RU2821385C2 - Downhole motor and drive assembly thereof (embodiments) - Google Patents

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: group of inventions relates to hydraulic drives for rotary drilling, placed in a well. Downhole motor drive assembly comprises a connecting shaft, at least a first flexible multi-section constant velocity hinge attached to a first end of the connecting shaft, and a mandrel in working connection with at least a first flexible multi-section hinge of equal angular speeds, so that when a rotational force is applied to the connecting shaft, the rotational force is transmitted to the mandrel. First flexible multi-section hinge of equal angular velocities comprises at least a first upper element having a longitudinal hole, an upper attachment section for attachment to the first end of the connecting shaft and a lower connecting section with a row of splines and recesses, at least a first middle element having a longitudinal opening, an upper connecting portion with a row of splines and recesses corresponding to a lower connecting portion of the at least first upper member, and a lower connecting portion with a row of splines and recesses, at least a first lower element having a longitudinal hole, an upper connecting portion with a row of splines and recesses corresponding to lower connecting section of at least first middle element, and at least a first connecting pin extending through the longitudinal holes of the upper element of the at least first middle element and the lower element for coaxial installation and securing of elements during use.

EFFECT: invention is aimed at improvement of design of downhole motors.

20 cl, 15 dwg

Description

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE ART

[0001] В некоторых применениях крутящий момент для забойного долота может передаваться от источника крутящего момента на поверхности через систему приводных валов, которая может включать в себя универсальные шарниры, шарниры равных угловых скоростей (ШРУС) или систему секционного привода для обеспечения изгиба, но требует, чтобы развёрнутая колонна вращалась по всей длине. В других подходах используют забойный “турбобур”, который работает на развёрнутой колонне для создания крутящего момента рядом с рабочим устройством (например, буровой станок с погружным пневмоударником). Несмотря на то, что существует множество конструкций, большинство из них включает в себя ряд разных опорных узлов, которые должны быть “предварительно нагружены” для обеспечения герметизации и работы в желаемых условиях.[0001] In some applications, torque to the downhole bit may be transmitted from a surface torque source through a drive shaft system that may include universal joints, constant velocity joints (CV joints), or a sectional drive system to provide flexure, but requires so that the deployed column rotates along its entire length. Other approaches use a downhole “turbo drill” that operates on a reamed string to generate torque adjacent to the working device (for example, a down-the-hole drilling rig). Although there are many designs available, most include a number of different support assemblies that must be “preloaded” to ensure sealing and performance under the desired conditions.

[0002] Забойные двигатели, хотя и имеют разные формы, обычно содержат внешний корпус, который крепится (обычно, с помощью резьбового соединения) к бурильной колонне, и вращающуюся оправку (иногда называемую ведущим переводником), расположенную внутри корпуса и протяжённую от самого нижнего конца корпуса. Именно оправка приводится во вращение за счёт циркуляции текучей среды через бурильную колонну и забойный двигатель. Буровое долото соединено с самым нижним концом оправки, которая обычно имеет на нем соединение типа “замковая муфта долота”. Таким образом, оправка может свободно вращаться относительно корпуса, но при этом закреплена в корпусе в продольном направлении.[0002] Downhole motors, although available in a variety of shapes, typically comprise an outer casing that is attached (usually by a threaded connection) to the drill string, and a rotating mandrel (sometimes called a master sub) located within the casing and extending from the lowest end housings. It is the mandrel that is driven into rotation due to the circulation of the fluid through the drill string and downhole motor. The drill bit is connected to the lowest end of the mandrel, which usually has a “bit collar” connection on it. Thus, the mandrel can rotate freely relative to the housing, but is fixed in the housing in the longitudinal direction.

В заявке US20130319764А1, опубл. 05.12.2013, раскрыт забойный двигатель с механизмом смещения. Механизм смещения, имеющий шарнир в подшипниковом узле, связан с верхним узлом радиального подшипника. Угловое взаимное положение бурового долота и углом его передней поверхности управляется контроллером передней поверхности. In application US20130319764A1, publ. 12/05/2013, a downhole motor with a displacement mechanism was opened. The displacement mechanism, which has a hinge in the bearing assembly, is connected to the upper radial bearing assembly. The angular relative position of the drill bit and its rake face angle is controlled by the rake face controller.

В заявке US 20160273276 A1, опубл. 22.09.2016, раскрыт узел приводного вала для забойного двигателя, который содержит верхний элемент и протяжённый центральный элемент c профилированными концом. Один конец цилиндрического верхнего элемента соединён с ротором двигателя, а другой его конец имеет множество передающих профилей, сцепляющихся с передающими профилями центрального элемента. Узел обеспечивает передачу крутящего момента при угловом смещении между верхним и центральным элементами. In application US 20160273276 A1, publ. 09/22/2016, the drive shaft assembly for a downhole motor is disclosed, which contains an upper element and an extended central element with a profiled end. One end of the cylindrical top element is connected to the motor rotor, and the other end has a plurality of transmission profiles that engage with the transmission profiles of the central element. The unit ensures the transmission of torque during angular displacement between the upper and central elements.

[0003] Силы между корпусом и оправкой – это как радиальные (поперечные), так и осевые нагрузки или нагрузки упорного давления (действующие вдоль продольной оси забойного двигателя). Радиальные подшипники расположены внутри корпуса, между корпусом и оправкой, чтобы воспринимать радиальные нагрузки. [0003] The forces between the housing and the mandrel are both radial (transverse) and axial or thrust loads (acting along the longitudinal axis of the downhole motor). Radial bearings are located inside the housing, between the housing and the mandrel, to support radial loads.

[0004] Нагрузки упорного давления могут быть дополнительно разделены на (1) нагрузки или силы, стремящиеся вытолкнуть оправку из корпуса; и (2) нагрузки или силы, стремящиеся втолкнуть оправку вверх в корпус или упомянутым другим способом, которые передаются от корпуса на оправку, чтобы заставить её опуститься, например, чтобы воздействовать на долото весом во время бурения. Что касается первой категории нагрузки упорного давления, упорные подшипники расположены внутри корпуса, чтобы выдерживать нагрузки, стремящиеся вытолкнуть оправку в осевом направлении из нижнего конца корпуса; такие нагрузки создаются за счёт циркуляции текучей среды с долотом вне забоя (такое давление текучей среды стремится вытолкнуть оправку из корпуса) или за счёт вытягивания бурильной колонны с застрявшим в скважине долотом и/или оправкой. Эти упорные подшипники известны как “надзабойные подшипники” или вспомогательные упорные подшипники.[0004] Thrust loads can be further divided into (1) loads or forces tending to push the mandrel out of the housing; and (2) loads or forces tending to push the mandrel up into the body or by such other means, which are transmitted from the body to the mandrel to cause it to descend, for example to apply weight to the bit while drilling. For the first thrust load category, thrust bearings are located within the housing to support loads that tend to push the mandrel axially out of the lower end of the housing; such loads are created due to the circulation of the fluid with the bit outside the bottom hole (such fluid pressure tends to push the mandrel out of the body) or due to the pulling of the drill string with the bit and/or mandrel stuck in the well. These thrust bearings are known as “borehole bearings” or auxiliary thrust bearings.

[0005] Что касается второй категории упорной нагрузки, то для передачи нагрузки на буровое долото вес бурильной колонны сначала передается на корпус, а с корпуса на оправку, а оттуда на буровое долото. Эта нисходящая передача веса или силы между корпусом и оправкой осуществляется одним или несколькими упорными подшипниками, которые известны как “нижний подшипник” или основные упорные подшипники.[0005] As for the second category of thrust loading, to transfer the load to the drill bit, the weight of the drill string is first transferred to the body, and from the body to the mandrel, and from there to the drill bit. This downward transfer of weight or force between the housing and the mandrel is accomplished by one or more thrust bearings, which are known as the “bottom bearing” or main thrust bearings.

[0006] Для большинства конструкций забойных винтовых двигателей требуется, чтобы один или оба упорных подшипника, которые часто находятся в пакете упорных подшипников, были нагружены сжатием перед использованием для обеспечения функционального назначения. Это может потребовать дополнительных компонентов для достижения и поддержания сжатия “предварительной нагрузки”. Как правило, это достигается “предварительной нагрузкой” на весь узел подшипника путём механической фиксации всего узла в месте для приложения крутящего момента ко всему узлу. Прикладываемый крутящий момент может быть довольно большим, что может привести к чрезмерному износу и вызвать проблемы с изменением температуры во время использования. Кроме того, в большинстве конструкций используется гибкий приводной вал или “гибкий вал”, который представляет собой элемент удлинённой формы достаточной длины и гибкости для учёта эксцентричного движения во время вращения.[0006] Most downhole motor designs require that one or both thrust bearings, often found in a thrust bearing package, be loaded in compression before use to ensure functionality. This may require additional components to achieve and maintain “preload” compression. Typically this is achieved by “preloading” the entire bearing assembly by mechanically locking the entire assembly in place to apply torque to the entire assembly. The applied torque can be quite high, which can cause excessive wear and cause problems with temperature changes during use. In addition, most designs use a flexible drive shaft or “flex shaft,” which is an elongated element of sufficient length and flexibility to accommodate eccentric motion during rotation.

[0007] Забойные двигатели, системы двигателей и способы, которые не требуют приложения “предварительной нагрузки”, были бы усовершенствованием техники. Такой двигатель или компоненты, которые могут учитывать или компенсировать эксцентрические отклонения и/или допускают более короткую длину, были бы дополнительным усовершенствованием в данной области техники.[0007] Downhole motors, motor systems and methods that do not require the application of “preload” would be an improvement in technology. Such a motor or components that can accommodate or compensate for eccentric deviations and/or allow for shorter lengths would be an additional improvement in the art.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

[0008] Настоящее раскрытие изобретения направлено на усовершенствованные конструкции забойных двигателей. В одном иллюстративном варианте осуществления основной и вспомогательный упорные подшипники, которые удерживаются на месте другими конструктивными компонентами двигателя без сжимающей нагрузки на весь узел подшипника, расположены внутри корпуса двигателя для защиты от шлама и мусора в буровом растворе. В некоторых иллюстративных вариантах осуществления привод, имеющий по меньшей мере один многосекционный гибкий шарнир может позволить использовать укороченный гибкий вал при достаточном преобразовании внецентренных сил от источника энергии во вращение оправки.[0008] The present disclosure is directed to improved designs of downhole motors. In one illustrative embodiment, the main and auxiliary thrust bearings, which are held in place by other motor structural components without compressive load on the entire bearing assembly, are located within the motor housing to protect from cuttings and debris in the drilling fluid. In some illustrative embodiments, an actuator having at least one multi-section flexible joint may allow the use of a shortened flexible shaft while sufficiently converting eccentric forces from the power source into rotation of the mandrel.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0009] Неограничивающие и неисчерпывающие реализации изобретения описаны со ссылкой на следующие фигуры, на которых одинаковые ссылочные позиции относятся к одинаковым частям на разных видах, если не указано иное. Специалистам в данной области техники будет понятно, что разные чертежи предназначены только для иллюстративных целей. Сущность настоящего раскрытия изобретения, а также другие варианты осуществления в соответствии с этим раскрытием изобретения могут быть более ясно поняты при обращении к следующему подробному описанию, прилагаемой формуле изобретения и нескольким чертежам.[0009] Non-limiting and non-exhaustive embodiments of the invention are described with reference to the following figures, in which like reference numerals refer to like parts in different views unless otherwise indicated. Those skilled in the art will appreciate that the various drawings are for illustrative purposes only. The spirit of the present disclosure, as well as other embodiments in accordance with this disclosure, may be more clearly understood by reference to the following detailed description, the accompanying claims, and the several drawings.

[0010] На фиг. 1А и 1В изображены вид сбоку и вид сбоку в разрезе, соответственно, первого иллюстративного варианта осуществления узла привода для забойного двигателя в соответствии с настоящим изобретением.[0010] In FIG. 1A and 1B depict a side view and a cross-sectional side view, respectively, of a first illustrative embodiment of a drive assembly for a downhole motor in accordance with the present invention.

