RU2039184C1

RU2039184C1 - Gear box insert of bottom hole drilling engine

Info

Publication number: RU2039184C1
Authority: RU
Inventors: А.Н. Осколков
Priority date: 1992-07-10
Filing date: 1992-07-10
Publication date: 1995-07-09

Abstract

FIELD: mining. SUBSTANCE: bottom hole drilling engine gear box insert has body, located in oil filled chamber transmission, driving and driven shafts with mounted on them radial and spherical supports, set between each radial and spherical supports gaskets and canal for cleansing liquid. Insert is provided with additional gasket, located on driving shaft between spherical support and transmission; with semi-couplings, mounted on input end of driving shaft and output end of driven shaft; and shifters, located between gear box insert body and bodies of adjacent sections of engine. Transmission is made in the form of two-step planetary transmission with ball connection, central link of first step of which is connected with driving shaft, and second step carrier with driven shaft. Canal for cleansing liquid is formed by axial holes, made in driving and driven shafts and carrier planetary transmission, and mounted between them gaskets. Insert is provided with thrust bearings, on which planetary transmission carrier and driven shaft are mounted in the body. EFFECT: gear box insert of bottom hole drilling engine is used in bottom hole drilling engines for oil and gas bore holes drilling. 1 dwg

Description

Изобретение относится к буровой технике, а именно к устройствам для снижения скорости вращения вала забойного двигателя, для бурения нефтяных и газовых скважин. The invention relates to drilling equipment, and in particular to devices for reducing the speed of rotation of the shaft of a downhole motor, for drilling oil and gas wells.

Известен редуктор-вставка забойного двигателя, содержащий корпус, понижающую передачу, размещенную в маслонаполненной камере, систему маслозащиты с уплотнениями, ведущий и ведомый валы, каждый из которых установлен на двух опорах [1] Недостатком известного устройства является то, что уплотнение расположено между одной из опор и муфтой, соединяющей вал редуктора с валом шпинделя, что обуславливает наличие на валу консоли значительной длины. Known gearbox-insert of a downhole motor, comprising a housing lowering the gear located in the oil-filled chamber, an oil protection system with seals, drive and driven shafts, each of which is mounted on two bearings [1] A disadvantage of the known device is that the seal is located between one of bearings and a coupling connecting the gearbox shaft to the spindle shaft, which leads to the presence of a significant length on the console shaft.

Соединяемые валы забойных двигателей обычно имеют значительную несоосность, в связи с чем при наличии жестких соединительных муфт на радиальные опоры передаются высокие радиальные нагрузки и они быстро выходят из строя. При больших люфтах валов система маслозащиты работает неудовлетворительно и в редуктор попадает абразивная промывочная жидкость. The connected shafts of downhole motors usually have significant misalignment, and therefore, in the presence of rigid couplings, high radial loads are transferred to the radial bearings and they quickly fail. With large shaft play, the oil protection system does not work satisfactorily and abrasive flushing fluid enters the gearbox.

Известна редукторная вставка забойного двигателя, содержащая корпус, передачу, размещенную в маслонаполненной камере, ограниченной кожухом, систему маслозащиты с уплотнениями верхним и нижним, ведущий и ведомый валы. Каждый из указанных валов установлен на двух опорах: сферическом подшипнике и радиальной опоре, связанной с корпусом упругим элементом. При этом сферические опоры установлены на обоих валах со стороны передачи, а уплотнения размещены на валах ближе к сферической опоре [2] Недостатком известного устройства является то, что сферические подшипники не уплотнены со стороны маслонаполненной камеры. Это при прогрессирующем зашламлении внутренней полости абразивной жидкостью, сократит срок их службы. Known gear insert of a downhole motor, comprising a housing, a transmission placed in an oil-filled chamber, limited by a casing, an oil protection system with seals upper and lower, drive and driven shafts. Each of these shafts is mounted on two bearings: a spherical bearing and a radial bearing associated with the housing by an elastic element. In this case, spherical bearings are installed on both shafts from the transmission side, and seals are located on the shafts closer to the spherical support [2] A disadvantage of the known device is that spherical bearings are not sealed on the oil-filled side of the chamber. This, with progressive clogging of the internal cavity with abrasive liquid, will shorten their service life.

