СИСТЕМА МАСЛОЗАЩИТЫ ЗАБОЙНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к техническим средствам, предназначенным для бурения нефтяных и газовых скважин, а именно, к конструкции маслозащиты забойного двигателя, применяемой для предохранения механизмов от абразивного и химического воздействия бурового раствора.
Известна система маслозащиты электробура (Буровые комплексы. Современные технологии и оборудование. / Под редакцией А.М.Гусмана и К.П.Порожского. Научное издание, Екатеринбург, УГГГА, 2002 г., стр.177, рис.11.30). Система маслозащиты предохраняет электродвигатель, редуктор и шпиндель электробура от контакта с буровым раствором. Она включает маслонаполненную камеру, вращающиеся валы с уплотнениями. Буровой раствор проходит до забоя скважины по центральному каналу внутри валов и редуктора. Поэтому система маслозащиты имеет как минимум три уплотнения. Это уплотнения верхнего (быстроходного) и нижнего (тихоходного) валов и уплотнение между этими валами.
К недостаткам этой конструкции относится наличие увеличенного количества уплотнений, что приводит к снижению надежности системы маслозащиты.
Известна система маслозащиты забойного двигателя (патент РФ №943386, МПК Е21В 4/02, публ. 15.07.1982 г.; авторы Э.Н.Крутик, Н.Д.Деркач, Г.Ф.Чудаков). Она включает маслонаполненную камеру, ограниченную верхним и нижним уплотнениями вала, трубчатый элемент, жестко связанный с корпусом двигателя и отбойный диск, жестко связанный с валом. Разделительная полость, образованная верхним уплотнением, трубчатым элементом и отбойным диском, жестко связанным с валом над трубчатым элементом, заполнена смазкой с плотностью, превышающей плотность промывочной жидкости. Трубчатый элемент своей наружной поверхностью образует с корпусом двигателя канал для прохода промывочной жидкости. По мере утечки масла через нижнее уплотнение, смазка из разделительной полости проникает в маслонаполненную камеру через верхнее уплотнение. Смазка в разделительной полости предотвращает контакт верхнего уплотнения с абразивным буровым раствором, что повышает стойкость уплотнений и, следовательно, долговечность всей системы маслозащиты.
К недостаткам данной конструкции системы маслозащиты относится то, что в ней не предусмотрено устройств для снижения влияния вибраций и биения валов на герметичность уплотнений.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является редукторная вставка забойного двигателя (патент РФ №977668, МПК Е21В 4/00, публ. 30.11.1982 г.; авторы Ю.В.Вадецкий, Н.Д.Деркач, Э.Н.Крутик, Г.Ф.Чудаков и Н.П.Строителев), содержащая систему маслозащиты с уплотнениями, планетарную передачу, размещенную в маслонаполненной камере, ведущий и ведомый валы, каждый из которых установлен на двух опорах. Опоры валов, установленные со стороны передачи, выполнены сферическими, а другие опоры связаны с корпусом через упругие элементы, причем уплотнения размещены между опорами ближе к сферическим опорам.
Упругие элементы выполнены в виде радиальных резинометаллических подшипников скольжения. Так как уплотнения валов размещены ближе к сферическим опорам и удалены от упругих опор, то влияние биения или вибрации валов на герметичность уплотнений ограничивается. Достигается улучшение герметичности уплотнений и повышение надежности системы маслозащиты редуктора. Использование такой системы маслозащиты забойного двигателя, работающего при бурении скважин в режиме больших динамических нагрузок и сильных вибраций, обеспечивает повышение ее надежности.
К недостаткам данной конструкции относится то, что износ сферических подшипников валов может приводить к несоосности валов и уплотняющих колец уплотнений, что снижает надежность системы маслозащиты и забойного двигателя в целом. При износе сферических опор герметичность уплотнений утрачивается. Под влиянием сильных вибраций буровой раствор проникает в герметизируемый механизм (редуктор турбобура с подшипниками), за счет чего ускоряется износ редуктора и подшипников, снижается ресурс забойного двигателя в целом. С совершенствованием конструкций долот долговечность систем маслозащиты этих двигателей становится недостаточной. Современные долота режущего типа, оснащенные алмазными пластинами PDC, при бурении требуют повышения долговечности и надежности забойного двигателя.
