РЕДУКТОРНЫЙ ТУРБОБУР

Полезная модель относится к техническим средствам бурения, в частности к турбобурам-отклонителям, применяемым для привода породоразрушающего инструмента при проводке наклонно-направленных скважин.
Известен забойный двигатель (патент Англии N 2073285, МПК Е21В 4/02, публ. 14.10.1981), содержащий турбину, редуктор и шпиндель. Корпуса и валы турбины, редуктора и шпинделя жестко соединены между собой. Редуктор и шпиндель размещены в общей маслонаполненной камере. Недостатком забойного двигателя является отсутствие средств искривления для управления траекторией скважины при бурении.
Известен редукторный забойный двигатель (патент Канады N 1257865, МПК Е21В 3/00, публ. 25.07.1989). При использовании турбинного привода, предусмотренного данным изобретением как один из вариантов, редукторный турбобур содержит турбину и шпиндель, снабженные корпусами и валами, редуктор, размещенный между турбиной и шпинделем, и снабженный корпусом, входным и выходным валами и зубчатыми передачами, причем корпуса и валы редуктора, турбины и шпинделя жестко связаны между собой, а редуктор и шпиндель размещены в общей маслонаполненной камере.
Недостатком этого турбобура является то, что корпуса редуктора и шпинделя, а также выходной вал редуктора и вал шпинделя, жестко связанные друг с другом в маслонаполненной камере, не допускают перекоса осей забойного двигателя в месте наиболее близко расположенном к забою скважины, что ухудшает возможность управления изменением траектории ствола скважины. Из практики применения забойного двигателя согласно известному патенту следует, что перекос осей двигателя-отклонителя производится над редуктором, что увеличивает длину нижнего плеча двигателя-отклонителя и существенно ухудшает управление траекторией ствола. Также требуется применения специального карданного узла расположенного вне маслонаполненной камеры. Недостатком такого устройства является и необходимость герметизации каждого шарнирного элемента кардана, что усложняет конструкцию и снижает ее надежность.
Известен редукторный турбобур (патент RU 2112856, МПК Е21В 4/02, публ. 1998.06.10), который принят за прототип. Редукторный турбобур, содержит турбину, редуктор и шпиндель, причем редуктор и шпиндель размещены в общей маслонаполненной камере. Между выходным валом редуктора и валом шпинделя установлен связанный с ними вал-торсион, охватываемый с зазором защитной втулкой, и образующей часть внешнего кожуха маслонаполненной камеры. Корпуса редуктора и шпинделя соединены между собой переводником, внутренняя поверхность которого образует с наружной поверхностью защитной втулки кольцевой канал для прохода промывочной жидкости. Переводник, соединяющий корпус редуктора и шпинделя выполнен с пересечением осей резьб на его концах. Вал-торсион соединен с выходным валом редуктора и валом шпинделя посредством соединительных муфт, допускающих угловой перекос (например, зубчатых). Защитная втулка связана с корпусами редуктора и шпинделя через уплотнительные элементы, допускающие угловые перемещения указанных корпусов друг относительно друга без нарушения герметичности.
Использование редукторного турбобура в качестве отклонителя достигается установкой переводника с перекосом осей резьб по его концам. Вал-торсион совместно с муфтами выполняет также роль карданного соединения, обеспечивающего передачу крутящего момента между валами с пересекающимися осями. Установка торсиона и муфт-шарниров в маслонаполненной камере позволяет изолировать их от агрессивного воздействия бурового раствора и обеспечивает их длительную работу.
Недостатки прототипа заключаются в отсутствии возможности регулирования угла искривления турбобура-отклонителя, т.к. нерегулируемые изогнутые резьбовые переводники, соединяющие корпуса привода и шпинделя, не дают возможности оперативного переключения угла искривления и управления траекторией бурения одним турбобуром без его разборки. Кроме того, при работе на верхних значениях угла изгиба (более 1°÷1,5°) отклонителя наблюдаются поломки вала-торсиона, т.к. зубчатые муфты практически не допускают необходимого для отклонителя перекоса 2°÷2,5°. Несмотря на округления наружной поверхности зубчатых муфт, перекосу препятствует малая величина боковых зазоров в зубчатом соединении. Увеличение боковых зазоров в зубчатых муфтах также не дает ощутимой свободы регулировки угла пересечения осей резьб из-за краевых перегрузок в зубчатом зацеплении.
Задача предлагаемой полезной модели заключается в создании редукторного турбобура, обладающего высокими показателями эксплуатационных свойств и надежности, и обеспечивающего бурение различных интервалов скважины с заданной кривизной траектории, с регулируемым углом искривления, позволяющим в условиях буровой переключать значения угла изгиба редукторного турбобура.
Поставленная задача решается за счет того, что в известном редукторном турбобуре, содержащем турбину и шпиндель, снабженные корпусами и валами, редуктор, размещенный между турбиной и шпинделем, снабженный корпусом, входным и выходным валами, причем редуктор и шпиндель размешены в общей маслонаполненной камере, вал-торсион, связанный с выходным валом редуктора и валом шпинделя, и охваченный с зазором защитной втулкой, образующей часть кожуха маслонаполненной камеры, а корпуса редуктора и шпинделя соединены между собой искривленным переводником с пересечением осей резьб на его концах, согласно полезной модели, вал-торсион, связанный с выходным валом редуктора и валом шпинделя, выполнен с шаровыми шарнирными муфтами на концах, а искривленный переводник, соединяющий корпус редуктора и шпинделя, снабжен переключателем угла пересечения осей резьб.