Передача является одноступенчатой, что при малом передаточном числе и низких энергетических характеристиках и КПД не позволит значительно снизить частоту оборотов выходного вала. Это обрекает и передачу и элементы выходного вала на значительные нагрузки в зоне забоя, которые ускоряют износ передачи. Подача буровой жидкости через редукторную вставку осуществляется по кольцевому зазору маслонаполненной камеры, что при изменениях уровней обтекания на подаче жидкости, в особенности в зоне верхнего уплотнения последнее испытывает наибольшее воздействие абразивной жидкости из-за ее турбулентности и фронтальном действии на верхние детали устройства. Это снижает долговечность уплотнения, особенно верхнего. The transmission is single-stage, which with a low gear ratio and low energy characteristics and efficiency will not significantly reduce the speed of the output shaft. This dooms both the transmission and the output shaft elements to significant loads in the bottom zone, which accelerate gear wear. Drilling fluid is supplied through the gearbox through the annular gap of the oil-filled chamber, which, with changes in the flow around the fluid supply, especially in the upper seal area, the latter experiences the greatest impact of the abrasive fluid due to its turbulence and frontal action on the upper parts of the device. This reduces the durability of the seal, especially the top.

Технический результат изобретения увеличение долговечности предлагаемого устройства за счет усиления верхнего уплотнения в части сферического подшипника, ввода двухступенчатой передачи, перевода подачи буровой жидкости через кольцевой зазор на подачу через сквозное осевое центральное промывочное отверстие. The technical result of the invention is the increase in durability of the proposed device due to the reinforcement of the upper seal in the spherical bearing part, input of a two-stage gear, transfer of the drilling fluid supply through the annular gap to the feed through the through axial central flushing hole.

Редукторная вставка забойного двигателя, содержащая корпус, передачу, размещенную в маслонаполненной камере, систему маслозащиты с уплотнениями, ведущий и ведомый валы, каждый из которых установлен на верхнем сферическом подшипнике и опоре, отличающаяся тем, что дополнительно содержит уплотнение, расположенное ниже верхнего сферического подшипника, уплотнения, расположенного между контактирующими поверхностями ведущего и ведомого валов, упорные подшипники, расположенные в верхних частях ведомого вала, верхнюю полумуфту, переводники, центральный промывочный канал, расположенный по всей длине оси устройства, ведомый вал, расположенный в нижней части устройства, причем передача выполнена двухступенчатой, при этом ведомый вал имеет три радиальные опоры, из которых самая нижняя является эластичной резинометаллической. A downhole motor gearbox comprising a housing, a gear housed in an oil-filled chamber, an oil protection system with seals, drive and driven shafts, each of which is mounted on an upper spherical bearing and a support, characterized in that it further comprises a seal located below the upper spherical bearing, seals located between the contacting surfaces of the drive and driven shafts, thrust bearings located in the upper parts of the driven shaft, upper coupling half, sub , a central flushing channel located along the entire length of the axis of the device, a driven shaft located at the bottom of the device, the transmission being made in two stages, while the driven shaft has three radial bearings, of which the lowest is elastic rubber-metal.

На чертеже схематически изображена редукторная вставка забойного двигателя. The drawing schematically depicts a gear insert of a downhole motor.

