ВИНТОВОЙ ЗАБОЙНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Полезная модель относится к винтовым забойным двигателям для вертикального, наклонно - направленного и горизонтального бурения и может быть использована в нефтегазодобывающей, горной и других отраслях промышленности.
В качестве прототипа принят двигатель для наклонно-направленного и горизонтального бурения ДРУ-172 PC (ООО «Радиус-сервис»), изображенный и описанный в книге Д.Ф.Балденко, Ф.Д.Балденко и А.Н.Гноевых «Одновинтовые гидравлические машины » в 2-х т., М., «ООО ИРЦ Газпром», 2007, т.2, с.43.
Упомянутый двигатель включает рабочую пару, состоящую из статора с установленным в нем ротором, из которых первый через верхний переводник регулятора угла наклона бурения соединен с корпусом регулятора угла наклона бурения, а второй через переводник ротора - с карданным валом, который через муфту соединен с валом шпинделя.
Конструкция шпинделя включает полый вал, соединенный в нижней части с долотом посредством переводника, а в верхней части с помощью муфты - с шарниром карданного вала. На валу шпинделя размещены осевые и радиальные опоры.
Признаки известного технического решения, совпадающие с признаками заявленной полезной модели, заключаются в наличии рабочей пары, состоящей из статора и установленного в нем ротора, соединенных, первый - с верхним переводником регулятора угла наклона бурения с корпусом шпинделя, а второй - через переводник ротора с карданным валом, и далее через муфту с валом шпинделя, на котором установлены осевые и радиальные опоры.
В настоящее время в современной технологии бурения нашли широкое применение долота типа PDC, оснащенные поликристаллическими алмазами. Такие долота потребляют большую мощность и требуют повышенные крутящие моменты и осевые нагрузки.
Уровень современной технологии изготовления и конструкция рабочих пар винтовых забойных двигателей решают эти проблемы. Однако, для создания шпинделей винтовых забойных двигателей равнозначных по стойкости рабочим парам, необходимо устанавливать в них усиленные осевые и радиальные опоры, что, как правило, приводит к увеличению их диаметральных размеров. В свою очередь, увеличение диаметрального размера шпинделя винтового забойного двигателя ограничено, так как для протока промывочной жидкости (бурового раствора), необходим зазор между корпусом шпинделя и стенками скважины.
В этой связи, причина препятствующая получению в известном техническом решении результата, который обеспечивается полезной моделью, заключается в невозможности размещения в корпусе шпинделя усиленных осевых и радиальных опор, обеспечивающих равнозначную стойкость рабочей пары и шпинделя.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в расширении технологических возможностей винтового забойного двигателя при применении долот типа PDC.
Технический результат, обеспечивающий решение указанной задачи, заключается в увеличении прочности шпинделя без уменьшения объемов протока промывочной жидкости.
Достигается технический результат тем, что в винтовом забойном двигателе, включающем рабочую пару, состоящую из статора и установленного в нем ротора, соединеных - первый с верхним переводником регулятора угла наклона бурения и далее через нижний переводник регулятора угла наклона бурения с корпусом шпинделя, а второй ~ через переводник ротора с карданным валом и далее через муфту с валом шпинделя, на котором установлены осевые и радиальные опоры, согласно полезной модели наружный и внутренний диаметры корпуса шпинделя, а также его вал увеличены по отношению к наружному диаметру рабочей, при этом наружная поверхность корпуса шпинделя снабжена канавками, например, спиральными, а осевые и радиальные опоры усилены. Выполнение наружного и внутреннего диаметров корпуса шпинделя увеличенными обеспечивает больший момент сопротивления кольцевого сечения и большую площадь кольцевого сечения, что ведет к увеличению прочности и при изгибе и при растяжении - сжатии. Увеличение диаметра вала шпинделя при увеличенном внутреннем диаметре корпуса позволяет поставить и большие осевые и радиальные опоры, что также увеличивает прочность шпинделя в целом. При этом все силовые элементы, расположенные ниже рабочей пары, в том числе вал шпинделя и его опоры выполнены по условиям прочности в соответствии с максимальным крутящим моментом, развиваемым рабочей парой. Наличие канавок на наружной поверхности корпуса шпинделя позволяет при незначительном зазоре между диаметром скважины и диаметром шпинделя пропустить через них необходимые объемы промывочной жидкости. Выполнение канавок спиральными позволяет исключить шламование на участке шпинделя при вращении бурильной колонны.
Новые признаки заявленного технического решения заключаются в увеличении наружного и внутреннего диаметров корпуса шпинделя, а также его вала по отношению к наружному диаметру рабочей пары, в наличии на поверхности корпуса шпинделя канавок, например, спиральных и в усилении осевых и радиальных опор.
Полезная модель иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 - показан общий вид двигателя; на фиг.2 - шпиндель двигателя в разрезе; на фиг.3 - сечение А-А на фиг.2.
Винтовой забойный двигатель для вертикального, наклонно-направленного и горизонтального бурения включает рабочую пару 1 состоящую из статора 2 и установленного в нем ротора 3. На верхнем конце статора посредством резьбы закреплен переводник 4, а нижний конец статора посредством резьбы соединен с верхний переводником 5 регулятора 6 угла наклона бурения. Нижний переводник 7 регулятора 6 угла наклона бурения соединен с корпусом 8 шпинделя 9. Ротор 3 рабочей пары посредством переводника 10 ротора соединен с карданным валом 11, который через муфту 12 соединен с валом 13 шпинделя 9. На валу 13 шпинделя 9 установлены: осевые опоры 14 верхняя радиальная опора 15 и нижняя радиальная опора 16, расположенная в ниппельной гайке 17. На наружном диаметре корпуса шпинделя выполнены винтовые канавки 18 (см. фиг.1, 2 и 3), которые обеспечивают проток промывочной жидкости при увеличенных наружном и внутреннем диаметрах (D и d) корпуса шпинделя и увеличенном диаметре d1 вала шпинделя. Это. в свою очередь, позволило установить усиленные осевые и радиальные опоры шпинделя, что обеспечило увеличение межремонтного ресурса рабочей пары и шпинделя винтового забойного двигателя.
Заявленная полезная модель работает следующим образом. При подаче рабочей жидкости в двигатель, ротор 3 начинает вращаться, обкатываясь по внутренним зубьям статора. Далее планетарное движение ротора 3 передается через переводник 10 ротора на карданный вал 11 и далее через муфту 12 на вал 13 шпинделя 9, и породоразрушающий инструмент, например долото. Нагрузки от долота воспринимаются усиленными осевыми опорами 14 и усиленными радиальными опорами 15 и 16. Промывочная жидкость после рабочей пары через окна муфты 12 и канал вала 13 поступает на режущие элементы долота и далее поднимается вверх вынося выбуренную породу на поверхность. При прохождении жидкости по участку корпуса шпинделя площадь для протока жидкости складывается из площади зазора разности диаметров скважины и наружного D корпуса шпинделя плюс площадей спиральных канавок. В этой связи при увеличенном наружном диаметре корпуса шпинделя не уменьшается объем протока жидкости на участке шпинделя.