RU2203380C1 - Screw positive-displacement motor with turbine activator - Google Patents

Screw positive-displacement motor with turbine activator Download PDF

Info

Publication number
RU2203380C1
RU2203380C1 RU2002112487/03A RU2002112487A RU2203380C1 RU 2203380 C1 RU2203380 C1 RU 2203380C1 RU 2002112487/03 A RU2002112487/03 A RU 2002112487/03A RU 2002112487 A RU2002112487 A RU 2002112487A RU 2203380 C1 RU2203380 C1 RU 2203380C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
turbine
stator
pressure
activator
rotor
Prior art date
Application number
RU2002112487/03A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
н Ю.Р. Иоанес
Ю.Р. Иоанесян
Ю.А. Коротаев
А.Г. Мессер
Г.П. Чайковский
Г.Ф. Чудаков
Original Assignee
Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Буровая техника"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Буровая техника" filed Critical Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Буровая техника"
Priority to RU2002112487/03A priority Critical patent/RU2203380C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2203380C1 publication Critical patent/RU2203380C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: mining industry. SUBSTANCE: invention refers to downhole hydraulic motors which set roller bits in motion to break faces of shafts of drilled holes. Salient feature of invention consists in design of multistart screw motor that includes spindle carrying ball pivot, radial supports and disc labyrinth throttle seal and working section comprising screw positive-displacement pair and up to sixty stator and rotor stages of pressure of turbine-activator of positive-displacement pair. Rotor stages of pressure of turbine-activator are fixed immobile on shaft of working section together with rotor of screw positive-displacement pair with the help of rotor nut and stator stages of pressure of turbine-activator are fixed immobile in body of working section together with stator of screw positive-displacement pair with the use of lower connecting sub. Body of working section houses up to six stator shock absorbers-limiters of lateral vibration of shaft of working section which are fixed immobile. Clearances between blade rims of stator stages of pressure of turbine and hubs of rotor stages of pressure of turbine corresponding to them are closed by radial-face laminated rubber-metal seals. Clearances between ends of blades of each rotor stage of pressure of turbine and hubs of stator stages of pressure of turbine corresponding to them are closed by radial fillet or by confuser compression of each stator stage of pressure of turbine placed above on side of its largest wetted perimeter. Chord of profile of blades of stator is arranged at angle from 35 to 55 degrees with plane perpendicular to its longitudinal axis, at same time chord of profile of blades of rotor stages of pressure of turbine has inclination angle from 60 to 90 degrees with plane perpendicular to their longitudinal axis and preferable direction of inclination of chord of profile is right-hand screw. EFFECT: effective realization of concept of shortened downhole motor with large margin of torque on it shaft and long service life under relatively low pressure differential on its working elements. 4 cl, 6 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к техническим средствам, которые используются для бурения нефтяных и газовых скважин,и в более узком их подразделении - к гидравлическим забойным двигателям, которые приводят во вращение шарошечные долота, разрушающие забои стволов бурящихся скважин. The present invention relates to technical means that are used for drilling oil and gas wells, and in their narrower unit - to hydraulic downhole motors, which rotate cone bits, destroying the bottom of the drilled wells.

Дальним аналогом изобретения является турбовинтовой двигатель, подробно описанный на с.47...49 источника: "Винтовые забойные двигатели" - справочное пособие, авторы Д.Ф. Балденко, Ф.Д. Балденко, А.Н. Гноевых, М., Недра, 1999 г. A further analogue of the invention is a turboprop engine, described in detail on pages 47 ... 49 of the source: "Downhole Motors" - a reference manual, the authors of D.F. Baldenko, F.D. Baldenko, A.N. Gnoevs, M., Nedra, 1999.

Однако конструкция этого двигателя обладает рядом очень существенных недостатков, делающих его неконкурентоспособным по сравнению с обычным многозаходным винтовым героторным двигателем при бурении наклонно направленных скважин. However, the design of this engine has a number of very significant drawbacks that make it uncompetitive compared to a conventional multi-start screw gerotor engine when drilling directional wells.

Главным его недостатком является слишком большой осевой габарит (как правило, от 19,5 до 26 м). При таком осевом габарите двигателя точка замера кривизны и азимутального направления ствола бурящейся наклонной скважины отдалена от поверхности углубляемого забоя на расстояние от 20 до 40 м. Its main disadvantage is too large axial clearance (usually from 19.5 to 26 m). With such an axial dimension of the engine, the point of measurement of the curvature and azimuthal direction of the bore of the drilled deviated well is distant from the surface of the deepened face to a distance of 20 to 40 m.

