RU2768784C1

RU2768784C1 - Drill string oscillator

Info

Publication number: RU2768784C1
Application number: RU2021114635A
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Тимофеев; Александр Борисович Рыжов; Виктор Сергеевич Пермяков; Роман Вячеславович Дудин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Фирма "Радиус-Сервис"
Priority date: 2021-05-21
Filing date: 2021-05-21
Publication date: 2022-03-24

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: invention relates to hydraulic drives for rotary drilling, namely to drill string oscillators. Oscillator comprises a gerotor screw hydraulic motor, including a stator with a lining with internal helical teeth and a rotor with external helical teeth located inside it, and a valve including a first valve element and a fixed second valve element, first valve element is attached to the rotor and is provided with a shank directed towards the valve, and also comprises a plunger module arranged between the first valve element and the valve pair, including an elastomer lining attached thereto, and also contains radial thrust support of rotation, including hollow shaft installed in radial thrust support of rotation, and also comprises a transmission shaft and a threaded adapter, arranged between the inlet part of the rotor and the hollow shaft of the radial-thrust support of rotation, and also comprises a hydromechanical pulse generator, which includes a housing made of external tubular elements, a mandrel arranged inside the housing, made of telescopically interconnected internal tubular elements, elements for transmitting torque between housing and mandrel during longitudinal movement relative to each other, and also contains a spring module between the housing and the mandrel, a thrust bushing between the upper thrust end of the housing and the spring module, and also comprises an annular piston with seals, placed inside the housing in the hydromechanical pulse generator. Transmission shaft is equipped with an external annular collar on its end part, which is directed to the threaded adapter. Threaded adapter is equipped with a tubular shank directed to the rotor and enclosing the external annular collar. Between the tubular shank of the threaded adapter and the end part of the transmission shaft there is a row of balls installed by one side in the hemispherical recesses on the end part of the transmission shaft, the other side is in the longitudinal semi-cylindrical slots of the tubular shank of the threaded adapter. Row of balls forms a hinge mechanism. Rings with spherical bearing surface are installed on end part of transmission shaft, interacting by spherical surfaces with each other, adjacent to external annular collar on the side directed to engine rotor. Inside the tubular shank of the threaded adapter there is a threaded bushing adjoining the rings with a spherical support surface with the possibility of taking up tensile loads acting on the transmission shaft attached to the rotor. Annular piston with seals is rigidly attached to the mandrel to respond to pressure pulsation of the fluid medium pumped through the drill string.

EFFECT: increased resource and reliability of oscillator, expanded range of energy characteristics of pulsating pressure of fluid medium and mechanical power of generator of hydromechanical pulses with lower level of pressure losses, friction forces of the drill string against the walls of the well are reduced, torsional stresses in the drill string are reduced when drilling horizontal intervals of directional wells, ruling out sticking of drill string, longer life of drill bit and higher rate of drilling.

5 cl, 1 tbl, 13 dwg

Description

Изобретение относится к гидравлическим приводам для вращательного бурения, размещаемым в скважинах, в частности к осцилляторам бурильной колонны, предназначенным для создания гидромеханических импульсов, воздействующих на бурильную колонну.The invention relates to hydraulic drives for rotary drilling placed in wells, in particular to drill string oscillators designed to create hydromechanical impulses acting on the drill string.

Известен забойный инструмент для очистки обсаженного участка скважины, содержащий корпус, входное отверстие для флюида, через которое флюид может войти в корпус, и множество выходных отверстий, через которые флюид может выйти из корпуса и воздействовать на материал стенки скважины, а также компоновку клапанов для избирательного регулирования объема флюида, направленного из выходного отверстия между, по меньшей мере, одним из выходных отверстий и, по меньшей мере, еще одним другим выходным отверстием, при этом с компоновкой клапанов в первой конфигурации больший объем флюида направляется от входного отверстия в указанное, по меньшей мере, одно из выходных отверстий, и меньший объем флюида направляется от входного отверстия в указанное, по меньшей мере, еще одно другое выходное отверстие, и с компоновкой клапанов во второй конфигурации меньший объем флюида направляется из внутренней полости в указанное, по меньшей мере, одно из выходных отверстий и больший объем флюида направляется от входного отверстия в указанное, по меньшей мере, еще одно другое выходное отверстие (US 8251144 В2, 28.08.2012).A downhole tool is known for cleaning a cased section of a well, comprising a body, a fluid inlet through which the fluid can enter the body, and a plurality of outlets through which the fluid can exit the body and act on the material of the well wall, as well as a valve arrangement for selective control of the volume of fluid directed from the outlet between at least one of the outlets and at least one other outlet, while with the arrangement of valves in the first configuration, a larger volume of fluid is directed from the inlet to the specified at least at least one of the outlets, and a smaller volume of fluid is directed from the inlet to said at least one other outlet, and with the arrangement of valves in the second configuration, a smaller volume of fluid is directed from the internal cavity to said at least one from the outlets and a larger volume of fluid is directed from the inlet one hole in the specified at least one other outlet (US 8251144 B2, 28.08.2012).

Недостатком известной конструкции является невозможность ее использования в компоновке низа бурильной колонны (КНБК) для создания гидромеханических импульсов с заданной частотой и амплитудой колебаний для снижения сил трения бурильной колонны о стенки скважины, уменьшения крутильных напряжений в бурильной колонне при бурении горизонтальных интервалов наклонно-направленных скважин, а также для предотвращения прихвата бурильной колонны, возникающего под действием перепада давления, что объясняется отсутствием выходной проточной части, необходимой для подачи бурового раствора под давлением в КНБК для привода ротора гидравлического двигателя с долотом.The disadvantage of the known design is the impossibility of its use in the layout of the bottom of the drill string (BHA) to create hydromechanical pulses with a given frequency and amplitude of oscillations to reduce the friction forces of the drill string against the borehole walls, reduce torsional stresses in the drill string when drilling horizontal intervals of directional wells, as well as to prevent sticking of the drill string, which occurs under the action of a pressure drop, which is explained by the absence of an outlet flow path necessary to supply drilling fluid under pressure to the BHA to drive the rotor of a hydraulic motor with a bit.

Недостатком известной конструкции является также жесткое закрепление колеблющейся пластины 34 из твердого сплава (карбида вольфрама) в клапанном элементе 22, который определяет главную продольную ось 20, и жестко скреплен резьбой с ротором 52, вследствие этого не обеспечивается ресурс пластин из твердого сплава, основные дефекты известной конструкции - выкрашивания, сколы и разрушения скользящих контактных прямоугольных торцов колеблющейся клапанной пластины 34 и неподвижной клапанной пластины 24, также выполненной из твердого сплава, изображено на фиг. 2.The disadvantage of the known design is also the rigid fastening of the oscillating plate 34 made of hard alloy (tungsten carbide) in the valve element 22, which defines the main longitudinal axis 20, and is rigidly threaded to the rotor 52, as a result, the service life of the hard alloy plates is not provided, the main defects of the well-known structure - chipping, chipping and destruction of the sliding contact rectangular ends of the oscillating valve plate 34 and the fixed valve plate 24, also made of hard alloy, is shown in Fig. 2.

Известно забойное импульсное устройство в сочетании с бурильной колонной, включающей насосно-компрессорные трубы, буровой двигатель, состоящий из статора, подсоединенного к насосно-компрессорным трубам, и ротора, зафиксированного в статоре таким образом, чтобы вращаться относительно статора и насосно-компрессорных труб под влиянием потока бурового флюида под давлением в насосно-компрессорных трубах, буровое долото, присоединенное к нижнему концу ротора бурового двигателя таким образом, чтобы вращаться с ротором бурового двигателя, и фиксатор ротора, забойное импульсное устройство, включающее трубчатый корпус, соединенный с насосно-компрессорными трубами, корпусом, имеющим осевое отверстие, простирающееся вдоль оси, чтобы сделать возможным проход через него бурового флюида, клапан, размещенный в отверстии трубчатого корпуса и определяющий размер сечения для потока бурового флюида, клапан, состоящий из неподвижной части, неподвижно расположенный относительного трубчатого корпуса, и вращающейся части, подвижно расположенной в трубчатом корпусе таким образом, чтобы изменять площадь проходного сечения за счет вращения вращающейся части относительно неподвижной части, а также приводное звено, расположенное между вращающейся частью клапана и ротором бурового двигателя, так чтобы вращать вращающуюся часть клапана относительно насосно-компрессорных труб вместе с ротором бурового двигателя, при этом фиксатор ротора включает кольцевой стопорный элемент, монтированный последовательно с насосно-компрессорными трубами между корпусом статора бурового двигателя и трубчатым корпусом импульсного устройства и фиксирующий элемент, проходящий через стопорный элемент таким образом, чтобы подсоединяться между ротором бурового двигателя и приводным звеном, а также фиксирующий элемент, включающий часть увеличенного размера над стопорным элементом, который не может проходить через кольцевой стопорный элемент (US 8181719 В2, 22.05.2012).Known downhole impulse device in combination with a drill string, including tubing, drilling motor, consisting of a stator connected to the tubing, and a rotor fixed in the stator so as to rotate relative to the stator and tubing under the influence flow of drilling fluid under pressure in the tubing, a drill bit connected to the lower end of the drilling motor rotor so as to rotate with the drilling motor rotor, and a rotor lock, a downhole impulse device, including a tubular body connected to the tubing, a body having an axial opening extending along the axis to allow the drilling fluid to pass through it, a valve located in the hole of the tubular body and determining the size of the section for the flow of the drilling fluid, a valve consisting of a fixed part, fixedly located relative to the tubular body, and rotating moving part, movably located in the tubular body in such a way as to change the area of the passage section due to the rotation of the rotating part relative to the fixed part, as well as the drive link located between the rotating part of the valve and the rotor of the drilling motor, so as to rotate the rotating part of the valve relative to the pump-compressor pipes together with the drilling motor rotor, wherein the rotor retainer includes an annular locking element mounted in series with the tubing between the drilling motor stator housing and the tubular casing of the impulse device and the locking element passing through the locking element so as to be connected between the drilling motor rotor and a drive link, as well as a locking element, including an oversized part above the locking element, which cannot pass through the annular locking element (US 8181719 B2, 05/22/2012).

Недостатком известной конструкции является увеличивающийся при работе продольный люфт плунжера 80, а также необходимость настройки расходного сечения 64 в положении, когда перекрываются каналы 70 плунжера 80 при помощи резьбовой втулки 48 и винтов 52, при этом плунжер 80 удерживается в продольном направлении карданным валом 72, переходником 32, ротором 20 винтового героторного двигателя, шпиндельным узлом, скрепленным с долотом 22, и определяет величину продольного люфта плунжера 80, щелевого конического канала 64 и расход бурового раствора через сечения 64, изображено на фиг. 4, 6, 8.The disadvantage of the known design is the longitudinal play of the plunger 80 that increases during operation, as well as the need to adjust the flow section 64 in a position where the channels 70 of the plunger 80 are blocked using a threaded sleeve 48 and screws 52, while the plunger 80 is held in the longitudinal direction by the cardan shaft 72, an adapter 32, a rotor 20 of a screw gyratory motor, a spindle assembly fastened to a bit 22, and determines the value of the longitudinal play of the plunger 80, the slotted conical channel 64 and the flow rate of the drilling fluid through the sections 64, is shown in FIG. 4, 6, 8.

Вследствие этого, по мере наработки известного забойного импульсного устройства в компоновке бурильной колонны, снижаются энергетические характеристики импульсов давления текучей среды, направленных против потока в сторону ударного инструмента, а также не обеспечивается механическая мощность ударного инструмента, необходимого для уменьшения сил трения бурильной колонны о стенки скважины, уменьшения крутильных напряжений в бурильной колонне при бурении горизонтальных интервалов наклонно-направленных скважин, а также для предотвращения прихвата бурильной колонны.As a result, as the well-known downhole impulse device in the drill string assembly is used up, the energy characteristics of the fluid pressure pulses directed against the flow towards the percussion tool are reduced, and the mechanical power of the percussion tool necessary to reduce the friction forces of the drill string against the borehole walls is not provided. , reducing torsional stresses in the drill string when drilling horizontal intervals of directional wells, as well as to prevent sticking of the drill string.

Другим недостатком известной конструкции является увеличение вероятности гидроабразивного размыва щелевого конического канала 64, что объясняется тем, что твердые абразивные частицы бурового раствора, например, до 2% песка с размерами 0,15÷0,95 мм и до 5% нефтепродуктов полимер - глинистого бурового раствора плотностью 1,16÷1,26 г/см³, прокачиваемого при гидростатическом давлении, например, 25÷40 МПа, при воздействии на плунжер 80 усилия от долота 22, направленного от забоя скважины на забойное импульсное устройство, передающегося через ротор 20 объемного двигателя, переходник 32 и карданный вал 72, увеличивают износ соединений и продольный люфт плунжера 80, вследствие этого уменьшается проходное сечение щелевого конического канала 64, скорость течения бурового раствора через щелевой конический канал 64 возрастает, не обеспечивается требуемая механическая мощность ударного инструмента и амплитуда колебаний бурильной колонны для снижения сил трения бурильной колонны о стенки скважины.Another disadvantage of the known design is an increase in the likelihood of hydroabrasive erosion of the slotted conical channel 64, which is explained by the fact that solid abrasive particles of the drilling fluid, for example, up to 2% sand with sizes of 0.15÷0.95 mm and up to 5% oil polymer - clay drilling a solution with a density of 1.16÷1.26 g/cm ³ pumped at hydrostatic pressure, for example, 25÷40 MPa, when the plunger 80 is subjected to force from the bit 22 directed from the bottom of the well to the downhole impulse device transmitted through the volumetric rotor 20 motor, adapter 32 and cardan shaft 72, increase the wear of the joints and the longitudinal play of the plunger 80, as a result, the flow area of the slotted conical channel 64 decreases, the flow rate of the drilling fluid through the slotted conical channel 64 increases, the required mechanical power of the impact tool and the amplitude of the drilling fluctuations are not provided. columns to reduce the friction forces of the drill string against the borehole walls.

Известно импульсное устройство потока для обеспечения ударного эффекта, содержащее корпус для установки в колонне, на корпусе имеется сквозное отверстие для обеспечения прохождения жидкости через него, клапан, расположенный в отверстии, для обеспечения прохода потока, включающий компонент клапана, который является подвижным для того, чтобы изменять площадь прохождения текучей среды, предназначенный для изменения потока текучей среды, проходящей через него, а также гидравлический забойный двигатель с гидравлическим приводом, функционально связанный с клапаном для привода компонента клапана и устройство, чувствительное к давлению, которое расширяется или сужается в ответ на изменение давления жидкости, создающееся посредством изменения потока жидкости, при этом сужение и расширение устройства, чувствительного к давлению, обеспечивает ударный эффект (US 6279670 В1, 28.08.2001).A pulse flow device for providing an impact effect is known, comprising a housing for installation in a column, the housing has a through hole to ensure the passage of liquid through it, a valve located in the hole to ensure the passage of the flow, including a valve component that is movable in order to change the area of the passage of the fluid, designed to change the flow of the fluid passing through it, as well as a hydraulically driven downhole motor operably associated with the valve to drive the valve component and a pressure-sensitive device that expands or contracts in response to a change in pressure fluid, created by changing the fluid flow, while the narrowing and expansion of the pressure-sensitive device provides a shock effect (US 6279670 B1, 28.08.2001).

Недостатком известной конструкции является ее сложность и высокая стоимость, а также то, что импульсная сила используется преимущественно для создания эффекта ударного бурения на долоте, вследствие этого снижаются технологические возможности использования в компоновке низа бурильной колонны для создания гидромеханических импульсов с заданной частотой и амплитудой колебаний, воздействующих на колонну для снижения сил трения вращающейся бурильной колонны о стенки скважины, уменьшения крутильных напряжений в бурильной колонне при бурении горизонтальных интервалов наклонно-направленных скважин, а также для предотвращения прихвата бурильной колонны.The disadvantage of the known design is its complexity and high cost, as well as the fact that the impulse force is used mainly to create the effect of percussive drilling on the bit, as a result, the technological possibilities of using the bottom hole assembly to create hydromechanical impulses with a given frequency and amplitude of oscillations that affect on the string to reduce the friction forces of the rotating drill string against the borehole walls, reduce torsional stresses in the drill string when drilling horizontal intervals of directional wells, and also to prevent sticking of the drill string.

Недостатком известной конструкции является также размещение на входе в двигатель расходной вставки 14 (изображено на фиг. 2), при этом твердые абразивные частицы бурового раствора, например, до 2% песка с размерами 0,15÷0,95 мм и до 5% нефтепродуктов полимер - глинистого бурового раствора плотностью 1,16÷1,26 г/см³, прокачиваемого при гидростатическом давлении, например, 25÷35 МПа, приводят к шламованию бурового раствора в расходной вставке 14, которая перекрывает траекторию потока бурового раствора, а также к потерям давления при прохождении через отверстия вставки 14, вследствие этого в бурильной колонне возникают гидравлические удары, не обеспечиваются энергетические характеристики пульсирующего давления текучей среды, направленного в сторону ударного инструмента 3 (US 6588518 В2, Jul. 8, 2003), чувствительного к давлению для создания импульсной силы на участок бурильной колонны, где импульсная сила используется только для создания эффекта ударного бурения на долоте.A disadvantage of the known design is also the placement of a consumable insert 14 at the inlet to the engine (shown in Fig. 2), while solid abrasive particles of the drilling fluid, for example, up to 2% sand with sizes of 0.15÷0.95 mm and up to 5% oil products polymer - clay drilling fluid with a density of 1.16÷1.26 g/cm ³ , pumped at hydrostatic pressure, for example, 25÷35 MPa, lead to sludge drilling fluid in the expendable insert 14, which blocks the flow path of the drilling fluid, as well as to pressure losses when passing through the holes of the insert 14, as a result, hydraulic shocks occur in the drill string, the energy characteristics of the pulsating pressure of the fluid directed towards the percussion tool 3 (US 6588518 B2, Jul. 8, 2003), which is sensitive to pressure to create impulse force to the section of the drill string, where the impulse force is used only to create the effect of percussive drilling on the bit.

