МОДУЛЬ ФИЛЬТРА ДЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ЗАБОЙНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к горной промышленности и может быть использована при строительстве нефтяных и газовых скважин, в частности в устройствах очистки (фильтрах) промывочной жидкости при бурении гидравлическими забойными двигателями (ГЗД).
Известен перепускной узел, выполненный в виде единой сборки (модуля) фильтра для очистки промывочной жидкости при бурении гидравлическими забойными двигателями (патент РФ №2016186, Е21В 21/00, дата публикации 15.07.1994), который содержит направляющую трубу с впускными отверстиями, фильтрующую трубу с фильтрующими отверстиями, кольцо для перекрытия проходного сечения между внутренней поверхностью корпуса фильтра и наружной поверхностью фильтрующей трубы. Направляющая и фильтрующая трубы в исходном положении зафиксированы срезным штифтом и установлены с возможностью относительного осевого перемещения и совмещения положения своих впускных отверстий после разрушения срезного элемента.
Недостатками известного модуля являются сложность конструкции, низкое качество очистки промывочной жидкости ввиду отсутствия регулировки отверстий фильтра в зависимости от размеров частиц механических примесей, присутствующих в жидкости и способных повредить рабочие органы ГЗД.
Известен фильтрующий элемент фильтра для гидравлического забойного двигателя (патент РФ №2407881, Е21В 43/08, дата публикации 27.12.2010), взятый в качестве прототипа, который выполнен в виде металлической трубы со щелевыми отверстиями, параллельными оси фильтра, шириной 2,0-2,5 мм, длиной 200-300 мм, расположенными в шахматном порядке диаметрально напротив друг друга в количестве 8 или 10 штук на погонный метр фильтрующего элемента.
Недостатками известного фильтрующего элемента являются:
- низкое качество очистки фильтруемой жидкости в виду невозможности регулировки размеров щелевых отверстий, например, ширины щели (2,0-2,5 мм) фильтрующего элемента в зависимости от различных размеров механических примесей, присутствующих в жидкости, которые способны повредить рабочие органы двигателя. Например, винтовые забойные гидравлические двигатели эксплуатируются с использованием буровых растворов с максимальным размером частиц механических примесей не более 1 мм (Абубакиров В.Ф. и др. «Буровое оборудование»: Справочник: в 2-х томах. Т.2 Буровой инструмент. - М.: ОАО «Издательство «Недра», 2003, гл.3 Гидравлические забойные двигатели, с.138);
- низкая самоочистка фильтрующего элемента от застрявших в щелевых отверстиях частиц примесей;
- низкая пропускная способность фильтра ввиду размещения щелевых отверстий длиной 200-300 мм, в шахматном порядке выполненных параллельно оси фильтра в количестве 8 или 10 штук на погонный метр. Для увеличения пропускной способности необходимо увеличить длину фильтрующего элемента, что увеличивает массогабаритные характеристики фильтрующего элемента и снижает его эксплуатационные возможности.
Задача полезной модели - разработка конструкции регулируемого модуля фильтра для ГЗД, обеспечивающего повышенную эксплуатационную надежность.
Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, состоит в повышении качества очистки жидкости за счет возможности регулирования отверстий фильтрующего элемента модуля, повышении надежности работы модуля за счет самоочистки фильтрующего элемента, в повышении пропускной способности модуля.
Технический результат достигается тем, что в модуле фильтра для гидравлического забойного двигателя, содержащем фильтрующий элемент с отверстиями для прохода жидкости, согласно полезной модели фильтрующий элемент выполнен в виде пружины сжатия, один конец которой размещен в опорном элементе, выполненном в виде цилиндрической детали с отверстиями для прохода жидкости, которая жестко соединена с проходящим в полости пружины стержнем, при этом второй конец пружины установлен в спорно-регулирующем элементе, закрепленном на втором конце стержня с помощью разъемного соединения.
Выполнение в модуле фильтрующего элемента в виде пружины сжатия предохраняет модуль от засорения, так как винтовая щель (отверстие) фильтрующего элемента под действием вибрации работающей бурильной установки и перепада давления на входе-выходе фильтрующего элемента самоочищается за счет встряхивания, перетирания и освобождения, застрявших в межвитковых зазорах пружины частиц механических примесей, что повышает надежность работы модуля, его ресурс работы.
Выполнение спорно-регулирующего элемента в виде гайки, закрепленной на стержне и зафиксированной посредством, например, контргайки позволяет плавно изменять межвитковый зазор пружины в зависимости от определенного значения размера частиц механических примесей, присутствующих в жидкости, что повышает качество очистки бурового раствора.
Выполнение пазов в опорном и спорно-регулирующем элементах для размещения торцов пружины позволяет предотвратить проникновение частиц механических примесей по торцу фильтрующего элемента, что также повышает качество очистки жидкости.
Фиксация гайки на стержне с помощью, например, контргайки после установки межвиткового зазора пружины исключает самооткручивание и перемещение гайки относительно стержня, что повышает надежность работы устройства.
Технический результат достигается также тем, что гайка снабжена центрирующими элементами, например ребрами с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью корпуса фильтра, что снижает вибрацию и износ деталей модуля.