Такие большие "неизмеряемые" расстояния лишают буровиков возможности точно позиционировать пространственное положение компоновки низа бурильной колонны в массиве горной породы. Such large "unmeasured" distances deprive drillers of the ability to accurately position the spatial position of the bottom of the drill string in the rock mass.

Из-за этого почти 40% всех наклонно направленных скважин в нашей стране не попадают в круговую мишень, диаметр которой, как правило, превышает 50 м. Для того чтобы поднять точность буровой навигации, двигатель должен быть, возможно, более коротким. Because of this, almost 40% of all directional wells in our country do not fall into a circular target, the diameter of which, as a rule, exceeds 50 m. In order to increase the accuracy of drilling navigation, the engine should be possibly shorter.

Ближайшим аналогом изобретения является "Гидравлический забойный двигатель" по А.С.СССР 1.601.307, кл. Е 21 В 4/02, 1990 г.; БИ 39 от 23.10.90 г. The closest analogue of the invention is the "Downhole motor" according to A.S.SSSSR 1.601.307, class. E 21 B 4/02, 1990; BI 39 dated 10.23.90

В этом авторском свидетельстве описан гидравлический забойный двигатель, состоящий из двух двигательных групп рабочих органов различной быстроходности (то есть собственно винтовой героторной рабочей пары - тихоходный элемент конструкции, и турбины - быстроходной элемент конструкции). This copyright certificate describes a downhole hydraulic motor consisting of two motor groups of working bodies of different speed (that is, a screw gyratory working pair itself is a low-speed structural member, and a turbine is a high-speed structural member).

Причем героторная рабочая пара монтируется в собственном корпусе, а турбина - в своем корпусе. При этом ротор героторной пары соединяется с валом, на котором монтируются роторные ступени давления турбины с помощью специального соединительного узла - вспомогательного вала - торсиона. Такое исполнение двигателя также требует увеличения его осевых габаритов. Moreover, the gerotor working pair is mounted in its own casing, and the turbine is in its casing. In this case, the rotor of the gerotor pair is connected to the shaft on which the rotor pressure stages of the turbine are mounted using a special connecting unit - an auxiliary shaft - a torsion bar. This design of the engine also requires an increase in its axial dimensions.

Для получения приемлемых значений вращающих моментов длина таких двигателей не может быть меньше 20-25 м, что противоречит требованиям наклонно направленного бурения. Чрезмерно высокие перепады давлений в турбинах с низким КПД, работающих при частотах вращения 100-200 об/мин, делают невозможным использование гидромониторных шарошечных долот с перепадом давлений в сопловых насадках более чем 3 МПа (вместо требуемых 7-10 МПа). To obtain acceptable torques, the length of such engines cannot be less than 20-25 m, which contradicts the requirements of directional drilling. Excessively high pressure drops in low-efficiency turbines operating at rotational speeds of 100-200 rpm make it impossible to use hydraulic cone bits with a pressure drop of more than 3 MPa in nozzle nozzles (instead of the required 7-10 MPa).

Поэтому в зарубежной практике бурения от использования таких двигателей отказались. Therefore, in foreign drilling practice, the use of such engines was abandoned.

Изобретение позволяет эффективно реализовать концепцию создания короткого забойного двигателя с большим запасом вращающего момента на его валу и высоким моторесурсом при относительно невысоком перепаде давлений на его рабочих органах. The invention allows to effectively implement the concept of creating a short downhole motor with a large reserve of torque on its shaft and high engine life with a relatively low pressure drop on its working bodies.

Сущность изобретения заключается в создании многозаходного винтового двигателя, включающего в свой состав: шпиндель, содержащий шаровую пяту, радиальные опоры и дисковое лабиринтное дроссельное уплотнение и рабочую секцию, содержащую винтовую героторную пару и до шестидесяти статорных и роторных ступеней давления турбины-активатора героторной пары. The essence of the invention is to create a multi-start screw engine, comprising: a spindle containing a ball heel, radial bearings and a labyrinth throttle seal and a working section containing a screw gerotor pair and up to sixty stator and rotor pressure stages of the turbine-activator gerotor pair.

Роторные ступени давления турбины-активатора неподвижно зафиксированы на валу рабочей секции совместно с ротором винтовой героторной пары с помощью роторной гайки, а статорные ступени давления турбины-активатора неподвижно зафиксированы в корпусе рабочей секции совместно со статором винтовой героторной пары с помощью нижнего соединительного переводника. The rotor stages of the pressure of the activator turbine are fixedly fixed on the shaft of the working section together with the rotor of the screw gerotor pair using a rotor nut, and the stator pressure stages of the turbine of the activator are motionless fixed in the casing of the working section together with the stator of the screw gerotor pair using the lower connecting sub.