Задачей настоящей полезной модели является создание системы маслозащиты забойного двигателя с высокой долговечностью, обеспечивающей герметичность уплотнений при сильных вибрациях, сопровождающих процесс бурения, которая обеспечит защиту герметизируемых механизмов от взаимодействия с агрессивными компонентами бурового раствора.
Технический результат достигается за счет того, что в известной системе маслозащиты забойного двигателя, содержащей маслонаполненную камеру, по меньшей мере, один вал с радиальными подшипниками, верхнее и нижнее уплотнения вала с вращающимися и невращающимися уплотнительными кольцами, установленными в корпуса уплотнений, согласно полезной модели, в верхнем и нижнем уплотнениях вала дополнительно установлены радиальные подшипники вращающихся уплотнительных колец, при этом радиальные подшипники вращающихся уплотнительных колец в верхнем уплотнении и нижнем уплотнении вала установлены в единые корпуса с одним из радиальных подшипников вала, а установочные цилиндрические поверхности каждого единого корпуса выполнены соосно между собой.
Кроме того, согласно полезной модели, соосные установочные цилиндрические поверхности единого корпуса выполнены с одинаковым диаметром.
В предлагаемой полезной модели, в отличие от прототипа, в верхнем и нижнем уплотнениях вала дополнительно установлены радиальные подшипники вращающихся уплотнительных колец, которые в верхнем уплотнении и нижнем уплотнении вала установлены в единые корпуса с одним из радиальных подшипников вала, что обеспечивает снижение влияния биения или вибрации вала на герметичность уплотнений, повышает надежность системы маслозащиты, и, следовательно, повышает долговечность забойного двигателя.
В предлагаемой полезной модели, в отличие от прототипа, выполнение установочных цилиндрических поверхностей каждого единого корпуса соосно между собой обеспечивает повышение точности относительного положения вращающихся и невращающихся уплотнительных колец, повышение центрирование уплотнительных колец между собой, повышение долговечности системы маслозащиты, и следовательно, повышение долговечности забойного двигателя.
Кроме того, в предлагаемой полезной модели, в отличие от прототипа, выполнение установочных цилиндрических поверхностей единого корпуса с одинаковым диаметром упрощает конструкцию, улучшает технологию изготовления корпуса, при этом вместо двух цилиндрических поверхностей обрабатывается одна поверхность.
Выполнение системы маслозащиты забойного двигателя с указанными отличительными признаками, в совокупности с известными, позволит существенно улучшить работу верхнего и нижнего уплотнений, снизить влияние биения и вибрации валов на герметичность уплотнений, снизить до минимума влияние динамических нагрузок при работе двигателя, улучшить центрирование уплотнительных колец между собой, позволит получить высокоэффективную систему защиты от агрессивных компонентов бурового раствора, в конечном итоге, позволит повысить долговечность и надежность забойного двигателя.
На Фиг.1 показана система маслозащиты забойного двигателя предлагаемой полезной модели.
На Фиг.2 показан пример конкретного выполнения верхнего уплотнения системы маслозащиты забойного двигателя.
На Фиг.3 показан пример конкретного выполнения нижнего уплотнения системы маслозащиты забойного двигателя.
Система маслозащиты забойного двигателя предлагаемой полезной модели (Фиг.1) содержит маслонаполненную камеру 1, валы 2 и 3, которые вращаются, верхнее и нижнее уплотнения, установленные в единых корпусах 4 и 5 соответственно, с вращающимися уплотнительными кольцами 6 и невращающимися уплотнительными кольцами 7, радиальные подшипники 8 и 9, на которых установлены валы 2 и 3, и радиальные подшипники 10 и 11 вращающихся уплотнительных колец 6, дополнительно установленные в единых корпусах 4 и 5 верхнего и нижнего уплотнений. Радиальный подшипник 8 вала 2 и дополнительно установленные радиальные подшипники 10 вращающегося уплотнительного кольца 6 верхнего уплотнения установлены в едином корпусе 4, установочные цилиндрические поверхности 12 и 13 которого выполнены соосно между собой. Радиальный подшипник 9 вала 3 и дополнительно установленные радиальные подшипники 11 вращающегося уплотнительного кольца 6 нижнего уплотнения также установлены в едином корпусе 5, установочные цилиндрические поверхности 12 и 13 которого выполнены соосно между собой.
