RU2181448C2

RU2181448C2 - Flexible shaft

Info

Publication number: RU2181448C2
Application number: RU2000111132A
Authority: RU
Inventors: В.Н. Коршунов; Н.В. Степанов; Л.Т. Захаренко; С.Н. Лисовский; В.М. Волков; В.М. Щапин
Original assignee: Открытое акционерное общество "Российская инновационная топливно-энергетическая компания"
Priority date: 2000-05-05
Filing date: 2000-05-05
Publication date: 2002-04-20

Abstract

FIELD: petrol mechanical engineering. SUBSTANCE: flexible shaft contains two springs. Turns of one of the spring are between turns of the second spring and provided with projections free for interacting. The springs are polygonal in cross-section. Turns are perpendicular to the axis of the shaft. The projections are made of stepped bends of the spring turns. The stepped bends are perpendicular to the spring axis and forms lead of the spring turns. Flexible hose can be inserted to the shaft. EFFECT: enhanced wear resistance, rigidity, and efficiency. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области нефтяного машиностроения и может быть использовано при бурении боковых каналов в стенках скважины. The invention relates to the field of petroleum engineering and can be used when drilling side channels in the walls of the well.

Известен гибкий вал, предназначенный для бурения боковых каналов в скважине, состоящий из стянутых тросом и помещенных в направляющую силовых элементов, имеющих по торцам конические зубья, входящие в зацепление друг с другом [1]. Known flexible shaft designed for drilling side channels in the well, consisting of tightened by a cable and placed in the guide force elements having conical teeth at the ends that engage with each other [1].

Основными недостатками этого вала являются возможность его сгибания вне направляющей при наличии продольных усилий несоосных с валом, а также отсутствие канала внутри вала для промывки во время бурения. The main disadvantages of this shaft are the possibility of bending it outside the guide in the presence of longitudinal forces misaligned with the shaft, as well as the absence of a channel inside the shaft for flushing during drilling.

Наиболее близким техническим решением является гибкий вал, передающий момент вращения и продольное перемещение от ведущего к ведомому валу и состоящий из нескольких чередующихся винтовых пружин, снабженных распорными элементами с выступами, закрепленными на пружинах и входящими во взаимное зацепление [2]. The closest technical solution is a flexible shaft, transmitting torque and longitudinal movement from the leading to the driven shaft and consisting of several alternating coil springs equipped with spacers with protrusions mounted on the springs and engaged in mutual engagement [2].

Однако конструкция гибкого вала имеет следующие недостатки:
1. Внешняя поверхность гибкого вала не гладкая, поэтому при вращении и приложении продольного усилия вал будет опираться выступами о стенки направляющей и выступы будут интенсивно истираться вплоть до полного износа. При значительном износе выступов они выйдут из зацепления и вал не сможет передавать требуемый момент. Кроме того, при бурении боковых каналов в скважине выступы могут зацепляться о стенки канала и заклиниваться в нем, что может привести к тяжелой аварии в скважине.However, the design of the flexible shaft has the following disadvantages:
1. The outer surface of the flexible shaft is not smooth, therefore, when rotating and applying longitudinal force, the shaft will be supported by protrusions on the walls of the guide and the protrusions will be intensively abraded until complete wear. With significant wear of the protrusions, they will disengage and the shaft will not be able to transmit the required moment. In addition, when drilling the side channels in the well, the protrusions can catch on the walls of the channel and jam in it, which can lead to a serious accident in the well.

2. Выступы и круглое сечение пружин вала мешают виткам иметь значительную площадь контакта друг с другом, поэтому при продольном перемещении вала и его выходе из направляющей при наличии усилий, несоосных с валом, он теряет устойчивость и может сгибаться в любом произвольном направлении. Это особенно важно, когда ведомый конец вала с разрушающим элементом не закреплен, как, например, при бурении боковых каналов в скважине. 2. The protrusions and the circular cross-section of the shaft springs prevent the coils from having a significant contact area with each other, therefore, when the shaft moves longitudinally and leaves the guide, if there are forces not aligned with the shaft, it loses stability and can be bent in any arbitrary direction. This is especially important when the driven end of the shaft with the destructive element is not fixed, as, for example, when drilling side channels in the well.

3. Выступы, зафиксированные на пружинах винтами, могут смещаться при приложении значительного вращающего момента. 3. The protrusions fixed to the springs with screws can be displaced when significant torque is applied.

4. Распорные элементы занимают практически все внутреннее сечение вала, что не позволяет иметь канал внутри вала и осуществлять промывку при бурении боковых каналов. 4. The spacer elements occupy almost the entire internal section of the shaft, which does not allow you to have a channel inside the shaft and to flush when drilling side channels.

Технической задачей изобретения является получение гибкого вала с каналом для подачи жидкости, обладающего высокой износостойкостью и жесткостью, обеспечивающей сохранение направления движения при выходе из направляющей. An object of the invention is to obtain a flexible shaft with a channel for supplying a fluid having high wear resistance and rigidity, ensuring the preservation of the direction of movement when leaving the guide.