В корпусе рабочей секции размещается (неподвижно зафиксированы) от 4 до 6 статорных амортизаторов-ограничителей поперечных колебаний вала рабочей секции. From 4 to 6 stator shock absorbers-limiters of transverse vibrations of the shaft of the working section are located (fixedly fixed) in the housing of the working section.

Зазоры между лопаточными ободами статорных ступеней давления турбины и соответствующими им ступицами роторных ступеней давления турбины закрываются радиально-торцовыми пластинчатыми резинометаллическими уплотнениями. The gaps between the blade rims of the stator stages of the turbine pressure and the corresponding hubs of the rotor stages of the turbine pressure are closed by radial-end plate rubber-metal seals.

Зазоры между концами лопаток каждой роторной ступени давления турбины и соответствующими им ступицами статорных ступеней давления турбины закрываются радиусным округлением, либо конфузорным сжатием каждой выше располагающейся статорной ступени давления турбины со стороны ее наибольшего смоченного периметра. The gaps between the ends of the blades of each rotor pressure stage of the turbine and the corresponding hubs of the stator pressure stages of the turbine are closed by radial rounding, or by confusory compression of each higher located stator pressure stage of the turbine from the side of its largest wetted perimeter.

Хорда профиля лопаток статора располагается под углом от 35 до 55o к плоскости, перпендикулярной его продольной оси, в то же время хорда профиля лопаток роторных ступеней давления турбины имеет угол наклона от 60 до 90o к плоскости, перпендикулярной их продольной оси, а предпочтительное направление наклона хорды профиля - правый винт.The chord of the profile of the stator vanes is located at an angle from 35 to 55 o to the plane perpendicular to its longitudinal axis, while the chord of the profile of the blades of the rotor pressure stages of the turbine has an angle of inclination from 60 to 90 o to the plane perpendicular to their longitudinal axis, and the preferred direction tilt profile chords - right screw.

На фиг. 1 изображена верхняя часть рабочей секции винтового героторного двигателя с турбинным активатором. In FIG. 1 shows the upper part of the working section of a screw gerotor engine with a turbine activator.

На фиг.2 изображено соединение нижней части рабочей секции со шпинделем винтового героторного двигателя с турбинным активатором. Figure 2 shows the connection of the lower part of the working section with the spindle of a screw gerotor engine with a turbine activator.

На фиг.3 изображена нижняя часть шпинделя винтового героторного двигателя с турбинным активатором. Figure 3 shows the lower part of the spindle of a screw gerotor engine with a turbine activator.

На фиг. 4 изображены статорная и роторная ступени давления турбины-активатора. In FIG. 4 shows the stator and rotor stages of the pressure of the turbine-activator.

На фиг.5 изображена отаторная ступень давления турбины-активатора. Figure 5 shows the otator pressure stage of the activator turbine.

На фиг.6 изображена роторная ступень давления турбины-активатора. Figure 6 shows the rotary stage of the pressure of the activator turbine.

С помощью верхнего соединительного переводника 1 корпус 2 рабочей секции двигателя крепится к колонне бурильных труб. С помощью нижнего соединительного переводника 3 в корпусе 2 за счет осевого усилия сжатия неподвижно фиксируются: верхнее статорное регулировочное кольцо 4; обрезиненный винтовой статор 5 героторной рабочей пары; статорные ступени давления 6 турбины; 4-6 статорных амортизаторов-ограничителей 7 поперечных колебаний вала 8; нижнее статорное регулировочное кольцо 9. Using the upper connecting sub 1, the housing 2 of the working section of the engine is attached to the drill pipe string. Using the lower connecting sub 3 in the housing 2 due to the axial compression force, the following are fixedly fixed: the upper stator adjusting ring 4; rubberized screw stator 5 of the gerotor working pair; stator pressure stages 6 of the turbine; 4-6 stator shock absorbers-limiters 7 lateral vibrations of the shaft 8; lower stator adjusting ring 9.

На валу 8 рабочей секции двигателя с помощью роторной гайки 10 за счет осевого усилия сжатия неподвижно зафиксированы: роторная распорная втулка 11; винтовой ротор 12 героторной рабочей пары; роторные ступени давления 13 турбины; роторные втулки 14 статорных амортизаторов-ограничителей 7; упор 15 вала 8. On the shaft 8 of the working section of the engine using the rotor nut 10 due to the axial compression force, the following are fixedly fixed: rotary spacer sleeve 11; screw rotor 12 of the gerotor working pair; rotary pressure stages 13 of the turbine; rotor bushings 14 of stator shock absorbers-limiters 7; emphasis 15 of the shaft 8.