Наличие на стержне центрирующих элементов, выполненных, например, в виде реберных пластин с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью пружины, повышает устойчивость пружины, предохраняя пружину от искривления и ограничивая ее перемещения в радиальном направлении, обеспечивая постоянный размер межвиткового зазора пружины по всей ее длине, что повышает качество очистки жидкости.
Кроме того, фильтрующий элемент, выполненный в виде пружины сжатия, по сравнению с фильтрующим элементом, выполненным из трубы с прорезанными в ней щелевыми отверстиями (прототип), при одинаковом размере наружного диаметра и длине, например один погонный метр, обладает большей пропускной способностью.
Например, для фильтрующего элемента выполненного в виде пружины сжатия из проволоки диаметром 8 мм и средним диаметром 94 мм (наружный диаметр 102 мм) при межвитковом зазоре пружины 2,5 мм и соответственно 95 витках, приходящихся на один погонный метр фильтрующего элемента, длина щелевого отверстия составит 28000 мм (3,14×94×95 мм). Тогда как у прототипа при наличии на одном погонном метре фильтрующего элемента - трубы с наружным диаметром 102 мм, 10 щелевых отверстий длиной по 300 мм, общая длина щелевых отверстий составит 3000 мм. Таким образом, фильтрующий элемент, выполненный в виде пружины, при аналогичных с фильтрующим элементом прототипа условиях имеет длину фильтрующей щели в 9,3 раза больше, чем суммарная длина щелей, выполненных на одном погонном метре фильтрующего элемента прототипа. Соответственно, увеличивается и площадь пропускного сечения одного погонного метра фильтрующего элемента, выполненного в виде пружины.
Следует отметить, что при одинаковой пропускной способности и тонкости фильтрации фильтрующий элемент, выполненный в виде пружины сжатия, может быть выполненным значительно меньшего размера (длины), чем фильтрующий элемент прототипа. Соответственно, и модуль в целом с фильтрующим элементом, выполненным в виде пружины, может быть изготовлен меньшей длины, чем длина трубы с прорезанными щелевыми отверстиями (прототип), что улучшит условия эксплуатации, транспортирования и хранения заявленного модуля, а также уменьшит длину низа бурильной колонны с ГЗД.
Конструкция модуля проста в изготовлении, представляет собой готовый для установки в корпус фильтра узел, выполнена сборно-разборной за счет разъемного соединения отдельных деталей, что дополнительно позволяет обеспечить высокую ремонтопригодность изделия, упростить процесс сборки/разборки изделия, произвести замену фильтрующего элемента при его износе или его очистку от частиц примесей при его промывке.
Наличие указанных признаков позволяет сделать вывод о новизне технического решения.
Соответствие заявленной полезной модели критерию «промышленная применимость» показано на примере конкретного выполнения модуля фильтра для гидравлического забойного двигателя.
На фигуре приведен общий вид модуля фильтра.
Модуль фильтра для гидравлического забойного двигателя содержит фильтрующий элемент, выполненный в виде пружины 1 сжатия, один конец (торец) которой размещен в пазу 2 опорного элемента 3, выполненного в виде цилиндрической детали с отверстиями 4 для прохода жидкости. Опорный элемент 3 жестко соединен со стержнем 5, на котором размещены центрирующие элементы, выполненные в виде реберных пластин 6 с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью пружины 1. Стержень 5 размещен в полости пружины 1. Второй конец (торец) пружины 1 размещен в пазу 7 опорно-регулирующего элемента, выполненного в виде гайки 8 с центрирующими ребрами 9, выполненными с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью корпуса фильтра (не показан). Гайка 8 закреплена на стержне 5 и зафиксирована с помощью контргайки 10. Опорный элемент 3 может быть снабжен наружной резьбой 11 для соединения с ниппельной частью фильтра (не показано) или внутренней резьбой 12 для соединения с ниппельной частью фильтра посредством, например, переходного элемента, выполненного в виде трубы с соответствующей резьбой на концах (не показано).
Устройство работает следующим образом.
Перед установкой модуля в фильтр осуществляют настройку межвиткового расстояния пружины 1, при этом при повороте гайки 8 против часовой стрелки на стержне 5 пружину 1 ослабляют и расстояние между витками увеличивают. При повороте гайки 8 по часовой стрелке пружину 1 нагружают и уменьшают межвитковые зазоры. При настройке межвитковые зазоры пружины 1 не должны превышать размер частиц примесей, которые при прохождении через гидравлический забойный двигатель способны нанести повреждения рабочим органам. После установки межвиткового зазора пружины 1 гайку 8 фиксируют от перемещения на стержне 5 посредством контргайки 10.
Поток жидкости проходит через межвитковые зазоры внутрь пружины 1, отфильтровывая частицы механических примесей. Отфильтрованная жидкость, проходя по внутренней полости пружины 1, выходит через отверстия 4 опорного элемента 3, и поступает к гидравлическому забойному двигателю (не показано).
Таким образом, предложенное техническое решение модуля фильтра для гидравлического забойного двигателя позволяет повысить качество очистки жидкости, увеличить пропускную способность, улучшить условия его эксплуатации.