RU2046177C1

RU2046177C1 - Core extracting engine

Info

Publication number: RU2046177C1
Application number: RU92014458A
Authority: RU
Inventors: И.К. Князев; А.М. Кочнев; В.М. Плотников
Original assignee: Пермский филиал Всесоюзного научно-исследовательского института буровой техники
Priority date: 1992-12-24
Filing date: 1992-12-24
Publication date: 1995-10-20

Abstract

FIELD: mining, drilling. SUBSTANCE: core extracting engine has a stator with rubber facing, hollow rotor, body, and spindle. The spindle has hollow shaft with ball bearings, protected with seals. Hollow rotor is connected with hollow shaft through a torsion provided with holes. Head of removable core lifter is rested on bearing. Channels for liquid passing, holes and ring slot are there in the bearing. U-shaped rubber ring and thrust metal disk are placed in the slot. Sealing upper end of hollow rotor consisting of U-shaped rubber ring with vertical degree of freedom in the ring slot of the bearing, and thrust metal disk with vertical degree of freedom and restricted horizontal one is provided in core lifter bearing. EFFECT: increased engine capacity, decreased core vibration, absence of seizing core lifter with bearing, increased efficiency in drilling. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области техники бурения с отбором керна забойным двигателем при использовании съемной грунтоноски. Возможно его применение при проходке наклонно направленных и горизонтальных скважин с ориентированием по керну и устройствам, спускаемым на забой через буровой инструмент. The invention relates to the field of drilling technology with coring by a downhole motor when using removable soil socks. It is possible to use it when drilling directional and horizontal wells with core orientation and devices launched to the bottom through a drilling tool.

Известно керноотборное турбодолото (КТД), в котором съемная грунтоноска размещена в полом вале турбобура [1] Грунтоноска находится на конусной подвеске и потоком промывочной жидкости удерживается от вращения и осевого смещения. Между полым валом и грунтоноской уплотнения нет и часть промывочной жидкости проходит, минуя рабочие органы (турбинки). В результате КТД имеет пониженную мощность, для компенсации которой увеличено количество турбинок (две секции длиной 15500 мм). Кроме того, в КТД вибрация ротора передается непосредственно через подвеску на грунтоноску, что ухудшает условия сохранения керна. It is known core sampling turbodrill (CTD), in which a removable soil sump is placed in the hollow shaft of the turbodrill [1]. The soil sump is on the conical suspension and is kept from rotation and axial displacement by the flow of washing liquid. There is no seal between the hollow shaft and the ground-bearing compaction, and part of the flushing fluid passes bypassing the working elements (turbines). As a result, KTD has a reduced power, to compensate for which the number of turbines is increased (two sections with a length of 15500 mm). In addition, in CTD, the rotor vibration is transmitted directly through the suspension to the soil sink, which worsens the conditions for maintaining the core.

Известен керноотборный двигатель с использованием рабочих органов винтового забойного двигателя [2] В этом двигателе полый ротор жестко связан с полым торсионом, который через полый вал шпинделя прикреплен к бурильным трубам. Статор с корпусом двигателя подвешен на шаровой опоре шпинделя и вращается на неподвижном роторе, передавая крутящий момент на колонковую бурголовку. Съемная грунтоноска размещена внутри вала шпинделя, торсиона, ротора и корпуса, а удерживается от вращения специальным стопорным устройством. Для исключения прохода промывочной жидкости между съемной грунтоноской и полым валом шпинделя установлено кольцевое уплотнение. Known core sampling engine using the working bodies of a downhole motor [2] In this engine, the hollow rotor is rigidly connected to the hollow torsion bar, which is attached to the drill pipe through the hollow shaft of the spindle. The stator with the motor housing is suspended on a spindle ball bearing and rotates on a stationary rotor, transmitting torque to the core barrel. A removable gusset is placed inside the spindle shaft, torsion bar, rotor and housing, and is kept from rotation by a special locking device. An annular seal is installed to prevent the passage of flushing fluid between the removable ground shank and the hollow shaft of the spindle.

Недостатки этого двигателя, принятого за прототип: потеря части мощности на трение вращающегося корпуса о стенки скважины, что характерно в наклонно направленных и горизонтальных скважинах; возможность заклинки съемной грунтоноски от шламования стопорного устройства и уплотнения; передача вибрации от рабочей пары на грунтоноску стопорным устройством. The disadvantages of this engine, taken as a prototype: the loss of a part of the power due to friction of the rotating body against the borehole walls, which is typical in directional and horizontal wells; the ability to jam removable soil socks from slurry locking device and compaction; vibration transmission from the working pair to the soil with a locking device.