Винтовой ротор 12 собирается в винтовой статор 5 героторной рабочей пары с расчетным эксцентриситетом е. The screw rotor 12 is assembled into a screw stator 5 of a gerotor working pair with a calculated eccentricity e.

В отличие от винтовых рабочих пар многозаходных героторных двигателей, для которых угол подъема винтовых линий выбирается в пределах диапазона значений от 60 до 75o по отношению к плоскости, перпендикулярной оси ротора (исходя из условия необходимости обеспечения самозапуска двигателя), угол подъема винтовых линий ротора 12 и статора 5 выбирается в пределах диапазона значений от 30 до 60o.Unlike screw working pairs of multi-input gerotor engines, for which the angle of elevation of the helical lines is selected within the range of values from 60 to 75 o with respect to the plane perpendicular to the axis of the rotor (based on the condition of the need for self-starting of the engine), the angle of elevation of the helical lines of the rotor 12 and the stator 5 is selected within the range of values from 30 to 60 o .

То есть рабочая пара проектируется заведомо несамозапускающейся, что позволяет на одном погонном метре ее рабочего органа разместить кратно большее число шагов. That is, the working pair is designed deliberately non-self-starting, which allows you to place a multiple number of steps on one linear meter of its working body.

Статорные амортизаторы-ограничители 7 на своей внутренней поверхности имеют толстую и мягкую резиновую обкладку 16. Верхняя роторная втулка 14 статорного амортизатора-ограничителя 7 вставляется в него с диаметральным зазором, равным 2е. Следующие за ней (по порядку сверху-вниз) роторные втулки 14 вставляются в соответствующие им статорные амортизаторы-ограничители 7 со все более уменьшающимся зазором. То есть наружный диаметр втулок 14 увеличивается в порядке от верхней до последней. Stator shock absorbers-limiters 7 on their inner surface have a thick and soft rubber lining 16. The upper rotor sleeve 14 of the stator shock absorber-limiter 7 is inserted into it with a diametrical clearance of 2e. Following it (in order from top to bottom), the rotor bushings 14 are inserted into their respective stator shock absorbers-limiters 7 with an ever-decreasing gap. That is, the outer diameter of the bushings 14 increases in order from the top to the last.

Последние одна-две втулки 14 вставляются в соответствующие им статорные амортизаторы-ограничители 7 с гарантированным зазором от 0,3 до 0,5 мм. The last one or two bushings 14 are inserted into their respective stator shock absorbers-limiters 7 with a guaranteed clearance of 0.3 to 0.5 mm.

Статорные амортизаторы-ограничители 7 располагаются в корпусе 2 рабочей секции через каждые 10 -15 статорных ступеней давления 6 турбины. Stator shock absorbers-limiters 7 are located in the housing 2 of the working section every 10 -15 stator stages of pressure 6 of the turbine.

Каждая статорная ступень давления 6 турбины монтируется относительно роторной ступени давления 13 таким образом, чтобы обеспечивалось необходимое распределение радиальных зазоров между лопаточным ободом 17 статорной ступени давления 6 и роторной ступицей 18 роторной ступени давления 13, что и достигается с помощью статорных амортизаторов-ограничителей 7 и их роторных втулок 14. Each stator pressure stage 6 of the turbine is mounted relative to the rotary pressure stage 13 in such a way that the necessary distribution of radial clearances between the blade rim 17 of the stator pressure stage 6 and the rotor hub 18 of the rotary pressure stage 13 is ensured, which is achieved with the help of stator shock absorbers-limiters 7 and their rotary bushings 14.

При опоре верхней роторной втулки 14 на соответствующий ей статорный амортизатор-ограничитель 7 минимальный гарантированный зазор δ между лопаточным ободом 17 верхней статорной ступени давления 6 турбины и роторной ступицей 18 верхней роторной ступени давления 13 турбины составляет 1 мм; максимальный гарантированный зазор σ равен 2е. When the upper rotor sleeve 14 is supported by the corresponding stator shock absorber-limiter 7, the minimum guaranteed clearance δ between the blade rim 17 of the upper stator pressure stage 6 of the turbine and the rotor hub 18 of the upper rotor pressure stage 13 of the turbine is 1 mm; the maximum guaranteed gap σ is 2e.

