, включает закрепленную внутри корпуса 3 обкладку 12 из эластомера с внутренними винтовыми зубьями 13 и эксцентрично расположенный ротор 14 с наружными винтовыми зубьями 15, число 9 зубьев 15 ротора 14 на единицу меньше числа 10 зубьев 13 обкладки 12 из эластомера, вращение ротора 14 осуществляется насосной подачей текучей среды 16, при этом поз. 17 - центральная продольная ось ротора 14, поз. 18 - центральная продольная оси обкладки 12 из эластомера с внутренними винтовыми зубьями 13, поз. 19 величина эксцентриситета ротора 14 относительно обкладки 12 из эластомера с внутренними винтовыми зубьями 13, изображено на фиг. 1, 3.

Задняя секция 2, выполненная в виде винтового героторного механизма 11, включает закрепленную внутри корпуса 4 обкладку 20 из эластомера с внутренними винтовыми зубьями 21 и эксцентрично расположенный ротор 22 с наружными винтовыми зубьями 23, число 9 зубьев 23 ротора 22 на единицу меньше числа 10 зубьев 23 обкладки 20 из эластомера, вращение ротора 22 также осуществляется насосной подачей текучей среды 16, при этом поз. 24 - центральная продольная ось ротора 22, поз. 25 - центральная продольная оси обкладки 20 из эластомера с внутренними винтовыми зубьями 21, поз. 26 величина эксцентриситета ротора 22 относительно обкладки 20 из эластомера с внутренними винтовыми зубьями 21, изображено на фиг. 1, 2.

Обкладки 12 и 20 выполнены из эластомера, например, из резины ИРП-1226-5 ТУ 2512-039-05766882 и скреплены с внутренней поверхностью корпусов 3 и, соответственно, 4 методом вулканизации, текучая среда 16 в виде, например, полимер - глинистого бурового раствора плотностью 1,16÷1,26 г/см³ содержит абразивные частицы, до 2% песка с размерами 0,15÷0,95 мм и до 5% нефтепродуктов и прокачивается насосом под давлением 25÷35 МПа, изображено на фиг. 1, 2, 3.

Героторный гидравлический двигатель содержит межсекционный приводной вал 27, скрепленный с ротором 14 передней секции 1 и ротором 22 задней секции 2, а также содержит шпиндельную секцию 28, включающую корпус 29 шпиндельной секции 28, вал 30 шпиндельной секции 28, установленный в осевой опоре 31, выполненной в виде упорно-радиального многорядного подшипника 32, а также в верхней радиальной опоре 33 скольжения и нижней радиальной опоре 34 скольжения (поз. 34 показано место расположения нижней радиальной опоры скольжения), изображено на фиг. 1.

Верхняя радиальная опора скольжения 33 и нижняя радиальная опора скольжения 34 выполнены идентичными в виде роторной и статорной втулок с закрепленными в них окружными и продольными рядами пластин из твердого сплава карбид вольфрама-кобальт, которые скреплены с каждой из втулок пропиткой порошка износостойкого материала расплавленным металлом-связкой, изображено на фиг. 1.

Героторный гидравлический двигатель содержит шпиндельный переводник 35 с резьбой 36 на его краю 37 и с резьбой 38 на его краю 39, скрепленный резьбой 36 с корпусом 29 шпиндельной секции 28 и скрепленный резьбой 38 с корпусом 3 передней секции 1, изображено на фиг. 1.

Героторный гидравлический двигатель содержит приводной вал 40 шпиндельной секции 28, скрепленный резьбой 41 с ротором 14 передней секции 1 и скрепленный резьбой 42 с валом 30 шпиндельной секции 28, изображено на фиг. 1.

Межсекционный переводник 5 выполнен с одним фиксированным углом 43, α, перекоса оси резьбы 6 на его краю 7 и оси резьбы 8 на его краю 9, например, равным 5°, при этом шпиндельный переводник 35 выполнен с одним фиксированным углом 44, β перекоса оси резьбы 36 на его краю 37 и оси резьбы 38 на его краю 39, также равным 5°, изображено на фиг. 1.

Ось резьбы 6 на краю 7 межсекционного переводника 5 и ось резьбы 8 на краю 9 межсекционного упомянутого переводника 5, а также ось резьбы 36 на краю 37 шпиндельного переводника 35 и ось 38 на краю упомянутого шпиндельного переводника 35 расположены, все в одной плоскости и имеют одинаковое направление перекоса, по существу, определяемое углами 43, α и 44, β, изображено на фиг. 1.

Межсекционный приводной вал 27 выполнен с шарнирными соединениями 45, 46, включающими две муфты 47 и 48, при этом муфта 47 охватывает край 49 межсекционного приводного вала 27, а муфта 48 охватывает край 50 межсекционного приводного вала 27, изображено на фиг. 1, 4.

