КАРДАННЫЙ ВАЛ ЗАБОЙНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Предлагаемая полезная модель относится к гидравлическим забойным двигателям-отклонителям, применяемым для бурения наклонно-направленных скважин, а именно к шарнирным устройствам, соединяющим валы приводной и шпиндельной секций отклонителя.
Известен карданный вал забойного двигателя (см. патент РФ 2232859 от 20.07.2004, авт. Андоскин В.Н., Воронов И.Г., Кобелев К.А., Тимофеев В.И.), содержащего привод с ротором и шпиндель. Карданный вал соединен с ротором двигателя и валом шпинделя ведущим и ведомым шарнирными узлами, в которых имеются осевые опоры скольжения. Шарнирные узлы содержат наружную и внутреннюю полумуфты. Наружные полумуфты снабжены юбками, в которых размещены герметизированные маслонаполненные шарниры, уплотненные эластичными манжетами. Расстояние между осевыми опорами карданного вала не превышает длины осевой опоры шпинделя. Данное техническое решение расширяет возможности забойного двигателя, уменьшает длину компоновки низа бурильной колонны, увеличивает ресурс и надежность двигателя.
Однако данный карданный вал обладает недостатком, ограничивающим надежность его работы. Недостаток заключается в том, что юбки наружных полумуфт, в которых размещены шарниры и уплотнения, направлены в разные стороны по отношению к направлению потока промывочной жидкости. В ведомом шарнирном узле юбка наружной полумуфты направлена навстречу потоку промывочной жидкости, за счет чего под нее набиваются твердые частицы из бурового раствора. В последствии накопленные в юбке твердые частицы слипаются и деформируют эластичное уплотнение ведомого шарнирного узла. Это приводит к дополнительным деформациям и преждевременным разрушениям уплотнения, сокращая срок службы шарнирных узлов.
Известен универсальный карданный вал забойного двигателя (см. патент США US5267905 от 07.09 1993 авт. D.Wenzel, R.Wenzel, W.Wenzel), Карданный вал содержит две шарнирные муфты, соединенные стержнем. На концах стержня имеются внутренние полумуфты с гнездами, расположенными на их наружной поверхности. На внутренние полумуфты установлены наружные полумуфты с вытянутой юбкой, которая имеет пазы на внутренней поверхности. Шары, размещенные в гнездах внутренних полумуфт и пазах наружных полумуфт, передают крутящий момент, допуская перекосы осей полумуфт. Накидные гайки, установленные на юбках наружных полумуфт, предотвращают расцепление полумуфт. Упорный шар, расположенный между вогнутыми торцами полумуфт, передает осевые нагрузки, также допуская перекосы осей полумуфт. Уплотнения, расположенные под накидной гайкой в наружной полумуфте, предотвращают попадание бурового раствора в шарнир. Известный карданный вал является наиболее близким по техническому решению к предлагаемой полезной модели и принят в качестве прототипа.
Прототип также обладает недостатком, снижающим надежность работы карданного вала. Недостаток заключается в том, что юбки наружных полумуфт, в которых размещены шарниры и уплотнения, направлены в разные стороны по отношению к направлению потока промывочной жидкости. В нижнем шарнире юбка наружной полумуфты направлена навстречу потоку промывочной жидкости, за счет чего под нее набиваются твердые частицы из бурового раствора. В последствии накопленные в юбке твердые частицы слипаются и образуют твердое монолитное тело, которое деформирует эластичное уплотнение шарнира. Это приводит к дополнительным деформациям и разрушениям уплотнения, сокращая срок службы шарнирных соединений и карданного вала в целом.
Технической задачей настоящей полезной модели является создание карданного вала забойного двигателя с высокими показателями надежности при работе в промывочной жидкости.
Поставленная задача решается за счет того, что в карданном вале забойного двигателя, содержащем две шарнирные муфты, соединенные стержнем и состоящие из наружной и внутренней полумуфт, причем наружные полумуфты снабжены юбками, в которых размещены герметизированные маслонаполненные шарниры, уплотненные эластичными манжетами, согласно полезной модели, юбки наружных полумуфт обоих шарниров направлены в сторону движения потока бурового раствора.
В предлагаемой конструкции карданного вала юбки наружных полумуфт обоих шарниров направлены в сторону направления потока промывочной жидкости, за счет чего твердые частицы под действием скорости потока бурового раствора и собственного веса проходят снаружи шарниров и не скапливается внутри юбок наружных полумуфт. Устранение возможности скопления твердых частиц в юбках наружных полумуфт приводит к увеличению срока службы уплотнений шарниров и карданного вала в целом.
На фиг.1 показан пример исполнения карданного вала забойного двигателя согласно полезной модели.
Карданный вал размещен в корпусе 1 забойного двигателя и содержит две шарнирные муфты, состоящие из наружной 2 и внутренней 3 полумуфт. Внутренние полумуфты 3 шарниров имеют сферические гнезда, в которых установлены шары 4, входящие в зацепление с наружными полумуфтами 2.
Шарнирные муфты соединены между собой стержнем 5. Наружные полумуфты 2 имеют юбки 6, уплотненные эластичными манжетами 7. Манжеты 7 закреплены в юбках 6 гайками 8. Полость, образованная полумуфтами 2 и 3, и манжетами 7, заполнена смазкой. Между полумуфтами 2 и 3 для передачи осевого усилия установлены вкладыши 9 и 10, выполненные из антифрикционных материалов. Сверху карданный вал соединен с приводным валом 11 забойного двигателя, снизу с валом шпинделя 12.
Устройство работает следующим образом.
С подачей бурового раствора приводной вал 11 забойного двигателя начинает вращаться. Карданный вал передает вращающий момент от приводного вала 11 через наружные полумуфты 2 и шары 4 на внутренние полумуфты 3. Далее момент передается на вал шпинделя 12 забойного двигателя и долото (на фиг.1 не показано), посредством вращения которого производится бурение.
В процессе бурения буровой раствор проходит между корпусом 1 забойного двигателя и наружными полумуфтами 2 карданного вала в направлении стрелок Α в вал 12 шпинделя забойного двигателя и далее через долото на забой скважины (на фиг.1 не показано). Поскольку в предлагаемой полезной модели юбки 6 наружных полумуфт 2 направлены в сторону движения потока бурового раствора (стрелки Α), то твердые частицы под действием скорости потока раствора и собственного веса проходят поверх наружных полумуфт 2 и не скапливается в юбках 6 и гайках 8. Устранение скоплений твердых частиц в юбках 6 и гайках 8 наружных полумуфт 2 уменьшает их деформацию и способствует сохранению эластичных манжет 7 от преждевременного разрушения.
При этом герметичность шарниров сохраняется, что приводит к улучшению условий смазки трущихся деталей, в т.ч полумуфт 2 и 3, шаров 4, вкладышей 9 и 10. При этом увеличивается долговечность карданного вала и забойного двигателя в целом.
После того как процесс бурения заданного интервала скважины закончен, подачу бурового раствора в забойный двигатель прекращают, и двигатель поднимают на поверхность.