[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2295023C1 - Turbine screw downhole motor - Google Patents

Turbine screw downhole motor Download PDF

Info

Publication number
RU2295023C1
RU2295023C1 RU2006117889/03A RU2006117889A RU2295023C1 RU 2295023 C1 RU2295023 C1 RU 2295023C1 RU 2006117889/03 A RU2006117889/03 A RU 2006117889/03A RU 2006117889 A RU2006117889 A RU 2006117889A RU 2295023 C1 RU2295023 C1 RU 2295023C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
turbine
stator
shaft
engine
section
Prior art date
Application number
RU2006117889/03A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Борисович Голдобин (RU)
Владимир Борисович Голдобин
Сергей Германович Трапезников (RU)
Сергей Германович Трапезников
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Вниибт-Буровой Инструмент"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Вниибт-Буровой Инструмент" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Вниибт-Буровой Инструмент"
Priority to RU2006117889/03A priority Critical patent/RU2295023C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2295023C1 publication Critical patent/RU2295023C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Rotary Pumps (AREA)

Abstract

FIELD: well drilling equipment, particularly downhole motors.
SUBSTANCE: turbine screw downhole motor comprises gyrator mechanism, which acts in three dimensions, turbodrill and collar connected to turbodrill body and provided with elastic lining. The lining is connected to inner surface thereof and adapted to receive gyrator mechanism. Stator of gyrator mechanism is connected to shaft of turbine turbodrill section by means of tapered splined joint. The tapered splined joint comprises coupling and half-coupling and is connected to shaft of turbine turbodrill section. Rotor cooperating with stator is connected to upper motor sub through flexible member.
EFFECT: increased drilling efficiency, reliability and service life.
4 dwg

Description

Изобретение относится к забойным двигателям, предназначенным для бурения скважин.The invention relates to downhole motors for drilling wells.

Известны забойные двигатели гидродинамического и объемного принципа действия, например турбобуры и винтовые забойные двигатели, а также турбовинтовые двигатели, выполненные на основе агрегатирования турбинных и героторных (винтовых) рабочих органов.The downhole motors of the hydrodynamic and volumetric principle of action are known, for example, turbodrills and screw downhole motors, as well as turboprop engines made on the basis of aggregation of turbine and gerotor (screw) working bodies.

Одно из первых технических решений турбовинтового двигателя предложено в 1975 году по АС №557172, Е 21 В 3/12, в котором винтовая пара выполняет роль тормозного устройства, снижая на величину гидромеханических потерь в зубчатом зацеплении «ротор-статор» момент силы, развиваемой турбинной секцией и, следовательно, частоту вращения выходного вала двигателя. В таком двигателе поперечные колебания и осевая сила с ротора винтовой пары через гибкий элемент передается на вал турбинной секции, снижая надежность работы турбины и осевой опоры шпинделя.One of the first technical solutions of a turboprop engine was proposed in 1975 according to AC No. 557172, Е 21 В 3/12, in which a screw pair acts as a braking device, reducing the moment of force developed by the turbine by the amount of hydromechanical losses in the “rotor-stator” gear mesh section and, therefore, the speed of the output shaft of the engine. In such an engine, lateral vibrations and axial force from the rotor of the screw pair are transmitted through the flexible element to the shaft of the turbine section, reducing the reliability of the turbine and the axial support of the spindle.

Другой модификацией турбовинтового двигателя является техническое решение по АС №1601307 А1, Е 21 В 4/02.Another modification of the turboprop engine is a technical solution for AC No. 1601307 A1, E 21 V 4/02.

Данный турбовинтовой двигатель имеет модульное исполнение и состоит из шпинделя, турбинной секции и винтовой рабочей пары, в которой лопасти ротора турбины и зубья винтового ротора имеют наклон одного направления к оси вращения.This turboprop engine has a modular design and consists of a spindle, a turbine section and a screw working pair, in which the turbine rotor blades and the teeth of the screw rotor have an inclination of one direction to the axis of rotation.