Между каждой муфтой 47, 48 и краем 49 и, соответственно, 50 межсекционного приводного вала 27 размещен ряд шариков 51, установленных одной стороной 52 в полусферических впадинах 53 межсекционного приводного вала 27, другой стороной 54 - в продольных полуцилиндрических пазах 55 муфты 47 и, соответственно, 48, изображено на фиг. 1, 4.

Точка 56 перекоса оси резьбы 6 на краю 7 межсекционного переводника 5 и оси резьбы 8 на краю 9 межсекционного переводника 5 расположена в плоскости упорного торца 57 упомянутого межсекционного переводника 5, направленного к упорному торцу 58 корпуса 4 задней секции 2 двигателя, изображено на фиг. 1.

Точка 59 перекоса оси резьбы 36 на краю 37 шпиндельного переводника 35 и оси резьбы 38 на краю 39 шпиндельного переводника 35 расположена в плоскости упорного торца 60 упомянутого шпиндельного переводника 35, направленного к упорному торцу 61 корпуса 3 передней секции 1 двигателя, изображено на фиг. 1.

Длина 62, L корпуса 3 передней секции 1 двигателя, а также длина 63, L корпуса 4 задней секции 2 двигателя, которые выполнены идентичными, и расстояние 64, K между упорными торцами 57 и 65 межсекционного переводника 5 связаны соотношением: L=(7÷10)K, изображено на фиг. 1.

Длина 66, N между упорными торцами 67 и 68 корпуса 29 шпиндельной секции 28 и расстояние 69, Т между упорными торцами 37 и 60 шпиндельного переводника 35 связаны соотношением: N=(2,5÷4,5)T, изображено на фиг. 1.

В межсекционном приводном валу 27 максимальное расстояние 70 между упорным торцом 71 муфты 47, контактирующим с торцом 72 ротора 14 передней секции 1, и рядом шариков 51 в муфте 47, равно радиусу 73 края 50 приводного вала 27, изображено на фиг. 1, 4.

В межсекционном приводном валу 27 максимальное расстояние 74 между упорным торцом 75 муфты 48, контактирующим с торцом 76 ротора 22 задней секции 2, и рядом шариков 51 в муфте 48, равно радиусу 77 края 49 приводного вала 27 (края 49 и 50 приводного вала 27 выполнены идентичными) изображено на фиг. 1, 4.

Диаметр 78, dш корпуса 29 шпиндельной секции 28, диаметр 79, dк корпуса 3 передней секции 1, а также диаметр 80, dк корпуса 4 задней секции 2 связаны соотношением: dш=(1,03÷1,07)dк, при этом корпус 3 передней секции 1 и корпус 4 задней секции 2 выполнены с одинаковыми наружными диаметрами 79, dк и 80, dк, изображено на фиг. 1.

Кроме того поз. 81 - множество винтовых камер между зубьями 23 ротора 22 и зубьями 21 обкладки 20 из эластомера, перемещающихся под действием насосной подачи текучей среды 16 вдоль центральной продольной оси 25 обкладки 20 из эластомера, изображено на фиг. 2.

Кроме того поз. 82 - множество винтовых камер между зубьями 15 ротора 14 и зубьями 13 обкладки 12 из эластомера, перемещающихся под действием насосной подачи текучей среды 16 вдоль центральной продольной оси 18 обкладки 12 из эластомера, изображено на фиг. 3.

Кроме того двигатель снабжен верхним ловильным устройством, состоящим из вала 83, упора 84 и гайки 85, при этом поз. 6 - муфтовая резьба в валу 30 шпиндельной секции 28 для крепления долота (долото не показано), изображено фиг. .

Героторный гидравлический двигатель работает следующим образом: поток бурового раствора 16 под давлением, например, 17÷25 МПа по колонне бурильных труб подается в винтовой многозаходный героторный механизм 11, размещенный внутри трубчатого корпуса 4, по существу, в многозаходные винтовые (шлюзовые) камеры 81 между зубьями 23 ротора 22 и зубьями 21 обкладки 20 из эластомера, перемещающиеся под действием насосной подачи текучей среды 16 вдоль центральной продольной оси 25 обкладки 20 из эластомера, далее поток бурового раствора 16 проходит внутри межсекционного переводника 5 на вход трубчатого корпуса 3 в винтовой многозаходный героторный механизм 10, размещенный внутри трубчатого корпуса 3, по существу, в многозаходные винтовые (шлюзовые) камеры 82 между зубьями 15 ротора 14 и зубьями 13 обкладки 12 из эластомера, перемещающиеся под действием насосной подачи текучей среды 16 вдоль центральной продольной оси 18 обкладки 12 из эластомера.