Цель изобретения повышение мощности на бурение с отбором керна, исключение шламования съемной грунтоноски в сопрягаемых деталях двигателя, снижение вибрации грунтоноски. The purpose of the invention is increasing the power for drilling with coring, eliminating the slurry of removable soil socks in the mating parts of the engine, reducing vibration of the soil socks.

Сущность заявляемого технического решения заключается в следующем. В керноотборном двигателе, содержащем обрезиненный статор, корпус, полый ротор, шпиндель с шаровой опорой, полый торсион, грунтоноску и опору грунтоноски, в опоре грунтоноски выполнено уплотнение верхнего торца полого ротора, состоящее из резинового кольца П-образного сечения с вертикальной степенью свободы в кольцевом пазу опоры и упорного металлического диска с вертикальной и ограниченной горизонтальной степенями свободы. The essence of the proposed technical solution is as follows. In a core motor containing a rubberized stator, a housing, a hollow rotor, a spindle with a ball bearing, a hollow torsion bar, a soil pump and a soil carrier support, a seal of the upper end of the hollow rotor is made in the soil carrier support, consisting of a U-shaped rubber ring with a vertical degree of freedom in the ring a groove of a support and a persistent metal disk with vertical and limited horizontal degrees of freedom.

Уплотнение верхнего торца ротора в заявляемом двигателе существенно отличается от известных уплотнений в забойных двигателях. В отличие от деталей, равномерно вращающихся одна относительно другой, ротор винтового объемного двигателя совершает планетарное движение вокруг оси двигателя с заданным эксцентриситетом, а верхний конец ротора при этом совершает колебательные движения относительно горизонтальной плоскости к оси двигателя. Для постоянного контакта торца ротора с уплотнением последнее выполнено в пазу опоры грунтоноски и состоит из резинового кольца П-образного сечения и упорного металлического диска. Резиновое кольцо П-образного сечения имеет в пазу только вертикальную степень свободы и обладает эластичностью для повторения колебательных движений торца ротора. Упорный металлический диск между торцом ротора и резиновым кольцом П-образного сечения имеет вертикальную степень свободы и ограниченную стенками паза опоры горизонтальную степень свободы. В результате металлический упорный диск постоянно прижат к торцу ротора напором потока жидкости, передаваемым через резиновое кольцо П-образного сечения. От вращения резинового кольца в пазу и упорного металлического диска по резиновому кольцу сопрягаемые поверхности металла делаются с накаткой или напылением. The seal of the upper end of the rotor in the inventive engine is significantly different from the known seals in downhole motors. Unlike parts evenly rotating relative to one another, the rotor of a screw displacement engine performs planetary motion around the axis of the engine with a given eccentricity, while the upper end of the rotor oscillates with respect to the horizontal plane to the axis of the engine. For constant contact of the end face of the rotor with the seal, the latter is made in the groove of the support of the soil sock and consists of a rubber ring of a U-shaped section and a persistent metal disk. The rubber ring of the U-shaped section has only a vertical degree of freedom in the groove and has elasticity for repeating the oscillatory movements of the end face of the rotor. The thrust metal disk between the rotor end and the U-shaped rubber ring has a vertical degree of freedom and a horizontal degree of freedom limited by the walls of the support groove. As a result, the metal thrust disk is constantly pressed against the end of the rotor by the fluid flow pressure transmitted through the U-shaped rubber ring. From the rotation of the rubber ring in the groove and the thrust metal disk along the rubber ring, the mating surfaces of the metal are knurled or sprayed.

На фиг.1 изображен керноотборный двигатель, разрез; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1. Figure 1 shows a core engine, section; figure 2 section aa in figure 1.

