ШАРНИРНЫЙ ПЕРЕВОДНИК

Устройство относится к буровой технике и может быть использовано при бурении наклонно- направленных скважин и боковых стволов в качестве шарнирного соединения бурильной колонны и забойного двигателя.
Известным аналогичным устройством является шарнирная муфта (авт. св. СССР № 1070294, Е 21 В 7/08, 1984г.). Она содержит ведущую и ведомую полумуфты, сферические подпятники, ниппель со сферической опорной пятой, установленной в полости ведущей полумуфты между подпятниками, и герметизирующее кольцо, расположенное между подпятниками. В качестве герметизирующего кольца использован пакет манжетных уплотнений, а полумуфта имеет сферическую проточку, выполненную коаксиально сфере пяты в секторе от 10° до 30° для размещения в ней герметизирующего кольца. Передача крутящего момента осуществляется через контактирующие элементы ведущей и ведомой полу муфт.
Недостатком устройства является ненадежность уплотнения, контактирующего со сферической поверхностью пяты, совершающей максимальные перемещения и частично контактирующей с ответными поверхностями подпятника. При этом уплотнительный элемент испытывает максимальные деформации. Кроме того, крутящий момент в известном устройстве передается на ниппель через ведомую полу муфту по диаметру,
меньшему, чем диаметр сферы ниппеля, что приводит к возникновению максимальных окружных сил в соединении ниппеля с ведомой полумуфтой.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является шарнирный переводник (патент RU № 2192535, Е 21 В 7/08, публ. 11.10.2002г.) который содержит корпус, полый вал со сферической опорной пятой, снабженный контактирующими элементами для передачи крутящего момента, сферические подпятники, установленные в корпусе, полый шток, хвостовик которого с уплотнением в виде манжеты размещен внутри полого вала таким образом, что при передаче крутящего момента под углом преломления осей уплотнительный элемент испытывает минимальные деформации.
Недостатком известного устройства является наличие у него двух степеней свободы, вследствие чего возникает сложность совмещения плоскостей искривления шарнирного переводника и искривленного переводника винтового забойного двигателя (шарнирный переводник размещен в буровой установке выше винтового забойного двигателя), из-за чего возникают дополнительные поперечные колебания буровой установки в скважине. Это приводит к преждевременному износу всех составных частей буровой установки.
Другим недостатком является недостаточная прочность зубчатого венца шарнирного устройства при передаче большого крутящего момента под углом преломления осей, приводящая к поломке зубьев под действием изгибающих окружных сил вследствие их недостаточной толщины в
поперечном сечении. Это приводит к уменьшению срока службы шарнирного устройства, а, следовательно, к уменьшению ресурса буровой установки.
Предлагаемой полезной моделью решается задача создания конструкции шарнирного переводника с одной степенью свободы, позволяющего совмещать плоскости искривления шарнира и искривленного переводника двигателя.
Технический результат, получаемый от использования полезной модели, заключается в повышении надежности и увеличении ресурса буровой установки, а также в повышении производительности винтового забойного двигателя за счет повышения несущей способности шарнирного переводника при передаче большого крутящего момента вследствие увеличения изгибной прочности контактирующих элементов.
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом шарнирном переводнике, содержащем корпус, полый вал со сферической опорной пятой, снабженный контактирующими элементами для передачи крутящего момента, сферический подпятник, установленный в корпусе, полый шток с уплотнением, согласно заявляемого технического решения контактирующие элементы для передачи крутящего момента выполнены в виде лысок и прямоугольных шлицов со скосами, расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях, кроме того, шарнирный переводник снабжен регулируемым кольцом, установленным в корпусе с возможностью поворота относительно оси корпуса и выполненным с взаимно перпендикулярными
взаимодействующими с контактирующими элементами полого вала, при этом кольцо выполнено с нарезкой или накаткой на торцевой поверхности, контактирующей с соответствующей нарезкой или накаткой сферического подпятника, жестко соединенного с корпусом.