Многозаходные винтовые (шлюзовые) камеры 82 между зубьями 15 ротора 14 и зубьями 13 обкладки 12 из эластомера имеют переменный объем и периодически перемещаются по потоку бурового раствора 16, который имеет плотность до 1500 кг/м³ содержит до 2% песка и до 5% нефтепродуктов.

Многозаходные винтовые (шлюзовые) камеры 81 между зубьями 23 ротора 22 и зубьями 21 обкладки 20 из эластомера также имеют переменный объем и также периодически перемещаются по потоку бурового раствора 16.

Межсекционный приводной вал 27, выполненный с шарнирными соединениями 45, 46, включающими две муфты 47 и 48, причем муфта 47 охватывает край 49 межсекционного приводного вала 27, а муфта 48 охватывает край 50 межсекционного приводного вала 27, между каждой муфтой 47, 48 и краем 49 и, соответственно, 50 межсекционного приводного вала 27 размещен ряд шариков 51, установленных одной стороной 52 в полусферических впадинах 53 межсекционного приводного вала 27, другой стороной 54 - в продольных полуцилиндрических пазах 55 муфты 47 и, соответственно, 48, а межсекционный приводной вал 27, скрепленный с ротором 14 передней секции 1 и ротором 22 задней секции 2, обеспечивает кинематическую связь между роторами 22 и 14, а также восприятие изгибающих моментов, которые действуют в КНБК на всех этапах строительства скважины.

Ротор 22 внутри обкладки 20 из эластомера внутри корпуса 4, а также ротор 14 внутри обкладки 12 из эластомера внутри корпуса 3 совершают, совместно планетарно-роторное вращение и передают крутящий момент (в противоположном направлении) через приводной (карданный) вал 40, вал 30 шпиндельной секции 28 на долото (которое не показано, для долота предназначена муфтовая резьба 86 вала 30 шпиндельной секции 28), осуществляя фрезерную вырезку окна в обсадной колонне в стволе скважины и бурение боковых каналов сверхмалого диаметра (55÷60 мм) и радиуса кривизны (3,5÷12 м) для перфорации продуктивного интервала и увеличения дебита нефтяной скважины.

Выполнение героторного гидравлического двигателя таким образом, что межсекционный переводник 5 выполнен с одним фиксированным углом 43, α, перекоса оси резьбы 6 на его краю 7 и оси резьбы 8 на его краю 9, например, равным 5°, а шпиндельный переводник 35 выполнен с одним фиксированным углом 44, β перекоса оси резьбы 36 на его краю 37 и оси резьбы 38 на его краю 39, также равным 5°, при этом ось резьбы 6 на краю 7 межсекционного переводника 5 и ось резьбы 8 на краю 9 межсекционного упомянутого переводника 5, а ось резьбы 36 на краю 37 шпиндельного переводника 35 и ось 38 на краю упомянутого шпиндельного переводника 35 расположены, все в одной плоскости и имеют одинаковое направление перекоса, по существу, определяемое углами 43, α и 44, β, а также выполнение межсекционного приводного вала 27 с шарнирными соединениями 45, 46, включающими две муфты 47 и 48, при этом муфта 47 охватывает край 49 межсекционного приводного вала 27, а муфта 48 охватывает край 50 межсекционного приводного вала 27, а также размещение между каждой муфтой 47, 48 и краем 49 и, соответственно, 50 межсекционного приводного вала 27 ряда шариков 51, установленных одной стороной 52 в полусферических впадинах 53 межсекционного приводного вала 27, другой стороной 54 - в продольных полуцилиндрических пазах 55 муфты 47 и, соответственно, 48, а также расположение точки 56 перекоса оси резьбы 6 на краю 7 межсекционного переводника 5 и оси резьбы 8 на краю 9 межсекционного переводника 5 в плоскости упорного торца 57 упомянутого межсекционного переводника 5, направленного к упорному торцу 58 корпуса 4 задней секции 2 двигателя, а также расположение точки 59 перекоса оси резьбы 36 на краю 37 шпиндельного переводника 35 и оси резьбы 38 на краю 39 шпиндельного переводника 35 в плоскости упорного торца 60 упомянутого шпиндельного переводника 35, направленного к упорному торцу 61 корпуса 3 передней секции 1 двигателя, увеличивает ресурс и надежность героторного гидравлического двигателя за счет того, что обеспечивается восприятие изгибающих моментов, которые действуют в КНБК на всех этапах строительства скважины, что предотвращает усталостное разрушение резьбовых соединений между переводником и секциями корпуса, а также резьбовых соединений роторного переходника.