Двигатель имеет корпус статора 1 с резиновой обкладкой 2 и полый ротор 3. Корпус статора 1 соединен корпусом 4 со шпинделем 5, имеющим полый вал 6 и шаровые опоры 7, защищенные уплотнениями 8. Полый ротор 3 соединен с полым валом 6 торсионом 9 и имеет отверстия 10 для прохода промывочной жидкости. Съемная грунтоноска 11 головкой 12 опирается на подвеску 13, в которой выполнены каналы 14 для прохода промывочной жидкости, отверстия 15 и кольцевой паз 16. В последнем размещено резиновое кольцо 17 П-образного сечения и упорный металлический диск 18. Боковые поверхности паза 16 и поверхность кольца 18, соприкасающаяся с резиновым кольцом 17, имеют рифления для исключения проскальзывания между резиной и металлом. The engine has a stator housing 1 with a rubber lining 2 and a hollow rotor 3. The stator housing 1 is connected by a housing 4 to a spindle 5 having a hollow shaft 6 and ball bearings 7 protected by seals 8. The hollow rotor 3 is connected to the hollow shaft 6 by torsion 9 and has holes 10 for passage of flushing fluid. The removable soil 11 by the head 12 rests on the suspension 13, in which the channels 14 for passage of the washing liquid, the holes 15 and the annular groove 16 are made. The latter has a U-shaped rubber ring 17 and a thrust metal disk 18. The lateral surfaces of the groove 16 and the ring surface 18, in contact with the rubber ring 17, have corrugations to prevent slippage between the rubber and the metal.

Керноотборный двигатель работает следующим образом. Поток промывочной жидкости проходит через каналы 14, а перепадом давления неподвижно фиксируется головка 12 грунтоноски 11 в подвеске 13. Давление жидкости через отверстия 15 передаются на резиновое кольцо 17, упорное кольцо 18 и торец ротора 3. Поток жидкости вращает ротор 3 в статоре 2 и через отверстия 10 поступает в канал между грунтоноской 11, торсионом 9 и валом шпинделя 6 в бурильную головку. В кольцевом пазу 16 резиновое кольцо 17, благодаря П-образному сечению, прижимается к стенкам и передает усилие через упорное кольцо 18 на торец ротора 3. В результате уплотнение совершает колебательные движения одновременно с торцом ротора 3 и перекрывает проход жидкости между ротором 3 и грунтоноской 11. Вибрация от ротора 3 на грунтоноску 11 снижается, так как между передаточными элементами установлено резиновое кольцо 17. Вертикальная свобода резинового кольца 17 в пазу 16 компенсирует выработку между металлическим упорным кольцом 18 и торцом ротора 3. Эти трущиеся поверхности могут быть армированы или упрочнены. К бурильным трубам и бурильной головке (не показаны) двигатель присоединяется резьбами 19. The core engine works as follows. The flow of flushing fluid passes through the channels 14, and the differential pressure still fixes the head 12 of the soil socks 11 in the suspension 13. The fluid pressure through the holes 15 is transmitted to the rubber ring 17, the thrust ring 18 and the end face of the rotor 3. The fluid flow rotates the rotor 3 in the stator 2 and through hole 10 enters the channel between the ground 11, the torsion 9 and the spindle shaft 6 into the drill head. In the annular groove 16, the rubber ring 17, due to the U-shaped cross-section, is pressed against the walls and transfers the force through the thrust ring 18 to the end face of the rotor 3. As a result, the seal oscillates simultaneously with the end face of the rotor 3 and blocks the fluid passage between the rotor 3 and the ground sucker 11 The vibration from the rotor 3 to the soil 11 is reduced, since a rubber ring 17 is installed between the transmission elements. The vertical freedom of the rubber ring 17 in the groove 16 compensates for the production between the metal thrust ring 18 and the end face p 3. 3. These friction surfaces can be reinforced or hardened. To the drill pipe and drill bit (not shown), the engine is connected by threads 19.

Вместо грунтоноски 11 в двигатель керноотборный можно спускать контейнер с исследовательской аппаратурой, например, для определения координат наклонно направленных и горизонтальных скважин. Instead of soil socks 11, a container with research equipment can be lowered into the core engine, for example, to determine the coordinates of directional and horizontal wells.

Claims

A CORE ENGINE containing a housing with a rubberized stator, a hollow rotor rigidly connected to the hollow torsion bar, a spindle with a ball bearing connected to the body, a hollow spindle shaft mounted on the ball bearing and rigidly connected to the hollow torsion bar, a removable soil pump located in the spindle hollow shafts, torsion bar and rotor and mounted on the support of the soil socks, and a sealing unit, characterized in that the sealing unit is made in the form of a rubber ring of a U-shaped cross section and a thrust metal disk placed in the support tonoski, wherein a support formed an annular groove and a hole, a rubber ring placed in the groove under the holes with a vertical degree of freedom, and the thrust metal disc is arranged between the rubber ring and the end of the hollow rotor with limited vertical and horizontal degrees of freedom.