При подаче рабочей жидкости от насосов двигатель вначале при малых нагрузках на долото работает на разгонном режиме. Винтовая пара при этом работает в насосном режиме, оказывая сопротивление силовой турбине. Это объясняется тем, что ротор винтовой пары вращается турбиной с частотой, большей, чем бы он вращался на холостом ходу при данном расходе рабочей жидкости без турбины, а винтовая пара перестает функционировать как объемная гидромашина (двигатель). По мере повышения нагрузки на долото винтовая пара переходит на двигательный режим работы, создавая дополнительный момент силы на выходном валу двигателя при соответствующем перепаде давления.When the working fluid is supplied from the pumps, the engine initially at low loads on the bit operates in acceleration mode. In this case, the screw pair operates in the pump mode, resisting the power turbine. This is because the rotor of a screw pair rotates by a turbine with a frequency greater than it would rotate at idle at a given flow rate of the working fluid without a turbine, and the screw pair ceases to function as a volumetric hydraulic machine (engine). As the load on the bit increases, the screw pair switches to the motor mode of operation, creating an additional moment of force on the output shaft of the engine with a corresponding pressure drop.

Существенным недостатком этого двигателя является то, что при его работе основным силовым элементом становится винтовая пара, которая по этой причине имеет меньшую наработку, чем турбинная секция. При отказе двигателя прекращается процесс бурения, в то время как породоразрушающий инструмент в большинстве случаев не бывает отработан до износа вооружения. Кроме того, винтовая пара, генерируя поперечные вибрации, отрицательно воздействует на работоспособность турбинной секции и породоразрушающего инструмента.A significant drawback of this engine is that during its operation the main power element becomes a screw pair, which for this reason has less operating time than the turbine section. If the engine fails, the drilling process stops, while the rock cutting tool in most cases does not work out before the weapons wear out. In addition, a helical pair, generating transverse vibrations, negatively affects the performance of the turbine section and rock cutting tool.

Известно техническое решение винтового героторного двигателя с турбинным активатором по АС №2203380 С1, Е 21 В 4/02, F 03 В 13/01, сущность которого заключается в создании многозаходного винтового двигателя, содержащего винтовую героторную пару в сочетании с набором статорных и роторных ступеней давления турбины-активатора, выполненных со специальным профилем лопаток. Зазоры между ободами роторов и статоров в каждой ступени турбины перекрыты кольцевыми резинометаллическими уплотнениями.A technical solution is known for a screw gerotor engine with a turbine activator according to AC No. 2203380 C1, E 21 V 4/02, F 03 B 13/01, the essence of which is to create a multi-start screw motor containing a screw gerotor pair in combination with a set of stator and rotor stages pressure of the turbine-activator, made with a special profile of the blades. The gaps between the rims of the rotors and stators in each stage of the turbine are closed by ring rubber-metal seals.

Роторы турбины-активатора неподвижно закреплены на валу рабочей секции совместно с ротором винтовой героторной пары, а статоры турбины-активатора зафиксированы в корпусе рабочей секции совместно со статором винтовой героторной пары.The rotors of the activator turbine are fixedly mounted on the shaft of the working section together with the rotor of the screw gerotor pair, and the stators of the turbine-activator are fixed in the housing of the working section together with the stator of the screw gerotor pair.

Винтовая героторная пара за счет выбора большого угла подъема винтовой линии от 30° до 60° имеет многошаговую конструкцию на ограниченной длине и плохо запускается. Многозаходные винтовые пары с углом подъема винтовой линии более 30° при работе запускаются только с проворотом ротора дополнительным (внешним) моментом силы из-за больших сил трения в зубчатом зацеплении.The screw gerotor pair due to the choice of a large angle of elevation of the helix from 30 ° to 60 ° has a multi-step design on a limited length and does not start well. Multiple helical pairs with a helix elevation angle of more than 30 ° during operation are started only with the rotor turning an additional (external) torque due to the large friction forces in the gearing.