Выполнение героторного гидравлического двигателя таким образом, что в межсекционном приводном валу 27 максимальное расстояние 74 между упорным торцом 75 муфты 48, контактирующим с торцом 76 ротора 22 задней секции 2, и рядом шариков 51 в муфте 48, равно радиусу 77 края 49 приводного вала 27 (края 49 и 50 приводного вала 27 выполнены идентичными), дополнительно повышает жесткость и усталостную выносливость, особенно в местах точек искривления, по существу - в двух местах перекоса осей: точки 56 перекоса оси резьбы 6 на краю 7 межсекционного переводника 5 и оси резьбы 8 на краю 9 межсекционного переводника 5, расположенной в плоскости упорного торца 57 упомянутого межсекционного переводника 5, направленного к упорному торцу 58 корпуса 4 задней секции 2 двигателя, а также точки 59 перекоса оси резьбы 36 на краю 37 шпиндельного переводника 35 и оси резьбы 38 на краю 39 шпиндельного переводника 35, расположенной в плоскости упорного торца 60 упомянутого шпиндельного переводника 35, направленного к упорному торцу 61 корпуса 3 передней секции 1 двигателя, с минимально возможными расстояниями между ними, по существу, с расстоянием 64, K между упорными торцами 57 и 65 межсекционного переводника 5, а также с расстоянием 69, Т между упорными торцами 37 и 60 шпиндельного переводника 35.

Использование заявляемой конструкции обеспечивает увеличение ресурса и надежности героторного гидравлического двигателя для фрезерной вырезки окна в обсадной колонне в стволе скважины и бурения боковых каналов для перфорации продуктивного интервала и увеличения дебита нефтяных скважин за счет повышения жесткости и усталостной выносливости, особенно в местах точек искривления - в двух местах перекоса осей с минимально возможными расстояниями между ними, а также за счет выполнения межсекционного приводного вала с двумя шарнирными соединениями, обеспечивающими восприятие изгибающих моментов, которые действуют в КНБК на всех этапах строительства скважины.

Реферат

Изобретение относится к гидравлическим приводам для вращательного бурения, размещаемым в скважине, а именно для фрезерной вырезки окна в обсадной колонне в стволе скважины и бурения боковых каналов для перфорации продуктивного интервала. Героторный гидравлический двигатель содержит переднюю и заднюю секции, выполненные в виде трубчатых корпусов, скрепленных межсекционным переводником с резьбами на его краях, с размещенным внутри каждой секции собственным винтовым героторным механизмом, включающим закрепленную внутри корпуса передней, а также задней секций обкладку из эластомера с внутренними винтовыми зубьями и эксцентрично расположенный ротор с наружными винтовыми зубьями, вращение роторов осуществляется насосной подачей текучей среды, а также содержит межсекционный приводной вал, скрепленный с роторами передней и задней секций, а также содержит шпиндельную секцию, включающую корпус шпиндельной секции, вал шпиндельной секции, установленный в осевой опоре, выполненной в виде упорно-радиального многорядного подшипника, а также в верхней и нижней радиальных опорах скольжения, а также содержит шпиндельный переводник с резьбами на его краях, скрепленный с корпусами шпиндельной и передней секций, и приводной вал шпиндельной секции, скрепленный с ротором передней секции и валом шпиндельной секции. Межсекционный и шпиндельный переводники выполнены, каждый, с одним фиксированным углом перекоса осей резьб на его краях. Оси резьб на краях межсекционного и шпиндельного переводников расположены в одной плоскости и имеют одинаковое направление перекоса. Межсекционный приводной вал выполнен с шарнирными соединениями, включающими две муфты, каждая из которых охватывает край межсекционного приводного вала, а между каждой муфтой и краем межсекционного приводного вала размещен ряд шариков, установленных одной стороной в полусферических впадинах межсекционного приводного вала, другой стороной - в продольных полуцилиндрических пазах муфты. Точка перекоса осей резьб на краях межсекционного и соответственно шпиндельного переводников расположена, каждая, в плоскости упорного торца межсекционного и соответственно шпиндельного переводников, направленных к упорному торцу корпуса задней и соответственно передней секций двигателя, длина L корпуса передней, а также задней секций и расстояние K между упорными торцами межсекционного переводника связаны соотношением L=(7÷10)K, а длина N между упорными торцами корпуса шпиндельной секции и расстояние Т между упорными торцами шпиндельного переводника связаны соотношением N=(2,5÷4,5)Т. Обеспечивается повышение ресурса и надежности двигателя для фрезерной вырезки окна в обсадной колонне в стволе скважины и бурения боковых каналов для перфорации продуктивного интервала и увеличения дебита нефтяных скважин. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Формула