Соединение вала 2 маслозащиты с приводным валом 14 двигателя осуществляется конусно-шлицевой муфтой 15. Радиальные подшипники 8 и 9 зафиксированы в единых корпусах 4 и 5 пружинными кольцами 16 и 17. Уплотняющие торцы вращающихся уплотнительных колец 6 и невращающихся уплотнительных колец 7 прижимаются друг к другу пружинами 18.
Вращающиеся валы 2 и 3 в приведенном примере исполнения опираются на сферические подшипники качения 8 и 9, и подшипники скольжения 19 и 20. Валы 2 и 3 могут быть выполнены за одно целое, например, в шпинделе турбобура, или раздельно, например, в системе маслозащиты редуктора (на Фиг.1 не показано) турбобура и вращаться с разной скоростью.
Неподвижные соединения деталей системы маслозащиты уплотнены резиновыми кольцами 21. Уплотнительные торцы вращающихся уплотнительных колец 6 и 7 отделяют масло, которым заполнена система маслозащиты, от бурового раствора. Пробка 22 служит для заправки системы маслом.
Система маслозащиты может быть использована для герметизации и защиты различных устройств, например осевых подшипников 23, или редуктора (на Фиг.1 не показано) забойного двигателя, от воздействия бурового раствора и работает следующим образом.
Подача бурового раствора на забой скважины производится через гидравлический привод, например, турбину турбобура, (на Фиг.1 не показано). Далее раствор проходит между корпусом 24 забойного двигателя и корпусными деталями 4, 25, 5 системы маслозащиты, и далее, через вал на долото (на Фиг.1 не показано), которое крепится на резьбе 26 вала 3. Направление движения бурового раствора показано стрелкой А. В процессе бурения валы 2 и 3 забойного двигателя вращаются, передавая мощность привода на долото (на Фиг.1 не показано). Валы 2 и 3 находятся под воздействием высоких динамических нагрузок, возникающих при разрушении разбуриваемых пород. При этом они деформируются и испытывают продольные и радиальные вибрации.
Установка вращающихся уплотнительных колец 6 на дополнительно установленных радиальных подшипниках 10 в едином корпусе 4 верхнего уплотнения (Фиг.2) с радиальным подшипником 8 вала 2 обеспечивает точность относительного положения вращающегося уплотнительного кольца 6 и невращающегося уплотнительного кольца 7, что сводит к минимуму влияние биения или вибрации вала 2 на герметичность верхнего уплотнения.
Аналогично установка вращающихся уплотнительных колец 6 на дополнительно установленных радиальных подшипниках 11 в едином корпусе 5 (Фиг.3) с радиальным подшипником 9 вала 3 обеспечивает точность относительного положения вращающихся уплотнительных колец 6 нижнего уплотнения, что сводит к минимуму влияние биения или вибрации вала 3 на герметичность вращающегося уплотнительного кольца 6 и невращающегося уплотнительного кольца 7 нижнего уплотнения.
В результате конструктивного выполнения верхнего и нижнего уплотнений (Фиг.1, Фиг.2 и Фиг.3) в соответствии с заявляемым техническим решением уплотнительные кольца 6 и 7 максимально защищены от воздействия как продольных, так и радиальных вибраций уплотняемых валов 2 и 3. Испытания показывают, что такое исполнение значительно уменьшает вероятность раскрытия уплотнительных торцов колец 3 и 4, и потери герметичности системы маслозащиты в целом.
Кроме того, выполнение установочных цилиндрических поверхностей 12 и 13 единых корпусов 4, 5 с одинаковым диаметром упрощает конструкцию, дополнительно уменьшает несоосность подшипника 8 вала 2 и подшипников 10 уплотнительных колец 6 и 7, улучшает технологию изготовления единых корпусов 4, 5, две цилиндрические поверхности 12 и 13 обрабатываются одним диаметром.
Заявляемое техническое решение повышает герметичность и надежность системы маслозащиты на протяжении всей работы забойного двигателя, что предохраняет защищаемые узлы от воздействия бурового раствора и увеличивает долговечность забойного двигателя в целом.