Основным недостатком винтового героторного двигателя с турбинным активатором является то, что в начальный момент через заторможенную винтовую героторную пару должна быть прокачена рабочая жидкость под давлением в достаточном количестве, чтобы создать на валу турбины-активатора требуемый момент силы для запуска винтовой пары. Прокачивание рабочей жидкости, насыщенной шламом и песком через заторможенную винтовую героторную пару может происходить только при деформации зубьев статора с образованием щелевых каналов между зубьями статора и ротора, что приведет к катастрофическому гидроабразивному износу винтовых зубьев ротора и, особенно, статора.The main disadvantage of a turbocharged screw gerotor engine is that, at the initial moment, a sufficient amount of hydraulic fluid must be pumped through a braked screw gerotor pair in order to create the required torque on the shaft of the activator turbine to start the screw pair. Pumping a working fluid saturated with sludge and sand through a locked screw gerotor pair can occur only during deformation of the stator teeth with the formation of slotted channels between the stator and rotor teeth, which will lead to catastrophic hydroabrasive wear of the rotor helical teeth and, especially, the stator.

При выходе двигателя на рабочий режим система роторов, собранная и закрепленная на валу, будет совершать колебательно-вращательное движение с амплитудой колебаний верхнего конца вала двигателя, равного двум межосевым расстояниям (эксцентриситетам) внутреннего зубчатого зацепления винтовой героторной пары. При вращательно-колебательном движении верхней части вала, имеющей большую массу, возникнет неуравновешенная сила инерции, которая при одновременном действии на вал осевой силы, крутящего и изгибающего моментов приведет к сложному внецентренному нагружению вала, возникновению знакопеременных напряжений в валу и недостаточной его циклической выносливости. Поперечные колебания вала двигателя окажут отрицательное воздействие на породоразрушающий инструмент, существенным образом снизив надежность двигателя.When the engine enters the operating mode, the rotor system assembled and fixed on the shaft will oscillate-rotate with an amplitude of oscillations of the upper end of the motor shaft equal to two interaxal distances (eccentricities) of the internal gearing of the screw gerotor pair. During rotational-vibrational motion of the upper part of the shaft, which has a large mass, an unbalanced inertia force will arise, which, when the axial force, torsion and bending moments act on the shaft, will lead to complex eccentric loading of the shaft, the occurrence of alternating stresses in the shaft and its insufficient cyclic endurance. Transverse vibrations of the engine shaft will have a negative effect on the rock cutting tool, significantly reducing the reliability of the engine.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности процесса бурения, надежности и долговечности за счет повышения момента силы на выходном валу для привода породоразрушающего инструмента при постоянстве частоты вращения в диапазоне применяемых осевых нагрузок на породоразрушающий инструмент, снижения поперечных колебаний и сохранения на более длительный период работоспособного состояния турбовинтового забойного двигателя.The technical task of the invention is to increase the efficiency of the drilling process, reliability and durability by increasing the torque on the output shaft to drive the rock cutting tool with a constant rotational speed in the range of applied axial loads on the rock cutting tool, reducing lateral vibrations and maintaining a turboprop operable state for a longer period downhole motor.

Поставленная задача в турбовинтовом забойном двигателе, включающем героторный механизм объемного действия и турбобур, решается тем, что согласно изобретению двигатель оснащен связанной с корпусом турбобура обоймой, имеющей на внутренней поверхности эластичную обкладку, в которой размещен героторный механизм, причем статор герототрного механизма посредством конусно-шлицевого соединения, состоящего из муфты и полумуфты, связан с валом турбинной секции турбобура, а взаимодействующий со статором ротор соединен гибким элементом с верхним переводником двигателя.The task in a turboprop downhole motor including a volumetric gerotor mechanism and a turbo-drill is solved by the fact that according to the invention, the engine is equipped with a ferrule connected to the turbo-drill body, having an elastic lining on the inner surface, in which the gerotor mechanism is placed, and the stator of the gerotron mechanism by means of a cone-slotted the connection, consisting of a coupling and a half coupling, is connected to the shaft of the turbine section of the turbodrill, and the rotor interacting with the stator is connected by a flexible element to the top m engine sub.