Известно ударно-вращательное устройство, содержащее корпус, приспособленный для монтажа на опорном элементе, объемный двигатель, имеющий статор и ротор, в котором при эксплуатации ротор колеблется, вращаясь и перемещаясь в поперечном направлении внутри статора, и клапан, включающий колеблющийся первый клапанный элемент и неподвижный второй клапанный элемент, причем каждый клапанный элемент образует клапанное отверстие и имеет основную продольную ось, первый клапанный элемент соединен с ротором и имеет возможность перемещения относительно второго клапанного элемента, а при эксплуатации клапанные элементы взаимодействуют, совместно образуя переменное проходное сечение через клапан, и, по меньшей мере, одно из отверстий клапанных элементов смещено от соответствующей основной продольной оси (RU 2362866 С2, 27.07.2009).Known shock-rotary device containing a housing adapted for mounting on a support element, positive displacement motor having a stator and a rotor, in which the rotor oscillates during operation, rotating and moving in the transverse direction inside the stator, and a valve that includes an oscillating first valve element and a fixed the second valve element, wherein each valve element forms a valve opening and has a main longitudinal axis, the first valve element is connected to the rotor and is movable relative to the second valve element, and in operation the valve elements interact to form a variable flow area through the valve, and, according to at least one of the openings of the valve elements is offset from the corresponding main longitudinal axis (RU 2362866 C2, 27.07.2009).

При работе перепад давления бурового раствора через винтовой героторный гидравлический двигатель 19 сдвигает в сторону клапанного устройства 30 ротор 24, этой силе препятствует клапанное устройство 30, управляемое (вращаемое) ротором 24 двигателя 19, при этом перепад давления может быть через двигатель 19 в противоположном направлении и может сдвигать ротор 24 в сторону упора 32 с поперечной стенкой, расположенного на входе в двигатель, вследствие этого ротор 24 сам является источником знакопеременных осевых ударных нагрузок.During operation, the drilling fluid pressure drop through the screw gerotor hydraulic motor 19 shifts the rotor 24 towards the valve device 30, this force is prevented by the valve device 30, controlled (rotated) by the rotor 24 of the engine 19, while the pressure drop can be through the engine 19 in the opposite direction and can shift the rotor 24 towards the stop 32 with a transverse wall located at the engine inlet, as a result of which the rotor 24 itself is a source of alternating axial shock loads.

Недостатком известной конструкции является жесткое закрепление колеблющейся пластины 34 из твердого сплава (карбида вольфрама) в клапанном элементе 38, который определяет главную продольную ось А, и жестко скреплен резьбой 42 с ротором 24, вследствие этого не обеспечивается ресурс, при этом основные дефекты известной конструкции -выкрашивания, сколы и разрушения скользящих контактных прямоугольных торцов колеблющейся пластины 34 и неподвижной клапанной пластины 36, также из твердого сплава, изображено на фиг. 3, 5.The disadvantage of the known design is the rigid fastening of the oscillating plate 34 made of hard alloy (tungsten carbide) in the valve element 38, which defines the main longitudinal axis A, and is rigidly fastened with a thread 42 to the rotor 24, as a result, the resource is not provided, while the main defects of the known design are chipping, chipping and destruction of the sliding contact rectangular ends of the oscillating plate 34 and the fixed valve plate 36, also made of hard alloy, is shown in Fig. 3, 5.

Другим недостатком известной конструкции является размещение на входе в двигатель упора 32 с отверстиями 19 в поперечной стенке, при этом твердые абразивные частицы бурового раствора, например, до 2% песка с размерами 0,15÷0,95 мм и до 5% нефтепродуктов полимер - глинистого бурового раствора плотностью 1,16÷1,26 г/см³, прокачиваемого при гидростатическом давлении, например, 25÷35 МПа, приводят к шламованию бурового раствора на поперечной стенке упора 32, который перекрывает траекторию потока бурового раствора, а также к потерям давления при прохождении через отверстия упора 32, вследствие этого в бурильной колонне возникают гидравлические удары, не обеспечивается требуемая механическая мощность ударного инструмента и амплитуда колебаний бурильной колонны для снижения сил трения бурильной колонны о стенки скважины, уменьшения крутильных напряжений в бурильной колонне при бурении горизонтальных интервалов наклонно-направленных скважин, а также для предотвращения прихвата бурильной колонны.Another disadvantage of the known design is the placement of a stop 32 with holes 19 in the transverse wall at the entrance to the engine, while solid abrasive particles of the drilling fluid, for example, up to 2% sand with sizes of 0.15÷0.95 mm and up to 5% oil polymer - clay drilling fluid with a density of 1.16÷1.26 g/cm ³ pumped at hydrostatic pressure, for example, 25÷35 MPa, lead to mud mud on the transverse wall of the stop 32, which blocks the flow path of the drilling mud, as well as to losses pressure when passing through the holes of the stop 32, as a result, hydraulic shocks occur in the drill string, the required mechanical power of the impact tool and the amplitude of the drill string oscillations are not provided to reduce the friction forces of the drill string against the borehole walls, reduce torsional stresses in the drill string when drilling horizontal intervals at an angle - directional wells, as well as to prevent sticking of the drill nny.

Известен осциллятор для бурильной колонны, содержащий героторный винтовой гидравлический двигатель, включающий статор с закрепленной в нем обкладкой из эластомера с внутренними винтовыми зубьями и расположенный внутри статора ротор с наружными винтовыми зубьями, вращение ротора осуществляется насосной подачей текучей среды, число зубьев ротора на единицу меньше числа зубьев обкладки из эластомера, ходы винтовых зубьев обкладки из эластомера и ротора пропорциональны их числам зубьев, центральные продольные оси ротора и обкладки из эластомера смещены между собой на величину эксцентриситета, и клапан, включающий первый клапанный элемент и неподвижный второй клапанный элемент, первый клапанный элемент снабжен первой клапанной пластиной, второй клапанный элемент снабжен установленной в нем второй клапанной пластиной, причем второй клапанный элемент с установленной в нем второй клапанной пластиной образует клапанное отверстие и имеет основную продольную ось, первый клапанный элемент скреплен с ротором и имеет возможность перемещения относительно второго клапанного элемента, а при эксплуатации клапанные элементы взаимодействуют, совместно образуя переменное проходное сечение для текучей среды через клапан, при этом осциллятор содержит плунжерный модуль, скрепленный с первым клапанным элементом, первая клапанная пластина размещена внутри плунжерного модуля с возможностью продольного перемещения, а плунжерный модуль снабжен пружинным устройством, нагружающим первую клапанную пластину для постоянного контакта со второй клапанной пластиной, размещенной во втором клапанном элементе, при этом первая клапанная пластина, размещенная в плунжерном модуле, имеет сплошной торец для контакта со второй клапанной пластиной, установленной во втором клапанном элементе и образующей клапанное отверстие, а также содержит трансмиссионный вал, скрепленный с входной частью ротора, радиально-упорную опору вращения, включающую полый вал, установленный в указанной радиально-упорной опоре вращения с возможностью вращения и скрепленный с трансмиссионным валом, и генератор гидромеханических импульсов, расположенный выше по потоку от радиально-упорной опоры вращения, содержащий корпус, выполненный из наружных трубчатых элементов, размещенную внутри корпуса оправку, выполненную из внутренних трубчатых элементов, телескопически соединенных между собой, элементы для передачи крутящего момента между корпусом и оправкой при продольном перемещении относительно друг друга, указанные трубчатые элементы оснащены резьбами, а также содержащий пружинный модуль между корпусом и оправкой, упорную втулку между верхним упорным торцом корпуса и пружинным модулем, указанные наружные трубчатые элементы, имеющие расположенные вдоль верхний и нижний упорные торцы на противоположных краях пружинного модуля, верхний упорный торец первого трубчатого элемента и нижний торец второго трубчатого элемента, одновременно зацепляющие и нагружающие пружинный модуль при продольном сжатии указанных трубчатых элементов относительно друг друга, верхний упорный торец второго трубчатого элемента и нижний упорный торец первого трубчатого элемента, одновременно зацепляющие и нагружающие пружинный модуль при растяжении указанных трубчатых элементов относительно друг друга, кольцевой поршень с уплотнениями на наружной и внутренней поверхностях, установленный между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью оправки, реагирующий на давление текучей среды, а также содержащий уплотнения в верхней части между корпусом и оправкой и камеру для рабочей жидкости - масла, ограниченную уплотнениями в верхней части корпуса и уплотнениями кольцевого поршня между корпусом и оправкой, и упорное кольцо, установленное на внутреннем трубчатом элементе, составляющем нижнюю часть оправки, при этом вращательный привод для передачи момента между оправкой и корпусом при продольном перемещении относительно друг друга снабжен ударным кольцом, установленным в оправке с возможностью продольного перемещения оправки с ударным кольцом внутри упорной втулки (RU 2565316 С1, 20.10.2015).Known oscillator for the drill string, containing a gerotor screw hydraulic motor, including a stator with a fixed elastomer lining with internal helical teeth and a rotor with external helical teeth located inside the stator, the rotation of the rotor is carried out by pumping fluid, the number of teeth of the rotor is one less than the number teeth of the elastomer lining, the strokes of the helical teeth of the elastomer lining and the rotor are proportional to their numbers of teeth, the central longitudinal axes of the rotor and the elastomer lining are offset from each other by an eccentricity value, and the valve, which includes the first valve element and the stationary second valve element, the first valve element is provided with the first valve plate, the second valve element is provided with a second valve plate installed therein, and the second valve element with the second valve plate installed therein forms a valve hole and has a main longitudinal axis, the first valve element is fastened with the rotor and has the ability to move relative to the second valve element, and during operation, the valve elements interact, jointly forming a variable flow area for the fluid through the valve, while the oscillator contains a plunger module fastened to the first valve element, the first valve plate is placed inside the plunger module with the possibility of longitudinal movement, and the plunger module is provided with a spring device that loads the first valve plate for constant contact with the second valve plate located in the second valve element, while the first valve plate located in the plunger module has a solid end face for contact with the second valve plate, installed in the second valve element and forming a valve hole, and also contains a transmission shaft fastened to the input part of the rotor, a radial-thrust rotation bearing, including a hollow shaft installed in the specified radial-thrust rotation bearing with the possibility of rotation and fastened to the transmission shaft, and a generator of hydromechanical impulses located upstream of the radial-thrust rotation bearing, containing a housing made of outer tubular elements, a mandrel located inside the housing, made of internal tubular elements telescopically connected to each other, elements for transmitting torque between the body and the mandrel during longitudinal movement relative to each other, these tubular elements are equipped with threads, and also containing a spring module between the body and the mandrel, a thrust sleeve between the upper thrust end of the body and the spring module, said outer tubular elements having a upper and lower thrust ends on opposite edges of the spring module, the upper thrust end of the first tubular element and the lower end of the second tubular element, simultaneously engaging and loading the spring module during longitudinal compression of the said tubular elements c relative to each other, the upper thrust end of the second tubular element and the lower thrust end of the first tubular element, simultaneously engaging and loading the spring module when the said tubular elements are stretched relative to each other, an annular piston with seals on the outer and inner surfaces, installed between the inner surface of the housing and the outer surface of the mandrel, responsive to fluid pressure, and also containing seals in the upper part between the body and the mandrel and a chamber for the working fluid - oil, limited by seals in the upper part of the body and seals of the annular piston between the body and the mandrel, and a thrust ring mounted on the inner tubular element constituting the lower part of the mandrel, while the rotary drive for transmitting moment between the mandrel and the body during longitudinal movement relative to each other is provided with a shock ring installed in the mandrel with the possibility of longitudinal movement of the mandrel with an arched ring inside the thrust sleeve (RU 2565316 C1, 10/20/2015).

Недостатком известной конструкции является неполная возможность увеличения ресурса и надежности вследствие высокой активности кавитационных процессов потока гидроабразивной среды, например, полимер - глинистого бурового раствора, плотностью 1,16÷1,26 г/см³, содержащего до 2% песка с размерами 0,15÷0,95 мм и до 10% нефтепродуктов, прокачиваемого при гидростатическом давлении, например, 20÷35 МПа, что объясняется интенсивным абразивным и эрозионным износом (размывом) плунжерного модуля 23, жестко скрепленного с клапанным элементом 14 при помощи общей резьбы 24, а также клапанной пластины 16 из твердого сплава, размещенной в плунжере 27, установленном в отверстии 28 плунжерного модуля 23 с возможностью телескопического перемещения вдоль центральной продольной оси 29, а также шламованием и прихватом пружинного устройства 30, зафиксированного гайкой 31, нагружающего плунжер 27 с размещенной в ней клапанной пластиной 16, имеющей сплошной торец 33 для контакта с торцом 34 клапанной пластины 17, установленной в клапанном элементе 15 и образующей клапанное отверстие 18, совместно образуя переменное проходное сечение 22 для текучей среды 7 через клапан 13.The disadvantage of the known design is the incomplete possibility of increasing the resource and reliability due to the high activity of cavitation processes in the flow of a hydroabrasive medium, for example, a polymer - clay drilling fluid, with a density of 1.16÷1.26 g/cm ³ containing up to 2% sand with a size of 0.15 ÷ 0.95 mm and up to 10% of oil products pumped at hydrostatic pressure, for example, 20 ÷ 35 MPa, which is explained by intense abrasive and erosive wear (washout) of the plunger module 23, rigidly fastened to the valve element 14 using a common thread 24, and also valve plate 16 made of hard alloy, placed in the plunger 27, installed in the hole 28 of the plunger module 23 with the possibility of telescopic movement along the central longitudinal axis 29, as well as by sludge and sticking of the spring device 30, fixed by the nut 31, loading the plunger 27 with placed in it valve plate 16 having a solid end 33 for contact with the end face 34 of the valve plate 17 installed in the valve element 15 and forming the valve opening 18, together forming a variable flow area 22 for the fluid 7 through the valve 13.

В известной конструкции поток текучей среды 7 направляется через колонну бурильных труб, в которой содержится осциллятор, в клапан 13 снаружи, из полости внутри осциллятора, охватывающей плунжерный модуль 23, в промежуток между торцом 33 клапанной пластины 16 и торцом 34 клапанной пластины 17, причем клапанная пластина 16, размещенная в плунжере 27 внутри плунжерного модуле 23, имеет сплошной торец 33 для контакта с торцом 34 клапанной пластины 17, установленной в клапанном элементе 15 и образующей клапанное отверстие 18, совместно образуя переменное проходное сечение 22 для текучей среды 7 - бурового раствора через клапан 13, вследствие этого известная конструкция имеет недостаток: металлические частицы (стружка и окалина), прошедшие сквозь фильтр бурильной колонны, тормозятся и подвергаются шламованию на торце неподвижного клапанного элемента 15 и на торце 34 клапанной пластины 17, установленной в клапанном элементе 15, вследствие этого не предотвращается возможность попадания абразивных частиц, прошедших через фильтр бурильной колонны, между контактирующими торцами 33 и 34 клапанных пластин 16, 17, что нарушает работу осциллятора в скважине.In a well-known design, the flow of fluid 7 is directed through the drill string, which contains the oscillator, into the valve 13 from the outside, from the cavity inside the oscillator, covering the plunger module 23, into the gap between the end 33 of the valve plate 16 and the end 34 of the valve plate 17, and the valve plate 16, placed in the plunger 27 inside the plunger module 23, has a solid end 33 for contact with the end 34 of the valve plate 17 installed in the valve element 15 and forming the valve hole 18, together forming a variable flow area 22 for the fluid 7 - drilling fluid through valve 13, as a result, the known design has a drawback: metal particles (chips and scale) that have passed through the filter of the drill string are slowed down and subjected to sludge at the end of the fixed valve element 15 and at the end 34 of the valve plate 17 installed in the valve element 15, as a result does not prevent the possibility of abrasion clear particles that have passed through the filter of the drill string, between the contact ends 33 and 34 of the valve plates 16, 17, which disrupts the operation of the oscillator in the well.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является осциллятор для бурильной колонны, содержащий героторный винтовой гидравлический двигатель, включающий трубчатый статор с закрепленной в нем обкладкой из эластомера с внутренними винтовыми зубьями и расположенный внутри статора ротор с наружными винтовыми зубьями, вращение ротора осуществляется насосной подачей текучей среды, число зубьев ротора на единицу меньше числа зубьев обкладки из эластомера, ходы винтовых зубьев обкладки из эластомера и ротора пропорциональны их числам зубьев, а центральные продольные оси ротора и обкладки из эластомера в статоре смещены между собой на величину эксцентриситета, и клапан, включающий первый клапанный элемент и неподвижный второй клапанный элемент, первый клапанный элемент снабжен установленной в нем первой клапанной пластиной, второй клапанный элемент снабжен установленной в нем второй клапанной пластиной, причем второй клапанный элемент с установленной в нем второй клапанной пластиной образует клапанное отверстие и имеет основную продольную ось, первый клапанный элемент скреплен с ротором и имеет возможность перемещения относительно второго клапанного элемента, а при эксплуатации клапанные элементы взаимодействуют, совместно образуя переменное проходное сечение для текучей среды через клапан, а также содержащий плунжерный модуль, размещенный между первым клапанным элементом и клапанной парой, а также содержащий трансмиссионный вал, скрепленный с входной частью ротора, радиально-упорную опору вращения, включающую полый вал, установленный в упомянутой радиально-упорной опоре вращения с возможностью вращения и скрепленный с трансмиссионным валом, и генератор гидромеханических импульсов, расположенный выше по потоку от радиально-упорной опоры вращения, содержащий корпус, выполненный из наружных трубчатых элементов, размещенную внутри корпуса оправку, выполненную из внутренних трубчатых элементов, телескопически соединенных между собой, элементы для передачи крутящего момента между корпусом и оправкой при продольном перемещении относительно друг друга, указанные трубчатые элементы оснащены резьбами, а также содержащий пружинный модуль между корпусом и оправкой, упорную втулку между верхним упорным торцом корпуса и пружинным модулем, указанные наружные трубчатые элементы, имеющие расположенные вдоль верхний и нижний упорные торцы на противоположных краях пружинного модуля, верхний упорный торец первого трубчатого элемента и нижний упорный торец второго трубчатого элемента, одновременно зацепляющие и нагружающие пружинный модуль при продольном сжатии указанных трубчатых элементов относительно друг друга, верхний упорный торец второго трубчатого элемента и нижний упорный торец первого трубчатого элемента, одновременно зацепляющие и нагружающие пружинный модуль при растяжении указанных трубчатых элементов относительно друг друга, кольцевой поршень с уплотнениями на наружной и внутренней поверхностях, установленный между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью оправки, а также содержащий уплотнения в верхней части между корпусом и оправкой и камеру для рабочей жидкости - масла, ограниченную уплотнениями в верхней части корпуса и уплотнениями кольцевого поршня между корпусом и оправкой, и упорное кольцо, установленное на внутреннем трубчатом элементе, составляющем нижнюю часть оправки, при этом вращательный привод для передачи момента между оправкой и корпусом при продольном перемещении относительно друг друга снабжен ударным кольцом, установленным в оправке с возможностью продольного перемещения оправки с ударным кольцом внутри упорной втулки, при этом первый клапанный элемент, скрепленный с ротором, снабжен трубчатым хвостовиком, направленным к клапану, внутренняя полость трубчатого хвостовика первого клапанного элемента выполнена с возможностью сообщения с потоком текучей среды на выходе из героторного винтового гидравлического двигателя и образования проточного канала через внутреннюю полость трубчатого хвостовика к клапану, а плунжерный модуль содержит закрепленную внутри него обкладку из эластомера и установлен на трубчатом хвостовике первого клапанного элемента с возможностью вращения и продольного перемещения относительно упомянутого трубчатого хвостовика первого клапанного элемента, при этом первая клапанная пластина выполнена в виде скрепленной с плунжерным модулем дроссельной втулки с проточным каналом, внутренний профиль которого выполнен конфузорным вниз по потоку, максимальное смещение центральной продольной оси проточного канала дроссельной втулки относительно центральной продольной оси обкладки из эластомера в статоре равно удвоенной величине эксцентриситета центральной продольной оси ротора относительно центральной продольной оси обкладки из эластомера в статоре, а максимальное смещение центральной продольной оси проточного канала второй неподвижной втулки относительно центральной продольной оси обкладки из эластомера в статоре равно величине эксцентриситета центральной продольной оси ротора относительно центральной продольной оси обкладки из эластомера в статоре (RU 2645198 С1, 16.02.2018).Closest to the claimed invention is an oscillator for a drill string containing a gerotor screw hydraulic motor, including a tubular stator with a fixed elastomer lining with internal helical teeth and a rotor with external helical teeth located inside the stator, the rotation of the rotor is carried out by pumping the fluid medium, the number of the rotor teeth is one less than the number of teeth of the elastomer lining, the strokes of the helical teeth of the elastomer lining and the rotor are proportional to their numbers of teeth, and the central longitudinal axes of the rotor and the elastomer lining in the stator are displaced from each other by the amount of eccentricity, and the valve, which includes the first valve element and a fixed second valve element, the first valve element is provided with a first valve plate installed therein, the second valve element is provided with a second valve plate installed therein, the second valve element with the second valve plate installed therein forming a valve opening and has a main longitudinal axis, the first valve element is fastened to the rotor and has the ability to move relative to the second valve element, and during operation, the valve elements interact, jointly forming a variable flow area for the fluid through the valve, and also containing a plunger module located between the first a valve element and a valve pair, as well as containing a transmission shaft fastened to the input part of the rotor, an angular contact rotation bearing, including a hollow shaft mounted in the said radial contact rotation bearing with the possibility of rotation and fastened to the transmission shaft, and a generator of hydromechanical impulses, located upstream from the angular contact support of rotation, containing a body made of external tubular elements, a mandrel placed inside the body, made of internal tubular elements telescopically connected to each other, elements for transmitting torque between at the body and the mandrel during longitudinal movement relative to each other, these tubular elements are equipped with threads, as well as containing a spring module between the body and the mandrel, a thrust sleeve between the upper thrust end of the body and the spring module, said outer tubular elements having upper and lower thrust ends on opposite edges of the spring module, the upper thrust end of the first tubular element and the lower thrust end of the second tubular element, simultaneously engaging and loading the spring module when the said tubular elements are longitudinally compressed relative to each other, the upper thrust end of the second tubular element and the lower thrust end of the first tubular element , simultaneously engaging and loading the spring module when the specified tubular elements are stretched relative to each other, an annular piston with seals on the outer and inner surfaces, installed between the inner surface of the housing and the outer along the top of the mandrel, as well as containing seals in the upper part between the body and the mandrel and a chamber for the working fluid - oil, limited by seals in the upper part of the body and seals of the annular piston between the body and the mandrel, and a thrust ring mounted on the inner tubular element constituting the lower part of the mandrel, wherein the rotary actuator for transmitting torque between the mandrel and the body during longitudinal movement relative to each other is provided with a shock ring installed in the mandrel with the possibility of longitudinal movement of the mandrel with a shock ring inside the thrust sleeve, while the first valve element fastened to the rotor is provided with a tubular shank directed to the valve, the inner cavity of the tubular shank of the first valve element is configured to communicate with the fluid flow at the outlet of the gerotor screw hydraulic motor and form a flow channel through the inner cavity of the tubular shank to the valve, and the plunger module contains an elastomer lining fixed inside it and is mounted on the tubular shank of the first valve element with the possibility of rotation and longitudinal movement relative to the said tubular shank of the first valve element, while the first valve plate is made in the form of a throttle sleeve fastened to the plunger module with a flow channel, the inner the profile of which is made confusing downstream, the maximum displacement of the central longitudinal axis of the flow channel of the throttle sleeve relative to the central longitudinal axis of the elastomer lining in the stator is equal to twice the eccentricity of the central longitudinal axis of the rotor relative to the central longitudinal axis of the elastomer lining in the stator, and the maximum displacement of the central longitudinal axis of the flow channel of the second fixed bushing relative to the central longitudinal axis of the elastomer lining in the stator is equal to the value of the eccentricity of the central longitudinal axis of the rotor relative to relative to the central longitudinal axis of the elastomer lining in the stator (RU 2645198 C1, 02/16/2018).