Соответственно минимальный гарантированный зазор δ между концами лопаток верхней роторной ступени давления 13 и соответствующей им ступицей 20 статорной ступени давления 6 составляет 1 мм; максимальный - 2е. При установке в рабочей секции двигателя 40...60 ступеней давления турбины с помощью все увеличивающегося наружного диаметра роторных втулок 14 максимальный гарантированный зазор в турбине последовательно уменьшается сверху-вниз, начиная с величины в 2е до е+0,5 мм. То есть нижние ступени давления ротора 13 и статора 6 турбины располагаются друг относительно друга практически коаксиально. Accordingly, the minimum guaranteed gap δ between the ends of the blades of the upper rotary pressure stage 13 and the corresponding hub 20 of the stator pressure stage 6 is 1 mm; maximum - 2e. When 40 ... 60 stages of turbine pressure are installed in the engine’s working section using the ever-increasing outer diameter of the rotor bushings 14, the maximum guaranteed clearance in the turbine is successively reduced from top to bottom, starting from 2e to e + 0.5 mm. That is, the lower pressure stages of the rotor 13 and stator 6 of the turbine are located relative to each other almost coaxially.

В каждой статорной ступени давления 6 турбины зазор между лопаточным ободом 17 и соответствующей ему роторной ступицей 16 закрыт с помощью радиально-торцового пластинчатого резинометаллического уплотнения 21, опирающегося на широкий верхний торец лопаточного обода 17. Зазор между концами 19 лопаток каждой роторной ступени давления 13 турбины и соответствующей им ступицы 20 cтаторной ступени давления 13 турбины закрыт гидравлическим затвором, который образован радиусным округлением 22, либо конфузорным сжатием статорной ступени давления 6 турбины со стороны ее наибольшего смоченного периметра, а также соответствующим пространственным положением лопаток турбины. In each stator pressure stage 6 of the turbine, the gap between the blade rim 17 and its corresponding rotor hub 16 is closed by means of a radially-face plate rubber-metal seal 21 resting on the wide upper end of the blade rim 17. The gap between the ends 19 of the blades of each rotor pressure stage 13 of the turbine and the corresponding hub 20 of the stator pressure stage 13 of the turbine is closed by a hydraulic shutter, which is formed by radial rounding 22, or by confusional compression of the stator pressure stage 6 turbine different from its largest wetted perimeter, as well as the corresponding spatial position of the turbine blades.

Лопатки 23 каждой статорной ступени давления 6 турбины имеют хорду профиля 24, которая располагается под острым углом α от 35 до 55o к плоскости, перпендикулярной ее продольной оси. Направление хорды 24 - правый винт.The blades 23 of each stator pressure stage 6 of the turbine have a chord of profile 24, which is located at an acute angle α from 35 to 55 o to the plane perpendicular to its longitudinal axis. The direction of the chord 24 is the right screw.

Лопатки 25 роторной ступени давления 13 турбины имеют хорду профиля 26, которая располагается под углом β к плоскости, перпендикулярной ее продольной оси. The blades 25 of the rotor pressure stage 13 of the turbine have a chord of profile 26, which is located at an angle β to a plane perpendicular to its longitudinal axis.

При этом значение угла β укладывается в пределы диапазона от 90 до 60o.The value of angle β falls within the range from 90 to 60 o .

Направление хорды 26 может быть как правым, так и левым винтом, однако с точки зрения получения максимально возможного значения КПД при частотах вращения от 90 до 150 об/мин предпочтительно направление правого винта. The direction of the chord 26 can be either a right or a left screw, however, from the point of view of obtaining the maximum possible value of efficiency at rotation frequencies from 90 to 150 rpm, the direction of the right screw is preferred.

Такое исполнение ступеней давления 6 и 13 турбины-активатора позволяет генерировать на валу 8 необходимый вращающий момент для страгивания и запуска в работу самотормозящейся (в состоянии покоя) винтовой героторной пары (позиции 5 и 12). This embodiment of the pressure stages 6 and 13 of the activator turbine allows generating the necessary torque on the shaft 8 for stragging and starting the self-braking (at rest) screw gerotor pair (positions 5 and 12).

На нижнем резьбовом конце вала 8 крепится полумуфта 27, которая опирается на гайку-полумуфту 28 полого вала 29 шпинделя двигателя. В полумуфте 28 имеются окна 30, которые гидравлически сообщают внутреннюю расточку-полость вала 29 с пространством внутри корпуса 2 рабочей секции двигателя, в котором размещаются винтовой статор 5 героторной пары и статорные ступени давления 6 турбины. At the lower threaded end of the shaft 8, a coupling half 27 is mounted, which is supported by a coupling nut 28 of the hollow shaft 29 of the motor spindle. In the coupling half 28 there are windows 30 that hydraulically communicate the internal bore-cavity of the shaft 29 with the space inside the housing 2 of the working section of the engine, in which the screw stator 5 of the gerotor pair and the stator pressure stages 6 of the turbine are located.