Таким образом, совместная работа турбобура и винтового героторного механизма с вращающимся статором, который связан посредством конусно-шлицевого соединения, состоящего из муфты и полумуфты, с валом турбинной секции турбобура приведет к снижению уровня поперечных колебаний в зоне винтовой пары «ротор-статор» и обеспечит устойчивую работу породоразрушающего инструмента в оптимальном режиме при высоком моменте силы на выходном валу двигателя.Thus, the joint work of the turbo-drill and the screw gerotor mechanism with a rotating stator, which is connected by means of a cone-splined connection consisting of a coupling and a half-coupling, with the shaft of the turbine section of the turbo-drill will reduce the level of transverse vibrations in the area of the rotor-stator screw pair and stable operation of the rock cutting tool in optimal mode with a high moment of force on the output shaft of the engine.

На фиг.1 показан разрез рабочей секции, включая соединение обоймы и статора винтового героторного механизма с турбинной секцией.Figure 1 shows a section of the working section, including the connection of the cage and the stator of the screw gerotor mechanism with the turbine section.

На фиг.2 изображено соединение турбинной и шпиндельной секций турбовинтового двигателя.Figure 2 shows the connection of the turbine and spindle sections of a turboprop engine.

На фиг.3 показан поперечный разрез рабочей секции.Figure 3 shows a cross section of the working section.

На фиг.4 показан вариант соединения рабочей секции с турбинной секцией.Figure 4 shows a variant of the connection of the working section with the turbine section.

Рабочая секция «а» двигателя, разрез которой показан на фиг.1 включает статор 1 и ротор 2 героторного механизма, обойму 3, муфту 4, гибкий элемент 5, выполненный в виде торсиона, верхний переводник 6 и плунжер 7.The working section "a" of the engine, the section of which is shown in Fig. 1, includes a stator 1 and a rotor 2 of the gerotor mechanism, a ferrule 3, a coupling 4, a flexible element 5 made in the form of a torsion bar, an upper sub 6 and a plunger 7.

Турбинная секция «б», показанная на фиг.1 и 2, состоит из установленных на валу 8 роторов 9 и статоров 10 многоступенчатой турбины, дисков пяты 11, подпятников 12, радиальных опор 13 и навинченной на вал 8 полумуфты 14. Детали, собранные на валу 8, устанавливаются в корпус 15 до упора в соединительный переводник 16.The turbine section "b", shown in figures 1 and 2, consists of rotors 9 and stators 10 of a multi-stage turbine mounted on the shaft 8, heel disks 11, thrust bearings 12, radial bearings 13 and the coupling half screwed onto the shaft 8. Details assembled on the shaft 8, are installed in the housing 15 until it stops in the connecting sub 16.

На фиг.2 показан узел соединения валов 8 и 17 и корпусов 15 и 18 турбинной «б» и шпиндельной «в» секций с использованием муфты 19, полумуфты 20, переводников 21 и 22.Figure 2 shows the connection node of the shafts 8 and 17 and the housing 15 and 18 of the turbine "b" and spindle "c" sections using the coupling 19, the coupling half 20, the sub 21 and 22.

На фиг.1 показан, плунжер 7, установленный в обойме 3, который при взаимодействии с корпусом статора 1 ограничивает переток рабочей жидкости через кольцевую щель между обкладкой 23 обоймы 3 и корпусом статора 1, а также перемещение статора 1 вверх.Figure 1 shows a plunger 7 mounted in a cage 3, which when interacting with the housing of the stator 1 limits the flow of working fluid through the annular gap between the lining 23 of the cage 3 and the housing of the stator 1, as well as the movement of the stator 1 up.

