Устройство для бурения с разновращающимися коронками
DEVICE FOR DRILLING WITH MULTI-ROTATING BITS

Изобретение относится к области инструментов и устройств, использующихся для проводки нефтяных и газовых скважин методом шлангового турбинного бурения, и используется для снятия крутящего момента со шланга. В качестве движителей могут применяться электроприводы и тогда оно может быть также использовано при проводке других скважин для исключения остановки бурения из-за возрастания крутящего момента.
Ближайшим аналогом заявляемого изобретения является известное устройство для бурения скважин (Способ бурения и устройство для его осуществления / А.М. Пищухин, С.И. Провоторов, Г.Ф. Ахмедьянова, заявка №2013139725/03, опубл. 10.03.2015) концентрично расположенными буровыми коронками, вращаемыми в разных направлениях с возможностью согласованного их поворота в осевой плоскости скважины, включающее турбобур, состоящий из статора и двух роторов - наружного и внутреннего, разновращающиеся буровые коронки, дифференциальный и винтовой механизмы и наружные и внутренние поводки.
Это устройство содержит значительное количество необходимых и общих с заявляемым устройством конструктивных признаков, однако вследствие двух разнесенных в пространстве кинематических цепей в виде поводков имеет место рассогласование и нелинейность поворота наружной и внутренней буровых коронок в известном способе, что приводит к неточному разделению площадей разбуривания или даже к заклиниванию устройства.
Целью изобретения является повышение точности и линейности согласованного поворота буровых коронок за счет передачи движения от сателлитов коронкам зубчатыми рейками и зубчатыми колесами.
Поставленная задача решается тем, что устройство для бурения, включающее турбобур, состоящий из статора и двух роторов - наружного и внутреннего, разновращающиеся буровые коронки, дифференциальный механизм, в устройство дополнительно введены наружные и внутренние зубчатые рейки, находящиеся с ними в зацеплении зубчатые колеса, в свою очередь сцепленные с зубчатыми частями, выполненными на сторонах коронок, противоположных режущим.
На фигуре 1 изображен разрез А-А заявляемого устройства, на фигуре 2 показан разрез Б-Б.
На статоре турбобура 1 с помощью радиального и упорного подшипников установлен наружный ротор турбобура 2. Внутренний ротор турбобура 3 установлен на оси статора турбобура 1. В статоре турбобура 1 имеются окна 4 и 5 для прохождения промывочной жидкости к лопаточным венцам 6 наружного ротора турбобура 2 и лопаточным венцам 7 внутреннего ротора турбобура 3 и лопаточным венцам 8 статора турбобура 1. К торцу наружного ротора турбобура 2 крепятся на поперечных осях наружные буровые коронки 9. Внутренний ротор турбобура 3 имеет на торце лепестки 10, к которым на поперечных осях также крепятся внутренние буровые коронки 11. Через наружные зубчатые рейки 14 и наружные зубчатые колеса 13 наружные буровые коронки 9 связаны с тарелкой 15, установленной на статоре турбобура 1 посредством шлицевого соединения - для предотвращения возможности вращения тарелки 15 вокруг оси устройства и обеспечения возможности ее осевого движения. Аналогично через внутренние зубчатые рейки 17, внутренние зубчатые колеса 16 внутренние буровые коронки 11 также связаны с тарелкой 15. Между наружным ротором 2 турбобура и внутренним ротором 3 находится дифференциальный механизм, включающий солнечное колесо 18, выполненное непосредственно на наружном роторе 2 турбобура с внутренней стороны, солнечное колесо 19 на внутреннем роторе турбобура 3 с наружной стороны и два сателлита 20. Каждый из сателлитов 20 состоит из двух конических шестерен для исключения осевого движения относительно роторов турбобура и посажен на радиально-упорный подшипник. Оси 21 сателлитов 20 соединены вместе водилом 22 и связаны с тарелкой 15 через передачу винт-гайка. Для разбуривания центра забоя и предотвращения увода устройства от центра нижняя часть турбобура 3 выполнена в виде режущего пера 12.
Работа устройства происходит следующим образом.
Промывочная жидкость поступает из буровой колонны (бурового шланга) через окна 4 к лопаточным венцам 7 внутреннего ротора турбобура 3 и через окна 5 к лопаточным венцам 6 наружного ротора турбобура 2 под давлением и вращает наружный 2 и внутренний 3 роторы турбобура в противоположном направлении. Лопаточные венцы 8 статора турбобура 1 при этом неподвижны и лишь разворачивают поток промывочной жидкости. При равенстве крутящих моментов на наружном 2 и внутреннем 3 роторах турбобура их вращение (на фигуре 2 направление вращения показано круговыми стрелками) осуществляется с равными линейными скоростями на солнечных колесах 18,19. При этом оси 21 сателлитов 20 стационарны и не двигаются относительно статора турбобура 1. При возрастании крутящего момента, например, на наружном роторе турбобура 2 из-за более твердой породы угловая скорость его вращения падает. Оси 21 сателлитов 20 приходят в движение по часовой стрелке на фигуре 2 и, за счет соединения винт-гайка между водилом 22 и тарелкой 15, тянут тарелку 15 вверх. Это движение увлекает за собой наружные зубчатые рейки 14 и внутренние зубчатые рейки 17, которые вращают наружные зубчатые колеса 13 и внутренние зубчатые колеса 16, последние в свою очередь поворачивают буровые коронки 9 и 11 уменьшая кольцевую площадь разбуривания и увеличивая круговую площадь разбуривания до тех пор, пока моменты резания на буровых коронках не уравняются. Аналогично происходит изменение площадей в случае возрастания момента резания на внутреннем роторе турбобура 3, только движение осей 21 сателлитов 20 вместе с водилом 22, тарелки 15, зубчатых реек 14 и 17, зубчатых колес 13 и 16, и буровых коронок 9 и 11 меняет направление на противоположное.