[0011] На фиг. 2А и 2В изображены вид сбоку и вид сбоку в разрезе, соответственно, внутренних компонентов в сборе, показанных на фиг. 1А и 1В.[0011] In FIG. 2A and 2B are side views and cross-sectional side views, respectively, of the internal component assemblies shown in FIG. 1A and 1B.

[0012] На фиг. 3А и 3В изображены вид сбоку и вид сбоку в разрезе, соответственно, другого иллюстративного варианта осуществления узла привода для забойного двигателя в соответствии с настоящим изобретением.[0012] In FIG. 3A and 3B depict a side view and a cross-sectional side view, respectively, of another exemplary embodiment of a drive assembly for a downhole motor in accordance with the present invention.

[0013] На фиг. 4А и 4В показаны вид сбоку и вид сбоку в разрезе, соответственно, внутренних компонентов в сборе, показанных на фиг. 3А и 3В.[0013] In FIG. 4A and 4B show a side view and a cross-sectional side view, respectively, of the internal components assemblies shown in FIG. 3A and 3B.

[0014] Фиг. 5 представляет изометрический вид одного иллюстративного варианта осуществления верхнего элемента узла гибкого ШРУСа, который может использоваться в варианте осуществления, показанном на фиг. 3А-4В, отдельно.[0014] FIG. 5 is an isometric view of one illustrative embodiment of a CV joint upper member that may be used in the embodiment shown in FIG. 3A-4B, separately.

[0015] Фиг. 6 представляет изометрический вид одного иллюстративного варианта осуществления среднего элемента узла гибкого ШРУСа, который может использоваться в варианте осуществления, показанном на фиг. 3А-4В, отдельно.[0015] FIG. 6 is an isometric view of one exemplary embodiment of a mid member of a CV joint assembly that may be used in the embodiment shown in FIG. 3A-4B, separately.

[0016] Фиг. 7 представляет вид сбоку одного иллюстративного варианта осуществления узла удерживающего штифта узла гибкого ШРУСа, который может использоваться в варианте осуществления, показанном на фиг. 3А-4В, отдельно.[0016] FIG. 7 is a side view of one exemplary embodiment of a CV joint assembly retaining pin assembly that may be used in the embodiment shown in FIG. 3A-4B, separately.

[0017] Фиг. 8А представляет изометрический вид одного иллюстративного варианта осуществления нижнего вспомогательного упорного подшипника, который может использоваться в варианте осуществления, показанном на фиг. 3А-4В, отдельно.[0017] FIG. 8A is an isometric view of one illustrative embodiment of a lower auxiliary thrust bearing that may be used in the embodiment shown in FIG. 3A-4B, separately.

[0018] Фиг. 8В представляет изометрический вид одного иллюстративного варианта осуществления нижнего основного упорного подшипника, который может использоваться в варианте осуществления, показанном на фиг. 3А-4В, отдельно.[0018] FIG. 8B is an isometric view of one illustrative embodiment of a lower main thrust bearing that may be used in the embodiment shown in FIG. 3A-4B, separately.

[0019] Фиг. 9А представляет изометрический вид одного иллюстративного варианта осуществления верхнего основного подшипника, который может использоваться в варианте осуществления, показанном на фиг. 3А-4В, отдельно.[0019] FIG. 9A is an isometric view of one illustrative embodiment of an upper main bearing that may be used in the embodiment shown in FIG. 3A-4B, separately.

[0020] Фиг. 9В представляет изометрический вид одного иллюстративного варианта осуществления верхнего вспомогательного упорного подшипника, который может использоваться в варианте осуществления, показанном на фиг. 3А-4В, отдельно.[0020] FIG. 9B is an isometric view of one illustrative embodiment of an upper auxiliary thrust bearing that may be used in the embodiment shown in FIG. 3A-4B, separately.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕDETAILED DESCRIPTION

[0021] Подробное описание систем и способов, соответствующих вариантам осуществления настоящего изобретения, представлено ниже. Хотя описано несколько вариантов осуществления, необходимо понимать, что это раскрытие не ограничивается каким-либо одним вариантом осуществления, а вместо этого охватывает многочисленные альтернативы, модификации и эквиваленты. Кроме того, несмотря на то, что в последующем описании изложены многочисленные конкретные подробности для обеспечения полного понимания вариантов осуществления, раскрытых в настоящем документе, некоторые варианты осуществления могут применяться на практике без некоторых или всех этих подробностей. Кроме того, в целях ясности некоторые технические материалы, известные в данной области техники, подробно не описаны, чтобы избежать излишнего затемнения раскрытия.[0021] A detailed description of systems and methods corresponding to embodiments of the present invention is presented below. Although several embodiments are described, it should be understood that this disclosure is not limited to any one embodiment, but instead covers numerous alternatives, modifications and equivalents. In addition, while numerous specific details are set forth in the following description to provide a thorough understanding of the embodiments disclosed herein, certain embodiments may be practiced without some or all of these details. Additionally, for the sake of clarity, certain technical materials known in the art are not described in detail in order to avoid unnecessarily obscuring the disclosure.

[0022] Обратимся к фиг. 1А, 1В, 2А и 2В, на которых показан первый иллюстративный вариант осуществления узла 10 привода для забойного двигателя в соответствии с настоящим изобретением. Необходимо понимать, что узел привода может быть соединён с корпусом статора (не показан), который включает в себя верхний переводник для крепления к бурильной колонне и внутренний ротор, который приводится в действие буровым раствором. На верхнем конце узла 10 привода приводной вал или гибкий вал 102 может иметь верхний конец 103 с резьбой для крепления к ротору, вал 101 удлинённой формы и нижний конец 105, который может включать в себя отверстие 107 с внутренней резьбой для крепления к ротору узла 200 гибкого шарнира.[0022] Referring to FIG. 1A, 1B, 2A and 2B, which show a first exemplary embodiment of a drive assembly 10 for a downhole motor in accordance with the present invention. It should be understood that the drive assembly may be coupled to a stator housing (not shown), which includes a top sub for attachment to the drill string and an internal rotor that is driven by drilling fluid. At the upper end of the drive assembly 10, the drive shaft or flexible shaft 102 may have a threaded upper end 103 for attachment to the rotor, an elongated shaft 101, and a lower end 105 that may include a female threaded hole 107 for attachment to the rotor of the flexible assembly 200. hinge

[0023] Узел 200 гибкого шарнира может быть образован в виде многосекционного ШРУСа. В показанном варианте осуществления узел 200 гибкого шарнира может включать в себя три запирающих элемента: верхний элемент 300, средний элемент 400 и нижний элемент 500. Каждый элемент имеет отверстие, которые обычно выставлены соосно при сборке. Удерживающий штифт 600 протяжён от нижнего основания, которое может иметь плоское дно, к идущему вверх валу, который проходит через, обычно, отверстия, выставленные соосно. Удерживающая гайка 602 может быть закреплена с помощью резьбы вокруг верхнего участка вала. Нижняя поверхность удерживающей гайки и переход от нижнего основания к валу могут быть изогнуты для обеспечения движения трёх запирающих элементов.[0023] The flexible joint assembly 200 may be formed as a multi-section CV joint. In the illustrated embodiment, the flexible hinge assembly 200 may include three locking members: a top member 300, a middle member 400, and a lower member 500. Each member has an opening that is typically aligned when assembled. The retaining pin 600 extends from a bottom base, which may have a flat bottom, to an upward shaft that passes through typically coaxially aligned holes. The retaining nut 602 may be threaded around the top portion of the shaft. The bottom surface of the retaining nut and the transition from the bottom base to the shaft can be curved to allow movement of the three locking elements.

[0024] Как показано, три запирающих элемента включают в себя соответствующие запирающие участки, которые могут быть образованы в виде ряда утопленных шлицов, которые разделены впадинами. Необходимо понимать, что шлицы и впадины каждого запирающего участка могут соответствовать впадинам и шлицам ответного запирающего участка соседнего запирающего элемента. В собранном виде соответствующие смежные запирающие участки запирающих элементов вставлены друг в друга, как показано.[0024] As shown, the three locking elements include respective locking portions, which may be formed as a series of countersunk splines that are separated by dimples. It should be understood that the splines and recesses of each locking section may correspond to the recesses and splines of the corresponding locking section of the adjacent locking element. When assembled, the respective adjacent locking portions of the locking elements are inserted into each other as shown.

[0025] Нижний элемент 500 может иметь соединительный участок для соединения с нижним переходником 800 гибкого шарнира. В изображённом варианте это может быть резьбовое соединение. На нижнем конце отверстие может иметь сужающееся отверстие, соответствующее удерживающему штифту 600.[0025] The lower member 500 may have a connecting portion for connection to the lower flex joint adapter 800. In the embodiment shown, this may be a threaded connection. At the lower end, the hole may have a tapered hole corresponding to the retaining pin 600.

[0026] Необходимо понимать, что впадины и шлицы запирающих участков элементов гибкого шарнира могут проходить как, в основном, в направлении сверху вниз, совмещённом с длинной осью узла двигателя, так и, в основном, в поперечном направлении, чтобы позволить элементам перемещаться в обоих направлениях, так что гибкий шарнир может создавать крутящий момент к нижнему переходнику 800, позволяя элементам 300, 400 и 500 перемещаться под углом друг относительно друга на штифте 600, обеспечивая гибкость и учёт эксцентриситетов при вращении при приложении движущей силы.[0026] It should be understood that the recesses and splines of the locking portions of the flexible joint elements may extend both generally in a top-down direction aligned with the long axis of the motor assembly, and generally in a transverse direction to allow the elements to move in both directions so that the flexible joint can apply a torque to the lower adapter 800, allowing the members 300, 400 and 500 to move at an angle relative to each other on the pin 600, providing flexibility and accommodating rotational eccentricities when a driving force is applied.

[0027] Необходимо иметь в виду, что в других вариантах осуществления внутреннее и внешнее расположение разных запирающих участков, а также конкретное количество и форма шлицов и впадин могут варьироваться при условии, что обеспечена способность передавать крутящий момент при обеспечении необходимой гибкости. Необходимо понимать, что в других вариантах осуществления может присутствовать один или несколько дополнительных элементов средней секции для обеспечения повышенной гибкости. Например, могут быть использованы два или три средних элемента с подходящим штифтом 600.[0027] It will be appreciated that in other embodiments, the internal and external arrangement of the various locking portions, as well as the specific number and shape of the splines and recesses, may vary as long as the ability to transmit torque while providing the required flexibility is ensured. It should be understood that in other embodiments, one or more additional midsection elements may be present to provide increased flexibility. For example, two or three middle members with a suitable 600 pin may be used.

[0028] Нижний переходник 800 имеет верхний соединительный участок 802, приспособленный для соединения с нижним запирающим элементом 500 посредством резьбового гнезда. На нижнем конце соединительный участок 804, соединенный с оправкой, позволяет соединиться с оправкой 1000 за счёт наличия резьбового гнезда, доступного с нижней поверхности. Кроме того, нижняя поверхность может иметь соединение для верхнего вспомогательного упорного подшипника 902. В изображённом варианте осуществления это может быть внешняя резьба, к которой крепится верхний вспомогательный упорный подшипник 902.[0028] The lower adapter 800 has an upper connecting portion 802 adapted to be connected to the lower locking element 500 via a threaded socket. At the lower end, a connecting portion 804 connected to the mandrel allows connection to the mandrel 1000 by having a threaded socket accessible from the bottom surface. Additionally, the bottom surface may have a connection for an upper auxiliary thrust bearing 902. In the illustrated embodiment, this may be an external thread to which the upper auxiliary thrust bearing 902 is attached.

[0029] Необходимо иметь в виду, что оправка 1000 протяжена от нижнего соединительного участка 1004 в нижней части, которая может представлять собой резьбовое отверстие, обеспечивающее соединение с буровым долотом или другим инструментом, к которому должен быть приложен крутящий момент, к верхнему концу, которая может включать в себя соединительную конструкцию для соединения с нижним переходником 800, такую как участок с внешней резьбой.[0029] It will be appreciated that the mandrel 1000 extends from a lower connection portion 1004 at the bottom, which may be a threaded hole providing connection to a drill bit or other tool to which torque is to be applied, to an upper end, which may include a connection structure for connection to the bottom adapter 800, such as a male thread portion.