Выполнение контактирующих элементов в виде лысок и прямоугольных шлицевых зубьев увеличивает несущую способность шарнирного переводника при передаче большого крутящего момента за счет увеличения изгибной прочности контактирующих элементов.
Размещение в корпусе регулируемого кольца с возможностью угловой ориентации позволяет совместить плоскости искривления шарнирного переводника и искривленного переводника забойного двигателя, то есть получить конструкцию шарнирного переводника с одной степенью свободы, уменьшающую колебания шарнирного переводника в плоскости, перпендикулярной плоскости искривления двигателя, и, соответственно, уменьшающую поперечные колебания буровой установки. Это позволяет повысить надежность работы и срок службы буровой установки.
Выполнение нарезки или накатки на торцевой поверхности регулируемого кольца, контактирующей с соответствующей нарезкой или накаткой сферического подпятника, жестко соединенного с корпусом, увеличивает поверхность контакта, что также увеличивает несущую способность шарнирного переводника при передаче большого крутящего момента.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг.1 изображен общий вид шарнирного переводника; на фиг.2 показано поперечное сечение шарнирного переводника по А-А; на фиг.3 изображено регулируемое кольцо, на фиг.4 показаны лыски и прямоугольные шлицы концевой части полого вала.
Шарнирный переводник (фиг.1) включает корпус 1 полый вал 2, имеющий сферическую опорную поверхность «а», контактирующую со сферической поверхностью «Ь» подпятника 3, размещенного в центральном отверстии «с» корпуса 1, и жестко с ним связанного посредством штифтов 4. Также в центральном отверстии «с» корпуса 1 установлено регулируемое кольцо 5 с возможностью угловой ориентации, которое фиксируется в заданном положении поджатием гайкой 6. Концевая часть полого вала 2 снабжена двумя прямоугольными шлицами «d», выполненными со скосами «е» (фиг.4), и двумя лысками «g»(фиг.2) , выполненными в плоскости, перпендикулярной к плоскости расположения шлицов «h»(фиг.2). Регулируемое кольцо 5 снабжено двумя парами пазов «i» (фиг.2, 3), контактирующих с лысками «g»(фиг.2, 4) и шлицами «d» (фиг.2). Торцевая поверхность «j» (фиг.1, 3) регулируемого кольца 5 выполнена с зубчатой нарезкой или накаткой с целью увеличения площади контакта с торцевой поверхностью сферического подпятника 3. В концевой части полого вала 2 выполнена цилиндрическая расточка «р», внутри которой размещена хвостовая часть «q» полого штока 7 с уплотнительным элементом в виде манжеты 8.
Шарнирный переводник работает следующим образом. Корпус 1 соединяется с винтовым забойным двигателем, а полый вал 2-е бурильной трубой. Регулируемое кольцо 5 ориентируется в угловом положении, т.е. поворачивается относительно оси корпуса таким образом, чтобы плоскости искривления шарнирного переводника и искривленного переводника забойного двигателя совпали. После регулировки угловой ориентации регулируемого кольца 5 шарнирный переводник фиксируется при помощи гайки 6. Крутящий момент передается от полого вала 2 через контактирующие элементы «d» и «g», взаимодействующие с пазами «i» регулируемого кольца 5, и далее через зубчатую нарезку или накатку на торцевой поверхности «j» регулируемого кольца 5 и торцевую поверхность с аналогичной нарезкой или накаткой сферического подпятника 3 на корпус 1, жестко соединенный с подпятником 3 посредством штифтов 4. Осевая нагрузка с бурильной колонны передается через сферическую опорную поверхность «а» полого вала 2, контактирующую со сферической поверхностью «Ь» подпятника 3, на корпус 1, и далее на забойный двигатель и долото. Промывочная жидкость по каналам полого вала 2 и полого штока 7 попадает в забойный двигатель, при этом уплотнительный элемент 8 препятствует утечке промывочной жидкости в затрубное пространство.
Технико-экономическая эффективность от внедрения полезной модели заключается в увеличении ресурса буровой установки, а также повышения производительности работы двигателя при увеличении допустимого крутящего момента, передаваемого шарнирным переводником.