В отличие от прототипа, в предлагаемой полезной модели выполнение вала-торсиона, связанного с выходным валом редуктора и валом шпинделя, с шаровыми шарнирными муфтами на концах, по сравнению с используемым в прототипе упругим стержнем с зубчатыми муфтами на концах, расширяет рабочий диапазон угла изгиба отклонителя и темп набора кривизны траектории скважины по сравнению с прототипом, повышает его долговечность при работе на верхних значениях угла изгиба отклонителя, т.к. при верхних значениях угла изгиба отклонителя (более 1°÷1,5°) наблюдаются поломки вала-торсиона с зубчатыми муфтами.
Шарнирные муфты с шаровым зацеплением обеспечивают высокую долговечность и надежность, т.к. допускают большие значения угла изгиба, обеспечивают плавность работы и сводят до минимума динамические нагрузки в механизме передачи вращающего момента при изогнутом положении отклонителя.
В отличие от прототипа, искривленный переводник снабжен переключателем угла пересечения осей резьб, что дает возможность в условиях буровой регулировать угол изгиба турбобура-отклонителя и оперативно управлять траекторией бурения без разборки или замены редукторного турбобура.
Таким образом, выполнение редукторного турбобура с указанными отличительными признаками, в совокупности с известными признаками, позволяет при минимальной длине нижнего плеча турбобура получить высокоэффективный управляемый привод при бурении различных интервалов скважины с заданной кривизной траектории, с регулируемым углом изгиба, позволяющим в условиях буровой переключать значения этого угла.
На фиг.1 показан пример исполнения редукторного турбобура согласно полезной модели.
На фиг.2 показано исполнение вала-торсиона с шарнирными муфтами с шаровым зацеплением согласно полезной модели.
Редукторный турбобур предназначен для бурения наклонно-направленных скважин и включает турбину 1, редуктор 2, шпиндель 3, искривленный переводник 4 и вал-торсион 5 с шарнирными муфтами 6. Турбина состоит из корпуса 7, вала 8, роторов 9 и статоров 10, установленных соответственно на валу 8 и в корпусе 7. В верхней части корпус 7 турбины 1 соединен с верхним переводником 11 для присоединения к колонне бурильных труб (на фиг не показана). На вал 8 сверху навинчена гайка 12, позволяющая закрепить на валу 8 вращающиеся с ним роторы 9 турбины. Аналогично верхним переводником 11 в корпусе 7 закреплены статоры 10.
Редуктор 2 включает корпус 13, подшипники 14, на которых установлен входной вал 15, планетарную передачу 16 и выходной вал 17. Шпиндель 3 содержит корпус 18, вал 19 и подшипники 14. Между корпусом 13 редуктора 2 и корпусом 18 шпинделя 3 установлен искривленный переводник 4. Редуктор 2 и шпиндель 3 с подшипниками 14 размещены в общей маслонаполненной камере 20. Защитная втулка 21, образующая часть кожуха маслонаполненной камеры 20, герметизирует маслонаполненную камеру между редуктором 2 и шпинделем 3, позволяя изменять угол а пересечения осей резьб редуктора 2 и шпинделя 3.
Между выходным валом 17 редуктора 2 и валом 19 шпинделя 3 установлен вал-торсион 5 с шарнирными муфтами 6 на концах. Шарнирные муфты 6 выполнены с шаровым зацеплением. Искривленный переводник снабжен переключателем угла пересечения осей резьб 22, соединенных с редуктором 2 и шпинделем 3. Присоединение турбобура к бурильным трубам (на фиг. не показано) осуществляется через верхний переводник 11. Долото (на фиг. не показано) навинчивается на вал 19 шпинделя.
Редукторный турбобур работает следующим образом.
С помощью верхнего переводника 11 турбобур подсоединяется к бурильным трубам и спускается в скважину. При включении буровых насосов буровой раствор из бурильных труб (на фиг. не показаны) поступает в турбобур, вал 8 которого приводится во вращение и через планетарную передачу 16 вращает вал 19 шпинделя 2 с долотом (на фиг. не показано). При контакте долота с забоем скважины (на фиг. не показано) начинается бурение. Там, где требуется изменение направления бурения, с помощью переключателя угла 22 пересечения осей резьб, соединенных с редуктором 2 и шпинделем 3, устанавливается необходимый угол изгиба турбобура. При этом плоскость искривления редукторного турбобура ориентируют в необходимом направлении бурения. Там, где не требуется изменение направления бурения, переключатель угла 22 пересечения осей резьб искривленного переводника 4, устанавливается на ноль, и турбобур становится прямым. Допускается вращение бурильной колонны одновременно с вращением турбобура-отклонителя.
Вращающий момент от выходного вала редуктора 17 валу 19 шпинделя 3 передается через вал-торсион 5 с шарнирными муфтами 6. Шарнирные муфты 6 выполнены с шаровым зацеплением. Переключатель угла 22 пересечения осей резьб искривленного переводника 4, позволяет на буровой регулировать угол а пересечения осей резьб редукторного турбобура и оперативно управлять траекторией бурения турбобуром без его разборки или замены.
После того как достигнуты параметры заданной траектории скважины, подачу бурового раствора в турбобур прекращают, и турбобур поднимают на поверхность, где проверяют его техническое состояние и при необходимости отправляют в ремонт.
Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет при минимальной длине редукторного турбобура получить высокоэффективный привод с высокими показателями надежности и долговечности при бурении различных интервалов скважины с заданной кривизной траектории и оперативным управлением траекторией бурения.