УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ВНУТРИСКВАЖИННЫХ РАБОТ

Полезная модель относится к нефтяной промышленности и может быть использована, в частности, при проведении внутрискважинных сервисных и исследовательских работ в горизонтальных и наклонно-направленных стволах.
Известно устройство двунаправленного механизма захвата стенок скважины для широкого диапазона размеров (Patent US 6629568 В2, Е21В 23/4, 7.10.2003), содержащее цилиндрический корпус, расклинивающиеся опоры, выполненные в виде двух шарнирно-установленных рычагов, и рабочих колес, выполняющих роль движителя. В корпусе установлен электродвигатель, гидравлический насос, поршень и возвратная пружина.
Недостатком известного устройства являются ограниченная область его применения, связанная с низким тяговым усилием, обеспечивающим движителем в виде электрического двигателя, а также достаточно сложная конструкция.
Наиболее близким по техническому решению, принятому за прототип, является устройство для доставки приборов в горизонтальную скважину (Патент РФ №2150569, Е21В 23/14, 10.06.2000), содержащее цилиндрический корпус, в котором установлен электрический двигатель, понижающий редуктор, коническая и цепная передача, расклинивающие опоры с рабочими колесами, установленные на валах расклинивающих опор через обгонные муфты, причем наружная поверхность колеса имеет радиус закругления, равный радиусу исследуемой скважины, а расклинивающие опоры снабжены пружинами.
Недостатками известного устройства являются низкая эффективность работы и нерациональность конструкции, вызванные применением двухступенчатой схемы повышения вращающего момента электрического движителя, передаваемого через цепные передачи на рабочие колеса, причем коническая зубчатая пара не позволяет получить существенного выигрыша в силе в связи с ограниченным диаметральным пространством корпуса устройства.
Задачей полезной модели является разработка конструкции гидромеханического скважинного устройства повышенной эффективности, которая достигается за счет возможности проведения внутрискважинных работ в наиболее удаленно расположенных интервалах ствола, расширения области применения и оптимизации конструкции.
Поставленная цель достигается тем, что устройство для проведения внутрискважинных работ содержит цилиндрический корпус, гидравлический движитель в виде героторной пары внутреннего зацепления, червячно-цевочный зубчатый механизм с двумя лобовыми колесами, при этом червяк механизма дополнительно снабжен осевым каналом, обеспечивающим гидравлическую связь между полостью движителя и внутрискважинным пространством, расположенным впереди устройства. На валах лобовых цевочных колес размещены ведущие звездочки цепных передач с возможностью совместного вращения. Зубчатый червячно-цевочный механизм и цепные передачи размещены в автономных герметичных корпусах, причем корпуса цепных передач установлены в корпусе устройства с возможностью поворота относительно осей лобовых цевочных колес. Кроме того периферийные цилиндрические поверхности рабочих колес дополнительно снабжены зубьями, выполненными по винтовым линиям.
На фигуре 1 представлена схема скважинного устройства в транспортном положении (две проекции); на фигуре 2 - схема скважинного устройства в рабочем положении; аксонометрическое изображение червячно-цевочного механизма устройства (Артоболевский И.И. Механизмы в современной технике: Справочное пособие. В 7 томах., Том IV: Зубчатые механизмы, 1980, - С. 430.) представлено на фигуре 3; на фигуре 4 изображена работа скважинной компановки с предлагаемым устройством.
Устройство (фиг. 1) состоит из цилиндрического корпуса 1 с присоединительными муфтами А и Б. Функцию движителя выполняет героторная пара 2 с внутренним циклоидальным зацеплением между статором 3 и ротором 4. Ротор 4 посредством торсионного вала 5 соединен с промежуточным валом 6 и входным валом 7 червячно-цевочного зубчатого механизма В. Промежуточный вал 6 поддерживается в корпусе 1 на проточном радиальном подшипнике скольжения 8. В состав зубчатого червячно-цевочного механизма В (фиг. 3), помимо входного вала 7, на котором нарезаны зубья червяка, входят два лобовых цевочных колеса 9 с цевками. Лобовые колеса 9 установлены на валах 10. Входной вал 7 снабжен радиальным Г и осевым Д каналами (фиг. 2). Входной вал 7 и валы 10 лобовых колес 9 опираются на свои подшипники 11 и 12, соответственно (фиг. 1). Зубчатый червячно-цевочный механизм В размещен в автономном корпусе 13, герметизация которого по вращающимся валам 7 и 10 обеспечивается уплотнениями 14 и 15, соответственно. На валах 10 закреплены ведущие звездочки 16 цепных передач Е (фиг. 2). Каждая из цепных передач Е размещена в герметичных корпусах 17, в которых на валах 18 установлены ведомые звездочки 19. На концевых участках валов 18, выходящих из герметичных корпусов 17, закреплены рабочие колеса 20 устройства. Для прохождения рабочей жидкости вдоль устройства, минуя зубчатый червячно-цевочный механизм В (фиг. 1), входной вал 7, через дополнительный сферический подшипник 21, соединен с цилиндрической надставкой 22, снабженной радиальным каналом Ж (фиг. 2). Надставка 22 фиксируется в корпусе 1 с помощью проточной гильзы 23. В корпусе 1 также установлены поршень 24 и возвратная пружина 25. В герметичных корпусах 17 цепных передач и поршне 24 установлены оси шарниров шатунов 26 (фиг. 1). Герметичные корпуса 17 цепных передач установлены в корпусе 1 на подшипниках 27 с возможностью поворота в последних, в процессе работы устройства. Для размещения герметичных корпусов 17 и рабочих колес 20 в корпусе 1, при транспортном положении устройства, выполнены фасонные пазы И.