[0030] Узел 900 вспомогательного упорного подшипника включает в себя верхний вспомогательный упорный подшипник 902 и нижний вспомогательный упорный подшипник 904, которые разделены зазором 905 в собранном состоянии. Каждый верхний вспомогательный упорный подшипник 902 и нижний вспомогательный упорный подшипник 904 могут представлять собой кольцо с противоположной боковой поверхностью, в котором закалённый материал, такой как в форме кнопок из ПКА или ПКНБ, расположен напротив противоположного упорного подшипника. Зазор 905 может определять перемещение оправки при переводе из положения “над забоем ” в положение “в забое” и наоборот. В тех случаях, когда упорные подшипники образованы с использованием “кнопок” из ПКА или ПКНБ, размер зазора 905 может быть меньше толщины “кнопки”, чтобы дополнительно уменьшить вероятность того, что элемент подшипника может выйти из строя во время работы. Необходимо понимать, что продольное перемещение оправки/переводника привода “в забое/над забоем” зависит от соединения нижнего переходника 800 с оправкой 1000. Верхний конец внутреннего отверстия этого переходника 800 служит “точкой упора” и, таким образом, определяет размер зазора 905 для продольного перемещения оправки 1000. Если это отверстие слишком длинное, то нижний переходник сможет навинтить и нагрузить упорные подшипники, и он полностью заклинит узел. Если бы это отверстие было слишком коротким, то нижний переходник, очевидно, остановился бы, и продольное перемещение было бы чрезмерным.[0030] The auxiliary thrust bearing assembly 900 includes an upper auxiliary thrust bearing 902 and a lower auxiliary thrust bearing 904, which are separated by a gap 905 when assembled. Each upper auxiliary thrust bearing 902 and lower auxiliary thrust bearing 904 may be an opposing side face ring in which a hardened material, such as PCD or PCBN button-shaped, is positioned against the opposing thrust bearing. The gap 905 may determine the movement of the mandrel when moving from an “above-the-face” position to an “in-the-face” position and vice versa. In cases where thrust bearings are formed using PCD or PCBN “buttons,” the clearance 905 may be less than the thickness of the “button” to further reduce the likelihood that the bearing element may fail during operation. It should be understood that the longitudinal movement of the drive mandrel/sub is dependent on the connection of the bottom adapter 800 to the mandrel 1000. The upper end of the internal hole of this adapter 800 serves as a “stop point” and thus determines the size of the gap 905 for the longitudinal mandrel movement 1000. If this hole is too long, the bottom adapter will be able to screw on and load the thrust bearings, and it will completely jam the assembly. If this hole were too short, the bottom adapter would obviously stop and the longitudinal movement would be excessive.

[0031] Нижний вспомогательный упорный подшипник 904 может быть расположен на верхнем конце корпуса 1200 подшипника привода. Корпус 1200 подшипника привода, обычно, может быть образован в виде трубы с внутренним отверстием, которая устанавливается над средним участком оправки 1000. Вблизи верхнего конца корпус подшипника привода может включать в себя соединительную конструкцию для крепления нижнего вспомогательного упорного подшипника 904.[0031] A lower auxiliary thrust bearing 904 may be located at the upper end of the drive bearing housing 1200 . The drive bearing housing 1200 may typically be formed as a tube with an internal opening that is mounted above the middle portion of the mandrel 1000. Near an upper end, the drive bearing housing may include a connecting structure for attaching a lower auxiliary thrust bearing 904.

[0032] Перемещаясь вниз от верхнего конца, узел 1300 верхнего радиального подшипника, узел 1100 основного упорного подшипника и узел 1400 нижнего радиального подшипника могут быть расположены между корпусом 1200 подшипника привода и оправкой 1000.[0032] Moving downward from the upper end, the upper radial bearing assembly 1300, the main thrust bearing assembly 1100, and the lower radial bearing assembly 1400 may be located between the drive bearing housing 1200 and the mandrel 1000.

[0033] Узел 1300 верхнего радиального подшипника может включать в себя внутреннюю втулку 1302 верхнего радиального подшипника, которая может быть прикреплена к внешней поверхности оправки 1000 в месте ниже нижнего вспомогательного упорного подшипника 904. В показанном варианте крепление может быть выполнено по скользящей посадке в шпоночном соединении и закреплено стопорным кольцом, размещённым на оправке в соответствующем месте. Необходимо иметь в виду, что это также может быть выполнено установкой на резьбе в соответствующих местах. Втулка 1304 внешнего верхнего радиального подшипника может быть прикреплена к корпусу 1200 привода и закреплена в углублении во внутреннем отверстии корпуса 1200 привода поверх втулки 1302 внутреннего верхнего радиального подшипника. Поверхности втулок подшипников могут быть изготовлены из подходящего закалённого материала, такого как карбид, ПКА или ПКНБ.[0033] The upper radial bearing assembly 1300 may include an inner upper radial bearing bushing 1302 that may be attached to the outer surface of the mandrel 1000 at a location below the lower auxiliary thrust bearing 904. In the embodiment shown, the attachment may be a sliding fit in a keyway. and secured with a locking ring placed on the mandrel in the appropriate place. Please note that this can also be done by mounting on threads in appropriate locations. The outer top radial bearing bushing 1304 may be attached to the drive housing 1200 and secured in a recess in an internal opening of the drive housing 1200 over the inner top radial bearing bushing 1302. Bearing bushing surfaces can be made from a suitable hardened material such as carbide, PCD or PCBN.

[0034] Узел 1100 основного упорного подшипника может быть расположен внутри узла 1200 корпуса подшипника привода. В изображённом варианте осуществления узел основного упорного подшипника может быть расположен между узлом 1300 верхнего радиального подшипника и узлом 1400 нижнего радиального подшипника. Узел 1100 основного упорного подшипника включает в себя верхний основной упорный подшипник 1102 и нижний основной упорный подшипник 1104, каждый из которых выполнен в виде кольца с боковой поверхностью, в которой может быть расположен закалённый материал, такой как «кнопки» из ПКА или ПКНБ. Противоположные боковые поверхности расположены лицом друг к другу.[0034] The main thrust bearing assembly 1100 may be located within the drive bearing housing assembly 1200 . In the illustrated embodiment, the main thrust bearing assembly may be located between the upper radial bearing assembly 1300 and the lower radial bearing assembly 1400. The main thrust bearing assembly 1100 includes an upper main thrust bearing 1102 and a lower main thrust bearing 1104, each of which is formed as a ring with a side surface in which a hardened material such as PCD or PCBN “buttons” can be located. Opposite side surfaces are located facing each other.

[0035] Нижний основной упорный подшипник 1104 может быть прикреплён к внешней поверхности оправки 1000 в месте над узлом 1400 нижнего радиального подшипника. В показанном варианте крепление находится над выступом или полкой, образованной на оправке, так что боковая поверхность обращена вверх. Подшипник может быть закреплён путём установки на резьбе. Верхний основной упорный подшипник 1102 может быть прикреплён к корпусу 1200 привода, закреплённому в углублении во внутреннем отверстии корпуса 1200 привода, путём установки на резьбе или с использованием подходящего клея.[0035] The lower main thrust bearing 1104 may be attached to the outer surface of the mandrel 1000 at a location above the lower radial bearing assembly 1400. In the embodiment shown, the fastener is located above a projection or shelf formed on the mandrel so that the side surface faces upward. The bearing can be secured by installing it on a thread. The upper main thrust bearing 1102 may be attached to the drive housing 1200 secured in a recess in the inner bore of the drive housing 1200 by thread mounting or using a suitable adhesive.

[0036] Узел 1400 нижнего радиального подшипника может включать в себя внутреннюю втулку 1402 нижнего радиального подшипника, которая может быть прикреплена к внешней поверхности оправки 1000 в месте под узлом 1100 основного упорного подшипника. В изображённом варианте осуществления узел 1400 нижнего радиального подшипника расположен на нижнем конце корпуса 1200 над нижним соединительным участком 1004 оправки 1000. Внутренняя нижняя втулка 1402 радиального подшипника может быть прикреплена путём установки на резьбе в соответствующем месте. Втулка 1404 внешнего нижнего радиального подшипника может быть прикреплена к корпусу 1200 привода и закреплена в углублении во внутреннем отверстии корпуса 1200 привода поверх втулки 1402 внутреннего нижнего радиального подшипника. Поверхности втулок подшипников могут быть изготовлены из подходящего закалённого материала, такого как карбид, ПКА или ПКНБ.[0036] The lower radial bearing assembly 1400 may include an inner lower radial bearing sleeve 1402 that may be attached to the outer surface of the mandrel 1000 at a location below the main thrust bearing assembly 1100. In the illustrated embodiment, the lower radial bearing assembly 1400 is located at the lower end of the housing 1200 above the lower connecting portion 1004 of the mandrel 1000. The inner lower radial bearing bushing 1402 may be attached by threading at an appropriate location. An outer lower radial bearing bushing 1404 may be attached to the drive housing 1200 and secured in a recess in an internal opening of the drive housing 1200 over the inner lower radial bearing bushing 1402. Bearing bushing surfaces can be made from a suitable hardened material such as carbide, PCD or PCBN.

[0037] Необходимо иметь в виду, что в дополнение к ПКА для поверхностей подшипников могут быть использованы другие подходящие материалы, такие как CBN, карбид или другие закалённые поверхности, также будет понятно, что узлы подшипника собраны в правильном положении при сборке узла привода, так что перед использованием не требуется сжимающая нагрузка, особенно в отношении упорных подшипников. Вместо этого такие подшипники не несут никакой нагрузки до тех пор, пока двигатель не будет работать, а движение двигателя при использовании инструмента воздействует на подшипники.[0037] It should be noted that in addition to PCD, other suitable materials such as CBN, carbide or other hardened surfaces may be used for the bearing surfaces, it will also be understood that the bearing assemblies are assembled in the correct position when assembling the drive assembly, so that no compressive load is required before use, especially for thrust bearings. Instead, such bearings do not carry any load until the motor is running, and the movement of the motor when using the tool affects the bearings.

[0038] Корпус может быть использован для покрытия и защиты подшипников узла привода и трансмиссии. В изображённом варианте показан корпус, состоящий из двух частей. Нижний корпус H1 может быть выполнен в виде трубы, которую размещают над корпусом 1200 привода и протяжённым вверх над по меньшей мере участком переходника 800 трансмиссии. В своём нижнем участке нижний корпус H1 может включать в себя внутреннюю резьбу, позволяющую крепить его к ответной внешней резьбе на корпусе 1200 привода. Верхний корпус Н2 может быть аналогичным образом присоединён с помощью резьбы к верхнему участку нижнего корпуса Н2 и может продолжаться вверх, при этом его внутреннее отверстие закрывает гибкий шарнир и по меньшей мере участок приводного вала. Как показано на фиг. 1А и 1В, нижний конец оправки 1000, нижний конец корпуса 1200 подшипника привода и корпуса Н1 и Н2 могут иметь примерно одинаковые диаметры для обеспечения относительно гладкой закруглённой внешней поверхности для уменьшения трения и облегчения использования при уменьшении ствола скважины путём удаления внешних элементов, которые могут зацепиться. Кроме того, необходимо понимать, что внутренние боковые стенки корпуса могут соответствовать внутренним компонентам за счёт наличия более тонких и более толстых областей для усиления и удержания компонентов на месте.[0038] The housing may be used to cover and protect the bearings of the drive and transmission assembly. The illustrated version shows a housing consisting of two parts. The lower housing H1 may be in the form of a pipe that is positioned above the drive housing 1200 and extends upwardly over at least a portion of the transmission adapter 800. At its lower portion, the lower housing H1 may include internal threads allowing it to be secured to a mating external thread on the drive housing 1200. The upper housing H2 may be similarly threaded to the upper portion of the lower housing H2 and may extend upward with its internal opening covered by a flexible joint and at least a portion of the drive shaft. As shown in FIG. 1A and 1B, the lower end of the mandrel 1000, the lower end of the drive bearing housing 1200, and housings H1 and H2 may have approximately equal diameters to provide a relatively smooth, rounded outer surface to reduce friction and ease of use when reducing the wellbore by removing external elements that can snag. . It is also important to understand that the internal side walls of the case can conform to the internal components by having thinner and thicker areas to reinforce and hold the components in place.