Недостатком известной конструкции является неполная возможность увеличения ресурса и надежности вследствие того, что она содержит трансмиссионный вал 47, по существу, гибкий торсионный вал 47, жестко скрепленный с входной частью 48 ротора 5 двигателя 1 и выходной частью полого вала 50, установленного в радиально-упорной опоре 49 вращения и скрепленного с торсионным валом 47 при помощи переходника 51, предназначенного для направления потока текучей среды 7 из полого вала 50 на вход героторного винтового гидравлического двигателя 1, вращение ротора 5 в котором осуществляется насосной подачей текучей среды 7 для привода клапана 13 осциллятора, изображено на фиг. 1, 9.The disadvantage of the known design is the incomplete possibility of increasing the resource and reliability due to the fact that it contains a transmission shaft 47, essentially a flexible torsion shaft 47, rigidly fastened to the input part 48 of the rotor 5 of the engine 1 and the output part of the hollow shaft 50 installed in the angular contact rotation support 49 and fastened to the torsion shaft 47 using an adapter 51 designed to direct the flow of fluid 7 from the hollow shaft 50 to the inlet of the gerotor screw hydraulic motor 1, the rotation of the rotor 5 in which is carried out by pumping the fluid 7 to drive the oscillator valve 13, shown in Fig. 19.

При насосной подаче текучей среды 7 (бурового раствора), прокачиваемой по бурильной колонне, на винтовые зубья ротора 5 действует осевая нагрузка, направленная по потоку текучей среды 7, а на торсионный вал действуют эквивалентные напряжения (по Мизесу) от момента затяжки резьбы торсионного вала 47, растягивающей нагрузки, связанной с удержанием ротора 5 в продольном направлении для разгрузки клапана 13 от продольных перемещений, и перекашивающего усилия (эксцентриситета) планетарно вращающегося в обкладке 3 из эластомера ротора 5 с винтовыми зубьями, передающими вращающий момент на торсионный вал 47.When pumping the fluid 7 (drilling mud) pumped through the drill string, the helical teeth of the rotor 5 are subjected to an axial load directed along the flow of the fluid 7, and the torsion shaft is subject to equivalent stresses (according to Mises) from the moment of tightening the thread of the torsion shaft 47 , the tensile load associated with holding the rotor 5 in the longitudinal direction to unload the valve 13 from longitudinal movements, and the warping force (eccentricity) of the rotor 5 planetarily rotating in the lining 3 made of elastomer with helical teeth that transmit torque to the torsion shaft 47.

При этом эквивалентные напряжения (по Мизесу) от момента затяжки резьбы торсионного вала 47, а также от растягивающей нагрузки, действующей на торсионный вал 47, связанной с удержанием ротора 5 в продольном направлении для разгрузки клапана 13 от продольных перемещений и перекашивающего усилия (эксцентриситета) планетарно вращающегося в обкладке 3 из эластомера ротора 5 с винтовыми зубьями, не обеспечивают требуемых значений эквивалентных напряжений в критических зонах, по существу, в "зарезьбовых" канавках торсионного вала 47.In this case, the equivalent stresses (according to Mises) from the moment of tightening the threads of the torsion shaft 47, as well as from the tensile load acting on the torsion shaft 47, associated with holding the rotor 5 in the longitudinal direction to unload the valve 13 from longitudinal movements and the warping force (eccentricity) planetary rotor 5 rotating in a lining 3 made of elastomer with helical teeth, do not provide the required values of equivalent stresses in critical areas, essentially, in the "threaded" grooves of the torsion shaft 47.

Основные отказы известной конструкции при эксплуатации - поломки торсионного вала 47, преимущественно, в зоне "зарезьбовых" канавок, например, не более 300 часов циркуляции в составе КНБК.The main failures of the known design during operation - breakage of the torsion shaft 47, mainly in the area of "threaded" grooves, for example, no more than 300 hours of circulation as part of the BHA.

Другим недостатком известной конструкции является неполная возможность повышения энергетических характеристик пульсирующего давления текучей среды и механической мощности генератора гидромеханических импульсов с заданной частотой и амплитудой колебаний при бурении горизонтальных интервалов наклонно-направленных скважин.Another disadvantage of the known design is the incomplete possibility of increasing the energy characteristics of the pulsating pressure of the fluid medium and the mechanical power of the generator of hydromechanical pulses with a given frequency and amplitude of oscillations when drilling horizontal intervals of directional wells.

Этот недостаток объясняется тем, что кольцевой (плавающий) поршень 79 с уплотнениями 80 на его наружной поверхности 81 и уплотнениями 82 на его внутренней поверхности 83, установленный между внутренней поверхностью 84 наружного трубчатого элемента 61 корпуса 58 и наружной поверхностью 85 внутреннего трубчатого элемента 64 оправки 62, который отделяет камеру 88 для рабочей жидкости-масла, например, Mobilube I SHC 75W-90, ограниченную уплотнениями 86 в верхней части 87 корпуса 58 и уплотнениями 80, 82 кольцевого поршня 79 между корпусом 58 и оправкой 62, от внутренней полости оправки 62 и корпуса 58, через которые прокачивается буровой раствор 7 при гидростатическом давлении, например, 25÷35 МПа, установленный внутри корпуса в генераторе гидромеханических импульсов, не скреплен жестко с оправкой 62, вследствие этого не обеспечивается растяжение корпуса 58 и оправки 62 относительно друг друга под действием гидростатического давления бурового раствора 7, например, 25÷35 МПа, и возможность реагирования на пульсацию давления текучей среды, прокачиваемой по бурильной колонне, изображено на фиг. 1, 10.This disadvantage is explained by the fact that the annular (floating) piston 79 with seals 80 on its outer surface 81 and seals 82 on its inner surface 83, installed between the inner surface 84 of the outer tubular element 61 of the body 58 and the outer surface 85 of the inner tubular element 64 of the mandrel 62 , which separates the chamber 88 for the working fluid-oil, for example, Mobilube I SHC 75W-90, limited by the seals 86 in the upper part 87 of the body 58 and the seals 80, 82 of the annular piston 79 between the body 58 and the mandrel 62, from the inner cavity of the mandrel 62 and body 58, through which the drilling fluid 7 is pumped at hydrostatic pressure, for example, 25÷35 MPa, installed inside the body in the hydromechanical pulse generator, is not rigidly fastened to the mandrel 62, as a result, the body 58 and the mandrel 62 are not stretched relative to each other under the action of hydrostatic pressure of the drilling fluid 7, for example, 25÷35 MPa, and the possibility response to the pressure pulsation of the fluid pumped through the drill string is shown in FIG. 1, 10.

Вследствие этого генератор 61 гидромеханических импульсов, воздействующих на бурильную колонну, который должен реагировать на давление текучей среды 7 (бурового раствора), прокачиваемого внутри оправки 66 и корпуса 62 под давлением, например, 25÷35 МПа, возбуждает продольные циклические колебания бурильной колонны с нерасчетной частотой и амплитудой колебаний, при этом не используются технологические возможности для создания гидромеханических импульсов с заданной частотой и амплитудой колебаний для снижения сил трения вращающейся бурильной колонны о стенки скважины, уменьшения крутильных напряжений в бурильной колонне при бурении горизонтальных интервалов наклонно-направленных скважин, а также для предотвращения прихвата бурильной колонны.As a result, the generator 61 of hydromechanical pulses acting on the drill string, which must respond to the pressure of the fluid medium 7 (drilling mud) pumped inside the mandrel 66 and the housing 62 under pressure, for example, 25÷35 MPa, excites longitudinal cyclic oscillations of the drill string with off-design frequency and amplitude of oscillations, while technological capabilities are not used to create hydromechanical impulses with a given frequency and amplitude of oscillations to reduce the friction forces of a rotating drill string against the borehole walls, to reduce torsional stresses in the drill string when drilling horizontal intervals of directional wells, as well as to prevent sticking of the drill string.

Технический результат, который обеспечивается изобретением, заключается в повышении ресурса и надежности осциллятора, в расширении диапазона энергетических характеристик пульсирующего давления текучей среды и механической мощности генератора гидромеханических импульсов при меньшем уровне потерь давления, в снижении силы трения бурильной колонны о стенки скважины, в уменьшении крутильных напряжений в бурильной колонне при бурении горизонтальных интервалов наклонно-направленных скважин, в предотвращении прихвата бурильной колонны, в повышении ресурса долота и скорости проходки скважин за счет того, что трансмиссионный вал соединен с резьбовым переходником с возможностью образования шарнирного механизма и восприятия растягивающих нагрузок, действующих на трансмиссионный вал, скрепленный с ротором двигателя, а кольцевой поршень с уплотнениями, установленный внутри корпуса в генераторе гидромеханических импульсов, жестко скреплен с оправкой с возможностью реагирования на пульсацию давления текучей среды, прокачиваемой по бурильной колонне.The technical result provided by the invention is to increase the resource and reliability of the oscillator, to expand the range of energy characteristics of the pulsating fluid pressure and the mechanical power of the hydromechanical pulse generator with a lower level of pressure loss, to reduce the friction force of the drill string against the borehole walls, to reduce torsional stresses in the drill string when drilling horizontal intervals of directional wells, in preventing sticking of the drill string, in increasing the life of the bit and the rate of penetration of wells due to the fact that the transmission shaft is connected to the threaded adapter with the possibility of forming a hinge mechanism and absorbing tensile loads acting on the transmission the shaft is fastened to the motor rotor, and the annular piston with seals, installed inside the housing in the generator of hydromechanical impulses, is rigidly fastened to the mandrel with the ability to respond to pressure pulsation fluid pumped through the drill string.