Доставка сервисных устройств и измерительных приборов в горизонтальную скважину с помощью предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.
Предлагаемое устройство соединяют муфтой Б со спускаемым исследовательским или сервисным прибором (на фигуре не изображено), а муфтой А с гибкими насосно-компрессорными трубами НКТ (на фигуре не изображено), на которых его спускают в скважину. Искривление ствола скважины создает трение о стенки, которое препятствует продвижению устройства. При невозможности дальнейшего продвижения компановки с предлагаемым устройством вдоль ствола скважины за счет собственного веса и веса гибких НКТ, включается подача рабочей жидкости Q через гибкие НКТ (фиг. 4). При прохождении рабочей жидкости через героторную пару 2, на роторе 4 генерируется вращающий момент, который посредством торсионного вала 5 и промежуточного вала 6 приводит в движение входной вал 7 зубчатого червячно-цевочного механизма В. Далее рабочая жидкость, минуя проточный радиальный подшипник скольжения 8, в обход герметичного корпуса зубчатого червячно-цевочного механизма В, поступает через радиальные каналы Г в осевой канал Д, затем, истекая через каналы Ж, воздействует на поршень 24, перемещение которого сжимает возвратную пружину 25. При этом, за счет шарнирно-закрепленных шатунов 26, осуществляется выдвижение герметичных корпусов 17 цепных передач, выполняющих функцию центрирующих рычагов устройства. Выдвижение рычагов обеспечивает упор рабочих колес 20 в противоположные стенки ствола скважины, или обсадной колонны.
2
В свою очередь, разнонаправленное вращение рабочих колес 20 со скоростью ω (фиг. 4) обеспечивается передачей вращающего момента с входного вала 7 через зубчатый червячно-цевочный механизм В и цепные передачи Е. За счет наличия указанного вращающего момента на рабочих колесах 20, в местах контакта последних с противоположными стенками ствола возникают тяговые усилия, способствующие поступательному перемещению предлагаемого устройства, в составе внутрискважинной компановки (фиг. 4). Необходимо отметить, что вращающий момент на каждом из рабочих колес 20 больше первоначально генерируемого героторной парой 2, приблизительно в i=8 раз (где i - передаточное отношение кинематической цепи: «зубчатый механизм В - цепные передачи Е - рабочие колеса 20»).
Для подъема скважинного устройства отключается подача рабочей жидкости Q и поршень 25 возвращает центрирующие рычаги и рабочие колеса в фасонные пазы И. Скважинное устройство извлекается путем подъема гибких НКТ.
тяг
тяг
Помимо кратно увеличиваемого рабочего тягового усилия Р, создаваемого предлагаемым устройством (см. фиг. 4), повышение эффективности работы достигается за счет применения дополнительных конструктивных решений. Во-первых, на периферийных поверхностях рабочих колес 20 выполнены зубья (на фигуре не изображено), ориентированные по винтовым линиям с углом подъема винтовой линии β, что позволяет устройству в процессе работы продвигаться по стволу скважины с проворотом вокруг собственной продольной оси со скоростью Ω. Последняя образуется вследствие наклонной линии действия силы  на колесе 20, под углом β к оси ствола скважины (Решетов Д.Н. Детали машин., 1961-1974, - 336 с.). Так как, углы подъема винтовых линий зубьев на колесах разнонаправлены, на выходе получаем пару сил  - источник возникновения скорости Ω, причем, М=Р×tg(β)×D.
Во-вторых, истечение рабочей жидкости впереди устройства способствует размыванию (выносу) песчаных пробок перед продвигающимся по стволу устройству за счет гидромоторного эффекта.
Описанные выше достоинства предлагаемого устройства дают существенные преимущества при выполнении работ в необсаженных стволах скважин, тем самым расширяя область его использования.