[0039] В одном иллюстративном варианте размещение подшипников внутри двигателя обеспечивает дополнительную защиту от мусора, такого как шлам, который может находиться в стволе скважины. Таким образом, двигатели, включающие в себя узлы привода в соответствии с настоящим изобретением, могут быть особенно выгодны для использования в метановых скважинах угольных пластов, где абразивный характер выбуренной породы и форма, требуемые для подходящих стволов скважин, могут быть трудно достигнуты с помощью стандартных двигателей.[0039] In one illustrative embodiment, placing bearings within the motor provides additional protection from debris, such as cuttings, that may be present in the wellbore. Thus, motors incorporating drive assemblies in accordance with the present invention may be particularly advantageous for use in coal bed methane wells where the abrasive nature of the cuttings and the shape required for suitable wellbores may be difficult to achieve with standard motors. .

[0040] Обратимся к фиг. 3А, 3В, 4А и 4В, на которых изображён второй иллюстративный вариант осуществления узла 20 привода для забойного двигателя в соответствии с настоящим изобретением. Необходимо понимать, что узел привода может быть соединён с корпусом статора (не показан), который включает в себя верхний переводник для крепления к бурильной колонне и внутренний ротор, который приводится в действие буровым раствором. На верхнем конце узла 20 привода соединительный элемент 2102 привода имеет верхний конец 2103 с резьбой для крепления к ротору и нижний конец 2105, который может включать в себя отверстие 2107 с внутренней резьбой для крепления к первому узлу 2200A гибкого шарнира.[0040] Referring to FIG. 3A, 3B, 4A and 4B, which depict a second exemplary embodiment of a drive assembly 20 for a downhole motor in accordance with the present invention. It should be understood that the drive assembly may be coupled to a stator housing (not shown), which includes a top sub for attachment to the drill string and an internal rotor that is driven by drilling fluid. At the upper end of the drive assembly 20, the drive connector 2102 has a threaded upper end 2103 for attachment to the rotor and a lower end 2105 that may include a female threaded hole 2107 for attachment to the first flexible joint assembly 2200A.

[0041] Узел 2200А гибкого шарнира может быть выполнен в виде многосекционного ШРУСа. В показанном варианте осуществления узел 2200А гибкого шарнира может включать в себя три запирающих элемента: верхний элемент 2300А, средний элемент 2400А и нижний элемент 2500А. Каждый элемент имеет внутреннее отверстие, которое обычно устанавливают соосно при сборке. Один подходящий вариант осуществления верхнего элемента 2300A показан отдельно на фиг. 5, чтобы показать его дополнительные детали. Понятно, что для простоты сборки изображённый верхний элемент 2300А может быть идентичен нижнему элементу 2500А, просто перевёрнутым для использования. Точно так же один подходящий вариант осуществления среднего элемента 2400A изображён отдельно на фиг. 6, чтобы показать его дополнительные детали.[0041] The flexible joint assembly 2200A may be configured as a multi-section CV joint. In the illustrated embodiment, the flexible hinge assembly 2200A may include three locking members: an upper member 2300A, a middle member 2400A, and a lower member 2500A. Each element has an internal hole, which is usually aligned during assembly. One suitable embodiment of the top member 2300A is shown separately in FIG. 5 to show its additional details. It is understood that for ease of assembly, the top member 2300A shown may be identical to the lower member 2500A, simply flipped for use. Likewise, one suitable embodiment of the middle element 2400A is depicted separately in FIG. 6 to show its additional details.

[0042] Удерживающий штифт 2600А протяжённый от нижнего основания с закруглённым дном 2601А к протяжённому вверх валу 2602А, который проходит через соосные отверстия запирающих элементов. Удерживающая крышка 2603А может быть закреплена с помощью резьбового соединения вокруг верхнего участка вала 2602А. Удерживающая крышка 2603А может иметь закруглённую верхнюю поверхность, аналогичную поверхности нижнего основания 2601А. Один подходящий вариант осуществления удерживающего штифта 2600А и удерживающей крышки 2603А изображён отдельно на фиг. 7, чтобы показать их дополнительные детали.[0042] A retaining pin 2600A extends from a bottom rounded base 2601A to an upwardly extending shaft 2602A that extends through the coaxial openings of the locking members. The retaining cap 2603A may be threadedly secured around the top portion of the shaft 2602A. The retaining cap 2603A may have a rounded top surface similar to the surface of the bottom base 2601A. One suitable embodiment of the retaining pin 2600A and the retaining cap 2603A is depicted separately in FIG. 7 to show their additional details.

[0043] Верхняя шарнирно-сочленённая пластина 2613A может быть удалена из внутреннего отверстия 2107 соединительного элемента 2102 привода на его верхнем конце. Нижняя поверхность шарнирно-сочленённой пластины 2613А содержит углубление, соответствующее закруглённому концу удерживающей крышки 2603А. Точно так же нижняя шарнирно-сочленённая пластина 2615A может быть расположена в верхнем внутреннем отверстии 2117 соединительного вала 2110 на его верхнем конце. Верхняя поверхность нижней шарнирно-сочленённой пластины 2615А содержит углубление, которое соответствует закруглённому концу основания удерживающего штифта 2600А.[0043] The upper articulating plate 2613A can be removed from the inner hole 2107 of the drive coupling 2102 at its upper end. The lower surface of the articulated plate 2613A includes a recess corresponding to the rounded end of the retaining cap 2603A. Likewise, the lower articulating plate 2615A may be located in the upper inner hole 2117 of the connecting shaft 2110 at its upper end. The upper surface of the lower articulation plate 2615A includes a recess that matches the rounded end of the base of the retaining pin 2600A.

[0044] При использовании закруглённые концы узла удерживающего штифта могут шарнирно сочленяться с шарнирно-сочленяемыми пластинами, обеспечивая дополнительную гибкость узлу гибкого шарнира. Кроме того, вал штифта 2600А ограничивает сжатие узла, тем самым сохраняя по меньшей мере минимальное пространство, доступное для продольного перемещения между запирающими элементами.[0044] In use, the rounded ends of the retaining pin assembly can articulate with the articulating plates, providing additional flexibility to the flexible hinge assembly. In addition, the pin shaft 2600A limits compression of the assembly, thereby maintaining at least a minimum amount of space available for longitudinal movement between the locking elements.

[0045] Как показано, три запирающих элемента включают в себя соответствующие запирающие участки, которые могут быть образованы в виде ряда утопленных шлицов, которые разделены впадинами. Необходимо понимать, что шлицы и впадины каждого запирающего участка могут соответствовать впадинам и шлицам ответного запирающего участка соседнего запирающего элемента. В собранном виде соответствующие смежные запирающие участки запирающих элементов вставляют друг в друга, как показано. Как показано, средний элемент 2400А может быть соединён с наружной резьбой или иметь выступающие запирающие участки на обоих концах, а верхний элемент 2300А и нижний элемент 2500А могут иметь запирающие участки с внутренней или углубленной частью. Следует понимать, что расположение конкретных запирающих участков может различаться в разных вариантах осуществления.[0045] As shown, the three locking elements include respective locking portions, which may be formed as a series of recessed splines that are separated by dimples. It should be understood that the splines and recesses of each locking section may correspond to the recesses and splines of the corresponding locking section of the adjacent locking element. When assembled, the corresponding adjacent locking portions of the locking elements are inserted into each other as shown. As shown, the middle member 2400A may be male threaded or have raised locking portions at both ends, and the top member 2300A and the lower member 2500A may have internal or recessed locking portions. It should be understood that the location of specific locking portions may vary in different embodiments.

[0046] Нижний элемент 2500A может иметь нижний соединительный участок для соединения с соединительным валом 2110. В изображённом варианте осуществления нижний соединительный участок может включать в себя наружную резьбу 2502А, которая может образовывать соединение с резьбой в верхнем внутреннем отверстии 2117 соединительного вала 2110.[0046] The lower member 2500A may have a lower coupling portion for connection to the coupling shaft 2110. In the illustrated embodiment, the lower coupling portion may include a male thread 2502A that may form a connection with a thread in an upper internal bore 2117 of the coupling shaft 2110.

[0047] Необходимо иметь в виду, что впадины и шлицы запирающих участков элементов гибкого шарнира могут проходить как в основном в направлении сверху вниз, совмещённом с длинной осью узла двигателя, так и в основном в поперечном направлении, чтобы позволить элементам двигаться в обоих направлениях, так что гибкий шарнир может обеспечивать передачу крутящего момента соединительному валу 2110, в то же время позволяя элементам 2300А, 2400А и 2500А перемещаться под углом друг к другу на штифте 2600А, обеспечивая гибкость и учёт эксцентриситетов при вращении при приложении крутящего момента.[0047] It should be appreciated that the recesses and splines of the locking portions of the flexible joint elements may extend either generally in a top-down direction aligned with the long axis of the motor assembly, or generally in a transverse direction to allow the elements to move in both directions, so that the flexible joint can provide torque transmission to the connecting shaft 2110 while allowing the members 2300A, 2400A, and 2500A to move at an angle to each other on the pin 2600A, providing flexibility and accommodating rotational eccentricities when torque is applied.

[0048] Необходимо иметь в виду, что в других вариантах осуществления внутреннее и внешнее расположение разных запирающих участков, а также конкретное количество и форма шлицов и впадин могут варьироваться при условии, что обеспечена способность передавать крутящий момент при обеспечении необходимой гибкости. Необходимо понимать, что в других вариантах осуществления может присутствовать один или несколько дополнительных элементов средней секции для обеспечения повышенной гибкости. Например, два или три средних элемента могут быть использованы с подходящим одним штифтом 2600А.[0048] It will be appreciated that in other embodiments, the internal and external arrangement of the various locking portions, as well as the specific number and shape of the splines and recesses, may vary as long as the ability to transmit torque while providing the necessary flexibility is ensured. It should be understood that in other embodiments, one or more additional midsection elements may be present to provide increased flexibility. For example, two or three middle elements can be used with a suitable single 2600A pin.

[0049] Соединительный вал 2110 протяжён вниз к нижнему участку 2120, который может включать в себя отверстие 2127 с внутренней резьбой, доступное на его нижнем конце для крепления ко второму узлу 2200B гибкого шарнира.[0049] The connecting shaft 2110 extends downward to a lower portion 2120, which may include a female threaded hole 2127 accessible at its lower end for attachment to a second flexible joint assembly 2200B.

[0050] Подобно первому узлу 2200A гибкого шарнира, обсуждённому ранее в данном документе, второй узел 2200B гибкого шарнира может быть выполнен в виде многосекционного ШРУСа. В показанном варианте осуществления узел 2200В гибкого шарнира может включать в себя три запирающих элемента: верхний элемент 2300В, средний элемент 2400В и нижний элемент 2500В. Каждый элемент имеет внутреннее отверстие, которое обычно устанавливаются соосно при сборке. Для простоты сборки компоненты второго узла 2200В гибкого шарнира могут быть идентичны компонентам первого узла 2200А гибкого шарнира.[0050] Similar to the first flex joint assembly 2200A discussed earlier herein, the second flex joint assembly 2200B may be configured as a multi-section CV joint. In the illustrated embodiment, the flexible hinge assembly 2200B may include three locking members: a top member 2300B, a middle member 2400B, and a lower member 2500B. Each element has an internal hole, which is usually aligned during assembly. For ease of assembly, the components of the second flexible joint assembly 2200B may be identical to the components of the first flexible joint assembly 2200A.

