ОБЪЕМНЫЙ ЗАБОЙНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
VOLUMETRIC DOWNHOLE MOTOR

Изобретение относится к области горных работ, а именно к средствам сооружения скважин.
Известен объемный забойный двигатель, включающий корпус, в полости которого расположен вал с возможностью вращения. Патент Российской Федерации №2049902, кл. Е21В 4/02, 1995.
Недостатки объемного забойного двигателя гидродинамические помехи вращению вала, что негативно влияют на энергетические характеристики.
Прототипом выбран объемный забойный двигатель, содержащий ротор, расположенный внутри вращающегося статора, имеющего дугообразные канавки с дном ограниченные полуцилиндрическими лопастями. Патент Республики Казахстан №33043, Е21В 4/02, 2018.
Недостатки прототипа - низкие значения пускового момента объемного забойного двигателя в работу и неустойчивость момента силы вращения статора в процессе бурения скважин, что снижают надежность работы двигателя.
Задача изобретения - повышение надежности работы объемного забойного двигателя.
Технический результат - высокие значения пускового момента объемного забойного двигателя в работу, и достижения устойчивости момента силы вращения статора в процессе бурения скважин.
Это достигается тем, что в объемном забойном двигателе, содержащий ротор, расположенный внутри вращающегося статора, имеющего дугообразные канавки с дном, ограниченные полуцилиндрическими лопастями, согласно изобретению, дугообразные канавки переходят в проемы, выполненные с возможностью сообщения с пространством между ротором и статором, на внешней поверхности статора продольно выполнены полярные уступы, образующие полости, расширяющиеся по направлению вращения статора, причем уступы оснащены сменяемыми вставками в виде полувтулок, замыкающих полости и скользяще контактирующих со стенками скважин.
Признаком, дугообразные канавки переходят в проемы, выполненные с возможностью сообщения с пространством между ротором и статором, обеспечивается перетекание рабочей жидкости из дугообразных канавок через проемы в пространство без появления противотоков в потоке, препятствий и застойных зон, способствующие снижению гидродинамических сопротивлений вращению статора.
Совокупностью отличительных признаков, на внешней поверхности статора продольно выполнены полярные уступы, образующие полости расширяющиеся по направлению вращения статора, причем уступы оснащены сменяемыми вставками в виде полувтулок, замыкающих полости и скользяще контактирующих со стенками скважин, восходящий поток рабочей жидкости, превращается во вращательно-восходящий поток в полости ограниченном стенками скважин и сменяемыми вставками, приложением давлений потока на полувтулки. Создается дополнительный момент вращения на внешней поверхности статора с длиной плечо моментов сил между вставками равной диаметру скважины.
При снижении частоты вращения статора или его остановке, в силу разности скорости вращения статора и вращательно-восходящего потока, силы давлений рабочей жидкости на поверхности полувтулки увеличиваются, восстановлением устойчивости момента вращения статора в процессе бурения скважин.
При этом по форме выполнения внешней поверхности и направлению вращения, статор ввинчивается во вращательно-восходящий поток совершая совместное вращение как одно целое, исключением гидравлических помех, обеспечением организованного, интенсивного выноса шлама с забоя скважин по расширяющейся полости между стенками скважин и вставками в виде полувтулки.
Существенные признаки изобретения имеют причинно-следственную связь, обеспечивают решение задачи изобретения и достижение технического результата.
На фиг. 1 показан общий вид объемного забойного двигателя, на фиг. 2 разрез по А-А на фиг. 1.
Объемный забойный двигатель содержит ротор 1 с наклонными отверстиями 2, боковыми отверстиями 3 и центральным каналом 4, расположен внутри статора 5 имеющего дугообразные канавки 6 переходящие в проемы 7 ограниченные полуцилиндрическими лопастями 8, и сопряженные пространством 9 между ротором 1 и статором 5.
При этом ротор 1 отцентрирован опорой скольжения 10 присоединенной к статору 5 и подшипниковым узлом 11.
На внешней поверхности статора 5 проведены полярные уступы 12, образующие полости 13 расширяющийся по направлению вращения статора 5. Уступы 12 оснащены сменяемыми вставками 14 в виде полувтулок, замыкающих полости 13 и скользяще контактирующих со стенками скважин (не показаны).
Объемный забойный двигатель работает следующим образом.
Началом процесса бурения скважин, нисходящий поток рабочей жидкости по наклонным отверстиям 2 ротора 1, ориентированные по направлению вращения статора 5 попадает на дно дугообразной канавки 6, образуя момент вращения за счет выталкивающей силы.
Совершая поворот по проемам 7, оказанием силового воздействия на внутренние поверхности полуцилиндрических лопастей 8, усилением пускового момента забойного гидродвигателя в работу, поток перетекает в пространство 9 между ротором 1 и статором 5, и далее через боковые отверстия 3 и центральный канал 4, попадает на забой скважины.
Поднимаясь по полости 13 с организованным выносом шлама, восходящий поток переходит во вращательно-восходящее движение приложением давлений с длиной плечо моментов силы между полярными уступами 12 равной диаметру скважины на поверхности сменяемых вставок 14 в виде полувтулок, усилением пускового момента.
В процессе бурения скважин статор 5 ввинчивается во вращательно-восходящий поток, совершая как одно целое совместное вращательное движение посредством опоры скольжения 10 и подшипникового узла 11 вокруг ротора 1. Тем самым исключается гидравлическое сопротивление вращению статора 5. При замедлении вращения последнего или остановке, усилием силы притяжения потока на сменяемые вставки 14 в виде полувтулок уступа 12, обеспечиваются восстановление и устойчивость момента вращения статора 5.
Практическая апробация опытного образца объемного забойного двигателя диаметром статора 196 мм, длиной 0,6 м изготовленного в соответствии с признаками изобретения и на основе расчетов технических и энергетических характеристик была проведена на буровом стенде, оснащенным контрольно-измерительными приборами.
По конструктивному исполнению и технологическим возможностям, малогабаритные по длине, малорасходные по потреблению рабочей жидкости, забойные гидродвигатели роторного типа могут стать эффективным средством сооружения скважин, в особенности глубоких, многозабойных.