Сущность технического решения заключается в том, что в осцилляторе бурильной колонны, содержащем героторный винтовой гидравлический двигатель, включающий статор с закрепленной внутри обкладкой из эластомера с внутренними винтовыми зубьями и расположенный внутри статора ротор с наружными винтовыми зубьями, число зубьев ротора на единицу меньше числа зубьев обкладки из эластомера, ходы винтовых зубьев обкладки из эластомера и ротора пропорциональны их числам зубьев, центральные продольные оси ротора и обкладки из эластомера смещены между собой на величину эксцентриситета, а вращение ротора осуществляется насосной подачей текучей среды, и клапан, включающий первый клапанный элемент и неподвижный второй клапанный элемент, первый клапанный элемент скреплен с ротором и снабжен хвостовиком, направленным к клапану, внутренняя полость хвостовика первого клапанного элемента выполнена с возможностью сообщения с потоком текучей среды на выходе из двигателя и образования проточного канала через внутреннюю полость хвостовика к клапану, а также содержащем плунжерный модуль, размещенный между первым клапанным элементом и клапанной парой, включающий закрепленную внутри него обкладку из эластомера, установленный на хвостовике первого клапанного элемента с возможностью вращения и продольного перемещения относительно хвостовика первого клапанного элемента, первый клапанный элемент выполнен в виде скрепленной с плунжерным модулем дроссельной втулки с проточным каналом, профиль которого выполнен с критическим сечением на выходе, причем максимальное смещение центральной продольной оси проточного канала дроссельной втулки относительно центральной продольной оси обкладки из эластомера равно удвоенной величине эксцентриситета центральной продольной оси ротора относительно центральной продольной оси обкладки из эластомера, при этом неподвижный второй клапанный элемент с установленной в нем второй клапанной пластиной образует клапанное отверстие и имеет основную продольную ось, а при эксплуатации клапанные элементы взаимодействуют, совместно образуя переменное проходное сечение для текучей среды через клапан, а также содержащем радиально-упорную опору вращения, включающую полый вал, установленный в радиально-упорной опоре вращения, а также содержащем трансмиссионный вал и резьбовой переходник, размещенные между входной частью ротора и полым валом радиально-упорной опоры вращения, причем резьбовой переходник жестко скреплен с полым валом радиально-упорной опоры вращения, а также содержащем генератор гидромеханических импульсов, расположенный выше по потоку от радиально-упорной опоры вращения, включающий корпус, выполненный из наружных трубчатых элементов, размещенную внутри корпуса оправку, выполненную из внутренних трубчатых элементов, телескопически соединенных между собой, элементы для передачи вращающего момента между корпусом и оправкой при продольном перемещении относительно друг друга, указанные трубчатые элементы оснащены резьбами, а также содержащем пружинный модуль между корпусом и оправкой, упорную втулку между верхним упорным торцом корпуса и пружинным модулем, указанные наружные трубчатые элементы, имеющие расположенные вдоль верхний и нижний упорные торцы на противоположных краях пружинного модуля, верхний упорный торец первого трубчатого элемента и нижний упорный торец второго трубчатого элемента, одновременно зацепляющие и нагружающие пружинный модуль при продольном сжатии указанных трубчатых элементов относительно друг друга, верхний упорный торец второго трубчатого элемента и нижний упорный торец первого трубчатого элемента, одновременно зацепляющие и нагружающие пружинный модуль при растяжении указанных трубчатых элементов относительно друг друга, а также содержащем кольцевой поршень с уплотнениями, размещенный внутри корпуса в генераторе гидромеханических импульсов, согласно изобретению трансмиссионный вал снабжен наружным кольцевым буртом на его концевой части, направленной к резьбовому переходнику, жестко скрепленному с полым валом радиально-упорной опоры вращения, резьбовой переходник снабжен трубчатым хвостовиком, направленным к ротору двигателя и охватывающим наружный кольцевой бурт на концевой части трансмиссионного вала, между трубчатым хвостовиком резьбового переходника и концевой частью трансмиссионного вала размещен ряд шариков, установленных одной стороной в полусферических впадинах на концевой части трансмиссионного вала, другой стороной - в продольных полуцилиндрических пазах трубчатого хвостовика резьбового переходника, а ряд шариков образует между концевой частью трансмиссионного вала и резьбовым переходником шарнирный механизм, при этом на концевой части трансмиссионного вала, снабженного наружным кольцевым буртом, установлены кольца со сферической опорной поверхностью, взаимодействующие сферическими поверхностями друг с другом, примыкающие к наружному кольцевому бурту на концевой части трансмиссионного вала со стороны наружного кольцевого бурта, направленной к ротору двигателя, а внутри трубчатого хвостовика резьбового переходника закреплена резьбовая втулка, примыкающая к кольцам со сферической опорной поверхностью с возможностью восприятия растягивающих нагрузок, действующих на трансмиссионный вал, скрепленный с ротором двигателя, при этом кольцевой поршень с уплотнениями, размещенный внутри корпуса в генераторе гидромеханических импульсов, жестко скреплен с оправкой с возможностью реагирования на пульсацию давления текучей среды, прокачиваемой по бурильной колонне.The essence of the technical solution lies in the fact that in the drill string oscillator, containing a gerotor screw hydraulic motor, including a stator with an internally fixed elastomer lining with internal helical teeth and a rotor with external helical teeth located inside the stator, the number of rotor teeth is one less than the number of lining teeth made of elastomer, the strokes of the helical teeth of the elastomer lining and the rotor are proportional to their number of teeth, the central longitudinal axes of the rotor and the elastomer lining are displaced from each other by the amount of eccentricity, and the rotation of the rotor is carried out by pumping fluid, and the valve, including the first valve element and the fixed second valve element, the first valve element is fastened to the rotor and provided with a shank directed to the valve, the internal cavity of the shank of the first valve element is configured to communicate with the fluid flow at the engine outlet and form a flow channel through the internal shank cavity to the valve, as well as containing a plunger module placed between the first valve element and the valve pair, including an elastomer lining fixed inside it, installed on the shank of the first valve element with the possibility of rotation and longitudinal movement relative to the shank of the first valve element, the first valve element made in the form of a throttle bushing fastened to the plunger module with a flow channel, the profile of which is made with a critical section at the outlet, and the maximum displacement of the central longitudinal axis of the flow channel of the throttle bushing relative to the central longitudinal axis of the elastomer lining is equal to twice the eccentricity of the central longitudinal axis of the rotor relative to the central longitudinal axles of the lining made of elastomer, while the fixed second valve element with the second valve plate installed in it forms a valve hole and has a main longitudinal axis, and during operation tion, the valve elements interact, jointly forming a variable flow section for the fluid through the valve, and also containing an angular contact rotation bearing, including a hollow shaft installed in the radial contact rotation bearing, and also containing a transmission shaft and a threaded adapter placed between the input part of the rotor and the hollow shaft of the radial-thrust rotation bearing, wherein the threaded adapter is rigidly fastened to the hollow shaft of the radial-thrust rotation bearing, and also contains a hydromechanical pulse generator located upstream of the radial-thrust rotation bearing, including a housing made of external tubular elements a mandrel placed inside the body, made of internal tubular elements telescopically connected to each other, elements for transmitting torque between the body and the mandrel during longitudinal movement relative to each other, these tubular elements are equipped with threads, and also containing a spring module between the housing and the mandrel, a thrust sleeve between the upper thrust end of the housing and the spring module, said outer tubular elements having upper and lower thrust ends located along the opposite edges of the spring module, the upper thrust end of the first tubular element and the lower thrust end of the second tubular element, at the same time engaging and loading the spring module during longitudinal compression of the specified tubular elements relative to each other, the upper thrust end of the second tubular element and the lower thrust end of the first tubular element, simultaneously engaging and loading the spring module when the said tubular elements are stretched relative to each other, and also containing an annular piston with seals, placed inside the housing in the generator of hydromechanical impulses, according to the invention, the transmission shaft is equipped with an outer annular collar on its end part directed to the threaded adapter rigidly fastened to the hollow shaft p the threaded adapter is provided with a tubular shank directed towards the motor rotor and covering the outer annular shoulder on the end part of the transmission shaft, between the tubular shank of the threaded adapter and the end part of the transmission shaft there is a number of balls installed on one side in hemispherical depressions on the end part transmission shaft, the other side - in the longitudinal semi-cylindrical grooves of the tubular shank of the threaded adapter, and a number of balls forms a hinge mechanism between the end part of the transmission shaft and the threaded adapter, while rings with a spherical bearing surface are installed on the end part of the transmission shaft, equipped with an outer annular shoulder, interacting with spherical surfaces with each other, adjacent to the outer annular collar on the end part of the transmission shaft from the side of the outer annular collar directed to the engine rotor, and inside the tubular x threaded adapter shank, a threaded bushing is fixed adjacent to the rings with a spherical bearing surface with the possibility of absorbing tensile loads acting on the transmission shaft fastened to the engine rotor, while the annular piston with seals, located inside the housing in the hydromechanical pulse generator, is rigidly fastened with a mandrel with the ability to respond to the pressure pulsation of the fluid pumped through the drill string.

Площадь F минимального проходного сечения для текучей среды через клапан, образованного взаимодействующими клапанными элементами, и площадь К критического сечения проточного канала на выходе дроссельной втулки, скрепленной с плунжерным модулем, связаны соотношением: F=(0,22÷0,55)K.The area F of the minimum flow area for the fluid through the valve, formed by interacting valve elements, and the area K of the critical section of the flow channel at the outlet of the throttle sleeve, fastened to the plunger module, are related by the ratio: F=(0.22÷0.55)K.

Площадь К критического сечения проточного канала на выходе дроссельной втулки, скрепленной с плунжерным модулем, и площадь S входного сечения проточного канала дроссельной втулки связаны соотношением: K=(0,22÷0,55)S, при этом неподвижный второй клапанный элемент выполнен идентичным дроссельной втулке и оппозитно расположен относительно дроссельной втулки с возможностью образования проточного канала, профиль которого выполнен в форме диффузора.The area K of the critical section of the flow channel at the outlet of the throttle sleeve, fastened to the plunger module, and the area S of the inlet section of the flow channel of the throttle sleeve are related by the relationship: K=(0.22÷0.55)S, while the fixed second valve element is made identical to the throttle sleeve and oppositely located relative to the throttle sleeve with the possibility of forming a flow channel, the profile of which is made in the form of a diffuser.

Максимальный зазор между торцом скрепленной с плунжерным модулем дроссельной втулки и торцом неподвижной втулки равен удвоенной величине эксцентриситета центральной продольной оси ротора относительно центральной продольной оси обкладки из эластомера.The maximum gap between the end face of the throttle bushing fastened to the plunger module and the end face of the fixed bushing is equal to twice the eccentricity of the central longitudinal axis of the rotor relative to the central longitudinal axis of the elastomer lining.

Верхний по потоку край оправки в генераторе гидромеханических импульсов выполнен с поясом пониженной жесткости, характеризующимся выполнением стенки оправки уменьшенной толщиной и уменьшенным наружным диаметром, образующим упорный торец с возможностью захвата и подъема бурильной колонны.The upstream edge of the mandrel in the generator of hydromechanical pulses is made with a belt of reduced rigidity, characterized by the execution of the mandrel wall with reduced thickness and a reduced outer diameter, forming a thrust end with the possibility of gripping and lifting the drill string.

Выполнение осциллятора бурильной колонны таким образом, что трансмиссионный вал снабжен наружным кольцевым буртом на его концевой части, направленной к резьбовому переходнику, жестко скрепленному с полым валом радиально-упорной опоры вращения, при этом резьбовой переходник снабжен трубчатым хвостовиком, направленным к ротору двигателя и охватывающим наружный кольцевой бурт на концевой части трансмиссионного вала, между трубчатым хвостовиком резьбового переходника и концевой частью трансмиссионного вала размещен ряд шариков, установленных одной стороной в полусферических впадинах на концевой части трансмиссионного вала, другой стороной - в продольных полуцилиндрических пазах трубчатого хвостовика резьбового переходника, а ряд шариков образует между концевой частью трансмиссионного вала и резьбовым переходником шарнирный механизм, при этом на концевой части трансмиссионного вала, снабженного наружным кольцевым буртом, установлены кольца со сферической опорной поверхностью, взаимодействующие сферическими поверхностями друг с другом, примыкающие к наружному кольцевому бурту на концевой части трансмиссионного вала со стороны наружного кольцевого бурта, направленной к ротору двигателя, а внутри трубчатого хвостовика резьбового переходника закреплена резьбовая втулка, примыкающая к кольцам со сферической опорной поверхностью с возможностью восприятия растягивающих нагрузок, действующих на трансмиссионный вал, скрепленный с ротором двигателя, при этом кольцевой поршень с уплотнениями, размещенный внутри корпуса в генераторе гидромеханических импульсов, жестко скреплен с оправкой с возможностью реагирования на пульсацию давления текучей среды, прокачиваемой по бурильной колонне, обеспечивает повышение ресурса и надежности осциллятора, расширение диапазона энергетических характеристик пульсирующего давления текучей среды и механической мощности генератора гидромеханических импульсов при меньшем уровне потерь давления, снижение силы трения бурильной колонны о стенки скважины, уменьшение крутильных напряжений в бурильной колонне при бурении горизонтальных интервалов наклонно-направленных скважин, предотвращение прихвата бурильной колонны, повышение ресурса долота и скорости проходки скважин путем повышения прочности и усталостной выносливости трансмиссионного вала, по существу, обеспечивает "разгрузку" ротора двигателя от продольных перемещений, связанных с возникновением осевой нагрузки, направленной по потоку текучей среды, действующих на механизм привода клапанов, а также путем повышения механической мощности генератора гидромеханических импульсов с заданной частотой и амплитудой колебаний при меньших потерях давления.Execution of the drill string oscillator in such a way that the transmission shaft is provided with an outer annular shoulder at its end part directed to the threaded adapter rigidly fastened to the hollow shaft of the angular contact rotation support, while the threaded adapter is provided with a tubular shank directed towards the motor rotor and covering the outer an annular shoulder on the end part of the transmission shaft, between the tubular shank of the threaded adapter and the end part of the transmission shaft, a row of balls is placed, installed on one side in hemispherical cavities on the end part of the transmission shaft, the other side - in the longitudinal semi-cylindrical grooves of the tubular shank of the threaded adapter, and a number of balls forms between the end part of the transmission shaft and the threaded adapter is a hinge mechanism, while on the end part of the transmission shaft, equipped with an outer annular shoulder, rings with a spherical bearing surface are installed, interacting connecting with spherical surfaces to each other, adjacent to the outer annular collar on the end part of the transmission shaft from the side of the outer annular collar directed to the engine rotor, and inside the tubular shank of the threaded adapter there is a threaded bushing adjacent to the rings with a spherical bearing surface with the possibility of absorbing tensile loads acting on the transmission shaft fastened to the motor rotor, while the annular piston with seals, located inside the housing in the generator of hydromechanical impulses, is rigidly fastened to the mandrel with the ability to respond to the pressure pulsation of the fluid pumped through the drill string, provides an increase in the service life and reliability of the oscillator , expanding the range of energy characteristics of the pulsating pressure of the fluid and the mechanical power of the hydromechanical pulse generator with a lower level of pressure losses, reducing the friction force of the drill string against the borehole walls, reduction of torsional stresses in the drill string when drilling horizontal intervals of directional wells, prevention of drill string sticking, increase in bit life and well penetration rate by increasing the strength and fatigue endurance of the transmission shaft, in essence, provides "unloading" of the motor rotor from longitudinal movements associated with the occurrence of an axial load directed along the fluid flow acting on the valve drive mechanism, as well as by increasing the mechanical power of the hydromechanical pulse generator with a given frequency and amplitude of oscillations at lower pressure losses.

При насосной подаче текучей среды (бурового раствора), прокачиваемой по бурильной колонне, на винтовые зубья ротора действует осевая нагрузка, направленная по потоку текучей среды, а на трансмиссионный вал действуют эквивалентные напряжения (по Мизесу) от момента затяжки резьбы трансмиссионного вала, растягивающей нагрузки, связанной с удержанием ротора в продольном направлении для разгрузки клапана от продольных перемещений, и перекашивающего усилия (эксцентриситета) планетарно вращающегося в обкладке из эластомера ротора с винтовыми зубьями, передающими вращающий момент на трансмиссионный вал.When pumping fluid (drilling mud) pumped through the drill string, the helical teeth of the rotor are subjected to an axial load directed along the fluid flow, and the transmission shaft is subject to equivalent stresses (according to Mises) from the moment of tightening the thread of the transmission shaft, tensile loads, associated with holding the rotor in the longitudinal direction to unload the valve from longitudinal movements, and the warping force (eccentricity) of the rotor planetary rotating in the elastomer lining with helical teeth that transmit torque to the transmission shaft.

При этом эквивалентные напряжения (по Мизесу) от момента затяжки резьбы трансмиссионного вала, а также от растягивающей нагрузки, действующей на трансмиссионный вал, связанной с удержанием ротора двигателя в продольном направлении для разгрузки клапана от продольных перемещений и перекашивающего усилия (эксцентриситета) планетарно вращающегося в обкладке из эластомера ротора с винтовыми зубьями, обеспечивают требуемые значения в критической зоне, по существу, в "зарезьбовой" канавке трансмиссионного вала, жестко скрепленного с ротором двигателя.At the same time, the equivalent stresses (according to Mises) from the moment of tightening the thread of the transmission shaft, as well as from the tensile load acting on the transmission shaft, associated with holding the engine rotor in the longitudinal direction to unload the valve from longitudinal movements and warping force (eccentricity) planetary rotating in the lining from the elastomer of the rotor with helical teeth, provide the required values in the critical zone, essentially in the "threaded" groove of the transmission shaft, rigidly fastened to the engine rotor.

Выполнение осциллятора бурильной колонны таким образом, что площадь F минимального проходного сечения для текучей среды через клапан, образованного взаимодействующими клапанными элементами, и площадь K критического сечения проточного канала на выходе дроссельной втулки, скрепленной с плунжерным модулем, связаны соотношением: F=(0,22÷0,55)K, при этом площадь K критического сечения проточного канала на выходе дроссельной втулки, скрепленной с плунжерным модулем, и площадь S входного сечения проточного канала дроссельной втулки связаны соотношением: K=(0,22÷0,55)S, при этом неподвижный второй клапанный элемент выполнен идентичным дроссельной втулке и оппозитно расположен относительно дроссельной втулки с возможностью образования проточного канала, профиль которого выполнен в форме диффузора, образует защитный слой текучей среды между торцами клапанных втулок, вследствие этого устраняются ударные нагрузки на торцы клапанных втулок из твердого сплава, повышается прочность и усталостная выносливость клапанных втулок, обеспечивается "мягкая" и бесшумная работа клапанной пары.Implementation of the drill string oscillator in such a way that the area F of the minimum flow area for the fluid through the valve, formed by interacting valve elements, and the area K of the critical section of the flow channel at the outlet of the choke sleeve, fastened to the plunger module, are related by the ratio: F=(0.22 ÷0.55)K, while the area K of the critical section of the flow channel at the outlet of the throttle bushing, fastened to the plunger module, and the area S of the inlet section of the flow channel of the throttle bushing are related by the relation: K=(0.22÷0.55)S, at the same time, the fixed second valve element is made identical to the throttle sleeve and is oppositely located relative to the throttle sleeve with the possibility of forming a flow channel, the profile of which is made in the form of a diffuser, forms a protective layer of fluid between the ends of the valve sleeves, as a result, impact loads on the ends of the valve sleeves from solid alloy, increases strength and fatigue wear draining of the valve sleeves, "soft" and silent operation of the valve pair is ensured.

Такое выполнение осциллятора обеспечивает демпфирование нагрузок, действующих на механизм привода клапанов вследствие того, что внутренний профиль проточного канала дроссельной втулки подвижного клапанного элемента выполнен с критическим сечением на выходе (в форме конфузора), при протекании потока текучей среды через канал подвижной дроссельной на выходе из канала скорость потока увеличивается, вследствие этого давление текучей среды падает (из уравнения Бернулли), на выходе проточного канала подвижной дроссельной втулки образуется зона пониженного давления, создается перепад давления, который действует на дроссельную втулку, установленную на трубчатом хвостовике клапанного элемента с возможностью вращения и продольного перемещения, и стремится переместить дроссельную втулку в направлении к торцу неподвижной втулки.This embodiment of the oscillator provides damping of the loads acting on the valve drive mechanism due to the fact that the internal profile of the flow channel of the throttle sleeve of the movable valve element is made with a critical section at the outlet (in the form of a confuser), when a fluid flow flows through the channel of the movable throttle at the outlet of the channel the flow velocity increases, as a result, the fluid pressure drops (from the Bernoulli equation), a low pressure zone is formed at the outlet of the flow channel of the movable throttle sleeve, a pressure difference is created that acts on the throttle sleeve mounted on the tubular shank of the valve element with the possibility of rotation and longitudinal movement , and tends to move the throttle sleeve towards the end of the fixed sleeve.

Действие потока текучей среды, протекающего из скрепленной с плунжерным модулем дроссельной втулки с проточным каналом, внутренний профиль которого выполнен с критическим сечением на выходе (в форме конфузора) внутри плунжерного модуля, включающего закрепленную внутри него обкладку из эластомера и установленный на трубчатом хвостовике подвижного клапанного элемента, размещенного на входе в двигатель и скрепленного с ротором двигателя, в частично перекрытом положении расходного сечения клапана направлено в противоположном направлении - против потока текучей среды (ротор неподвижно удерживается в продольном направлении трансмиссионным валом и полым валом радиально-упорной опоры вращения) и стремится переместить плунжерный модуль и скрепленную с ним дроссельную втулку в направлении против потока.The action of a fluid flow flowing from a throttle sleeve fastened to the plunger module with a flow channel, the internal profile of which is made with a critical section at the outlet (in the form of a confuser) inside the plunger module, including an elastomer lining fixed inside it and installed on the tubular shank of the movable valve element located at the engine inlet and fastened to the engine rotor, in the partially closed position of the flow section of the valve is directed in the opposite direction - against the fluid flow (the rotor is motionlessly held in the longitudinal direction by the transmission shaft and the hollow shaft of the angular contact rotation bearing) and seeks to move the plunger the module and the throttle sleeve fastened to it in the direction against the flow.

Действие потока текучей среды, протекающего из скрепленной с корпусом дроссельной втулки с проточным каналом, внутренний профиль которого выполнен в форме диффузора, способствует уменьшению скорости потока, при этом давление возрастает, образуется зона повышенного давления на выходе из канала (определяется из уравнения Бернулли), по существу, способствует созданию статического перепада давления текучей среды в направлении против потока текучей среды.The action of the fluid flow flowing from the throttle sleeve fastened to the body with a flow channel, the internal profile of which is made in the form of a diffuser, contributes to a decrease in the flow rate, while the pressure increases, a zone of increased pressure is formed at the outlet of the channel (determined from the Bernoulli equation), according to essentially, contributes to the creation of a static pressure drop of the fluid in the direction against the flow of the fluid.