[0051] Удерживающий штифт 2600В может быть протяжённым от нижнего основания с закруглённым дном 2601В к протяжённому вверх валу 2602В, который проходит через соосные отверстия запирающих элементов. Удерживающая крышка 2603B может быть закреплена с помощью резьбы вокруг верхнего участка вала 2602B. Удерживающая крышка 2603В может иметь закруглённую верхнюю поверхность, аналогичную поверхности нижнего основания 2601В.[0051] The retaining pin 2600B may extend from a bottom rounded base 2601B to an upwardly extending shaft 2602B that extends through the coaxial openings of the locking members. The retaining cap 2603B may be threaded around the top portion of the shaft 2602B. The retaining cap 2603B may have a rounded top surface similar to the surface of the bottom base 2601B.

[0052] Верхняя шарнирно-сочленяемая пластина 2613B может быть удалена из внутреннего отверстия 2127 нижнего участка соединительного вала 2110 на его верхнем конце. Нижняя поверхность шарнирно-сочленяемой пластина пластины 2613B может содержать углубление, соответствующее закруглённому концу удерживающей крышки 2603B. Точно так же нижняя шарнирно-сочленяемая пластина 2615B может быть расположена в верхнем внутреннем отверстии 2803 нижнего переходника 2800. Верхняя поверхность нижней шарнирно-сочленяемой пластины 2615B может содержать углубление, которое соответствует закруглённому концу основания удерживающего штифта 2600B. Необходимо понимать, что в некоторых вариантах осуществления вместо использования отдельных шарнирно-сочленяемых пластин углубления шарнирного сочленения могут быть расположены непосредственно в прикреплённых к верхнему и/или нижнему соединительным элементам. Использование шарнирно-сочленяемых пластин позволяет производить их замену, когда это выгодно из-за износа.[0052] The upper articulating plate 2613B can be removed from the inner hole 2127 of the lower portion of the connecting shaft 2110 at its upper end. The bottom surface of the articulating plate 2613B may include a recess corresponding to the rounded end of the retaining cap 2603B. Similarly, the lower articulation plate 2615B may be located in the upper internal hole 2803 of the lower adapter 2800. The upper surface of the lower articulation plate 2615B may include a recess that corresponds to the rounded end of the base of the retaining pin 2600B. It should be understood that in some embodiments, instead of using separate articulation plates, the articulation recesses may be located directly attached to the upper and/or lower connecting members. The use of articulated plates allows them to be replaced when it is advantageous due to wear.

[0053] При использовании закруглённые концы узла удерживающего штифта могут шарнирно сочленяться с шарнирно-сочленяемыми пластинами, обеспечивая дополнительную гибкость узлу гибкого шарнира. Кроме того, вал штифта 2600В ограничивает сжатие узла, тем самым сохраняя по меньшей мере минимальное пространство, доступное для продольного перемещения между запирающими элементами.[0053] In use, the rounded ends of the retaining pin assembly can articulate with the articulating plates, providing additional flexibility to the flexible hinge assembly. In addition, the pin shaft 2600B limits compression of the assembly, thereby maintaining at least a minimum amount of space available for longitudinal movement between the locking elements.

[0054] Как показано, три запирающих элемента включают в себя соответствующие запирающие участки, которые могут быть образованы в виде ряда утопленных шлицов, которые разделены выемками. Необходимо понимать, что шлицы и впадины каждого запирающего участка могут соответствовать впадинам и шлицам ответного запирающего участка соседнего запирающего элемента. В собранном виде соответствующие смежные запирающие участки запирающих элементов вставляют друг в друга, как показано. Как показано, средний элемент 2400B может быть соединён с наружной резьбой или иметь выступающие запирающие участки на обоих концах, а верхний элемент 2300B и нижний элемент 2500B могут иметь запирающие участки с внутренней или углублённой частью. Необходимо понимать, что расположение конкретных запирающих участков может различаться в разных вариантах осуществления.[0054] As shown, the three locking elements include respective locking portions, which may be formed as a series of countersunk splines that are separated by recesses. It should be understood that the splines and recesses of each locking section may correspond to the recesses and splines of the corresponding locking section of the adjacent locking element. When assembled, the corresponding adjacent locking portions of the locking elements are inserted into each other as shown. As shown, the middle member 2400B may be male threaded or have raised locking portions at both ends, and the top member 2300B and the lower member 2500B may have internal or recessed locking portions. It should be understood that the location of specific locking portions may vary in different embodiments.

[0055] Нижний элемент 2500B может иметь нижний соединительный участок для соединения с нижним переходником 2800. В изображённом варианте осуществления нижний соединительный участок может включать в себя наружную резьбу 2502B. Нижний переходник 2800 имеет верхний соединительный участок 2802, приспособленный для соединения с нижним запирающим элементом 2500В, как с помощью резьбового отверстия. На нижнем конце участок 2804 соединения с оправкой позволяет соединиться с оправкой 3000 за счёт наличия резьбового отверстия, доступного с нижней поверхности. Кроме того, нижняя поверхность может иметь соединение для верхнего вторичного упорного подшипника 2902. В изображённом варианте осуществления это может быть внешняя резьба, к которой крепится верхний вторичный упорный подшипник 2902.[0055] The bottom member 2500B may have a bottom connection portion for connection to the bottom adapter 2800. In the illustrated embodiment, the bottom connection portion may include a male thread 2502B. The lower adapter 2800 has an upper connection portion 2802 adapted to be connected to the lower locking member 2500B as through a threaded hole. At the lower end, the mandrel connection portion 2804 allows connection to the mandrel 3000 by having a threaded hole accessible from the bottom surface. Additionally, the bottom surface may have a connection for an upper secondary thrust bearing 2902. In the illustrated embodiment, this may be an external thread to which the upper secondary thrust bearing 2902 is attached.

[0056] Необходимо иметь в виду, что оправка 3000 протяжена от нижнего соединительного участка 3004 в нижней части, которая может представлять собой резьбовое отверстие, позволяющее подсоединяться к буровому долоту или другому инструменту, к которому должен быть приложен крутящий момент, к верхнему концу, который может включать в себя соединительную конструкцию для соединения с нижним переходником 2800, такую как участок с внешней резьбой. Кроме того, необходимо понимать, что продольное перемещение оправки/переводника привода “над забоем/в забое” во многом зависит от соединения нижнего переходника 2800 с оправкой 3000. Верхний конец внутреннего отверстия этого переходника 2800 служит “точкой упора” и, таким образом, определяет “зазор” для продольного перемещения оправки 3000. Если это отверстие слишком длинное, то нижний переходник сможет навинтить и нагрузить упорные подшипники, и он полностью заклинит узел. Если бы это отверстие было слишком коротким, то нижний переходник, очевидно, остановился бы, и продольное перемещение было бы чрезмерным. В изображённом варианте идеальный “зазор” для перемещения оправки в продольном направлении может составлять около 0.100 дюйма.[0056] It will be appreciated that the mandrel 3000 extends from a lower connecting portion 3004 at the bottom, which may be a threaded hole allowing connection to a drill bit or other tool to which torque is to be applied, to an upper end that may include a connection structure for connection to the bottom adapter 2800, such as a male thread portion. In addition, it must be understood that the longitudinal movement of the above/in-face drive mandrel/sub is largely dependent on the connection of the bottom adapter 2800 to the mandrel 3000. The upper end of the internal hole of this adapter 2800 serves as the “stop point” and thus determines “clearance” for the longitudinal movement of the 3000 mandrel. If this hole is too long, the bottom adapter will be able to thread and load the thrust bearings and it will completely jam the assembly. If this hole were too short, the bottom adapter would obviously stop and the longitudinal movement would be excessive. In the embodiment shown, the ideal “clearance” for longitudinal movement of the mandrel would be about 0.100 inch.

[0057] Узел 2900 вспомогательного упорного подшипника включает в себя верхний вспомогательный упорный подшипник 2902 и нижний вспомогательный упорный подшипник 2904. Каждый верхний вспомогательный упорный подшипник 2902 и нижний вспомогательный упорный подшипник 2904 могут представлять собой кольцо с противоположной боковой поверхностью, в котором закалённый материал, такой как в форме кнопок из ПКА или ПКНБ, расположен напротив противоположного упорного подшипника. Один набор подходящих вариантов осуществления верхнего вспомогательного упорного подшипника 2902 и нижнего вспомогательного упорного подшипника 2904 изображён отдельно на фиг. 9В и 8А, чтобы показать их дополнительные детали.[0057] The auxiliary thrust bearing assembly 2900 includes an upper auxiliary thrust bearing 2902 and a lower auxiliary thrust bearing 2904. Each upper auxiliary thrust bearing 2902 and lower auxiliary thrust bearing 2904 may be a ring with an opposing side surface in which a hardened material such as as in the form of PKA or PCBN buttons, located opposite the opposing thrust bearing. One set of suitable embodiments of the upper auxiliary thrust bearing 2902 and the lower auxiliary thrust bearing 2904 are depicted separately in FIG. 9B and 8A to show further details thereof.

[0058] В отличие от варианта осуществления, изображённого на фиг. 1A-2B, вместо зазора между верхним вспомогательным упорным подшипником 2902 и нижним вспомогательным упорным подшипником 2904 камера 2907 может быть расположена под верхним участком нижнего вспомогательного упорного подшипника 2904, и пружина 2908, расположенная в ней, давит вверх на подшипник, чтобы сохранить контакт между верхним и нижним подшипниками. Таким образом, пружина 2908 может реагировать на движение оправки при переводе её из положения “вне дна” в положение “в забое” и наоборот.[0058] Unlike the embodiment depicted in FIG. 1A-2B, instead of a gap between the upper auxiliary thrust bearing 2902 and the lower auxiliary thrust bearing 2904, a chamber 2907 may be located under the upper portion of the lower auxiliary thrust bearing 2904, and a spring 2908 located therein pushes upward on the bearing to maintain contact between the upper and lower bearings. Thus, the spring 2908 can respond to the movement of the mandrel when moving it from the “off the bottom” position to the “in the bottom” position and vice versa.

[0059] Нижний вспомогательный упорный подшипник 2904 может быть расположен на верхнем конце корпуса 3200 подшипника привода, например, по скользящей посадке в шпоночном соединении или другом подходящем соединении, с камерой 2907, образованной между нижней боковой стенкой вспомогательного упорного подшипника и внутренней стенкой корпуса 3200 привода. Корпус 3200 подшипника привода, обычно, может быть выполнен в виде трубы с внутренним отверстием, которое устанавливается над средним участком оправки 3000.[0059] The lower auxiliary thrust bearing 2904 may be located at the upper end of the drive bearing housing 3200, for example, in a sliding fit in a keyway or other suitable connection, with a chamber 2907 formed between the lower side wall of the auxiliary thrust bearing and the inner wall of the drive housing 3200 . The drive bearing housing 3200 may typically be configured as a tube with an internal opening that is mounted above the middle portion of the mandrel 3000.

[0060] Двигаясь вниз от верхнего конца, узел 3300 верхнего радиального подшипника, узел 3100 основного упорного подшипника и узел 3400 нижнего радиального подшипника могут быть расположены между корпусом 3200 подшипника привода и оправкой 3000.[0060] Moving downward from the upper end, an upper radial bearing assembly 3300, a main thrust bearing assembly 3100, and a lower radial bearing assembly 3400 may be located between the drive bearing housing 3200 and the mandrel 3000.