Она содержит корпус 1, передачу 2, расположенную в маслонаполненной камере 3, систему маслозащиты с уплотнениями 4 и 5, ведущий 6 и ведомый 7 валы, каждый из которых установлен на верхнем сферическом подшипнике 8 и опоре 9, уплотнение 10, расположенное ниже верхнего сферического подшипника 8, уплотнение 11, расположенное между контактирующими поверхностями ведущего 6 и ведомого 7 валов, упорные подшипники 12 и 13, расположенные в верхних частях ведомых валов, верхнюю полумуфту 14, ведущего вала 6, нижнюю полумуфту 15, относящуюся к ведомому валу 7, переводники 16 и 17, а также центральный промывочный канал 18, расположенный по всей длине устройства, ведомый вал 19, расположенный в нижней части устройства. It contains a housing 1, a gear 2 located in an oil-filled chamber 3, an oil protection system with seals 4 and 5, a drive 6 and a driven 7 shafts, each of which is mounted on an upper spherical bearing 8 and a support 9, a seal 10 located below the upper spherical bearing 8, a seal 11 located between the contacting surfaces of the driving 6 and driven 7 shafts, thrust bearings 12 and 13 located in the upper parts of the driven shafts, the upper coupling half 14, the driving shaft 6, the lower coupling half 15 related to the driven shaft 7, nicks 16 and 17, and the central flushing channel 18 disposed across the length of the device, a driven shaft 19 disposed in the bottom of the device.

Передача 2 выполнена двухступенчатой, а ведомый вал 19 имеет три радиальные опоры 20, 21, 22, из которых 21 является эластичной резинометаллической. Transmission 2 is made two-stage, and the driven shaft 19 has three radial bearings 20, 21, 22, of which 21 is elastic rubber-metal.

В забойном двигателе редукторная вставка устанавливается между секциями движущего органа (например турбины) и опорного узла-шпинделя (не показаны). Ведущий вал 6 редукторной вставки соединяется с возможностью передачи крутящего момента с валом секции движущего органа (турбины), а ведомый вал 19 с валом шпинделя. In a downhole motor, a gear insert is installed between the sections of the moving body (eg turbine) and the spindle support assembly (not shown). The drive shaft 6 of the gearbox is connected with the possibility of transmitting torque to the shaft of the section of the moving body (turbine), and the driven shaft 19 with the spindle shaft.

Работа редукторной вставки осуществляется следующим образом. Скорость вращения и крутящий момент с вала двигателя передаются через ведущий вал на двухступенчатую передачу 2, в которой происходит уменьшение скорости вращения и увеличение крутящего момента. Вращение измененными параметрами через ведомый вал 19 передается на вал шпинделя и далее на долото (не показано). Промывочная жидкость проходит по центральному промывочному каналу 18, проходящему по осевым отверстиям всех валов редукторной вставки, при этом герметизация между концами валов решена уплотнениями 11. The operation of the gear insert is as follows. The rotational speed and torque from the motor shaft are transmitted through the drive shaft to a two-stage gear 2, in which the rotational speed decreases and the torque increases. The rotation of the changed parameters through the driven shaft 19 is transmitted to the spindle shaft and then to the bit (not shown). The flushing fluid passes through the central flushing channel 18, passing through the axial holes of all the shafts of the gearbox insert, while the sealing between the ends of the shafts is solved by seals 11.

Добавленное уплотнение 10, установленное ниже верхнего сферического подшипника 8, увеличивает срок службы последнего, так как по мере и в моменты проникновения абразивной жидкости в маслонаполненную полость сферический подшипник оказывается защищенным с обеих сторон. Внутренняя полость этого подшипника может быть заполнена консистентной смазкой. The added seal 10, mounted below the upper spherical bearing 8, increases the service life of the latter, since the spherical bearing is protected on both sides as and when the abrasive fluid penetrates the oil-filled cavity. The inner cavity of this bearing can be filled with grease.

Эта доработка нужна именно для верхнего сферического подшипника 8 потому, что в случае проникновения абразивной жидкости в маслонаполненную полость первым страдает от износа именно этот подшипник. This refinement is needed specifically for the upper spherical bearing 8 because in the case of penetration of abrasive fluid into the oil-filled cavity, this bearing is the first to suffer from wear.