При планетарном вращении ротора двигателя, скрепленного с ним плунжерного модуля и дроссельной втулки указанные выше процессы циклически повторяются, а между торцами клапанных втулок образуется демпфирующий слой текучей среды, предохраняющий торцы клапанных втулок от ударов, износа и разрушения (выкрашивания).During planetary rotation of the engine rotor, the plunger module attached to it, and the throttle bushing, the above processes are cyclically repeated, and a damping layer of fluid is formed between the ends of the valve bushings, which protects the ends of the valve bushings from impacts, wear and destruction (chipping).

Выполнение осциллятора бурильной колонны таким образом, что максимальный зазор между торцом скрепленной с плунжерным модулем дроссельной втулки и торцом второй неподвижной втулки равен удвоенной величине эксцентриситета центральной продольной оси ротора относительно центральной продольной оси обкладки из эластомера, повышает энергетические характеристики пульсирующего давления текучей среды и механическую мощность генератора гидромеханических импульсов с заданной частотой и амплитудой колебаний бурильной колонны при меньших потерях давления.Implementation of the drill string oscillator in such a way that the maximum gap between the end face of the choke sleeve fastened to the plunger module and the end face of the second fixed sleeve is equal to twice the eccentricity of the central longitudinal axis of the rotor relative to the central longitudinal axis of the elastomer lining, increases the energy characteristics of the pulsating fluid pressure and the mechanical power of the generator hydromechanical pulses with a given frequency and amplitude of the drill string oscillations at lower pressure losses.

Выполнение осциллятора бурильной колонны таким образом, что верхний по потоку край оправки в генераторе гидромеханических импульсов выполнен с поясом пониженной жесткости, характеризующимся выполнением стенки оправки уменьшенной толщиной и уменьшенным наружным диаметром, образующим упорный торец с возможностью захвата и удержания бурильной колонны, предотвращает повреждение осциллятора, по существу - оправки, наружная поверхность которой имеет покрытие из твердого сплава, хомутами (слайдерами) или кулачками элеватора буровой установки при спуске и подъеме бурильной колонны из скважины.The execution of the drill string oscillator in such a way that the upstream edge of the mandrel in the hydromechanical pulse generator is made with a belt of reduced rigidity, characterized by the execution of the mandrel wall with reduced thickness and a reduced outer diameter, forming a thrust end with the ability to capture and hold the drill string, prevents damage to the oscillator, essentially - a mandrel, the outer surface of which is coated with a hard alloy, clamps (sliders) or cams of the drilling rig elevator when lowering and raising the drill string from the well.

Ниже представлен осциллятор ОС-172РС.840 для бурильной колонны.Below is the oscillator OS-172RS.840 for the drill string.

На фиг. 1 изображен осциллятор для создания гидромеханических импульсов, воздействующих на бурильную колонну в скважине.In FIG. 1 shows an oscillator for generating hydromechanical pulses that act on a drill string in a well.

На фиг. 2 изображен элемент I на фиг. 1 плунжерного модуля и клапана, ось проточного канала дроссельной втулки смещена относительно оси обкладки из эластомера, максимальный зазор в клапанной паре, соосное расположение осей проточного канала неподвижной втулки и обкладки из эластомера.In FIG. 2 shows element I in FIG. 1 of the plunger module and the valve, the axis of the flow channel of the throttle sleeve is offset relative to the axis of the elastomer lining, the maximum clearance in the valve pair, the coaxial arrangement of the axes of the flow channel of the fixed sleeve and the elastomer lining.

На фиг. 3 изображен элемент I на фиг. 1 плунжерного модуля и клапана, ось проточного канала дроссельной втулки смещена относительно оси обкладки из эластомера, соосное расположение осей проточного канала неподвижной втулки и обкладки из эластомера, уменьшенное проходное сечение клапана.In FIG. 3 shows element I in FIG. 1 of the plunger module and the valve, the axis of the flow channel of the throttle sleeve is displaced relative to the axis of the elastomer lining, coaxial arrangement of the axes of the flow channel of the fixed sleeve and the elastomer lining, reduced valve flow area.

На фиг. 4 изображен элемент I на фиг. 1 плунжерного модуля и клапана, соосное расположение осей проточного канала дроссельной и неподвижной втулок, максимальное проходное сечение клапана.In FIG. 4 shows element I in FIG. 1 plunger module and valve, coaxial arrangement of the axes of the flow channel of the throttle and fixed bushings, the maximum flow area of the valve.

На фиг. 5 изображен элемент I на фиг. 1 плунжерного модуля и клапанного механизма, оси проточных каналов дроссельной и неподвижной втулок смещены относительно центральной продольной оси обкладки из эластомера, минимальное проходное сечение клапана.In FIG. 5 shows element I in FIG. 1 of the plunger module and the valve mechanism, the axes of the flow channels of the throttle and fixed bushings are offset relative to the central longitudinal axis of the elastomer lining, the minimum flow area of the valve.

На фиг. 6 изображен разрез А-А на фиг. 3 поперек плунжерного модуля внутри корпуса осциллятора.In FIG. 6 shows section A-A in FIG. 3 across the plunger module inside the oscillator body.

На фиг. 7 изображен героторный винтовой гидравлический двигатель, приводящий во вращение клапанный механизм осциллятора.In FIG. 7 shows a gerotor screw hydraulic motor driving an oscillator valve mechanism.

На фиг. 8 изображен поперечный разрез Б-Б на фиг. 7 героторного винтового гидравлического двигателя.In FIG. 8 shows a cross section B-B in Fig. 7 gerotor screw hydraulic motor.

На фиг. 9 изображен элемент II на фиг. 1: концевая часть трансмиссионного вала, образующая с резьбовым переходником шарнирный механизм с возможностью восприятия растягивающих нагрузок.In FIG. 9 shows element II in FIG. 1: the end part of the transmission shaft, forming with a threaded adapter a hinge mechanism with the ability to absorb tensile loads.

На фиг. 10 изображен элемент III на фиг. 1: радиально-упорная опора вращения.In FIG. 10 shows element III in FIG. 1: angular contact bearing rotation.

На фиг. 11 изображен генератор гидромеханических импульсов.In FIG. 11 shows a hydromechanical pulse generator.

На фиг. 12 изображен разрез В-В на фиг. 11 поперек шлицевого соединения между корпусом и оправкой в генераторе гидромеханических импульсов.In FIG. 12 is a section B-B of FIG. 11 across the spline connection between the housing and the mandrel in the hydromechanical pulse generator.

На фиг. 13 изображен разрез Г-Г на фиг. 11 поперек разъемного кольца, установленного в кольцевой канавке между торцами шлицов оправки в генераторе гидромеханических импульсов.In FIG. 13 shows a section G-D in Fig. 11 across the split ring installed in the annular groove between the ends of the splines of the mandrel in the hydromechanical pulse generator.

Осциллятор для бурильной колонны содержит героторный винтовой гидравлический двигатель 1, включающий трубчатый статор 2 с закрепленной в нем обкладкой 3 из эластомера, например, из резины марки R1 (DE), с внутренними винтовыми (многозаходными) зубьями 4 и расположенный внутри обкладки 3 из эластомера в трубчатом статоре 2, ротор 5 с наружными винтовыми (многозаходными) зубьями 6, вращение ротора 5 осуществляется насосной подачей текучей среды 7 - бурового раствора, который имеет плотность до 1500 кг/м³, содержит до 2% песка и до 5% нефтепродуктов, под давлением, например, 25÷35 МПа, число зубьев 6 ротора 5 на единицу меньше числа зубьев 4 обкладки 3 из эластомера в статоре 2, ход 8, Т внутренних винтовых зубьев 4 в обкладке 3 из эластомера в статоре 2 и ход 9, Т1 наружных винтовых зубьев 6 ротора 2 пропорциональны их числам зубьев, а центральная продольная ось 10 ротора 5 и центральная продольная ось 11 обкладки 3 из эластомера в статоре 2 смещены между собой на величину эксцентриситета 12, е, при этом число заходов, по существу, отношение числа зубьев 6 ротора 5 к числу зубьев 4 обкладки 3 из эластомера составляет 4/5, изображено на фиг. 1, 7, 8.The oscillator for the drill string contains a gerotor screw hydraulic motor 1, including a tubular stator 2 with a fixed lining 3 made of elastomer, for example, made of rubber grade R1 (DE), with internal helical (multi-thread) teeth 4 and located inside the lining 3 of elastomer in tubular stator 2, rotor 5 with external helical (multi-thread) teeth 6, rotation of rotor 5 is carried out by pumping fluid medium 7 - drilling mud, which has a density of up to 1500 kg/m ³ , contains up to 2% sand and up to 5% oil products, under pressure, for example, 25 ÷ 35 MPa, the number of teeth 6 of the rotor 5 is one less than the number of teeth 4 of the lining 3 of the elastomer in the stator 2, stroke 8, T of the internal helical teeth 4 in the lining 3 of the elastomer in the stator 2 and the stroke 9, T1 of the outer screw teeth 6 of the rotor 2 are proportional to their number of teeth, and the central longitudinal axis 10 of the rotor 5 and the central longitudinal axis 11 of the lining 3 of the elastomer in the stator 2 are displaced from each other by the amount of eccentricity eta 12, e, while the number of visits, in essence, the ratio of the number of teeth 6 of the rotor 5 to the number of teeth 4 of the lining 3 of the elastomer is 4/5, shown in Fig. 1, 7, 8.

Ход 8, Т винтовой линии внутренних винтовых зубьев 4 обкладки 3 из эластомера в статоре 2 (или шаг P_z каждого винтового зуба 4) и ход 9, Т1 наружных винтовых зубьев 6 ротора 2 (или шаг P_z каждого винтового зуба 6) равен расстоянию по сосной поверхности между двумя положениями точки, образующей линию винтового зуба, соответствующими ее полному обороту вокруг оси зубчатого колеса, например, вокруг центральной продольной оси 11 обкладки 3 из эластомера, закрепленной в статоре 2, или вокруг центральной продольной оси 10 ротора 5, показано, например, в ГОСТ 16530-83, стр. 17, а также изображено на фиг. 7, 8.The stroke 8, T of the helix of the internal helical teeth 4 of the lining 3 made of elastomer in the stator 2 (or the pitch P _z of each helical tooth 4) and the stroke 9, T1 of the outer helical teeth 6 of the rotor 2 (or the pitch P _z of each helical tooth 6) is equal to the distance along the pine surface between two positions of the point forming the line of the helical tooth, corresponding to its complete revolution around the gear wheel axis, for example, around the central longitudinal axis 11 of the elastomer lining 3 fixed in the stator 2, or around the central longitudinal axis 10 of the rotor 5, it is shown, for example, in GOST 16530-83, page 17, and also shown in Fig. 7, 8.

Осциллятор для бурильной колонны содержит клапан 13, включающий подвижный клапанный элемент 14 и неподвижный клапанный элемент 15, подвижный клапанный элемент 14 снабжен установленной в нем первой клапанной пластиной 16, а неподвижный клапанный элемент 15 снабжен установленной в нем второй клапанной пластиной (втулкой) 17, причем неподвижный клапанный элемент 15 с установленной в нем второй клапанной пластиной (втулкой) 17 образует клапанное отверстие 18 и имеет продольную ось 19, подвижный клапанный элемент 14 скреплен с ротором 5 при помощи резьбы 20 с заданным моментом затяжки и выполнен с возможностью перемещения в поперечном направлении 21 при планетарном вращении винтового ротора 5 относительно винтовых зубьев 4 обкладки 3 из эластомера в статоре 2 и одновременном вращении упомянутого ротора 5 вокруг собственной продольной оси 10 в направлении, противоположном направлению планетарного вращения, а также скрепленного резьбой 20 с ротором 5 подвижного клапанного элемента 14 относительно неподвижного клапанного элемента 15, при эксплуатации клапанные элементы 14 и 15 взаимодействуют, совместно образуя переменное проходное сечение 22 для текучей среды 7 через клапан 13, изображено на фиг. 1, 2, 3, 4, 5.The oscillator for the drill string contains a valve 13, including a movable valve element 14 and a fixed valve element 15, the movable valve element 14 is equipped with the first valve plate 16 installed in it, and the fixed valve element 15 is equipped with the second valve plate (sleeve) 17 installed in it, and the fixed valve element 15 with the second valve plate (sleeve) 17 installed in it forms a valve hole 18 and has a longitudinal axis 19, the movable valve element 14 is fastened to the rotor 5 by means of a thread 20 with a predetermined tightening torque and is movable in the transverse direction 21 during planetary rotation of the helical rotor 5 relative to the helical teeth 4 of the lining 3 made of elastomer in the stator 2 and the simultaneous rotation of the said rotor 5 around its own longitudinal axis 10 in the direction opposite to the direction of planetary rotation, as well as the movable valve element 14 fastened with thread 20 to the rotor 5, refer When valve element 15 is stationary, in operation valve elements 14 and 15 interact to form a variable flow area 22 for fluid 7 through valve 13, shown in FIG. 1, 2, 3, 4, 5.

Осциллятор содержит плунжерный модуль 23, размещенный между подвижным клапанным элементом 14 и клапанной парой: 16 и 17, образующей при эксплуатации переменное проходное сечение 22 для текучей среды 7 через клапан 13, изображено на фиг. 1, 2, 3, 4, 5.The oscillator contains a plunger module 23 placed between the movable valve element 14 and the valve pair: 16 and 17, which during operation form a variable flow area 22 for the fluid 7 through the valve 13, shown in Fig. 1, 2, 3, 4, 5.

Первый клапанный элемент 14, жестко скрепленный с ротором 5 при помощи резьбы 20, снабжен трубчатым хвостовиком 24, направленным к клапану 13, внутренняя полость 25 трубчатого хвостовика 24 первого клапанного элемента 14 выполнена с возможностью сообщения при помощи отверстий 26 с потоком текучей среды 7 на выходе 27 из героторного винтового гидравлического двигателя 1 и образования проточного канала 28 через внутреннюю полость 25 трубчатого хвостовика 24 к клапану 13, изображено на фиг. 1, 2, 3, 4, 5.The first valve element 14, rigidly fastened to the rotor 5 by means of a thread 20, is provided with a tubular shank 24 directed to the valve 13, the inner cavity 25 of the tubular shank 24 of the first valve element 14 is made with the possibility of communicating through holes 26 with the fluid flow 7 at the outlet 27 from the gerotor screw hydraulic motor 1 and the formation of a flow channel 28 through the inner cavity 25 of the tubular shank 24 to the valve 13 is shown in FIG. 1, 2, 3, 4, 5.

Плунжерный модуль 23 содержит закрепленную внутри него обкладку 29 из упруго-эластичного материала, например, из резины марки R1 (DE), установлен на трубчатом хвостовике 24 первого клапанного элемента 14 с возможностью вращения относительно наружного пояса 30 трубчатого хвостовика 24 первого клапанного элемента 14 и продольного перемещения относительно наружного пояса 30 трубчатого хвостовика 24 первого клапанного элемента 14, изображено на фиг. 1, 2, 3, 4, 5.The plunger module 23 contains a lining 29 fixed inside it made of an elastic material, for example, made of rubber grade R1 (DE), installed on the tubular shank 24 of the first valve element 14 with the possibility of rotation relative to the outer belt 30 of the tubular shank 24 of the first valve element 14 and the longitudinal movement relative to the outer belt 30 of the tubular shank 24 of the first valve element 14 is shown in FIG. 1, 2, 3, 4, 5.

Первый клапанный элемент 16 выполнен в виде жестко скрепленной (прессовой посадкой) с плунжерным модулем 23 дроссельной втулки 31 (из карбида вольфрама) с проточным каналом 32, профиль которого выполнен конфузорным, по существу, с критическим сечением 33 на выходе, изображено на фиг. 1, 2, 3, 4, 5.The first valve element 16 is made in the form of a throttle sleeve 31 (made of tungsten carbide) rigidly fastened (press fit) with the plunger module 23 with a flow channel 32, the profile of which is made confusing, essentially with a critical section 33 at the outlet, shown in Fig. 1, 2, 3, 4, 5.

Максимальное смещение 34 центральной продольной оси 35 проточного канала 32 дроссельной втулки 31 относительно центральной продольной оси 11 обкладки 3 из эластомера в статоре 2 равно удвоенной величине эксцентриситета 12, е центральной продольной оси 10 ротора 5 относительно центральной продольной оси 11 обкладки 3 из эластомера в статоре 2 гидравлического двигателя 1, изображено на фиг. 2, 3, 8.The maximum displacement 34 of the central longitudinal axis 35 of the flow channel 32 of the throttle sleeve 31 relative to the central longitudinal axis 11 of the lining 3 of elastomer in the stator 2 is equal to twice the value of the eccentricity 12 e of the central longitudinal axis 10 of the rotor 5 relative to the central longitudinal axis 11 of the lining 3 of elastomer in the stator 2 hydraulic motor 1 is shown in Fig. 2, 3, 8.

Радиально-упорная опора 36 вращения предназначена для удержания ротора 5 с наружными винтовыми зубьями 6 гидравлического двигателя 1 в продольном направлении (от действия осевой нагрузки, направленной по потоку текучей среды 7) трансмиссионным валом 37 (для разгрузки клапана 13 от продольных перемещений и веса ротора 5) и содержит полый вал 38, установленный в упорно-радиальном многорядном подшипнике 39, а также в верхней и нижней идентичных радиальных опорах скольжения 40, состоящих, каждая, из наружной втулки 41, размещенной в корпусе 43 радиально-упорной опоры 36 вращения, и внутренней втулки 42, установленной на полом валу 38, изображено на фиг. 1, 9, 10.The angular contact support 36 rotation is designed to hold the rotor 5 with external helical teeth 6 of the hydraulic motor 1 in the longitudinal direction (from the action of the axial load directed along the fluid flow 7) by the transmission shaft 37 (to unload the valve 13 from longitudinal movements and the weight of the rotor 5 ) and contains a hollow shaft 38 installed in the thrust-radial multi-row bearing 39, as well as in the upper and lower identical radial sliding bearings 40, each consisting of an outer sleeve 41 placed in the housing 43 of the radial-thrust bearing 36 rotation, and the inner sleeve 42 mounted on a hollow shaft 38 is shown in FIG. 1, 9, 10.

Наружная и внутренняя втулки, соответственно, 41, 42 в верхней и нижней радиальных опорах скольжения 40, выполнены, каждая, в виде единой конструкции с пластинами 44 из твердого сплава (из карбида вольфрама), при этом пластины 44 скреплены между собой пропиткой твердого сплава компонентами связки-припоя, а расплавленный порошок связки-припоя для крепления пластин 44 из твердого сплава содержит компоненты в следующем соотношении, мас. %: Ni 32÷47, Fe 2, Cr 7÷14, Si 2, WC остальное, изображено на фиг. 1, 10.The outer and inner bushings, respectively, 41, 42 in the upper and lower radial sliding bearings 40, are each made in the form of a single structure with plates 44 made of hard alloy (made of tungsten carbide), while the plates 44 are fastened together by impregnating the hard alloy with components ligament-solder, and the molten powder ligament-solder for attaching plates 44 of hard alloy contains components in the following ratio, wt. %: Ni 32÷47, Fe 2, Cr 7÷14, Si 2, WC the rest is shown in Fig. 1, 10.