[0061] Узел 3300 верхнего радиального подшипника может включать в себя внутреннюю втулку 3302 верхнего радиального подшипника, которая может быть прикреплена к внешней поверхности оправки 3000 в месте ниже, чем нижний вспомогательный упорный подшипник 2904. В показанном варианте крепление может быть выполнено по скользящей посадке в шпоночном соединении и закреплено стопорным кольцом, размещённым на оправке в соответствующем месте. Необходимо иметь в виду, что это также может быть выполнено путём размещения резьбы в соответствующих местах. Втулка 3304 внешнего верхнего радиального подшипника может быть прикреплена к корпусу 3200 привода, закреплена в выемке во внутреннем отверстии корпуса 3200 привода поверх втулки 3302 внутреннего верхнего радиального подшипника. Поверхности втулок подшипников могут быть изготовлены из подходящего закалённого материала, такого как карбид, ПКА или ПКНБ.[0061] The upper radial bearing assembly 3300 may include an inner upper radial bearing bushing 3302 that may be attached to the outer surface of the mandrel 3000 at a location lower than the lower auxiliary thrust bearing 2904. In the embodiment shown, the attachment may be a sliding fit in keyed connection and secured with a locking ring placed on the mandrel in the appropriate place. It must be kept in mind that this can also be accomplished by placing threads in appropriate locations. The outer top radial bearing bushing 3304 may be attached to the drive housing 3200, secured in a recess in an internal opening of the drive housing 3200 over the inner top radial bearing bushing 3302. Bearing bushing surfaces can be made from a suitable hardened material such as carbide, PCD or PCBN.

[0062] Узел 3100 основного упорного подшипника может быть расположен внутри узла 3200 корпуса подшипника привода. В изображённом варианте осуществления узел основного упорного подшипника может быть расположен между узлом 3300 верхнего радиального подшипника и узлом 3400 нижнего радиального подшипника. Узел 3100 основного упорного подшипника включает в себя верхний основной упорный подшипник 3102 и нижний основной упорный подшипник 3104, каждый из которых выполнен в виде кольца с боковой поверхностью, в которой может быть расположен закалённый материал, такой как в форме кнопки из ПКА или ПКНБ. Противоположные боковые поверхности расположены лицом друг к другу. Один набор подходящих вариантов осуществления верхнего основного упорного подшипника 3102 и нижнего основного упорного подшипника 3104 изображён отдельно на фиг. 9А и 8В, чтобы показать их дополнительные детали.[0062] The main thrust bearing assembly 3100 may be located within the drive bearing housing assembly 3200 . In the illustrated embodiment, the main thrust bearing assembly may be located between the upper radial bearing assembly 3300 and the lower radial bearing assembly 3400. The main thrust bearing assembly 3100 includes an upper main thrust bearing 3102 and a lower main thrust bearing 3104, each of which is formed as a ring with a side surface in which a hardened material, such as a button-shaped PCD or PCBN, can be located. Opposite side surfaces are located facing each other. One set of suitable embodiments of the upper main thrust bearing 3102 and the lower main thrust bearing 3104 are depicted separately in FIG. 9A and 8B to show additional details thereof.

[0063] Нижний основной упорный подшипник 3104 может быть прикреплён к внешней поверхности оправки 3000 в месте над узлом 3400 нижнего радиального подшипника. В показанном варианте крепление находится над выступом или полкой, образованной на оправке, так что боковая поверхность обращена вверх. В изображённом варианте осуществления крепление может представлять собой простую скользящую посадку через шпоночное соединение на удерживающем кольце, которое навинчивают на оправку 3000 непосредственно над нижним радиальным подшипником 3402. В дополнение к обеспечению поверхности со скользящей посадкой для скольжения нижнего основного упорного подшипника 3104, такое кольцо может действовать как “предохранительное” удерживающее кольцо для предотвращения обратного хода нижнего радиального подшипника 3402, поскольку оно может быть навинчено на вал с шагом резьбы, отличным от шага резьбы радиального подшипника. В других вариантах осуществления нижний основной упорный подшипник 3104 может быть закреплён путём установки на резьбе непосредственно на оправке.[0063] The lower main thrust bearing 3104 may be attached to the outer surface of the mandrel 3000 at a location above the lower radial bearing assembly 3400. In the embodiment shown, the fastener is located above a projection or shelf formed on the mandrel so that the side surface faces upward. In the illustrated embodiment, the mounting may be a simple sliding fit through a keyway on a retaining ring that is screwed onto a mandrel 3000 directly above the lower radial bearing 3402. In addition to providing a sliding fit surface for the lower main thrust bearing 3104 to slide, such a ring may act as a “safety” retaining ring to prevent backlash of the lower radial bearing 3402, since it can be threaded onto the shaft with a different thread pitch than the radial bearing. In other embodiments, the lower main thrust bearing 3104 may be secured by threading directly onto a mandrel.

[0064] Верхний основной упорный подшипник 3102 может быть прикреплён к корпусу 3200 привода. В отличие от варианта осуществления, показанного на фиг. 1A-2B, вместо зазора между верхним и нижним упорными подшипниками 3102 и 3104 камера 3107 может быть расположена над нижним участком верхнего основного упорного подшипника 3102, и пружина 3108, расположенная в нём, которая давит вниз на подшипник, чтобы сохранить контакт между верхним и нижним подшипниками. Таким образом, пружина 3108 может реагировать на движение оправки при переводе её из положения “вне забоя” в положение “в забое” и наоборот. Движение, допускаемое пружинами 3108 и 2908, может быть эквивалентным, а выемки 3107 и 2907 для пружин могут иметь одинаковый размер, чтобы можно было использовать идентичные пружины для облегчения сборки.[0064] An upper main thrust bearing 3102 may be attached to the drive housing 3200. Unlike the embodiment shown in FIG. 1A-2B, in lieu of a gap between the upper and lower thrust bearings 3102 and 3104, a chamber 3107 may be located above the lower portion of the upper main thrust bearing 3102, and a spring 3108 located therein that presses downward on the bearing to maintain contact between the upper and lower bearings. Thus, the spring 3108 can respond to the movement of the mandrel when moving it from the “outside” position to the “inside” position and vice versa. The movement allowed by the springs 3108 and 2908 may be equivalent, and the spring recesses 3107 and 2907 may be the same size so that identical springs can be used to facilitate assembly.

[0065] Узел 3400 нижнего радиального подшипника может включать в себя внутреннюю втулку 3402 нижнего радиального подшипника, которая может быть прикреплена к внешней поверхности оправки 3000 в месте под узлом 3100 основного упорного подшипника. В изображённом варианте осуществления узел 3400 нижнего радиального подшипника расположен на нижнем конце корпуса 3200 над нижним соединительным участком 3004 оправки 3000. Втулка 3402 внутреннего нижнего радиального подшипника может быть прикреплена путём размещения на резьбе в соответствующем месте. Втулка 3404 внешнего нижнего радиального подшипника может быть прикреплена к корпусу 3200 привода и закреплена в выемке во внутреннем отверстии корпуса 3200 привода поверх втулки 3402 внутреннего нижнего радиального подшипника. Поверхности втулок подшипников могут быть изготовлены из подходящего закалённого материала, такого как карбид, ПКА или ПКНБ.[0065] The lower radial bearing assembly 3400 may include an inner lower radial bearing sleeve 3402 that may be attached to the outer surface of the mandrel 3000 at a location below the main thrust bearing assembly 3100. In the illustrated embodiment, the lower radial bearing assembly 3400 is located at the lower end of the housing 3200 above the lower connecting portion 3004 of the mandrel 3000. The inner lower radial bearing sleeve 3402 may be attached by being threaded at an appropriate location. The outer lower radial bearing bushing 3404 may be attached to the drive housing 3200 and secured in a recess in an internal opening of the drive housing 3200 over the inner lower radial bearing bushing 3402. Bearing bushing surfaces can be made from a suitable hardened material such as carbide, PCD or PCBN.

[0066] Необходимо иметь в виду, что в дополнение к ПКА для поверхностей подшипников могут быть использованы другие подходящие материалы, такие как CBN, карбид или другие закалённые поверхности, кроме того, необходимо понимать, что узлы подшипника собраны в правильном положении при сборке узла привода, так что перед использованием не требуется значительных сжимающих нагрузок, особенно в отношении упорных подшипников. Пружины 3108 и 2908 просто удерживают соответствующие узлы упорных подшипников в контакте, чтобы предотвратить их столкновение во время перемещения из положения вне забоя в положение в забое или наоборот, чтобы предотвратить потенциальное повреждение от удара. В изображённом варианте осуществления пружины 3108 и 2908 могут оказывать вертикальное усилие в диапазоне около 42 фунтов или менее, например в диапазоне от 40 до 42 фунтов. Это отличается от конструкций известного уровня техники, в которых используют храповой механизм или сжимающие узлы, удерживающие упорные подшипники под значительной нагрузкой. Вместо этого узлы упорных подшипников не несут какой-либо значительной нагрузки до тех пор, пока двигатель не будет работать, а перемещение двигателя с помощью инструмента будет воздействовать на подшипники. Кроме того, необходимо понимать, что пружины могут придавать подшипникам диапазон движения, превышающий ожидаемое продольное перемещение (или “зазор”), чтобы гарантировать, что поверхности подшипника остаются в контакте. Необходимо отметить, что в отличие от многих современных конструкций двигателей, в которых используют карбидные или роликовые подшипники, в текущей конструкции используется этот уникальный подход для защиты поверхностей подшипников ПКА от ударных повреждений. Использование опорных поверхностей ПКА предназначено для увеличения интервалов обслуживания секции привода, а более низкий коэффициент трения должен повысить производительность и долговечность других компонентов двигателя.[0066] It must be understood that in addition to PCD, other suitable materials may be used for the bearing surfaces, such as CBN, carbide or other hardened surfaces, and it must be understood that the bearing assemblies are assembled in the correct position when assembling the drive assembly , so that significant compressive loads, especially on thrust bearings, are not required before use. Springs 3108 and 2908 simply hold the respective thrust bearing assemblies in contact to prevent them from colliding during movement from an off-face position to an in-face position or vice versa to prevent potential impact damage. In the illustrated embodiment, the springs 3108 and 2908 may exert a vertical force in the range of about 42 pounds or less, such as in the range of 40 to 42 pounds. This is in contrast to prior art designs that use a ratchet or compression assemblies to hold the thrust bearings under significant load. Instead, the thrust bearing assemblies do not carry any significant load until the engine is running, and moving the engine with a tool places stress on the bearings. In addition, it is necessary to understand that springs can give bearings a range of motion greater than the expected longitudinal movement (or “play”) to ensure that the bearing surfaces remain in contact. It should be noted that unlike many current engine designs that use carbide or roller bearings, the current design uses this unique approach to protect the PCV bearing surfaces from impact damage. The use of PCV bearing surfaces is intended to extend drive section service intervals, and the lower coefficient of friction should improve the performance and durability of other engine components.

[0067] Корпус может быть использован для покрытия и защиты подшипников узла привода и переходника. В изображённом варианте осуществления показан корпус, состоящий из двух частей. Нижний корпус 2H1 может быть выполнен в виде трубки, соединённой с корпусом 3200 привода и протяжённой вверх над по меньшей мере участком нижнего переходника 2800. В своём нижнем участке нижний корпус 2H1 может включать в себя внутреннюю резьбу, позволяющую крепить его к ответной внешней резьбе на корпусе 3200 привода. Верхний корпус 2H2 может быть аналогичным образом присоединён с помощью резьбы к верхнему участку нижнего корпуса 2H1 и может продолжаться вверх своим внутренним отверстием, закрывающим второй или нижний гибкий шарнир и по меньшей мере участок соединительного вала. Как показано на фиг. 3А и 3В, нижний конец оправки 3000, нижний конец корпуса 3200 подшипника привода и корпуса 2Н1 и 2Н2 могут иметь примерно одинаковые диаметры, чтобы обеспечить относительно гладкую закруглённую наружную поверхность для уменьшения трения и облегчения использования при сужении ствола скважины за счёт удаления внешних элементов, которые могут зацепиться. Кроме того, следует понимать, что внутренние боковые стенки корпуса могут соответствовать внутренним компонентам за счёт наличия более тонких и более толстых областей для усиления и удержания компонентов на месте.[0067] The housing may be used to cover and protect the bearings of the drive assembly and adapter. The illustrated embodiment shows a housing consisting of two parts. The lower housing 2H1 may be configured as a tube connected to the actuator housing 3200 and extending upwardly over at least a portion of the lower adapter 2800. At its lower portion, the lower housing 2H1 may include internal threads allowing it to be secured to a mating external thread on the housing. 3200 drive. The upper housing 2H2 may be similarly threaded to the upper portion of the lower housing 2H1 and may extend upward with its internal opening covering the second or lower flexible joint and at least a portion of the connecting shaft. As shown in FIG. 3A and 3B, the lower end of the mandrel 3000, the lower end of the drive bearing housing 3200, and the housings 2H1 and 2H2 may have approximately the same diameters to provide a relatively smooth, rounded outer surface to reduce friction and ease of use when reducing the wellbore by removing external elements that may get caught. Additionally, it should be understood that the interior side walls of the housing may conform to the internal components by having thinner and thicker areas to reinforce and hold the components in place.