Для успешного решения указанной задачи в известном гибком вале, состоящем из винтовых пружин, установленных с расположением витков каждой из них в междушаговом пространстве смежных, новым является то, что винтовые пружины имеют прямоугольное сечение, причем каждая пружина имеет выступы, входящие в зацепление с выступами смежных пружин; каждая пружина имеет ступенчатую форму и входит в зацепление со смежными пружинами торцами ступеней, а внутри вала пропущен гибкий шланг. To successfully solve this problem in a well-known flexible shaft, consisting of coil springs installed with the arrangement of the coils of each of them in the interstep space of adjacent ones, it is new that the coil springs have a rectangular section, each spring having protrusions that engage with the protrusions of adjacent springs; each spring has a stepped shape and engages with the ends of the steps adjacent to the springs, and a flexible hose is missing inside the shaft.

На чертеже представлен общий вид вала, состоящего из ступенчатых пружин, и поперечное сечение вала. The drawing shows a General view of the shaft, consisting of stepped springs, and a cross section of the shaft.

Вал содержит ведущую муфту 1 и ведомую муфту 2, связанные с пружинами 3 и 4. Пружины 3 и 4 содержат ступенчатые перегибы 5. Витки пружин имеют прямоугольное сечение и располагаются перпендикулярно оси вала. Шаг витков пружины образуется за счет выступов, выполненных в виде ступенчатых перегибов 5. При этом витки пружины 3 располагаются в межвитковом пространстве пружины 4 и наоборот, а ступенчатые перегибы 5 установлены с возможностью взаимодействия друг с другом. Внутри вала может быть вставлен гибкий шланг (на чертеже не показан). The shaft contains a driving clutch 1 and a driven clutch 2, connected with the springs 3 and 4. The springs 3 and 4 contain stepped bends 5. The coil of the springs have a rectangular cross section and are located perpendicular to the axis of the shaft. The pitch of the spring turns is formed due to the protrusions made in the form of stepwise bends 5. In this case, the turns of the spring 3 are located in the inter-turn space of the spring 4 and vice versa, and the step bends 5 are installed with the possibility of interaction with each other. A flexible hose (not shown) may be inserted inside the shaft.

Гибкий вал, оснащенный фрезой, применяется для бурения боковых каналов в скважине, включая стальную обсадную колонну, и работает следующим образом. A flexible shaft equipped with a cutter is used for drilling side channels in the well, including steel casing, and works as follows.

При вращении вала пружины 3, 4 перегибами 5 входят в зацепление, обеспечивая передачу значительного крутящего момента. Осевое усилие приводит к сжатию и плотному соприкосновению прямоугольных витков вала друг с другом не только перегибами 5, но и поверхностями пружин, сохраняя заданное направление бурения. Поэтому вал не теряет устойчивости в бурящемся канале. При бурении боковых каналов скважины ввиду наличия несоосности между ведущей 1 и ведомой 2 муфтами вал устанавливается внутри направляющей. Гладкая боковая поверхность вала свободно проходит внутри направляющей и пробуренного канала, а циркуляция жидкости осуществляется через шланг (не показан) и обеспечивает вынос выбуренной породы. When the shaft rotates, springs 3, 4 with kinks 5 engage, providing significant torque transmission. The axial force leads to compression and tight contact of the rectangular turns of the shaft with each other not only by bends 5, but also by the surfaces of the springs, preserving the given direction of drilling. Therefore, the shaft does not lose stability in the drilled channel. When drilling the side channels of the well, due to the presence of misalignment between the leading 1 and driven 2 couplings, the shaft is installed inside the guide. The smooth side surface of the shaft passes freely inside the guide and the drilled channel, and the fluid is circulated through a hose (not shown) and ensures the removal of cuttings.

В рамках предложенной конструкции гибкого вала возможны различные варианты его исполнения. Например, можно использовать различное число пружин, делать различный шаг спирали и расстояние между перегибами. In the framework of the proposed design of the flexible shaft, various variants of its execution are possible. For example, you can use a different number of springs, make a different spiral pitch and the distance between the bends.

Предложенный гибкий вал способен передавать значительный крутящий момент, а наличие межвиткового пространства позволяет иметь очень небольшой радиус изгиба, что позволяет в ограниченном пространстве скважины бурить глубокие боковые каналы в стальных обсадных колоннах и крепких горных породах. The proposed flexible shaft is capable of transmitting significant torque, and the presence of inter-turn space allows you to have a very small bend radius, which allows you to drill deep side channels in steel casing strings and strong rocks in a limited space of the well.

Источники информации
1. Патент СССР 1794207, кл. F 16 C 1/02, опубл. 07.02.93, БИ 5.Sources of information
1. USSR patent 1794207, cl. F 16 C 1/02, publ. 02/07/93, BI 5.

2. Патент СССР 1028912, кл. F 16 C 1/02, опубл. 15.07.83, БИ 26. 2. USSR patent 1028912, cl. F 16 C 1/02, publ. 07.15.83, BI 26.

Claims

1. A flexible shaft consisting of springs installed with the arrangement of the turns of each of them in the interstep space adjacent and provided with protrusions with the possibility of their interaction, characterized in that the coil of the springs have a rectangular cross-section, their planes are perpendicular to the axis of the shaft, and the protrusions are made in the form step bends of the coil of springs, and the step of the coil of spring is formed due to these step bends parallel to its axis.

2. The flexible shaft according to claim 1, characterized in that a flexible hose is passed inside the shaft.