Радиально-упорная опора 36 вращения содержит резьбовой переходник 45, размещенный между входной частью 46 ротора 5 гидравлического двигателя 1 и полым валом 38 радиально-упорной опоры вращения 36, при этом переходник 45 жестко скреплен с полым валом 38 радиально-упорной опоры вращения 36 резьбой 47, а в переходнике 45 выполнены каналы 48 для направления потока текучей среды 7 из полого вала 38 на вход 46 гидравлического двигателя 1, изображено на фиг. 1, 9, 10.Angular contact support 36 rotation contains a threaded adapter 45, placed between the input part 46 of the rotor 5 of the hydraulic motor 1 and the hollow shaft 38 of the angular contact support rotation 36, while the adapter 45 is rigidly fastened to the hollow shaft 38 of the angular contact rotation support 36 thread 47 , and in the adapter 45 there are channels 48 for directing the flow of fluid 7 from the hollow shaft 38 to the inlet 46 of the hydraulic motor 1, shown in FIG. 1, 9, 10.

Осциллятор содержит генератор 49 гидромеханических импульсов, расположенный выше по потоку 7 текучей среды от радиально-упорной опоры 36 вращения, и включает корпус 50, выполненный из наружных трубчатых элементов 51, 52, 53, размещенную внутри корпуса 50 оправку 54, выполненную из внутренних трубчатых элементов 55, 56, телескопически соединенных между собой, а также элементы для передачи вращающего момента бурильной колонны - внутренние шлицы 57 внутри наружного трубчатого элемента 51 корпуса 50 и соответствующие им наружные шлицы 58 на внутреннем трубчатом элементе 55 оправки 54 между корпусом 50 и оправкой 54 при продольном перемещении относительно друг друга, изображено на фиг. 1, 11, 12.The oscillator contains a generator 49 of hydromechanical pulses, located upstream 7 of the fluid medium from the angular contact support 36 of rotation, and includes a housing 50 made of outer tubular elements 51, 52, 53, a mandrel 54 placed inside the housing 50, made of internal tubular elements 55, 56, telescopically connected to each other, as well as elements for transmitting the torque of the drill string - internal splines 57 inside the outer tubular element 51 of the housing 50 and the corresponding external slots 58 on the inner tubular element 55 of the mandrel 54 between the body 50 and the mandrel 54 with a longitudinal moving relative to each other is shown in Fig. 1, 11, 12.

В верхней части внутреннего трубчатого элемента 55 выполнена внутренняя резьба 59, предназначенная для соединения с низом верхней части бурильной колонны (не показанной), внутренние трубчатые элементы 55 и 56 скреплены резьбой 60, наружные трубчатые элементы 51 и 52 скреплены резьбой 61, наружные трубчатые элементы 52 и 53 скреплены резьбой 62, в нижней части наружного трубчатого элемента 53 выполнена внутренняя резьба 63, при этом через оправку 54 прокачивается буровой раствор 7, например, полимер - глинистый, содержащий абразивные частицы, например, до 2% песка с размерами 0,15÷0,95 мм и до 5% нефтепродуктов плотностью 1,16÷1,26 г/см³, при гидростатическом давлении, например, 25÷35 МПа, изображено на фиг. 1, 11, 12.In the upper part of the inner tubular element 55, an internal thread 59 is made, designed to connect with the bottom of the upper part of the drill string (not shown), the inner tubular elements 55 and 56 are fastened with a thread 60, the outer tubular elements 51 and 52 are fastened with a thread 61, the outer tubular elements 52 and 53 are fastened with a thread 62, an internal thread 63 is made in the lower part of the outer tubular element 53, while drilling fluid 7 is pumped through the mandrel 54, for example, a clay polymer containing abrasive particles, for example, up to 2% sand with sizes of 0.15 ÷ 0.95 mm and up to 5% of oil products with a density of 1.16÷1.26 g/cm ³ , at hydrostatic pressure, for example, 25÷35 MPa, shown in Fig. 1, 11, 12.

Генератор 49 гидромеханических импульсов содержит пружинный модуль 64 (тарельчатые пружины) между корпусом 50 (наружными трубчатыми элементами 51, 52, 53) и оправкой 54 (внутренними трубчатыми элементами 55, 56), упорную втулку 65 между верхним упорным торцом 66 корпуса 50 (наружного трубчатого элемента 51) и пружинным модулем 64, изображено на фиг. 1, 11,12.The generator 49 hydromechanical pulses contains a spring module 64 (Belleville springs) between the housing 50 (outer tubular elements 51, 52, 53) and the mandrel 54 (internal tubular elements 55, 56), thrust sleeve 65 between the upper thrust end 66 of the housing 50 (outer tubular element 51) and the spring module 64 is shown in FIG. 1, 11,12.

Генератор 49 гидромеханических импульсов содержит верхний упорный торец 67 шлицов 58 оправки 54 (внутреннего трубчатого элемента 55) и нижний упорный торец 68 корпуса 50 (наружного трубчатого элемента 53), одновременно зацепляющие и нагружающие пружинный модуль 64 при продольном сжатии корпуса 50 и оправки 54 относительно друг друга, изображено на фиг. 1, 11, 12.Generator 49 hydromechanical pulses contains the upper thrust end 67 splines 58 of the mandrel 54 (inner tubular element 55) and the lower thrust end 68 of the housing 50 (outer tubular element 53), simultaneously engaging and loading the spring module 64 with longitudinal compression of the housing 50 and the mandrel 54 relative to each other friend, shown in Fig. 1, 11, 12.

Генератор 49 гидромеханических импульсов содержит верхний упорный торец 69 корпуса 50 (наружного трубчатого элемента 51) и нижний упорный торец 70 оправки 54 (внутреннего трубчатого элемента 53), одновременно зацепляющие и нагружающие пружинный модуль 64 (тарельчатые пружины) через упорную втулку 65 между верхним упорным торцом 69 корпуса 50 (наружного трубчатого элемента 51) и пружинным модулем 64 при растяжении корпуса 50 и оправки 54 относительно друг друга, изображено на фиг. 1, 11, 12.The generator 49 hydromechanical pulses contains the upper thrust end 69 of the housing 50 (outer tubular element 51) and the lower thrust end 70 of the mandrel 54 (inner tubular element 53), simultaneously engaging and loading the spring module 64 (Belleville springs) through the thrust sleeve 65 between the upper thrust end 69 of body 50 (outer tubular 51) and spring module 64 when body 50 and mandrel 54 are stretched relative to each other, is shown in FIG. 1, 11, 12.

Генератор 49 гидромеханических импульсов содержит кольцевой поршень 71 с уплотнениями 72 на его наружной поверхности 73, установленный внутри корпуса 50 (наружного трубчатого элемента 53), изображено на фиг. 1, 11, 12.The generator 49 hydromechanical pulses contains an annular piston 71 with seals 72 on its outer surface 73, installed inside the housing 50 (outer tubular element 53), shown in Fig. 1, 11, 12.

Генератор 49 гидромеханических импульсов содержит уплотнения 74 в верхней части 75 между корпусом 50 и оправкой 54 и камеру 76 для рабочей жидкости-масла, например, Mobilube I SHC 75W-90, ограниченную уплотнениями 74 в верхней части 75 корпуса 50 и уплотнениями 72 кольцевого поршня 71 между корпусом 50 и оправкой 54, изображено на фиг. 1, 11, 12.The hydromechanical pulse generator 49 includes seals 74 in the upper part 75 between the housing 50 and the mandrel 54 and a chamber 76 for the working fluid-oil, for example, Mobilube I SHC 75W-90, limited by the seals 74 in the upper part 75 of the housing 50 and the seals 72 of the annular piston 71 between housing 50 and mandrel 54 is shown in FIG. 1, 11, 12.

В генераторе 49 гидромеханических импульсов привод для передачи вращающего момента между оправкой 54 и корпусом 50 (для вращения бурильной колонны) при продольном перемещении относительно друг друга, по существу, элементы для передачи вращающего момента: наружные шлицы 58 части 55 оправки 54 и внутренние шлицы 57 верхней части 51 корпуса 50, снабжен ударным кольцом 77, установленным во внутреннем трубчатом элементе 55 оправки 54 с возможностью продольного перемещения оправки 54 с ударным кольцом 77 внутри упорной втулки 65, при этом ударное кольцо 77 выполнено разъемным в меридианном направлении 78, состоит из двух частей 79, 80 и установлено в кольцевой канавке между торцами 81 и 82 наружных шлицов 58 внутреннего трубчатого элемента 55 оправки 54, изображено на фиг. 1, 11, 12, 13.In the generator 49 of hydromechanical pulses, the drive for transmitting torque between the mandrel 54 and the body 50 (for rotating the drill string) with longitudinal movement relative to each other, in essence, elements for transmitting torque: external splines 58 of part 55 of the mandrel 54 and internal splines 57 of the upper part 51 of the housing 50, is provided with a shock ring 77 installed in the inner tubular element 55 of the mandrel 54 with the possibility of longitudinal movement of the mandrel 54 with the shock ring 77 inside the thrust sleeve 65, while the shock ring 77 is made detachable in the meridian direction 78, consists of two parts 79 , 80 and is installed in the annular groove between the ends 81 and 82 of the outer splines 58 of the inner tubular element 55 of the mandrel 54, shown in FIG. 1, 11, 12, 13.

Трансмиссионный вал 37 снабжен наружным кольцевым буртом 83 на его концевой части 84, направленной к резьбовому переходнику 45, жестко скрепленному с полым валом 38 радиально-упорной опоры 36 вращения резьбой 47, резьбовой переходник 45 снабжен трубчатым хвостовиком 85, направленным к ротору 5 гидравлического двигателя 1 и охватывающим наружный кольцевой бурт 83 на концевой части 84 трансмиссионного вала 37, между трубчатым хвостовиком 85 резьбового переходника 45 и концевой частью 84 трансмиссионного вала 37 размещен ряд шариков 86, установленных одной стороной в полусферических впадинах 87 на концевой части 84 трансмиссионного вала 37, другой стороной - в продольных полуцилиндрических пазах 88 трубчатого хвостовика 85 резьбового переходника 45, а ряд шариков 86 образует между концевой частью 84 трансмиссионного вала 37 и резьбовым переходником 45 шарнирный механизм 89, изображено на фиг. 1, 9.The transmission shaft 37 is provided with an outer annular shoulder 83 on its end part 84 directed to the threaded adapter 45, rigidly fastened to the hollow shaft 38 of the angular contact bearing 36 of rotation by thread 47, the threaded adapter 45 is provided with a tubular shank 85 directed to the rotor 5 of the hydraulic motor 1 and covering the outer annular shoulder 83 on the end part 84 of the transmission shaft 37, between the tubular shank 85 of the threaded adapter 45 and the end part 84 of the transmission shaft 37, a number of balls 86 are placed, installed on one side in hemispherical depressions 87 on the end part 84 of the transmission shaft 37, on the other side - in the longitudinal semi-cylindrical grooves 88 of the tubular shank 85 of the threaded adapter 45, and a number of balls 86 forms between the end part 84 of the transmission shaft 37 and the threaded adapter 45 a hinge mechanism 89, shown in FIG. 19.

На концевой части 84 трансмиссионного вала 37, снабженного наружным кольцевым буртом 83, установлены кольца 90, 91 со сферической опорной поверхностью, соответственно, 92 (наружной) и 93 (внутренней), взаимодействующие сферическими поверхностями, соответственно, 92 и 93 друг с другом, примыкающие к наружному кольцевому бурту 83 на концевой части 84 трансмиссионного вала 37 со стороны 94 (торца 94) наружного кольцевого бурта 83, направленной к ротору 5 гидравлического двигателя 1, а внутри трубчатого хвостовика 85 резьбового переходника 45 закреплена резьбовая втулка 95, скрепленная резьбой 96 с трубчатым хвостовиком 85 резьбового переходника 45, примыкающая к кольцам 90, 91 со сферической опорной поверхностью, соответственно, 92 и 93 с возможностью восприятия растягивающих нагрузок, действующих на трансмиссионный вал 37, скрепленный общей резьбой 97 с входной частью 46 ротора 5 гидравлического двигателя 1, изображено на фиг. 1, 7, 8, 9.On the end part 84 of the transmission shaft 37, equipped with an outer annular shoulder 83, there are rings 90, 91 with a spherical bearing surface, respectively, 92 (outer) and 93 (inner), interacting with spherical surfaces, respectively, 92 and 93 with each other, adjacent to the outer annular shoulder 83 on the end part 84 of the transmission shaft 37 from the side 94 (end 94) of the outer annular shoulder 83 directed to the rotor 5 of the hydraulic motor 1, and inside the tubular shank 85 of the threaded adapter 45, a threaded bushing 95 is fixed, fastened with a thread 96 to the tubular shank 85 of the threaded adapter 45, adjacent to the rings 90, 91 with a spherical bearing surface, respectively, 92 and 93 with the ability to perceive tensile loads acting on the transmission shaft 37, fastened with a common thread 97 to the input part 46 of the rotor 5 of the hydraulic motor 1, is shown in fig. 1, 7, 8, 9.

Кроме того, внутри резьбовой втулки 95 установлено кольцо 98, примыкающее к кольцам 90, 91 со сферической опорной поверхностью, соответственно, 92 и 93, при этом на трансмиссионном валу 37 установлен кожух 99 из эластомерного материала, закрепленный хомутом 100, при этом внутри резьбового переходника 45 также размещены: поз.101 - опорная пята, поз.102 - опорный подшипник, примыкающие к концевой части 84 трансмиссионного вала 37, а поз.103 - резьбовая пробка в резьбовом отверстии резьбового переходника 45, предназначенном для консистентной смазки, изображено на фиг. 1, 9.In addition, a ring 98 is installed inside the threaded sleeve 95, adjacent to the rings 90, 91 with a spherical bearing surface, respectively, 92 and 93, while on the transmission shaft 37 there is a casing 99 made of elastomeric material, fixed with a clamp 100, while inside the threaded adapter 45 are also placed: pos.101 - support heel, pos.102 - thrust bearing adjacent to the end part 84 of the transmission shaft 37, and pos.103 - a threaded plug in the threaded hole of the threaded adapter 45, intended for grease, shown in Fig. 19.

Кроме того, поз.104 - корпус (внутри которого размещен торсионный вал 37), скрепленный резьбой 105 с корпусом 43 радиально-упорной опоры 36 вращения, а также скрепленный резьбой 106 с трубчатым статором 2 гидравлического двигателя 1, изображено на фиг. 1, 7, 9.In addition, item 104 - housing (inside which is placed the torsion shaft 37), threaded 105 to the housing 43 of the angular contact support 36 rotation, as well as threaded 106 to the tubular stator 2 of the hydraulic motor 1, is shown in Fig. 1, 7, 9.

Кроме того, поз.107 - корпус (внутри которого размещен клапан 13 и плунжерный модуль 23), скрепленный резьбой 108 с трубчатым статором 2 гидравлического двигателя 1, а также скрепленный резьбой 109 с корпусным переходником 110, при этом в нижней части корпусного переходника 110 выполнена наружная резьба 111, предназначенная для скрепления с верхом нижней части бурильной колонны (не показанной), изображено на фиг. 1, 3,4,5,7.In addition, pos.107 - housing (inside which is placed the valve 13 and the plunger module 23), threaded 108 to the tubular stator 2 of the hydraulic motor 1, and also threaded 109 to the housing adapter 110, while in the lower part of the housing adapter 110 is made an external thread 111 for engagement with the top of the lower part of the drill string (not shown) is shown in FIG. 1, 3,4,5,7.

Кольцевой поршень 71 с уплотнениями 72 на его наружной поверхности 73, размещенный внутри корпуса 50 (наружного трубчатого элемента 53) в генераторе 49 гидромеханических импульсов с возможностью скольжения относительно внутренней поверхности 112 наружного трубчатого элемента 53 корпуса 50, жестко скреплен резьбой 113 с оправкой 54 (внутренним трубчатым элементом 56) и отделяет камеру 76 для рабочей жидкости-масла, например, Mobilube I SHC 75W-90, ограниченную уплотнениями 74 в верхней части 75 корпуса 50 и уплотнениями 72 кольцевого поршня 71 между корпусом 50 и оправкой 54, от внутренней полости оправки 54 и корпуса 50, по существу - от внутренней полости бурильной колонны, через которую прокачивается буровой раствор 7 при гидростатическом давлении, например, 25÷35 МПа, что способствует растяжению корпуса 50 и оправки 54 относительно друг друга с возможностью реагирования на пульсацию давления текучей среды 7, прокачиваемой по бурильной колонне, изображено на фиг. 1, 11.The annular piston 71 with seals 72 on its outer surface 73, placed inside the housing 50 (outer tubular element 53) in the hydromechanical pulse generator 49 with the possibility of sliding relative to the inner surface 112 of the outer tubular element 53 of the housing 50, is rigidly fastened with a thread 113 with a mandrel 54 (internal tubular element 56) and separates the chamber 76 for the working fluid-oil, for example, Mobilube I SHC 75W-90, limited by the seals 74 in the upper part 75 of the housing 50 and the seals 72 of the annular piston 71 between the housing 50 and the mandrel 54, from the inner cavity of the mandrel 54 and body 50, essentially - from the internal cavity of the drill string, through which the drilling fluid 7 is pumped at a hydrostatic pressure, for example, 25÷35 MPa, which contributes to the expansion of the body 50 and the mandrel 54 relative to each other with the possibility of responding to the pressure pulsation of the fluid 7 pumped through the drill string is shown in Fig. 1, 11.

Площадь 114, F минимального проходного сечения для текучей среды 7 через клапан 13, образованного взаимодействующими клапанными элементами: дроссельной втулкой 31 и второй клапанной пластиной 17 (втулкой), образующей клапанное отверстие 18, и площадь 115, К критического сечения проточного канала 32 на выходе дроссельной втулки 31, скрепленной с плунжерным модулем 14, связаны соотношением: F=(0,22÷0,55)K, изображено на фиг. 3, 4, 5, 6.The area 114, F of the minimum flow area for the fluid 7 through the valve 13, formed by interacting valve elements: the throttle sleeve 31 and the second valve plate 17 (sleeve), forming the valve hole 18, and the area 115, K of the critical section of the flow channel 32 at the outlet of the throttle sleeve 31, fastened to the plunger module 14, are connected by the ratio: F=(0.22÷0.55)K, shown in Fig. 3, 4, 5, 6.