[0068] Необходимо понимать, что в конструкции двигателя в соответствии с настоящим изобретением используются компоненты, которые просто уложены друг на друга и легко присоединяются друг к другу (например, с помощью посадки со скользящей посадкой, резьбы и стопорных колец). Напротив, большинство известных узлов подшипника забойных двигателей могут быть привередливыми и сложными в обеспечении соосности, поскольку компоненты уложены друг на друга и предварительно нагружены. Это упрощает процесс сборки и экономит время. Кроме того, как внутренний характер узлов подшипника, так и отказ от пружин и компонентов “предварительной нагрузки” обеспечивают более длительные интервалы обслуживания, снижая затраты и время простоя.[0068] It should be understood that the engine design of the present invention uses components that are simply stacked on top of each other and easily connected to each other (eg, using a slip fit, threads, and retaining rings). In contrast, most known mud motor bearing assemblies can be finicky and difficult to achieve alignment because the components are stacked and preloaded. This simplifies the assembly process and saves time. Additionally, both the internal nature of the bearing assemblies and the elimination of springs and “preload” components provide longer service intervals, reducing costs and downtime.

[0069] Ссылка в данном описании на “пример” означает, что конкретный признак, конструкция или характеристика, описанные в связи с примером, включены в по меньшей мере один вариант осуществления настоящего раскрытия. Таким образом, появление фразы “в примере” в разных местах данного описания не обязательно относится к одному и тому же варианту осуществления.[0069] Reference herein to “example” means that the particular feature, structure, or characteristic described in connection with the example is included in at least one embodiment of the present disclosure. Thus, the appearance of the phrase “in the example” in different places in this specification does not necessarily refer to the same embodiment.

[0070] Как используется в данном документе, группа элементов, структурных элементов, композиционных элементов и/или материалов могут быть представлены в общем списке для удобства. Однако эти списки следует толковать так, как будто каждый элемент списка индивидуально идентифицируется как отдельный и уникальный элемент. Таким образом, ни один отдельный элемент такого списка не должен толковаться как эквивалентный де-факто любому другому элементу того же списка исключительно на основании его представления в общей группе без указаний на обратное. Кроме того, в настоящем документе могут упоминаться разные варианты осуществления и примеры настоящего раскрытия изобретения вместе с альтернативами для разных его компонентов. Понятно, что такие варианты осуществления, примеры и альтернативы не должны рассматриваться как эквиваленты друг друга де-факто, а должны рассматриваться как отдельные и автономные представления настоящего раскрытия.[0070] As used herein, a group of elements, structural elements, compositional elements and/or materials may be presented in a general list for convenience. However, these lists should be interpreted as if each element of the list is individually identifiable as a separate and unique element. Thus, no individual element of such a list should be construed as de facto equivalent to any other element of the same list solely on the basis of its presentation in the general group, without indication to the contrary. In addition, various embodiments and examples of the present disclosure may be mentioned herein, along with alternatives for various components thereof. It is understood that such embodiments, examples and alternatives should not be considered as de facto equivalents of each other, but rather should be considered as separate and distinct views of the present disclosure.

[0071] Хотя вышеизложенное было описано довольно подробно для целей ясности, будет очевидно, что некоторые изменения и модификации могут быть сделаны без отклонения от его принципов. Необходимо отметить, что существует множество альтернативных способов реализации как процессов, так и устройств, описанных здесь. Соответственно, настоящие варианты осуществления необходимо рассматривать как иллюстративные, а не ограничительные.[0071] Although the foregoing has been described in some detail for purposes of clarity, it will be apparent that some changes and modifications can be made without departing from its principles. It should be noted that there are many alternative ways to implement both the processes and devices described here. Accordingly, the present embodiments should be considered illustrative and not restrictive.

[0072] Специалистам в данной области техники будет понятно, что многие изменения могут быть внесены в детали вышеописанных вариантов осуществления без отклонения от основных принципов раскрытия. Следовательно, объем настоящего раскрытия должен определяться только формулой изобретения, если таковая имеется. [0072] Those skilled in the art will appreciate that many changes can be made to the details of the above-described embodiments without departing from the basic principles of the disclosure. Therefore, the scope of the present disclosure should be determined only by the claims, if any.

Claims (54)