Турбовинтовой забойный двигатель, показанный на фиг.1 и фиг.2, представляет собой универсальный двигатель, сочетающий в себе турбобур повышенной надежности и высокомоментный героторный винтовой механизм с вращающимся статором, установленным в обойме, что позволило стабилизировать выходную характеристику двигателя по частоте вращения выходного вала от холостого хода до выхода на режим максимальной мощности, тем самым повысить эффективность процесса бурения и долговечность работы.The turboprop downhole motor shown in Fig. 1 and Fig. 2 is a universal engine that combines a high-performance turbo-drill and a high-torque gerotor screw mechanism with a rotating stator mounted in a cage, which made it possible to stabilize the output characteristic of the engine by the output shaft rotation frequency from idling until reaching the maximum power mode, thereby increasing the efficiency of the drilling process and the durability of the work.

Героторная винтовая пара «ротор-статор» в турбовинтовом двигателе выполняет функцию редукторного механизма и соединенная в один агрегат с турбинной и шпиндельной секциями обеспечивает оптимальный режим бурения при необходимом моменте силы на валу двигателя.The rotor-stator gerotor screw pair in a turboprop engine performs the function of a gear mechanism and combined in one unit with the turbine and spindle sections provides the optimum drilling mode for the required torque on the motor shaft.

Наибольшая эффективность процесса бурения, а также более высокая надежность и долговечность турбовинтового забойного двигателя достигается исполнением, когда параметры характеристики героторного механизма по частоте вращения на холостом ходу в 1,1-1,3 раза больше, чем у турбинной секции в режиме максимальной мощности.The greatest efficiency of the drilling process, as well as higher reliability and durability of the turboprop downhole motor, is achieved by performing, when the idler speed characteristics of the gerotor mechanism are 1.1-1.3 times greater than the turbine section in maximum power mode.

В рабочей секции «а», показанной на фиг.1, героторный механизм со статором 1 и расположенным в нем ротором 2 представляет собой винтовую зубчатую пару с внутренним зацеплением с правым направлением винтовой линии зубьев как на статоре 1, так и на роторе 2.In the working section "a", shown in figure 1, the gerotor mechanism with a stator 1 and a rotor 2 located therein is a helical gear pair with internal gearing with the right direction of the helical teeth line on both the stator 1 and the rotor 2.

Поперечный разрез секции рабочих органов «а» показан на фиг.3. Статор установлен с гарантированным зазором в обойме 3, на внутренней поверхности которой имеется обкладка 23 из эластичного материала, например резины. Для смазки рабочей жидкостью корпуса статора 1 при вращении его в обкладке обоймы 3 в обкладке 23 выполнены каналы «д». Кольцевая щель, образованная между трущимися поверхностями корпуса статора 1 и эластичной обкладкой 23 обоймы 3, имеет большое гидравлическое сопротивление, что создает препятствие для протока рабочей жидкости. В обойме 3 установлен плунжер 7, который взаимодействуя с верхним торцом статора 1, ограничивает перемещение статора 1 вверх и, одновременно, перекрывает поток рабочей жидкости по каналам «д» обкладки 23 обоймы 3.A cross section of the section of the working bodies "a" is shown in figure 3. The stator is installed with a guaranteed gap in the cage 3, on the inner surface of which there is a lining 23 made of an elastic material, such as rubber. To lubricate the stator housing 1 with the working fluid during its rotation in the lining of the casing 3 in the lining 23, channels “d” are made. The annular gap formed between the rubbing surfaces of the stator housing 1 and the elastic lining 23 of the cage 3 has a large hydraulic resistance, which creates an obstacle to the flow of the working fluid. In the holder 3, a plunger 7 is installed, which, interacting with the upper end of the stator 1, restricts the movement of the stator 1 upward and, at the same time, blocks the flow of working fluid through the channels “d” of the lining 23 of the holder 3.