Площадь 115, К критического сечения проточного канала 32 на выходе дроссельной втулки 31, скрепленной с плунжерным модулем 14, и площадь 116, S входного сечения проточного канала 32 дроссельной втулки 31, скрепленной с плунжерным модулем 14, связаны соотношением: K=(0,22÷0,55)S, при этом неподвижный второй клапанный элемент 17 выполнен идентичным дроссельной втулке 31 и оппозитно расположен относительно дроссельной втулки 31 с возможностью образования проточного канала 18, профиль которого выполнен в форме диффузора, изображено на фиг. 3, 4, 5, 6.The area 115, K of the critical section of the flow channel 32 at the outlet of the throttle sleeve 31, fastened to the plunger module 14, and the area 116, S of the inlet section of the flow channel 32 of the throttle sleeve 31, fastened to the plunger module 14, are related by the relation: K=(0.22 ÷0.55)S, while the fixed second valve element 17 is made identical to the throttle sleeve 31 and is oppositely located relative to the throttle sleeve 31 with the possibility of forming a flow channel 18, the profile of which is made in the form of a diffuser, shown in Fig. 3, 4, 5, 6.

Максимальный осевой зазор (люфт) 117 между торцом 118 дроссельной втулки 31, скрепленной с плунжерным модулем 23, и торцом 119 второй, неподвижной втулки 17, закрепленной во втором клапанном элементе 15, равен удвоенной величине эксцентриситета 12, е центральной продольной оси 10 ротора 5 относительно центральной продольной оси 11 обкладки 3 из эластомера в статоре 2 гидравлического двигателя 1, при этом наружный пояс 30 трубчатого хвостовика 24 первого клапанного элемента 14, проточный канал 28 для текучей среды 7 через внутреннюю полость 25 трубчатого хвостовика 24 к клапану 13 и проточный канал 32 дроссельной втулки 31 (из карбида вольфрама), профиль которого выполнен конфузорным, по существу, с критическим сечением 33 на выходе, скрепленной с плунжерным модулем 14, расположены соосно между собой, изображено на фиг. 2, 3, 4, 6.The maximum axial clearance (backlash) 117 between the end face 118 of the throttle sleeve 31, fastened to the plunger module 23, and the end face 119 of the second, fixed sleeve 17, fixed in the second valve element 15, is equal to twice the eccentricity 12, e of the central longitudinal axis 10 of the rotor 5 relative to the central longitudinal axis 11 of the lining 3 made of elastomer in the stator 2 of the hydraulic motor 1, while the outer belt 30 of the tubular shank 24 of the first valve element 14, the flow channel 28 for the fluid 7 through the inner cavity 25 of the tubular shank 24 to the valve 13 and the flow channel 32 of the throttle bushings 31 (made of tungsten carbide), the profile of which is made confusing, essentially with a critical section 33 at the outlet, fastened to the plunger module 14, are located coaxially with each other, shown in Fig. 2, 3, 4, 6.

Верхний по потоку 7 край 120 оправки 54 в генераторе 49 гидромеханических импульсов выполнен с поясом 121 пониженной жесткости, характеризующимся выполнением стенки 122 оправки 54 уменьшенной толщиной 123 и уменьшенным наружным диаметром 124, образующим упорный торец 125 с возможностью захвата и подъема бурильной колонны из скважины (не показанной), изображено на фиг. 1,11.The upstream 7 edge 120 of the mandrel 54 in the generator 49 of hydromechanical pulses is made with a belt 121 of reduced rigidity, characterized by the execution of the wall 122 of the mandrel 54 with a reduced thickness 123 and a reduced outer diameter 124, forming a thrust end 125 with the possibility of capturing and lifting the drill string from the well (not shown) is shown in Fig. 1.11.

В компоновке низа бурильной колонны (КНБК) используют гидравлические двигатели и ясы (патенты RU 2515627, RU 2689014, RU 2745677, RU 2439284, ООО "Фирма "Радиус-Сервис), а также осциллятор ОС-172РС.840 бурильной колонны для проходки скважин, например, имеющих наклонно-направленный интервал до 3500 м и горизонтальный интервал до 2500 м.The bottom hole assembly (BHA) uses hydraulic motors and jars (patents RU 2515627, RU 2689014, RU 2745677, RU 2439284, Radius-Service Firm LLC), as well as the OS-172RS.840 oscillator of the drill string for drilling wells, for example, having a directional interval up to 3500 m and a horizontal interval up to 2500 m.

Осциллятор размещают в бурильной колонне над гидравлическим ясом и утяжеленными бурильными трубами, при этом в КНБК устанавливают гидравлический двигатель Д-172РС с регулятором угла перекоса и долотом, а также скважинные модули телеметрической системы-модули измерения (MWD) и каротажа (LWD).The oscillator is placed in the drill string above the hydraulic jar and drill collars, while the BHA is equipped with a D-172RS hydraulic motor with a skew angle regulator and a bit, as well as downhole telemetry system modules - measurement modules (MWD) and logging (LWD) modules.

Проходку скважины осуществляют вращением бурильной колонны ротором бурового станка 5000ЭУ с частотой вращения 20÷30 об/мин при работе гидравлического двигателя, вращающего долото, при этом поток бурового раствора 7 обеспечивает промывку забоя скважины и вынос на поверхность выбуриваемой породы.The drilling of the well is carried out by rotating the drill string by the rotor of the drilling machine 5000EU with a rotation speed of 20÷30 rpm when the hydraulic motor rotates the bit, while the flow of the drilling fluid 7 ensures the flushing of the bottom of the well and the removal of the drilled rock to the surface.

Осциллятор работает следующим образом: поток бурового раствора 7, содержащего твердые абразивные частицы, например, до 2% песка с размерами 0,15÷0,95 мм и до 5% нефтепродуктов полимер - глинистого бурового раствора плотностью 1,16÷1,26 г/см³, прокачивают насосом буровой установки при гидростатическом давлении, например, 25÷35 МПа, через колонну бурильных труб.The oscillator works as follows: the flow of drilling mud 7 containing solid abrasive particles, for example, up to 2% sand with dimensions of 0.15÷0.95 mm and up to 5% oil polymer - clay drilling mud with a density of 1.16÷1.26 g /cm ³ pumped by the pump of the drilling rig at hydrostatic pressure, for example, 25÷35 MPa, through the drill string.

Поток бурового раствора 7 проходит через множество винтовых камер между наружными винтовыми зубьями 6 ротора 5 и внутренними винтовыми зубьями 4 обкладки 3 из эластомера, закрепленной в статоре 2, образует область высокого давления и момент от гидравлических сил, который приводит в планетарно-роторное вращение ротор 5 внутри обкладки 3 из эластомера, закрепленной в статоре 2, при этом винтовые камеры между винтовыми зубьями ротора 5 и винтовыми зубьями эластомерной обкладки 3 имеют переменный объем и периодически перемещаются по потоку бурового раствора 7, изображено на фиг. 1, 3, 4.The flow of drilling fluid 7 passes through a plurality of helical chambers between the outer helical teeth 6 of the rotor 5 and the inner helical teeth 4 of the lining 3 made of elastomer fixed in the stator 2, forms an area of high pressure and moment from hydraulic forces, which causes the rotor 5 to planetary-rotor rotation inside the elastomer lining 3 fixed in the stator 2, while the helical chambers between the helical teeth of the rotor 5 and the helical teeth of the elastomer lining 3 have a variable volume and periodically move along the flow of the drilling fluid 7, shown in Fig. 1, 3, 4.

Планетарно-роторное вращение винтового ротора 5 внутри обкладки 3 из эластомера, закрепленной в статоре 2, передает вращающий момент (в противоположном направлении) через первый клапанный элемент 14, жестко скрепленный с ротором 5 при помощи резьбы 20, причем первый клапанный элемент 14 снабжен трубчатым хвостовиком 24, направленным к клапану 13, внутренняя полость 25 трубчатого хвостовика 24 первого клапанного элемента 14 выполнена с возможностью сообщения при помощи отверстий 26 с потоком текучей среды 7 на выходе 27 из героторного винтового гидравлического двигателя 1 и образования проточного канала 28 через внутреннюю полость 25 трубчатого хвостовика 24 к клапану 13, плунжерный модуль 23 содержит закрепленную внутри него обкладку 29 из упруго-эластичного материала, установлен на трубчатом хвостовике 24 первого клапанного элемента 14 с возможностью вращения относительно наружного пояса 30 трубчатого хвостовика 24 первого клапанного элемента 14 и продольного перемещения относительно наружного пояса 30 трубчатого хвостовика 24 первого клапанного элемента 14, а первый клапанный элемент 16 выполнен в виде жестко скрепленной с плунжерным модулем 23 дроссельной втулки 31 с проточным каналом 32, профиль которого выполнен конфузорным, по существу, с критическим сечением 33 на выходе, совместно образуя переменное проходное сечение 22 для текучей среды 7 - бурового раствора через клапан 13, изображено на фиг. 1, 2, 3, 4, 6.The planetary-rotary rotation of the helical rotor 5 inside the lining 3 of elastomer fixed in the stator 2 transmits torque (in the opposite direction) through the first valve element 14, rigidly fastened to the rotor 5 by means of a thread 20, the first valve element 14 being provided with a tubular shank 24 directed towards the valve 13, the inner cavity 25 of the tubular shank 24 of the first valve element 14 is configured to communicate via holes 26 with the fluid flow 7 at the outlet 27 of the gerotor screw hydraulic motor 1 and form a flow channel 28 through the inner cavity 25 of the tubular shank 24 to the valve 13, the plunger module 23 contains a lining 29 of an elastic material fixed inside it, mounted on the tubular shank 24 of the first valve element 14 with the possibility of rotation relative to the outer belt 30 of the tubular shank 24 of the first valve element 14 and longitudinal movement relative to the outer belt 30 of the tubular shank 24 of the first valve element 14, and the first valve element 16 is made in the form of a throttle sleeve 31 rigidly fastened to the plunger module 23 with a flow channel 32, the profile of which is made confusing, essentially, with a critical section 33 at the outlet, jointly forming variable flow area 22 for the fluid 7 - drilling fluid through the valve 13, is shown in FIG. 1, 2, 3, 4, 6.

Изменение переменного проходного сечения 22 для текучей среды 7 -бурового раствора 7 через плунжерный модуль 23 и клапан 13 создает пульсацию давления в текучей среде - буровом растворе 7, действие которой передается на кольцевой поршень 71 с уплотнениями 72 на его наружной поверхности 73, размещенный внутри корпуса 50 (наружного трубчатого элемента 53) в генераторе 49 гидромеханических импульсов с возможностью скольжения относительно внутренней поверхности 112 наружного трубчатого элемента 53 корпуса 50, при этом кольцевой поршень 71 жестко скреплен резьбой 113 с оправкой 54 (внутренним трубчатым элементом 56) и отделяет камеру 76 для рабочей жидкости-масла, например, Mobilube I SHC 75W-90, ограниченную уплотнениями 74 в верхней части 75 корпуса 50 и уплотнениями 72 кольцевого поршня 71 между корпусом 50 и оправкой 54, от внутренней полости оправки 54 и корпуса 50, по существу - от внутренней полости бурильной колонны, через которую прокачивается буровой раствор 7 при гидростатическом давлении, например, 25÷35 МПа, что способствует растяжению корпуса 50 и оправки 54 относительно друг друга с возможностью реагирования на пульсацию давления текучей среды 7, прокачиваемой по бурильной колонне, изображено на фиг. 1, 11.Changing the variable flow area 22 for fluid 7 - drilling fluid 7 through the plunger module 23 and valve 13 creates a pressure pulsation in the fluid - drilling fluid 7, the action of which is transmitted to the annular piston 71 with seals 72 on its outer surface 73, placed inside the housing 50 (outer tubular element 53) in the hydromechanical pulse generator 49 with the possibility of sliding relative to the inner surface 112 of the outer tubular element 53 of the housing 50, while the annular piston 71 is rigidly fastened by thread 113 to the mandrel 54 (inner tubular element 56) and separates the chamber 76 for the working liquid-oils, such as Mobilube I SHC 75W-90, bounded by seals 74 in the upper part 75 of body 50 and seals 72 of the annular piston 71 between body 50 and mandrel 54, from the internal cavity of the mandrel 54 and body 50, essentially - from the internal cavity drill string through which drilling fluid 7 is pumped under hydrostatic pressure, for example, 25÷35 MPa, which contributes to the expansion of the body 50 and the mandrel 54 relative to each other with the ability to respond to the pressure pulsation of the fluid 7 pumped through the drill string, shown in Fig. 1, 11.

Такое выполнение осциллятора обеспечивает расчетные перепады давления в клапане 13 и энергетические характеристики пульсирующего давления текучей среды 7 при меньшем уровне потерь давления, рабочий диапазон частоты колебаний при заданном расходе текучей среды 7 (бурового раствора) и перепаде давления, а также расчетную механическую мощность генератора 49 гидромеханических импульсов.This embodiment of the oscillator provides the calculated pressure drops in the valve 13 and the energy characteristics of the pulsating pressure of the fluid 7 at a lower level of pressure losses, the operating range of the oscillation frequency at a given flow rate of the fluid 7 (drilling mud) and pressure drop, as well as the calculated mechanical power of the hydromechanical generator 49 impulses.

При этом генератор 49 гидромеханических импульсов, реагирующий на давление текучей среды 7 (бурового раствора), прокачиваемого внутри оправки 54 и корпуса 50 под давлением 25÷35 МПа, возбуждает продольные циклические колебания бурильной колонны с частотой, например, 12÷27 Гц при расходе бурового раствора 45 л/с.In this case, the generator 49 of hydromechanical pulses, which responds to the pressure of the fluid 7 (drilling mud) pumped inside the mandrel 54 and the housing 50 under a pressure of 25÷35 MPa, excites longitudinal cyclic vibrations of the drill string with a frequency, for example, 12÷27 Hz at a flow rate of the drilling solution 45 l/s.

При выполнении осциллятора таким образом, что трансмиссионный вал 37 снабжен наружным кольцевым буртом 83 на его концевой части 84, направленной к резьбовому переходнику 45, жестко скрепленному с полым валом 38 радиально-упорной опоры 36 вращения резьбой 47, резьбовой переходник 45 снабжен трубчатым хвостовиком 85, направленным к ротору 5 гидравлического двигателя 1 и охватывающим наружный кольцевой бурт 83 на концевой части 84 трансмиссионного вала 37, между трубчатым хвостовиком 85 резьбового переходника 45 и концевой частью 84 трансмиссионного вала 37 размещен ряд шариков 86, установленных одной стороной в полусферических впадинах 87 на концевой части 84 трансмиссионного вала 37, другой стороной - в продольных полуцилиндрических пазах 88 трубчатого хвостовика 85 резьбового переходника 45, а ряд шариков 86 образует между концевой частью 84 трансмиссионного вала 37 и резьбовым переходником 45 шарнирный механизм 89, при этом на концевой части 84 трансмиссионного вала 37, снабженного наружным кольцевым буртом 83, установлены кольца 90, 91 со сферической опорной поверхностью, соответственно, 92 (наружной) и 93 (внутренней), взаимодействующие сферическими поверхностями, соответственно, 92 и 93 друг с другом, примыкающие к наружному кольцевому бурту 83 на концевой части 84 трансмиссионного вала 37 со стороны 94 (торца 94) наружного кольцевого бурта 83, направленной к ротору 5 гидравлического двигателя 1, а внутри трубчатого хвостовика 85 резьбового переходника 45 закреплена резьбовая втулка 95, скрепленная резьбой 96 с трубчатым хвостовиком 85 резьбового переходника 45, примыкающая к кольцам 90, 91 со сферической опорной поверхностью, соответственно, 92 и 93 с возможностью восприятия растягивающих нагрузок, действующих на трансмиссионный вал 37, скрепленный общей резьбой 97 с входной частью 46 ротора 5 гидравлического двигателя 1, при этом внутри резьбовой втулки 95 установлено кольцо 98, примыкающее к кольцам 90, 91 со сферической опорной поверхностью, соответственно, 92 и 93, а на трансмиссионном валу 37 установлен кожух 99 из эластомерного материала, закрепленный хомутом 100, при этом внутри резьбового переходника 45 также размещены: поз. 101 - опорная пята, поз.102 - опорный подшипник, примыкающие к концевой части 84 трансмиссионного вала 37, а поз.103 - резьбовая пробка в резьбовом отверстии резьбового переходника 45, предназначенном для консистентной смазки, повышается ресурс и надежность осциллятора, снижаются силы трения бурильной колонны о стенки скважины, уменьшаются крутильные напряжения в бурильной колонне при бурении горизонтальных интервалов наклонно-направленных скважин, предотвращается прихват бурильной колонны, повышается ресурс долота и увеличивается скорость проходки скважин.When the oscillator is made in such a way that the transmission shaft 37 is provided with an outer annular shoulder 83 on its end part 84 directed to the threaded adapter 45, rigidly fastened to the hollow shaft 38 of the angular contact bearing 36 of rotation by thread 47, the threaded adapter 45 is provided with a tubular shank 85, directed to the rotor 5 of the hydraulic motor 1 and covering the outer annular shoulder 83 on the end part 84 of the transmission shaft 37, between the tubular shank 85 of the threaded adapter 45 and the end part 84 of the transmission shaft 37 there is a number of balls 86 installed on one side in hemispherical depressions 87 on the end part 84 of the transmission shaft 37, the other side - in the longitudinal semi-cylindrical grooves 88 of the tubular shank 85 of the threaded adapter 45, and a number of balls 86 forms between the end part 84 of the transmission shaft 37 and the threaded adapter 45 a hinge mechanism 89, while on the end part 84 of the transmission shaft 37, supplied on outer annular shoulder 83, rings 90, 91 with a spherical bearing surface, respectively, 92 (outer) and 93 (inner), interacting with spherical surfaces, respectively, 92 and 93 with each other, adjacent to the outer annular shoulder 83 on the end part 84 transmission shaft 37 on the side 94 (end 94) of the outer annular shoulder 83 directed towards the rotor 5 of the hydraulic motor 1, and inside the tubular shank 85 of the threaded adapter 45 there is a threaded sleeve 95 fastened with a thread 96 to a tubular shank 85 of the threaded adapter 45 adjacent to the rings 90, 91 with a spherical bearing surface, respectively, 92 and 93 with the ability to perceive tensile loads acting on the transmission shaft 37, fastened with a common thread 97 to the input part 46 of the rotor 5 of the hydraulic motor 1, while inside the threaded sleeve 95 there is a ring 98 adjacent to rings 90, 91 with a spherical bearing surface, respectively, 92 and 93, and on the transmission shaft 37 there is a casing 99 made of elastomeric material, fixed with a collar 100, while inside the threaded adapter 45 are also placed: pos. 101 - support heel, pos.102 - support bearing adjacent to the end part 84 of the transmission shaft 37, and pos.103 - threaded plug in the threaded hole of the threaded adapter 45, intended for grease lubrication, increases the resource and reliability of the oscillator, reduces the friction force of the drill columns against the borehole walls, torsional stresses in the drill string are reduced when drilling horizontal intervals of directional wells, sticking of the drill string is prevented, the bit resource is increased and the rate of well penetration is increased.

