ОСЕВАЯ МНОГОСТУПЕНЧАТАЯ ОПОРА СКОЛЬЖЕНИЯ ЗАБОЙНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам для бурения скважин.
Известна осевая многоступенчатая опора скольжения, выполненная как многоступенчатый подшипник, каждая ступень которого состоит из подпятника - плоской металлической детали, имеющей выступающие резиновые обкладки на торцевых поверхностях, дисков пяты, кольцо наружного и кольца внутреннего (1).
Недостаток устройства - невысокая стойкость при работе в среде абразивного глинистого раствора.
Известен гидравлический забойный двигатель с алмазной опорой скольжения, которая выполнена в виде двух пар роторных и статорных колец. В каждом из колец закреплен кольцевой ряд упорных модулей. Статорные кольца жестко скреплены с корпусом шпинделя, роторные с валом шпинделя, а каждый упорный модуль содержит слой поликристаллических алмазов на торце, обращенном к торцам смежных модулей.
К недостатку такой опоры следует отнести отсутствие механизма демпфирования динамических нагрузок, что не позволяет полностью реализовать возможность повышения ресурса и надежности опоры (2).
Наиболее близким техническим решением, выбранным автором за прототип, является осевая опора скольжения забойного двигателя, содержащая установленные на валу вращающиеся диски, размещенные в корпусе неподвижные диски и эластичные элементы. Рабочие торцы дисков снабжены размещенными по окружности твердосплавными вставками, причем не вращающийся диск взаимодействует с корпусом через эластичный элемент посредством не менее трех радиальных выступов, выполненных на тыльном торце диска и контактирующих с радиальными впадинами на торцевых поверхностях эластичных элементов (3).
Недостатки известной конструкции заключается в следующем: в процессе работы опоры в зоне контакта вставок возникает высокая температура, а низкая теплопроводность твердого сплава препятствует быстрому отводу тепла. В результате перегрева на рабочих поверхностях вставок возникают микротрещины, что приводит к быстрому их разрушению. Выступающая часть эластичного элемента опоры в процесс работы подвержена деформации, в результате которой происходит перегрев эластичного элемента и его разрушение. Стойкость такой опоры при работе в среде абразивной жидкости не превышает 100 часов, что не отвечает современным требованиям технологии проводки скважин, так как применяемые в настоящее время современные конструкции буровых обеспечивают продолжительность рейса до 300 и более часов.
Техническая задача, на решение которой направлено полезная модель, заключается в повышении надежности и долговечности опоры при условиях работы в среде абразивной промывочной жидкости и высоких осевых динамических нагрузках.
Для решения указанной задачи в осевой опоре скольжения забойного двигателя, содержащей установленные на валу вращающиеся диски и размещенные в корпусе не вращающиеся диски, рабочие торцы которых снабжены выступающими вставками, каждая из которых содержит слой поликристаллических алмазов на торцах обращенных к торцам смежных вставок, закрепленные на валу эластичные элементы выполнены заподлицо с остовами и вращаются вместе с дисками, причем вращающийся диск имеют возможность осевого перемещения и взаимодействуют с валом посредством шпоночного соединения через закрепленную на валу дистанционную втулку.
На Фиг.1 изображена осевая многоступенчатая опора скольжения забойного двигателя. Опора состоит из неподвижного диска 1, закрепленного в корпусе 2 путем осевого сжатия распорных втулок 3. На рабочем торце диска 1 закреплен кольцевой ряд вставок 4, содержащих слой поликристаллических алмазов 5. На валу 6 осевой опоры с помощью осевого сжатия дистанционных втулок 7 закреплен металлический остов 8 эластичного элемента 9. Между эластичным элементом и неподвижным диском на дистанционной втулке установлен вращающийся диск 10. На рабочем торце диска 10, так же закреплен кольцевой ряд вставок содержащих слой поликристаллических алмазов. Диск 10 имеет возможность осевого перемещения относительно вала 6, от вращения диск удерживает шпоночное соединение 11.
В новой опоре в качестве пары трения используется поликристаллический алмазный слой, что делает ее весьма стойкой к абразивному изнашиванию.
В процессе работы новой опоры осевая нагрузка с вала на корпус передается через эластичный элемент, что позволяет равномерно распределять нагрузку по ступеням опоры, а также гасить ударные нагрузки, возникающие при работе долота на забое скважины.
В конструкции новой опоры достигнуто уменьшение деформации эластомера за счет его заглубления в остов, что позволило повысить работоспособность эластичного элемента за счет снижения внутреннего трения, вызывающего повышение температуры и ускорение процессов старения эластомера.
Отвод тепла от трущихся поверхностей в новой опоре осуществляется как малым объемом промывочной жидкости, протекающей в промежутках между выступающими вставками, так и основным объемом, проходящим через полый вал жидкости.
Источники информации принятые во внимание при экспертизе
1. Гусман М.Т., Любимов Б.Г, Никитин Г.М. и др. «Расчет, конструирование и эксплуатация турбобуров» М., «Недра», 1976 г., стр.205.
2. RU 2340757 C1, 21.03.2007.
3. RU 2172383 C2.28.06.1999. - прототип.