Обойма 3 связана с корпусом 15 турбинной секции соединительным переводником 16. На другом конце обоймы 3 установлен верхний переводник 6, имеющий внутри перемычку, в которой выполнены отверстия для протока рабочей жидкости. В центральной части перемычки переводника 6 имеется резьба, в которую ввернут гибкий элемент 5. К нижнему концу гибкого элемента 5 присоединен ротор 2.The holder 3 is connected to the housing 15 of the turbine section by a connecting sub 16. At the other end of the holder 3, an upper sub 6 is installed, having a jumper inside which has openings for the flow of working fluid. In the central part of the bridge of the sub 6 there is a thread into which the flexible element 5 is screwed. A rotor 2 is attached to the lower end of the flexible element 5.

Статор 1 связан с валом 8 турбинной секции «б» муфтой 4 и полумуфтой 14 с применением резьбовых соединений. В муфте 4 выполнены каналы «г» для протока рабочей жидкости.The stator 1 is connected to the shaft 8 of the turbine section "b" by a coupling 4 and a coupling half 14 using threaded connections. In the coupling 4 channels “g” are made for the flow of the working fluid.

В турбинной секции «б», показанной на фиг.1 и фиг.2, на вал 8 устанавливается набор роторов 9 и статоров 10 многоступенчатой турбины, радиальные опоры 13 и вспомогательная осевая опора, состоящая из дисков пяты 11, подпятников 12 и проставочных колец. Установленные на вал 8 детали неподвижно фиксируются осевой силой за счет сжатия пакета деталей на валу при навинчивании полумуфты 14 на резьбу вала 8.In the turbine section "b", shown in figure 1 and figure 2, a set of rotors 9 and stators 10 of a multi-stage turbine, radial bearings 13 and an auxiliary axial bearing consisting of heel disks 11, thrust bearings 12 and spacer rings are mounted on the shaft 8. The parts mounted on the shaft 8 are fixedly fixed by axial force due to compression of the package of parts on the shaft when the coupling half 14 is screwed onto the thread of the shaft 8.

Пакет деталей, собранных на валу 8, устанавливается в корпус 15 турбинной секции «б» и закрепляется от проворота сжатием подпятников 12 и статоров 10 по торцам осевой силой при завинчивании переводников 16 и 22 в корпус 15.A package of parts assembled on the shaft 8 is installed in the housing 15 of the turbine section “b” and secured against rotation by compressing the bearings 12 and stators 10 at the ends with axial force when screwing the adapters 16 and 22 into the housing 15.

При сборке двигателя на буровой вначале к турбинной секции «б» присоединяется шпиндельная секция «в» путем свинчивания резьбового соединения между переводниками 21 и 22, а также состыковкой при этом муфты 19 и полумуфты 20 по шлицам и конусам. Рабочая секция «а» с героторным винтовым механизмом последовательно присоединяется к турбинной секции «б» при навинчивании обоймы 3 на соединительный переводник 16, обеспечивая при этом состыковку муфты 4 и полумуфты 14 по конусно-шлицевому соединению.When assembling the engine on the drilling site, the spindle section “c” is first attached to the turbine section “b” by screwing the threaded connection between the adapters 21 and 22, as well as by joining the coupling 19 and the coupling half 20 along the splines and cones. The working section "a" with a gerotor screw mechanism is sequentially connected to the turbine section "b" when screwing the cage 3 onto the connecting sub 16, while ensuring the coupling of the coupling 4 and the coupling half 14 through a conical-splined connection.