1. Узел привода забойного двигателя, содержащий:1. Downhole motor drive unit, containing: соединительный вал,connecting shaft, по меньшей мере первый гибкий многосекционный шарнир равных угловых скоростей, прикреплённый к первому концу соединительного вала, при этом первый гибкий многосекционный шарнир равных угловых скоростей содержит: at least a first flexible multi-section constant velocity joint attached to a first end of the connecting shaft, wherein the first flexible multi-section constant velocity joint comprises: по меньшей мере первый верхний элемент, имеющий продольное отверстие, верхнюю секцию крепления для крепления к первому концу соединительного вала и нижний соединительный участок с рядом шлицов и впадин;at least a first upper member having a longitudinal opening, an upper fastening section for attachment to the first end of the connecting shaft, and a lower connecting portion with a series of splines and recesses; по меньшей мере первый средний элемент, имеющий продольное отверстие, верхний соединительный участок с рядом шлицов и впадин, соответствующий нижнему соединительному участку по меньшей мере первого верхнего элемента, и нижний соединительный участок с рядом шлицов и впадин;at least a first middle element having a longitudinal hole, an upper connecting portion with a series of splines and recesses corresponding to a lower connecting portion of the at least first upper element, and a lower connecting portion with a series of splines and recesses; по меньшей мере первый нижний элемент, имеющий продольное отверстие, верхний соединительный участок с рядом шлицов и впадин, соответствующих нижнему соединительному участку по меньшей мере первого среднего элемента; иat least a first lower element having a longitudinal hole, an upper connecting portion with a number of slots and depressions corresponding to a lower connecting portion of at least the first middle element; And по меньшей мере первый соединительный штифт, проходящий через продольные отверстия верхнего элемента по меньшей мере первого среднего элемента и нижнего элемента для соосной установки и закрепления элементов при использовании; иat least a first connecting pin extending through the longitudinal holes of the upper member of the at least first middle member and the lower member for coaxial mounting and securing the members in use; And оправку в рабочем соединении с по меньшей мере первым гибким многосекционным шарниром равных угловых скоростей, так что, когда вращающая сила прикладывается к соединительному валу, вращающая сила передаётся на оправку.a mandrel in operative connection with at least a first flexible multi-section constant velocity joint such that when a rotating force is applied to the connecting shaft, the rotating force is transmitted to the mandrel. 2. Узел привода по п. 1, дополнительно содержащий второй гибкий многосекционный шарнир равных угловых скоростей, при этом второй гибкий многосекционный шарнир равных угловых скоростей прикреплён ко второму концу соединительного вала.2. The drive assembly according to claim 1, further comprising a second flexible multi-section constant velocity joint, wherein the second flexible multi-section constant velocity joint is attached to the second end of the connecting shaft. 3. Узел привода по п. 2, в котором второй гибкий многосекционный шарнир равных угловых скоростей содержит: 3. The drive unit according to claim 2, in which the second flexible multi-section constant velocity joint contains: второй верхний элемент, имеющий продольное отверстие, верхнюю секцию крепления для крепления к соединительному элементу привода и нижний соединительный участок с рядом шлицов и впадин,a second upper element having a longitudinal hole, an upper fastening section for fastening to the drive coupling element and a lower connecting section with a number of splines and recesses, по меньшей мере второй средний элемент, имеющий продольное отверстие, верхний соединительный участок с рядом шлицов и впадин, соответствующий нижнему соединительному участку по меньшей мере первого верхнего элемента, и нижний соединительный участок с рядом шлицов и впадин,at least a second middle element having a longitudinal opening, an upper connecting portion with a series of splines and recesses corresponding to a lower connecting portion of at least the first upper element, and a lower connecting portion with a series of splines and recesses, второй нижний элемент, имеющий продольное отверстие, верхний соединительный участок с рядом шлицов и впадин, соответствующий нижнему соединительному участку по меньшей мере первого среднего элемента, и нижнюю секцию крепления для крепления ко второму концу соединительного вала, иa second lower member having a longitudinal opening, an upper connecting portion with a series of splines and recesses corresponding to a lower connecting portion of at least the first middle element, and a lower fastening section for attaching to a second end of the connecting shaft, and второй соединительный штифт, проходящий через продольные отверстия второго верхнего элемента по меньшей мере второго среднего элемента и второго нижнего элемента для соосной установки и закрепления элементов при использовании.a second connecting pin extending through the longitudinal holes of the second upper member of the at least the second middle member and the second lower member for coaxial mounting and securing the members in use. 4. Узел привода по п. 1, в котором по меньшей мере первый соединительный штифт имеет основание с закруглённым дном, которое шарнирно сочленено с криволинейной выемкой.4. The drive assembly of claim 1, wherein at least the first connecting pin has a base with a rounded bottom that is articulated with the curved recess. 5. Узел привода по п. 1, в котором верхний соединительный участок и нижний соединительный участок по меньшей мере первого верхнего элемента выполнены в виде выступов, протяжённых от среднего участка по меньшей мере первого среднего элемента.5. The drive unit according to claim 1, in which the upper connecting section and the lower connecting section of at least the first upper element are made in the form of protrusions extending from the middle section of at least the first middle element. 6. Узел привода по п. 1, в котором по меньшей мере первый нижний элемент содержит нижнюю секцию крепления для крепления к верхнему концу оправки.6. The drive assembly of claim 1, wherein at least the first lower member comprises a lower fastening section for attachment to an upper end of the mandrel. 7. Узел привода по п. 6, дополнительно содержащий:7. Drive unit according to claim 6, additionally containing: корпус,frame, узел основного упорного подшипника, расположенный между корпусом и оправкой в первом положении, иa main thrust bearing assembly located between the housing and the mandrel in a first position, and узел вспомогательного упорного подшипника, расположенный между корпусом и оправкой во втором положении, при этом узел основного упорного подшипника и узел вспомогательного упорного подшипника удерживаются на месте без сжимающей нагрузки, которая предотвращает продольное перемещение оправки.an auxiliary thrust bearing assembly located between the housing and the mandrel in a second position, wherein the main thrust bearing assembly and the auxiliary thrust bearing assembly are held in place without a compressive load that prevents longitudinal movement of the mandrel. 8. Узел привода по п. 7, в котором основной упорный подшипник содержит нижний элемент основного упорного подшипника, верхний элемент основного упорного подшипника и пружину основного упорного подшипника, находящуюся в выемке для пружины основного упорного подшипника, чтобы поджимать верхний элемент основного упорного подшипника вниз для контакта с нижним элементом основного упорного подшипника, при этом пружина основного упорного подшипника разжимается или сжимается в ответ на перемещение оправки между положениями в забое и над забоем во время использования.8. The drive assembly of claim 7, wherein the main thrust bearing comprises a lower main thrust bearing member, an upper main thrust bearing member, and a main thrust bearing spring disposed in a main thrust bearing spring recess to press the upper main thrust bearing member downward to contact with the lower element of the main thrust bearing, wherein the spring of the main thrust bearing is expanded or compressed in response to movement of the mandrel between positions in the face and above the face during use. 9. Узел привода по п. 7, в котором вспомогательный упорный подшипник содержит верхний элемент вспомогательного упорного подшипника, нижний элемент вспомогательного упорного подшипника и пружину вспомогательного упорного подшипника, находящуюся в выемке для пружины вспомогательного упорного подшипника, чтобы поджимать нижний элемент вспомогательного элемента упорного подшипника вверх для контакта с элементом верхнего вспомогательного упорного подшипника, при этом пружина вспомогательного упорного подшипника разжимается или сжимается в ответ на перемещение оправки между положениями в забое и над забоем во время использования.9. The drive assembly of claim 7, wherein the auxiliary thrust bearing includes an upper auxiliary thrust bearing member, a lower auxiliary thrust bearing member, and an auxiliary thrust bearing spring disposed in the auxiliary thrust bearing spring recess to force the lower auxiliary thrust bearing member upwardly. to contact the upper auxiliary thrust bearing element, wherein the auxiliary thrust bearing spring expands or compresses in response to movement of the mandrel between positions in the face and above the face during use. 10. Узел привода забойного двигателя, содержащий:10. Downhole motor drive unit, containing: приводной вал, drive shaft, по меньшей мере первый гибкий многосекционный шарнир равных угловых скоростей, прикреплённый к первому концу приводного вала,at least a first flexible multi-section constant velocity joint attached to the first end of the drive shaft, оправку, прикреплённую к по меньшей мере первому гибкому многосекционному шарниру равных угловых скоростей,a mandrel attached to at least the first flexible multi-section constant velocity joint, корпус,frame, узел основного упорного подшипника, расположенный между корпусом и оправкой в первом положении, иa main thrust bearing assembly located between the housing and the mandrel in a first position, and узел вспомогательного упорного подшипника, расположенный между корпусом и оправкой во втором положении, при этом узел основного упорного подшипника и узел вспомогательного упорного подшипника удерживаются на месте без сжимающей нагрузки, которая предотвращает продольное перемещение оправки.an auxiliary thrust bearing assembly located between the housing and the mandrel in a second position, wherein the main thrust bearing assembly and the auxiliary thrust bearing assembly are held in place without a compressive load that prevents longitudinal movement of the mandrel. 11. Узел привода по п. 10, в котором узел основного упорного подшипника содержит нижний элемент основного упорного подшипника, верхний элемент основного упорного подшипника и пружину основного упорного подшипника, находящуюся в выемке для пружины основного упорного подшипника, чтобы поджимать верхний элемент основного упорного подшипника вниз для контакта с нижним элементом основного упорного подшипника, при этом пружина основного упорного подшипника разжимается или сжимается в ответ на перемещение оправки между положениями “в забое” и “над забоем” во время использования.11. The drive assembly of claim 10, wherein the main thrust bearing assembly comprises a lower main thrust bearing member, an upper main thrust bearing member, and a main thrust bearing spring disposed in a main thrust bearing spring recess to force the upper main thrust bearing member downward. to contact the lower element of the main thrust bearing, the spring of the main thrust bearing being expanded or compressed in response to movement of the mandrel between the in-hole and above-the-hole positions during use. 12. Узел привода по п. 10, в котором узел вспомогательного упорного подшипника содержит верхний элемент вспомогательного упорного подшипника, нижний элемент вспомогательного упорного подшипника и пружину вспомогательного упорного подшипника, находящуюся в выемке для пружины вспомогательного упорного подшипника, чтобы поджимать нижний элемент вспомогательного упорного подшипника вверх для контакта с верхним вспомогательным элементом упорного подшипника, при этом пружина вспомогательного упорного подшипника разжимается или сжимается в ответ на перемещение оправки между положениями “в забое” и “над забоем” во время использования.12. The drive assembly of claim 10, wherein the auxiliary thrust bearing assembly includes an upper auxiliary thrust bearing member, a lower auxiliary thrust bearing member, and an auxiliary thrust bearing spring disposed in a auxiliary thrust bearing spring recess to press the lower auxiliary thrust bearing member upwardly. to contact the upper thrust bearing auxiliary member, wherein the auxiliary thrust bearing spring expands or contracts in response to movement of the mandrel between the in-hole and above-the-hole positions during use. 13. Узел привода по п. 10, в котором по меньшей мере первый многосекционный шарнир равных угловых скоростей содержит:13. The drive unit according to claim 10, in which at least the first multi-section constant velocity joint contains: верхний элемент, имеющий продольное отверстие, верхнюю секцию крепления для крепления к первому концу соединительного вала и нижний соединительный участок с рядом шлицов и впадин,an upper member having a longitudinal opening, an upper fastening section for attachment to the first end of the connecting shaft, and a lower connecting section with a number of splines and recesses, по меньшей мере первый средний элемент, имеющий продольное отверстие, верхний соединительный участок с рядом шлицов и впадин, соответствующий нижнему соединительному участку по меньшей мере первого верхнего элемента, и нижний соединительный участок с рядом шлицов и впадин,at least a first middle element having a longitudinal opening, an upper connecting portion with a series of splines and recesses corresponding to a lower connecting portion of at least the first upper element, and a lower connecting portion with a series of splines and recesses, нижний элемент, имеющий продольное отверстие, верхний соединительный участок с рядом шлицов и впадин, соответствующих нижнему соединительному участку по меньшей мере первого среднего элемента, иa lower member having a longitudinal opening, an upper connecting portion with a series of slots and recesses corresponding to a lower connecting portion of at least the first middle element, and по меньшей мере первый соединительный штифт, проходящий через продольные отверстия верхнего элемента по меньшей мере первого среднего элемента и нижнего элемента для соосной установки и закрепления элементов при использовании.at least a first connecting pin extending through the longitudinal holes of the upper member of the at least first middle member and the lower member for coaxial mounting and securing the members in use. 14. Узел привода по п. 13, в котором по меньшей мере первый соединительный штифт имеет основание с закруглённым дном, которое шарнирно сочленено с криволинейной выемкой.14. The drive assembly of claim 13, wherein at least the first connecting pin has a base with a rounded bottom that is articulated with the curved recess. 15. Узел привода по п. 10, дополнительно содержащий второй гибкий многосекционный шарнир равных угловых скоростей, при этом второй многосекционный шарнир равных угловых скоростей прикреплён ко второму концу приводного вала.15. The drive assembly according to claim 10, further comprising a second flexible multi-section constant velocity joint, wherein the second multi-section constant velocity joint is attached to the second end of the drive shaft. 16. Узел привода по п. 10, дополнительно содержащий первый узел радиального подшипника, содержащий первую втулку внутреннего радиального подшипника, прикреплённую к внешней поверхности оправки, и первую втулку внешнего радиального подшипника, прикреплённую к корпусу и соосную с первой втулкой внутреннего радиального подшипника.16. The drive assembly of claim 10, further comprising a first radial bearing assembly comprising a first inner radial bearing bushing attached to an outer surface of the mandrel, and a first outer radial bearing bushing attached to the housing and coaxial with the first inner radial bearing bushing. 17. Узел привода по п. 16, в котором первый узел радиального подшипника расположен ниже нижнего вспомогательного упорного подшипника, а узел привода дополнительно содержит второй узел радиального подшипника, расположенный ниже узла основного упорного подшипника.17. The drive assembly of claim 16, wherein the first radial bearing assembly is located below the lower auxiliary thrust bearing assembly, and the drive assembly further comprises a second radial bearing assembly located below the main thrust bearing assembly. 18. Забойный двигатель, содержащий:18. Downhole motor containing: корпус,frame, оправку,mandrel, узел основного упорного подшипника, расположенный между корпусом и оправкой в первом положении, узел основного упорного подшипника, содержащий нижний элемент основного упорного подшипника, верхний элемент основного упорного подшипника и пружину основного упорного подшипника, расположенную в выемке для пружины основного упорного подшипника, чтобы поджимать верхний элемент основного упорного подшипника вниз для контакта с нижним элементом основного упорного подшипника, так что узел основного упорного подшипника удерживается на месте пружиной основного упорного подшипника, разжимающейся или сжимающейся в ответ на продольное перемещение оправки, иa main thrust bearing assembly located between the housing and the mandrel in a first position, a main thrust bearing assembly comprising a lower main thrust bearing member, an upper main thrust bearing member, and a main thrust bearing spring located in a main thrust bearing spring recess to compress the upper member the main thrust bearing downwards to contact the lower element of the main thrust bearing, so that the main thrust bearing assembly is held in place by the main thrust bearing spring being expanded or compressed in response to the longitudinal movement of the mandrel, and узел вторичного упорного подшипника, расположенный между корпусом и оправкой во втором положении, при этом узел вторичного упорного подшипника содержит верхний элемент вспомогательного упорного подшипника, нижний элемент вспомогательного упорного подшипника и пружину вспомогательного упорного подшипника, находящуюся в выемке для пружины вспомогательного упорного подшипника, чтобы поджимать нижний вспомогательный элемент упорного подшипника вверх для контакта с верхним вспомогательным элементом упорного подшипника, так что вспомогательный упорный подшипник удерживается на месте пружиной вспомогательного подшипника, разжимающейся или сжимающейся в ответ на продольное перемещение оправки.a secondary thrust bearing assembly located between the housing and the mandrel in a second position, the secondary thrust bearing assembly comprising an upper auxiliary thrust bearing member, a lower auxiliary thrust bearing member, and an auxiliary thrust bearing spring disposed in a auxiliary thrust bearing spring recess to press the lower the thrust bearing auxiliary element upward to contact the upper thrust bearing auxiliary element so that the auxiliary thrust bearing is held in place by the auxiliary bearing spring being expanded or compressed in response to the longitudinal movement of the mandrel. 19. Забойный двигатель по п. 18, дополнительно содержащий узел первого радиального подшипника, содержащий первую втулку внутреннего радиального подшипника, прикреплённую к внешней поверхности оправки, и первую втулку внешнего радиального подшипника, прикреплённую к корпусу и соосную с первой втулкой внутреннего радиального подшипника.19. The downhole motor of claim 18, further comprising a first radial bearing assembly comprising a first inner radial bearing bushing attached to an outer surface of the mandrel, and a first outer radial bearing bushing attached to the housing and coaxial with the first inner radial bearing bushing. 20. Забойный двигатель по п. 18, дополнительно содержащий:20. Downhole motor according to claim 18, additionally containing: приводной вал, иdrive shaft, and по меньшей мере один многосекционный шарнир равных угловых скоростей, функционально соединённый с оправкой, так что при приложении вращающей силы к приводному валу, вращающая сила передаётся на оправку, при этом по меньшей мере один многосекционный шарнир равных угловых скоростей содержит:at least one multi-section constant velocity joint operatively connected to the mandrel such that when a rotational force is applied to the drive shaft, the rotational force is transmitted to the mandrel, wherein the at least one multi-section constant velocity joint comprises: верхний элемент, имеющий продольное отверстие, верхнюю секцию крепления для крепления к первому концу приводного вала и нижний соединительный участок с рядом шлицов и впадин,an upper member having a longitudinal opening, an upper fastening section for attachment to a first end of the drive shaft, and a lower connecting portion with a series of splines and recesses, по меньшей мере первый средний элемент, имеющий продольное отверстие, верхний соединительный участок с рядом шлицов и впадин, соответствующих нижнему соединительному участку по меньшей мере первого верхнего элемента, и нижний соединительный участок с рядом шлицов и впадин,at least a first middle element having a longitudinal opening, an upper connecting portion with a number of splines and recesses corresponding to a lower connecting portion of at least the first upper element, and a lower connecting portion with a number of splines and recesses, нижний элемент, имеющий продольное отверстие, верхний соединительный участок с рядом шлицов и впадин, соответствующих нижнему соединительному участку по меньшей мере первого среднего элемента, иa lower member having a longitudinal opening, an upper connecting portion with a series of slots and recesses corresponding to a lower connecting portion of at least the first middle element, and по меньшей мере первый соединительный штифт, проходящий через продольные отверстия верхнего элемента по меньшей мере первого среднего элемента и нижнего элемента для соосной установки и закрепления элементов при использовании.at least a first connecting pin extending through the longitudinal holes of the upper member of the at least first middle member and the lower member for coaxial mounting and securing the members in use.