На валу 29 с помощью гайки-полумуфты 28 за счет осевого усилия сжатия неподвижно зафиксированы: две-четыре роторные втулки 31 статорных элементов 32 радиальных опор, смонтированных в корпусе 33 шпинделя; роторные диски 34 и их проставочные кольца 35 лабиринтного дроссельного уплотнения вала 29 шпинделя, роторные обоймы 36 шаровой пяты и их распорные проставочные кольца 37. On the shaft 29 with the help of a coupling nut 28 due to the axial compression force, the following are fixedly fixed: two to four rotor bushings 31 of the stator elements 32 of the radial bearings mounted in the spindle housing 33; rotor disks 34 and their spacer rings 35 of the labyrinth throttle seal of the spindle shaft 29, rotor cages 36 of the ball heel and their spacer spacers 37.

В корпусе 33 шпинделя двигателя с помощью соединительного переводника 38 и ниппеля 39 за счет осевого усилия сжатия неподвижно зафиксированы: статорные элементы 32 двух-четырех радиальных опор; обрезиненные статорные диски 40 и их проставочные кольца 41 лабиринтного дроссельного уплотнения; статорные обоймы 42 шаровой пяты и их распорные проставочные кольца 43. In the housing 33 of the engine spindle with the help of a connecting sub 38 and a nipple 39 due to the axial compression force, the following are fixedly fixed: stator elements 32 of two or four radial bearings; rubberized stator disks 40 and their spacer rings 41 labyrinth throttle seals; stator clips 42 of the ball heel and their spacer spacers 43.

РАБОТА ВИНТОВОГО ГЕРОТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ С ТУРБИННЫМ АКТИВАТОРОМ
На роторном столе буровой установки к нижнему резьбовому концу вала 29 шпинделя двигателя присоединяется буровое долото; к верхнему соединительному переводнику 1 рабочей секции крепится первая - нижняя свеча бурильной колонны и начинается спуск компоновки в ствол бурящейся скважины.
WORK OF A SCREW GEROTOR ENGINE WITH A TURBINE ACTIVATOR
On the rotary table of the drilling rig, a drill bit is attached to the lower threaded end of the shaft 29 of the engine spindle; the first - the lower candle of the drill string is fastened to the upper connecting sub 1 of the working section and the assembly is launched into the well being drilled.

По мере увеличения глубины спуска за счет наращивания количества бурильных свеч бурильная колонна через сопла долота,внутреннюю полость вала 29, через окна 30 полумуфты 28, через ступени давления 13 и 6 турбины, через сопряженные линии контакта героторной винтовой пары (статора 5 и ротора 12) заполняется буровым раствором. Примерно в 10 м над "старым" забоем спуск инструмента прекращается, наворачивается на "голову" бурильной колонны ведущая труба-квадрат и запускаются в работу буровые насосы. As the depth of descent increases due to an increase in the number of drill candles, the drill string through the nozzle of the bit, the internal cavity of the shaft 29, through the windows 30 of the coupling half 28, through the pressure stages 13 and 6 of the turbine, through the mating contact lines of the gerotor screw pair (stator 5 and rotor 12) filled with drilling fluid. Approximately 10 m above the “old” face, the tool descent stops, the leading square pipe is screwed onto the “head” of the drill string and the mud pumps are put into operation.

Глинистый раствор продавливается через линейные контактные уплотнения героторной винтовой пары и через ступени давления турбины, через окна 30 полумуфты 28 - во внутреннюю полость вала 29 и далее через сопла долота - в кольцевое пространство скважины. The clay solution is forced through the linear contact seals of the gerotor screw pair and through the pressure stages of the turbine, through the windows 30 of the coupling half 28 into the internal cavity of the shaft 29 and then through the bit nozzles into the annular space of the well.

При этом грязный раствор, насыщенный песком и шламом, попавший в бурильные трубы из ствола скважины, при своем обратном движении (режим продавки) составляет содержащиеся в нем кусочки шлама и песок в камерах винтовой героторной пары (детали 5 и 12). Песок и шлам, осевшие в межвинтовых камерах героторной пары в сочетании с относительно малым углом подъема винтовых выступов и впадин, закусывают и тормозят винтовой ротор 12 в его статоре 5. Для того чтобы героторная пара очистилась от песка и шлама и промылась чистым раствором, подаваемым буровыми насосами с поверхности (то есть раствором, прошедшим вибросита, гидроциклонную батарею и центрифугу), необходимо провернуть и завести ротор 12. At the same time, the mud, saturated with sand and cuttings, that got into the drill pipes from the wellbore, during its reverse movement (mode of pushing), makes up the pieces of cuttings and sand contained in it in the chambers of the screw gerotor pair (parts 5 and 12). Sand and sludge deposited in the inter-screw chambers of the gerotor pair in combination with a relatively small angle of elevation of the screw protrusions and depressions bite and slow down the screw rotor 12 in its stator 5. In order for the gerotor pair to clear of sand and sludge and rinse with a clean drilling fluid pumps from the surface (that is, a solution that has passed a vibrating screen, a hydrocyclone battery and a centrifuge), it is necessary to turn and start the rotor 12.

