ВИНТОВОЙ ЗАБОЙНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С ОТКЛОНЯЮЩИМ УСТРОЙСТВОМ

Полезная модель относится к конструкциям гидравлических забойных двигателей со встроенным генератором колебаний, предназначенных для бурения нефтяных и газовых скважин.
Известны конструкции забойных двигателей (RU 2285102, опубл. 10.10.2006 г.; RU 2305743, опубл. 10.09.2007 г.), создающие дополнительные гидравлические импульсы при работе и позволяющие повысить эффективность работы. Однако в конструкции таких двигателей не предусмотрен узел регулирования угла бурения винтового забойного двигателя (ВЗД), что делает невозможных их использование при наклонно-направленном бурении скважин.
Кроме того, наличие дополнительных деталей (проточная втулка, переводник, осевая опора и т.п.) приводит к необходимости дополнительных резьбовых соединений, что увеличивает трудоемкость изготовления и стоимость устройства. Их недостаток также в том, что создать гидравлические импульсы невозможно сразу после начала бурения, т.к. необходимо создать достаточно высокое осевое усилие, превышающее действие гидравлической выталкивающей силы ротора, которая пропорциональна перепаду давления в двигательной секции, на долото/забой для перемещения полого вала с проточными окнами в зону проточной втулки. При проработке ствола скважины верх/вниз невозможно создание гидравлических импульсов в такой конструкции, поскольку при бурении с осевым усилием менее величины силы, создаваемой двигательной секцией от перепада давления, создание гидравлических импульсов невозможно.
Наиболее близким по конструкции является винтовой забойный двигатель с регулируемым отклоняющим устройством по патенту RU 2235181, опубл. 27.08.2004 г., состоящим из центрального вала с уплотнениями и с наружными резьбами. Вал имеет искривленный участок под углом α, снаружи вала расположена с возможностью перемещения вдоль вала по шпонке или шлицам муфта, на одном из торцов которой выполнены торцовые зубья, а на один конец вала навинчен прямой переводник, контактирующий с торцом муфты. На другой конец вала навинчен кривой переводник, внутренняя резьба которого наклонена к его оси под углом α. Кривой переводник установлен с возможностью взаимодействия своими торцовыми зубьями с торцом муфты, на котором расположены зубья. Центральный вал ориентирован искривленным участком к кривому переводнику так, что центральные оси резьб кривого переводника и вала пересекаются в одной точке и имеют одну плоскость искривления.
Недостаток прототипа заключается в низкой эффективности разрушения разбуриваемой породы винтовым забойным двигателем с указанным отклоняющим устройством, т.к. в конструкции отсутствует механизм создания гидравлических импульсов, что приводит к снижению качества очистки забоя от шлама, к снижению передачи нагрузки от долота к разрушаемой породе скважины и повышению сил трения компоновки низа бурильной колонны о стенки скважины.
Технический результат – повышение эффективности работы двигателя за счет формирования гидравлических импульсов в регулируемом отклоняющем устройстве сразу после начала циркуляции раствора в процессе бурения.
Технический результат получают в результате того, что в винтовом забойном двигателе с отклоняющим устройством, содержащим центральный неподвижный полый вал с искривленным участком, к противоположным концам которого навинчены прямой переводник и кривой переводник, который соединен с шпиндельной секцией винтового забойного двигателя посредством резьбового соединения, согласно полезной модели на внутренней поверхности кривого переводника выполнены два симметричных вертикальных фрезерованных радиусных паза, а на подвижном полом валу шпиндельной секции винтового забойного двигателя жестко закреплена полумуфта с двумя симметричными радиусными каналами, входные отверстия которых расположены на уровне радиусных пазов с возможностью образования кольцевого зазора переменной площади с внутренней поверхностью кривого переводника при вращении подвижного полого вала шпиндельной секции винтового забойного двигателя.
Выполнение симметричных вертикальных фрезерованных радиусных пазов на внутренней поверхности кривого переводника, а также закрепление на центральном подвижном полом валу полумуфты заявляемой конструкции позволяет изменять проходное сечение для прохождения бурового раствора и создавать гидравлические импульсы. Механическая скорость бурения повышается за счет формирования двигателем гидравлических импульсов и механических колебаний, что приводит к улучшению условий очистки забоя скважины, улучшению условий доведения осевой нагрузки на долото, снижению вероятности прихватов в скважине и подвисаний компоновки бурильных труб. Заявляемая конструкция гидравлического забойного двигателя со встроенным генератором колебаний позволяет сокращать время строительства скважин.
Полезная модель проиллюстрирована следующими фигурами.
На фиг. 1 представлено регулируемое отклоняющее устройство заявляемого двигателя.
На фиг. 2 –разрез А-А на фиг. 1.
На фиг. 3 иллюстрирует механизм создания гидравлического импульса в разрезе.
На фиг. 4 показана полумуфта в разрезе.
На фиг. 5 представлен разрез Б-Б на фиг. 3,
где а) - положение 1, когда площадь кольцевой полости максимальная, б) - положение 2, где площадь кольцевой полости минимальная.
На фиг. 1-5 показаны следующие элементы конструкции ВЗД:
1 - прямой переводник;
2 - кривой переводник;
3 - центральный неподвижный полый вал отклоняющего устройства;
4 - уплотнение центрального полого вала;
5 - муфта;
6 - торцовые зубья муфты 5;
7 - центральное отверстие подвижного полого вала, соединенного с полумуфтой;
8 - полумуфта;
9 - центральное отверстие полумуфты 8;
10 - входной радиусный канал полумуфты 8;
11 - входное отверстие канала 10;
12 - вертикальный фрезерованный радиусный паз;
13 - кольцевой зазор переменной площади;
14 - внутренняя поверхность кривого переводника;
15 - посадочные поверхности/лунки под шарики/ролики подшипника;
16 - подвижный полый вал, соединенный с полумуфтой 8.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
При работе ВЗД осуществляется прокачивание бурового раствора. В центральное отверстие 7 полого подвижного вала 16 поток бурового раствора попадает из кольцевого зазора 13, образованного внутренней поверхностью 14 кривого переводника 2 и полумуфтой 8, проходя через входные радиусные каналы 10 полумуфты 8. Кольцевой зазор 13 имеет переменную площадь в результате того, что входные отверстия 11 каналов 10 расположены на уровне вертикальных радиусных пазов 12, поэтому при вращении вала 16 образуется кольцевой зазор 13 переменной площади с внутренней поверхностью 14 кривого переводника 2.
При вращении подвижного полого вала 16 с закрепленной на нем полумуфтой 8 проходное сечение для бурового раствора, создаваемое зазором 14, будет изменяться от минимальной (фиг. 5б) до максимальной (фиг. 5а), при этом в циркуляционной системе будут формироваться гидравлические импульсы, т.е. дополнительные скачки давления бурового раствора. Под воздействием скачков давления поток бурового раствора, проходя через вал шпиндельной секции двигателя и долото (не показаны) обеспечивает динамическую промывку забойной зоны, что улучшает условия выноса разбуренной породы. Кроме этого, изменение давления при прохождении потока через ВЗД формирует динамическое усилие, в результате чего вал 16 дополнительно с вращательным движением совершает возвратно-поступательные движения в пределах осевого люфта подшипника шпиндельной секции (не показаны). Возвратно-поступательные движения вала 16 передаются на долото, увеличивая тем самым эффективность разрушения разбуриваемой породы.