Подача промывочной жидкости по центральному каналу 18 создает условия ламинарности потока и исключает лобовую ударную нагрузку при изменении направления потока на поверхность деталей, имеющих между собой технологические зазоры. Более того, централизованный поток жидкости создает отсасывающий эффект с пограничной зоны уплотненной маслонаполненной камеры 3. Все это повышает долговечность устройства. Нижняя радиальная эластичная резинометаллическая опора 21 компенсирует радиальные биения и люфт в консоли ведомого вала 19, снижает радиальные усилия. Уплотнение 5, расположенное около нижнего сферического подшипника 20, работает в хороших условиях, т.к. радиальное смещение вала 19 под ним за счет эластичной опоры 21 незначительно. Применение двухступенчатой шариковинтовой передачи дает большее передаточное число, позволяющее решить лучшие силовые характеристики на ведомом валу 19, и при решенных прочностных качествах редукторной вставки увеличивает износоустойчивость устройства и повышает долговечность. The supply of flushing fluid through the Central channel 18 creates the conditions of laminar flow and eliminates frontal shock when changing the direction of flow to the surface of parts that have technological gaps between them. Moreover, a centralized fluid flow creates a suction effect from the boundary zone of the sealed oil-filled chamber 3. All this increases the durability of the device. The lower radial elastic rubber-metal bearing 21 compensates for radial runout and backlash in the console of the driven shaft 19, reduces radial forces. The seal 5, located near the lower spherical bearing 20, works in good conditions, because the radial displacement of the shaft 19 under it due to the elastic support 21 is negligible. The use of a two-stage ball screw gives a larger gear ratio, which allows to solve the best power characteristics on the driven shaft 19, and with the decided strength properties of the gearbox increases the durability of the device and increases durability.

Предлагаемое устройство позволяет значительно увеличить ресурс работы редуктора, осуществлять надежную герметизацию маслонаполненной камеры. The proposed device can significantly increase the life of the gearbox, to provide reliable sealing of the oil-filled chamber.

При бурении забойными двигателями с использованием редукторных вставок увеличивается проходка на долото, рейсовая скорость бурения. When drilling with downhole motors using gear inserts, the penetration per bit increases, the traveling speed of drilling.

Claims

РЕДУКТОРНАЯ ВСТАВКА ЗАБОЙНОГО ДВИГАТЕЛЯ, включающая корпус, размещенную в маслонаполненной камере передачу, ведущий и ведомый валы с установленными на них и связанными с корпусом посредством упругих элементов радиальными опорами и размещенными на валах со стороны передачи сферическими опорами, установленные между каждой радиальной и сферической опорами уплотнения и канал для промывочной жидкости, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительным уплотнением, размещенным на ведущем валу между сферической опорой и передачей, полумуфтами установленными на входном конце ведущего вала и выходном конце ведомого вала, и переводниками, размещенными между корпусом редукторной вставки и корпусами смежных секций забойного двигателя, а передача выполнена в виде двухступенчатой планетарной передачи с шариковым зацеплением, центральное звено первой ступени которой связано с ведущим валом, а водило второй ступени с ведомым валом, причем канал для промывочной жидкости образован осевыми отверстиями, выполненными в ведущем и ведомом валах и водиле передачи и установленными между ними уплотнениями, при этом вставка снабжена упорными подшипниками, на которых установлены в корпусе водило передачи и ведомый вал. BOTTOM ENGINE REDUCTION INSERT, comprising a housing, a transmission placed in an oil-filled chamber, drive and driven shafts with radial bearings mounted on them and connected to the housing by elastic elements and mounted on shafts from the transmission side, mounted between each radial and spherical bearings of the seal and a channel for flushing fluid, characterized in that it is provided with an additional seal located on the drive shaft between the spherical support and the transmission, the coupling half installed on the input end of the drive shaft and the output end of the driven shaft, and sub located between the gearbox housing and the bodies of adjacent sections of the downhole motor, and the transmission is made in the form of a two-stage planetary gear with ball gearing, the central link of the first stage of which is connected to the drive shaft, and the carrier of the second stage with a driven shaft, and the channel for flushing fluid is formed by axial holes made in the drive and driven shafts and the carrier of the transmission and installed between they have seals, while the insert is equipped with thrust bearings on which the transmission carrier and the driven shaft are installed in the housing.