Эту функцию выполняют ступени давления 6 и 13 турбины-активатора двигателя, которые в силу своих конструктивных характеристик не забиваются и не шламуются грязным раствором. This function is performed by pressure stages 6 and 13 of the turbine-activator of the engine, which, due to their structural characteristics, are not clogged and do not slurry with dirty solution.

При продавке раствора турбина-активатор расходует на себя относительно небольшой перепад давлений (в пределе 2 МПа). When selling a solution, the activator turbine spends a relatively small pressure drop (in the limit of 2 MPa).

После того как турбина-активатор раскрутит ротор 12 героторной пары, ее камеры очищаются от песка и шлама; коэффициент трения резко падает, а при попадании в двигатель чистого раствора героторная пара начинает нормально работать, генерируя основную часть вращающего момента на валу 29 шпинделя. Через 15-20 мин с момента запуска буровых насосов двигатель с долотом подводится к забою; долото нагружается осевой нагрузкой и начинается нормальный процесс бурения. After the activator turbine spins the rotor 12 of the gerotor pair, its chambers are cleaned of sand and sludge; the friction coefficient drops sharply, and when a clean solution enters the engine, the gerotor pair begins to work normally, generating the bulk of the torque on the spindle shaft 29. After 15-20 minutes from the moment the mud pumps are started, the engine with the chisel is brought to the bottom; the bit is loaded with axial load and the normal drilling process begins.

Claims (5)

1. Винтовой героторный двигатель с турбинным активатором, включающий в свой состав шпиндель, содержащий шаровую пяту, рабочую секцию, содержащую винтовую героторную пару, статорные и роторные ступени давления турбины, отличающийся тем, что он содержит до шестидесяти статорных и роторных ступеней давления турбины-активатора, при этом роторные ступени давления турбины-активатора неподвижно зафиксированы на валу рабочей секции совместно с ротором винтовой героторной пары с помощью роторной гайки, а статорные ступени давления турбины-активатора неподвижно зафиксированы в корпусе рабочей секции совместно со статором винтовой героторной пары с помощью нижнего соединительного переводника рабочей секции, при этом в корпусе рабочей секции размещается до шести статорных амортизаторов-ограничителей поперечных колебаний вала рабочей секции, а шпиндель содержит радиальные опоры полого вала и имеет дисковое лабиринтное дроссельное уплотнение. 1. A screw gerotor engine with a turbine activator, comprising a spindle containing a ball heel, a working section containing a screw gerotor pair, stator and rotor stages of pressure of the turbine, characterized in that it contains up to sixty stator and rotor stages of pressure of the turbine-activator while the rotor pressure steps of the activator turbine are fixedly fixed on the shaft of the working section together with the rotor of the screw gerotor pair with the help of a rotor nut, and the stator pressure steps of the turbine are Vator are fixedly fixed in the housing of the working section together with the stator of the screw gerotor pair using the lower connecting sub of the working section, while up to six stator shock absorbers-limiters of transverse vibrations of the shaft of the working section are placed in the housing of the working section, and the spindle contains radial bearings of the hollow shaft and has a disk labyrinth throttle seal. 2. Винтовой героторный двигатель с турбинным активатором по п.1, отличающийся тем, что зазоры между лопаточными ободами статорных ступеней давления турбины-активатора и соответствующими им ступицами роторных ступеней давления турбины-активатора закрыты радиально-торцовыми резинометаллическими уплотнениями. 2. A screw gerotor engine with a turbine activator according to claim 1, characterized in that the gaps between the blade rims of the stator pressure stages of the turbine-activator and the corresponding hubs of the rotor pressure stages of the turbine-activator are closed by radial-mechanical rubber seals. 3. Винтовой героторный двигатель с турбинным активатором по п.1, отличающийся тем, что зазоры между концами лопаток каждой роторной ступени давления турбины-активатора и соответствующими им ступицами статорных ступеней давления турбины-активатора закрыты радиусным cкруглением либо конфузорным сжатием каждой статорной ступени давления со стороны ее наибольшего смоченного периметра. 3. The screw gerotor engine with a turbine activator according to claim 1, characterized in that the gaps between the ends of the blades of each rotor pressure stage of the activator turbine and the corresponding hubs of the stator pressure stages of the activator turbine are closed by radial rounding or confuser compression of each stator pressure stage from the side its largest wetted perimeter. 4. Винтовой героторный двигатель с турбинным активатором по п.1, отличающийся тем, что лопатки каждой статорной ступени давления турбины-активатора имеют хорду профиля, располагающуюся под углом от 35 до 55o к плоскости, перпендикулярной ее продольной оси, направление хорды - правый винт.4. A screw gerotor engine with a turbine activator according to claim 1, characterized in that the blades of each stator pressure stage of the activator turbine have a profile chord located at an angle of 35 to 55 ° to a plane perpendicular to its longitudinal axis, the direction of the chord is the right screw . 5. Винтовой героторный двигатель с турбинным активатором по п.1, отличающийся тем, что лопатки каждой роторной ступени давления турбины-активатора имеют хорду профиля, которая располагается под углом от 60 до 90o к плоскости, перпендикулярной ее продольной оси, направление хорды - правый винт.5. A screw gerotor engine with a turbine activator according to claim 1, characterized in that the blades of each rotor pressure stage of the activator turbine have a profile chord, which is located at an angle from 60 to 90 o to the plane perpendicular to its longitudinal axis, the direction of the chord is right screw.
RU2002112487/03A 2002-05-15 2002-05-15 Screw positive-displacement motor with turbine activator RU2203380C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002112487/03A RU2203380C1 (en) 2002-05-15 2002-05-15 Screw positive-displacement motor with turbine activator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002112487/03A RU2203380C1 (en) 2002-05-15 2002-05-15 Screw positive-displacement motor with turbine activator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2203380C1 true RU2203380C1 (en) 2003-04-27