При выполнении осциллятора таким образом, что площадь 114, F минимального проходного сечения для текучей среды 7 через клапан 13, образованного взаимодействующими клапанными элементами: дроссельной втулкой 31 и второй клапанной пластиной 17 (втулкой), образующей клапанное отверстие 18, и площадь 115, К критического сечения проточного канала 32 на выходе дроссельной втулки 31, скрепленной с плунжерным модулем 14, связаны соотношением: F=(0,22÷0,55)K, при этом площадь 115, К критического сечения проточного канала 32 на выходе дроссельной втулки 31, скрепленной с плунжерным модулем 14, и площадь 116, S входного сечения проточного канала 32 дроссельной втулки 31, скрепленной с плунжерным модулем 14, связаны соотношением: K=(0,22÷0,55)S, при этом неподвижный второй клапанный элемент 17 выполнен идентичным дроссельной втулке 31 и оппозитно расположен относительно дроссельной втулки 31 с возможностью образования проточного канала 18, профиль которого выполнен в форме диффузора, при этом максимальный осевой зазор (люфт) 117 между торцом 118 дроссельной втулки 31, скрепленной с плунжерным модулем 23, и торцом 119 второй, неподвижной втулки 17, закрепленной во втором клапанном элементе 15, равен удвоенной величине эксцентриситета 12, е центральной продольной оси 10 ротора 5 относительно центральной продольной оси 11 обкладки 3 из эластомера в статоре 2 гидравлического двигателя 1, при этом наружный пояс 30 трубчатого хвостовика 24 первого клапанного элемента 14, проточный канал 28 для текучей среды 7 через внутреннюю полость 25 трубчатого хвостовика 24 к клапану 13 и проточный канал 32 дроссельной втулки 31 (из карбида вольфрама), профиль которого выполнен конфузорным, по существу, с критическим сечением 33 на выходе, скрепленной с плунжерным модулем 14, расположены соосно между собой, образуется защитный слой текучей среды 7 между торцами 118 и 119 клапанных втулок, соответственно, 31 и 17, вследствие этого устраняются ударные нагрузки на торцы 118 и 119 клапанных втулок, соответственно, 31 и 17 из твердого сплава (из карбида вольфрама), повышается прочность и усталостная выносливость клапанных втулок 31 и 17, обеспечивается "мягкая" и бесшумная работа клапанной пары 13.When the oscillator is executed in such a way that the area 114, F of the minimum flow area for the fluid 7 through the valve 13, formed by the interacting valve elements: the throttle sleeve 31 and the second valve plate 17 (sleeve), forming the valve hole 18, and the critical area 115, K sections of the flow channel 32 at the outlet of the throttle sleeve 31, fastened to the plunger module 14, are related by the ratio: F=(0.22÷0.55)K, while the area 115, K of the critical section of the flow channel 32 at the outlet of the throttle sleeve 31, fastened with the plunger module 14, and the area 116, S of the inlet section of the flow channel 32 of the throttle sleeve 31, fastened to the plunger module 14, are related by the ratio: K=(0.22÷0.55)S, while the fixed second valve element 17 is made identical throttle sleeve 31 and oppositely located relative to the throttle sleeve 31 with the possibility of forming a flow channel 18, the profile of which is made in the form of a diffuser, while max. small axial clearance (backlash) 117 between the end face 118 of the throttle sleeve 31, fastened to the plunger module 23, and the end face 119 of the second, fixed sleeve 17, fixed in the second valve element 15, is equal to twice the value of the eccentricity 12, e of the central longitudinal axis 10 of the rotor 5 relative to the central longitudinal axis 11 of the lining 3 made of elastomer in the stator 2 of the hydraulic motor 1, while the outer belt 30 of the tubular shank 24 of the first valve element 14, the flow channel 28 for the fluid 7 through the inner cavity 25 of the tubular shank 24 to the valve 13 and the flow channel 32 of the throttle bushings 31 (made of tungsten carbide), the profile of which is made confusing, essentially with a critical section 33 at the outlet, fastened to the plunger module 14, are located coaxially with each other, a protective layer of fluid 7 is formed between the ends 118 and 119 of the valve bushings, respectively, 31 and 17, thereby eliminating shock loads on the ends 118 and 119 of the valve sleeves, with responsibly, 31 and 17 made of hard alloy (tungsten carbide), the strength and fatigue resistance of the valve bushings 31 and 17 are increased, and the "soft" and silent operation of the valve pair 13 is ensured.

Выполнении осциллятора бурильной колонны таким образом, что верхний по потоку 7 край 120 оправки 54 в генераторе 49 гидромеханических импульсов содержит пояс 121 пониженной жесткости, характеризующий выполнением стенки 122 оправки 54 уменьшенной толщиной 123 и уменьшенным наружным диаметром 124, образующим упорный торец 125 с возможностью захвата и подъема бурильной колонны из скважины, предотвращает повреждение оправки 54 хомутами (слайдерами) или кулачками элеватора буровой установки.The execution of the drill string oscillator in such a way that the upstream 7 edge 120 of the mandrel 54 in the hydromechanical pulse generator 49 contains a belt 121 of reduced rigidity, characterized by the execution of the wall 122 of the mandrel 54 with a reduced thickness 123 and a reduced outer diameter 124, forming a thrust end 125 with the possibility of gripping and raising the drill string from the well, prevents damage to the mandrel 54 by clamps (sliders) or cams of the drilling rig elevator.

Осциллятор ОС-172РС.840 соответствует требованиям настоящего технического задания (приведены в таблице 1).Oscillator OS-172RS.840 complies with the requirements of this specification (given in Table 1).

Повышается ресурс и надежность осциллятора, расширяется диапазон энергетических характеристик пульсирующего давления текучей среды и механической мощности генератора гидромеханических импульсов при меньшем уровне потерь давления, снижаются силы трения бурильной колонны о стенки скважины, а также уменьшаются крутильные напряжения в бурильной колонне при бурении горизонтальных интервалов наклонно-направленных скважин, предотвращается прихват бурильной колонны, повышается ресурс долота и скорость проходки скважин.The resource and reliability of the oscillator is increased, the range of energy characteristics of the pulsating pressure of the fluid medium and the mechanical power of the hydromechanical pulse generator is expanded at a lower level of pressure losses, the friction forces of the drill string against the borehole walls are reduced, and the torsional stresses in the drill string are also reduced when drilling horizontal intervals of directional wells, drill string sticking is prevented, bit resource and well penetration rate are increased.

Claims

1. Осциллятор бурильной колонны, содержащий героторный винтовой гидравлический двигатель, включающий статор с закрепленной внутри обкладкой из эластомера с внутренними винтовыми зубьями и расположенный внутри статора ротор с наружными винтовыми зубьями, число зубьев ротора на единицу меньше числа зубьев обкладки из эластомера, ходы винтовых зубьев обкладки из эластомера и ротора пропорциональны их числам зубьев, центральные продольные оси ротора и обкладки из эластомера смещены между собой на величину эксцентриситета, а вращение ротора осуществляется насосной подачей текучей среды, и клапан, включающий первый клапанный элемент и неподвижный второй клапанный элемент, первый клапанный элемент скреплен с ротором и снабжен хвостовиком, направленным к клапану, внутренняя полость хвостовика первого клапанного элемента выполнена с возможностью сообщения с потоком текучей среды на выходе из двигателя и образования проточного канала через внутреннюю полость хвостовика к клапану, а также содержащий плунжерный модуль, размещенный между первым клапанным элементом и клапанной парой, включающий закрепленную внутри него обкладку из эластомера, установленный на хвостовике первого клапанного элемента с возможностью вращения и продольного перемещения относительно хвостовика первого клапанного элемента, первый клапанный элемент выполнен в виде скрепленной с плунжерным модулем дроссельной втулки с проточным каналом, профиль которого выполнен с критическим сечением на выходе, причем максимальное смещение центральной продольной оси проточного канала дроссельной втулки относительно центральной продольной оси обкладки из эластомера равно удвоенной величине эксцентриситета центральной продольной оси ротора относительно центральной продольной оси обкладки из эластомера, при этом неподвижный второй клапанный элемент с установленной в нем второй клапанной пластиной образует клапанное отверстие и имеет основную продольную ось, а при эксплуатации клапанные элементы взаимодействуют, совместно образуя переменное проходное сечение для текучей среды через клапан, а также содержащий радиально-упорную опору вращения, включающую полый вал, установленный в радиально-упорной опоре вращения, а также содержащий трансмиссионный вал и резьбовой переходник, размещенные между входной частью ротора и полым валом радиально-упорной опоры вращения, причем резьбовой переходник жестко скреплен с полым валом радиально-упорной опоры вращения, а также содержащий генератор гидромеханических импульсов, расположенный выше по потоку от радиально-упорной опоры вращения, включающий корпус, выполненный из наружных трубчатых элементов, размещенную внутри корпуса оправку, выполненную из внутренних трубчатых элементов, телескопически соединенных между собой, элементы для передачи вращающего момента между корпусом и оправкой при продольном перемещении относительно друг друга, указанные трубчатые элементы оснащены резьбами, а также содержащий пружинный модуль между корпусом и оправкой, упорную втулку между верхним упорным торцом корпуса и пружинным модулем, указанные наружные трубчатые элементы, имеющие расположенные вдоль верхний и нижний упорные торцы на противоположных краях пружинного модуля, верхний упорный торец первого трубчатого элемента и нижний упорный торец второго трубчатого элемента, одновременно зацепляющие и нагружающие пружинный модуль при продольном сжатии указанных трубчатых элементов относительно друг друга, верхний упорный торец второго трубчатого элемента и нижний упорный торец первого трубчатого элемента, одновременно зацепляющие и нагружающие пружинный модуль при растяжении указанных трубчатых элементов относительно друг друга, а также содержащий кольцевой поршень с уплотнениями, размещенный внутри корпуса в генераторе гидромеханических импульсов, отличающийся тем, что трансмиссионный вал снабжен наружным кольцевым буртом на его концевой части, направленной к резьбовому переходнику, жестко скрепленному с полым валом радиально-упорной опоры вращения, при этом резьбовой переходник снабжен трубчатым хвостовиком, направленным к ротору двигателя и охватывающим наружный кольцевой бурт на концевой части трансмиссионного вала, между трубчатым хвостовиком резьбового переходника и концевой частью трансмиссионного вала размещен ряд шариков, установленных одной стороной в полусферических впадинах на концевой части трансмиссионного вала, другой стороной - в продольных полуцилиндрических пазах трубчатого хвостовика резьбового переходника, а ряд шариков образует между концевой частью трансмиссионного вала и резьбовым переходником шарнирный механизм, при этом на концевой части трансмиссионного вала, снабженного наружным кольцевым буртом, установлены кольца со сферической опорной поверхностью, взаимодействующие сферическими поверхностями друг с другом, примыкающие к наружному кольцевому бурту на концевой части трансмиссионного вала со стороны наружного кольцевого бурта, направленной к ротору двигателя, а внутри трубчатого хвостовика резьбового переходника закреплена резьбовая втулка, примыкающая к кольцам со сферической опорной поверхностью с возможностью восприятия растягивающих нагрузок, действующих на трансмиссионный вал, скрепленный с ротором двигателя, при этом кольцевой поршень с уплотнениями, размещенный внутри корпуса в генераторе гидромеханических импульсов, жестко скреплен с оправкой с возможностью реагирования на пульсацию давления текучей среды, прокачиваемой по бурильной колонне.1. The oscillator of the drill string, containing a gerotor screw hydraulic motor, including a stator with an elastomer lining fixed inside with internal helical teeth and a rotor with external helical teeth located inside the stator, the number of teeth of the rotor is one less than the number of teeth of the elastomer lining, the strokes of the helical teeth of the lining of the elastomer and the rotor are proportional to their number of teeth, the central longitudinal axes of the rotor and the linings of the elastomer are offset from each other by the amount of eccentricity, and the rotation of the rotor is carried out by pumping the fluid, and the valve, including the first valve element and the fixed second valve element, the first valve element is fastened with the rotor and provided with a shank directed to the valve, the inner cavity of the shank of the first valve element is configured to communicate with the fluid flow at the outlet of the engine and form a flow channel through the internal cavity of the shank to the valve, and also containing the main plunger module placed between the first valve element and the valve pair, including the elastomer lining fixed inside it, mounted on the shank of the first valve element with the possibility of rotation and longitudinal movement relative to the shank of the first valve element, the first valve element is made in the form of a throttle fastened to the plunger module sleeve with a flow channel, the profile of which is made with a critical section at the outlet, and the maximum displacement of the central longitudinal axis of the flow channel of the throttle sleeve relative to the central longitudinal axis of the elastomer lining is equal to twice the eccentricity of the central longitudinal axis of the rotor relative to the central longitudinal axis of the elastomer lining, while stationary the second valve element with the second valve plate installed in it forms a valve hole and has a main longitudinal axis, and during operation, the valve elements interact, together forming a variable flow area for the fluid through the valve, and also containing a radial-thrust rotation bearing, including a hollow shaft installed in the radial-thrust rotation bearing, and also containing a transmission shaft and a threaded adapter placed between the input part of the rotor and the hollow shaft of the radially thrust rotation bearing, wherein the threaded adapter is rigidly fastened to the hollow shaft of the radial-thrust rotation bearing, and also containing a hydromechanical pulse generator located upstream from the radial-thrust rotation bearing, including a housing made of outer tubular elements, a mandrel placed inside the housing, made of internal tubular elements telescopically interconnected, elements for transmitting torque between the body and the mandrel during longitudinal movement relative to each other, these tubular elements are equipped with threads, as well as containing a spring module between the body and the mandrel, a thrust sleeve between the ver the lower thrust end of the housing and the spring module, said outer tubular elements having upper and lower thrust ends located along opposite edges of the spring module, the upper thrust end of the first tubular element and the lower thrust end of the second tubular element, simultaneously engaging and loading the spring module during longitudinal compression said tubular elements relative to each other, the upper thrust end of the second tubular element and the lower thrust end of the first tubular element, simultaneously engaging and loading the spring module when the said tubular elements are stretched relative to each other, and also containing an annular piston with seals placed inside the housing in the generator of hydromechanical pulses, characterized in that the transmission shaft is provided with an outer annular collar on its end part, directed to the threaded adapter, rigidly fastened to the hollow shaft of the angular contact rotation bearing, while the threaded the adapter is equipped with a tubular shank directed towards the motor rotor and enclosing the outer annular shoulder on the end part of the transmission shaft, between the tubular shank of the threaded adapter and the end part of the transmission shaft there is a number of balls installed on one side in hemispherical cavities on the end part of the transmission shaft, the other side - in longitudinal semi-cylindrical grooves of the tubular shank of the threaded adapter, and a number of balls forms a hinge mechanism between the end part of the transmission shaft and the threaded adapter, while rings with a spherical bearing surface are installed on the end part of the transmission shaft, equipped with an outer annular shoulder, interacting with spherical surfaces with each other, adjacent to the outer annular collar on the end part of the transmission shaft from the side of the outer annular collar directed to the engine rotor, and inside the tubular shank of the threaded adapter is fixed and a threaded bushing adjacent to the rings with a spherical bearing surface with the ability to perceive tensile loads acting on the transmission shaft fastened to the engine rotor, while the annular piston with seals placed inside the housing in the hydromechanical pulse generator is rigidly fastened to the mandrel with the ability to respond to pressure pulsation of the fluid pumped through the drill string.

2. Осциллятор бурильной колонны по п. 1, отличающийся тем, что площадь F минимального проходного сечения для текучей среды через клапан, образованного взаимодействующими клапанными элементами, и площадь К критического сечения проточного канала на выходе дроссельной втулки, скрепленной с плунжерным модулем, связаны соотношением: F=(0,22÷0,55)K.2. The drill string oscillator according to claim 1, characterized in that the area F of the minimum flow area for the fluid through the valve, formed by interacting valve elements, and the area K of the critical section of the flow channel at the outlet of the throttle sleeve, fastened to the plunger module, are related by the ratio: F=(0.22÷0.55)K.

3. Осциллятор бурильной колонны по п. 1, отличающийся тем, что площадь K критического сечения проточного канала на выходе дроссельной втулки, скрепленной с плунжерным модулем, и площадь S входного сечения проточного канала дроссельной втулки связаны соотношением: K=(0,22÷0,55)S, при этом неподвижный второй клапанный элемент выполнен идентичным дроссельной втулке и оппозитно расположен относительно дроссельной втулки с возможностью образования проточного канала, профиль которого выполнен в форме диффузора.3. The drill string oscillator according to claim 1, characterized in that the area K of the critical section of the flow channel at the outlet of the choke sleeve, fastened to the plunger module, and the area S of the inlet section of the flow channel of the choke sleeve are related by the ratio: K=(0.22÷0 ,55)S, while the fixed second valve element is made identical to the throttle sleeve and is oppositely located relative to the throttle sleeve with the possibility of forming a flow channel, the profile of which is made in the form of a diffuser.

4. Осциллятор бурильной колонны по п. 1, отличающийся тем, что максимальный зазор между торцом скрепленной с плунжерным модулем дроссельной втулки и торцом неподвижной втулки равен удвоенной величине эксцентриситета центральной продольной оси ротора относительно центральной продольной оси обкладки из эластомера.4. The drill string oscillator according to claim 1, characterized in that the maximum gap between the end of the throttle sleeve fastened to the plunger module and the end of the fixed sleeve is equal to twice the eccentricity of the central longitudinal axis of the rotor relative to the central longitudinal axis of the elastomer lining.

5. Осциллятор бурильной колонны по п. 1, отличающийся тем, что верхний по потоку край оправки в генераторе гидромеханических импульсов выполнен с поясом пониженной жесткости, характеризующимся выполнением стенки оправки уменьшенной толщиной и уменьшенным наружным диаметром, образующим упорный торец с возможностью захвата и удержания бурильной колонны.5. The oscillator of the drill string according to claim 1, characterized in that the upstream edge of the mandrel in the generator of hydromechanical impulses is made with a belt of reduced rigidity, characterized by the execution of the mandrel wall with reduced thickness and a reduced outer diameter, forming a thrust end with the possibility of capturing and holding the drill string .