ЗАБОЙНЫЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, а именно, к техническим средствам.
Известны забойные гидравлические двигатели (турбобуры и винтобуры), спускаемые в скважину на трубах и служащие для привода породоразрушающего инструмента при бурении и капитальном ремонте скважин [1].
Как правило, забойные гидравлические двигатели состоят из двигательной и шпиндельной секций.
Двигательная секция турбобура включает корпус, внутри которого размещены статор и вал с закрепленным на нем ротором, винтобура - статор и размещенный внутри него ротор.
В ряде конструкций валы турбобура и роторы винтобура выполняются полыми. Этим достигается непосредственная гидравлическая связь бурильной колонны, породоразрушающего инструмента и забоя. Такое конструктивное решение обеспечивает разделение потока промывочной жидкости: одна часть потока проходит через рабочие органы двигателя, вырабатывая полезную механическую (приводную) мощность, а другая часть - попадает непосредственно на забой скважины, тем самым, улучшая промывку забоя.
Недостатком описанной конструктивной схемы является необходимость постоянного использования дополнительного расхода жидкости против номинального, необходимого для функционирования двигателя в заданном режиме.
Ближайшим техническим решением, выбранным за прототип, является компоновка забойного двигателя, состоящая из забойного гидравлического двигателя, содержащего двигательную и
шпиндельную секции и клапан, установленный над двигателем [2].
Недостатком этого технического решения является то, что в случае технологической необходимости увеличения расхода промывочной жидкости при неизменной частоте вращения выходного вала двигателя (при интенсивной промывке забоя скважины) избыточный расход жидкости попадает не на забой скважины, а в затрубное пространство над двигателем.
Задачей изобретения является создание устройства, обеспечивающего выполнение двух технологических функций:
- увеличение расхода промывочной жидкости на забое скважины (интенсивная промывка) при неизменной частоте вращения выходного вала забойного гидравлического двигателя;
- изменение частоты вращения выходного вала двигателя при постоянном расходе промывочной жидкости на забое (бурение с номинальной промывкой).
Поставленная задача решается за счет того, что в забойном гидравлическом двигателе, состоящем из шпиндельной и двигательной секций, вал которой выполнен полым, в верхней части вала размещен регулировочный клапан, состоящий из неподвижного седла и сбрасываемого запорного элемента, в верхней части которого имеется шток с головкой для захвата спускаемым на тросе ловильным инструментом.
Сущность изобретения заключается в следующем.
Размещение в верхней части полого вала двигательной секции забойного гидравлического двигателя регулировочного клапана, состоящего из неподвижного седла и сбрасываемого запорного элемента, в верхней части которого имеется шток с головкой для захвата спускаемым на тросе ловильным инструментом, позволяет в случае необходимости в интенсивной промывке
скважины часть промывочной жидкости направлять непосредственно на забой скважины при сохранении заданного режима работы двигателя или увеличивать частоту вращения выходного вала двигателя при неизменном расходе промывочной жидкости на забое.
Заявляемое устройство изображено на чертеже.
Забойный гидравлический двигатель состоит из двигательной 1 и шпиндельной 2 секций. Двигательная секция состоит из неподвижного статора 3 (на чертеже изображена секция винтобура) и вращающегося полого ротора 4 с центральным каналом 5; в верхней части ротора установлен регулировочный клапан, состоящий из корпуса 6 с центральным каналом 7. Внутри корпуса 6 установлено неподвижное седло 8 для посадки запорного элемента 9. Запорный элемент имеет в верхней части шток 10 с головкой 11 для захвата ловильным инструментом.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
Для выполнения изложенной выше первой технологической функции - увеличение расхода промывочной жидкости на забое скважины (интенсивная промывка) при неизменной частоте вращения выходного вала забойного гидравлического двигателя, регулировочный клапан монтируется в двигателе в собранном виде как показано на чертеже.
При этом весь поток промывочной жидкости (фиксированный расход) проходит через рабочие органы двигателя, обеспечивая его номинальный режим работы.
Для повышения расхода промывочной жидкости, поступающей на забой (интенсификация промывки скважины, обусловленная изменением свойств разбуриваемых горных пород), при сохранении номинальной частоты вращения двигателя в бурильные трубы при наращивании опускается на геофизическом
тросе или миниатюрной гибкой трубе ловильный инструмент. С помощью ловильного инструмента запорный элемент 9 приподнимается над седлом 8 или поднимается на поверхность.
После этого продолжается бурение с повышенным расходом промывочной жидкости, обеспечивающим необходимый режим очистки забоя скважины. При этом часть промывочной жидкости проходит через рабочие органы двигателя, обеспечивая их номинальный режим работы (при соответствующем диаметре центрального канала 7 корпуса 6), а часть через центральные каналы 5 и 7 корпуса 6 и полого ротора 4 поступает на забой скважины.
Для выполнения второй технологической функции - изменение частоты вращения выходного вала забойного гидравлического двигателя при постоянном расходе промывочной жидкости на забое (бурение с номинальной промывкой), регулировочный клапан монтируется в двигателе без запорного элемента 9.
При этом поток промывочной жидкости фиксированного расхода, обеспечивающего оптимальную очистку забоя скважины, разделяется на две части: часть проходит через рабочие органы двигателя, часть через центральные каналы 5 и 7 корпуса 6 и полого ротора 4 поступает на забой скважины. В этом случае забойный гидравлический двигатель работает в режиме уменьшенной частоты вращения выходного вала.
При необходимости повысить частоту вращения (в интервалах, где возможно повышение механической скорости) при наращивании бурильных труб в колонну сбрасывается запорный элемент 9, который достигает двигателя, садится в седло 8, перекрывая центральные каналы 5 и 7. При этом весь поток жидкости проходит через рабочие органы двигателя, повышая частоту вращения выходного вала.
Заявляемое устройство позволяет производить интенсивную промывку скважины с подачей жидкости на забой при сохранении номинального режима работы забойного гидравлического двигателя.
Источники информации:
1. Д.Ф.Балденко, Ф.Д.Балденко, А.Н.Гноевых. Винтовые забойные двигатели. М. Недра, 1999.
2. Д.Ф.Балденко, Ю.Ф.Потапов, Т.Н.Чернова. Компоновка забойного двигателя. Патент РФ №2120018 от 19.12.95.