Family

ID=20255681

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002112487/03A RU2203380C1 (en) 2002-05-15 2002-05-15 Screw positive-displacement motor with turbine activator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2203380C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9334691B2 (en) 2010-11-19 2016-05-10 Smith International, Inc. Apparatus and method for controlling or limiting rotor orbit in moving cavity motors and pumps
CN110067524A (en) * 2018-01-23 2019-07-30 中石化石油工程技术服务有限公司 A kind of casing section push tripping in tool
US10612542B2 (en) 2010-11-19 2020-04-07 Smith International, Inc. Apparatus and method for controlling or limiting rotor orbit in moving cavity motors and pumps

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9334691B2 (en) 2010-11-19 2016-05-10 Smith International, Inc. Apparatus and method for controlling or limiting rotor orbit in moving cavity motors and pumps
RU2587202C2 (en) * 2010-11-19 2016-06-20 Смит Интернэшнл, Инк. Assembly for hydraulic downhole motor, method of producing downhole motor and method of making stator of downhole motor
US10612542B2 (en) 2010-11-19 2020-04-07 Smith International, Inc. Apparatus and method for controlling or limiting rotor orbit in moving cavity motors and pumps
CN110067524A (en) * 2018-01-23 2019-07-30 中石化石油工程技术服务有限公司 A kind of casing section push tripping in tool

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105888553A (en) Three-dimensional vibration hydraulic oscillator
CN204163631U (en) A kind of ultromotivity casing pipe running device
CN205422538U (en) Three -dimensional vibration hydroscillator
CN109469445B (en) Bidirectional resonance drilling speed-increasing tool
CN113914780B (en) High-speed balance pdc drill bit for petroleum drilling
CN102425382A (en) Dynamic pressure lubrication drilling tool and drilling tool assembly with same
RU2203380C1 (en) Screw positive-displacement motor with turbine activator
RU2100559C1 (en) Tool for well drilling
US2336336A (en) Rotary turbine bit
US4548283A (en) Rotating shaft seal and bearing lubricating apparatus
RU2689014C1 (en) Stator of screw gerotor hydraulic machine
CN113006696B (en) Drillable reamer for casing running operation
CA2487380C (en) Method of avoiding the need for a scraper run in drill out operations and a downhole drilling motor assembly
CN210977391U (en) Vortex generator
RU2186187C1 (en) Ball bit shaft of downhole motor
CN209244724U (en) Dynamic pushing type rotary motor
RU2652725C1 (en) Stator of screw gyratory hydraulic machine
RU2192533C2 (en) Downhole motor bit shaft
RU2166053C1 (en) Helical face motor
RU2166604C1 (en) Turbo-drill
RU2176015C1 (en) Turbodrill spindle
RU2007535C1 (en) Hydrodynamic device for boring cement bridges in wells
RU2198994C1 (en) Turbodrill-reduction gear
CN204920792U (en) Rock oscillator
RU2110660C1 (en) Insert for cutting facility

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20040516

NF4A Reinstatement of patent
MZ4A Patent is void

Effective date: 20100407