Соединение рабочей секции «а» и турбинной секции «б» может быть выполнено по схеме, приведенной на фиг.4. На вал 8 турбинной секции «б» навинчивается переходник 24 вместо полумуфты 14. Статор 1 присоединяется на резьбе к переходнику 24. При сборке двигателя обойма 3 рабочей секции «а» на резьбе присоединяется к соединительному переводнику 16. Соединение турбинной секции «б» с героторным механизмом производится поэтапно. На переходник 24 навинчивается статор 1, на который устанавливается обойма 3. Обойма 3 навинчивается на соединительный переводник 16. В обойму 3 устанавливается плунжер 7. В ротор 2 ввинчивается гибкий элемент 5, который вторым концом ввинчивается в перемычку верхнего переводника 6. Ротор 2 устанавливается в статор 1, а при завершении сборки рабочей секции «а» верхний переводник 6 завинчивается в обойму 3.The connection of the working section "a" and the turbine section "b" can be performed according to the scheme shown in figure 4. An adapter 24 is screwed onto the shaft 8 of the turbine section “b” instead of the coupling half 14. The stator 1 is connected to the adapter 24 on the thread. When assembling the engine, the cage 3 of the working section “a” on the thread is connected to the connecting sub 16. The connection of the turbine section “b” with the gerotor the mechanism is carried out in stages. A stator 1 is screwed onto the adapter 24, onto which the yoke 3 is installed. The yoke 3 is screwed onto the connecting adapter 16. A plug 7 is installed in the yoke 3. A flexible element 5 is screwed into the rotor 2, and the second end is screwed into the jumper of the upper sub 6. The rotor 2 is installed in the stator 1, and when the assembly of the working section “a” is completed, the upper sub 6 is screwed into a ferrule 3.

Турбовинтовой двигатель спускается в скважину на колонне бурильных труб и при подаче насосной установкой по трубам рабочей жидкости вал двигателя приводится во вращение.A turboprop engine is lowered into the well on a drill pipe string, and when the pump unit feeds the working fluid through the pipes, the engine shaft is rotated.

Рабочая жидкость, прокаченная через винтовую пару «ротор-статор», создает на статоре момент силы, который передается на валы турбинной и шпиндельной секций. Далее поток рабочей жидкости поступает в турбинную секцию и создает в многоступенчатой турбине дополнительный момент силы. Так как поток промывочной жидкости последовательно поступает в рабочую и турбинную секции, их характеристики по развиваемым моментам сил и перепадам давлений при тормозных нагрузках на вал двигателя суммируются.The working fluid pumped through the rotor-stator screw pair creates a moment of force on the stator, which is transmitted to the shafts of the turbine and spindle sections. Further, the flow of the working fluid enters the turbine section and creates an additional moment of force in the multistage turbine. Since the flow of flushing fluid sequentially enters the working and turbine sections, their characteristics are summed up according to the developed moments of forces and pressure drops during braking loads on the motor shaft.

Предлагаемый турбовинтовой забойный двигатель позволяет эффективно его применять при бурении скважин в связи с возможностью реализации на валу двигателя большого момента силы для привода породоразрушающего инструмента при незначительном изменении частоты вращения выходного вала в диапазоне применяемых осевых нагрузок на долото.The proposed turboprop downhole motor allows it to be effectively used when drilling wells in connection with the possibility of realizing a large moment of force on the motor shaft to drive the rock cutting tool with a slight change in the output shaft speed in the range of applied axial loads on the bit.

В двигателе, у которого ротор героторного механизма закреплен на нижнем конце гибкого элемента, а статор в абсолютном движении вращается соосно и одновременно с валом турбинной секции, генератором поперечных колебаний в работающем двигателе будет только ротор. Подвешенный на гибком элементе ротор, имея небольшую массу по сравнению с массой роторной системы винтового героторного двигателя с турбинным активатором, не создает при движении значительных центробежных сил инерции, вызывающих поперечные колебания двигателя.In the engine, in which the rotor of the gerotor mechanism is fixed at the lower end of the flexible element, and the stator in absolute motion rotates coaxially and simultaneously with the shaft of the turbine section, only the rotor will be the generator of lateral vibrations in the running engine. The rotor suspended on a flexible element, having a small mass in comparison with the mass of the rotor system of a screw gerotor engine with a turbine activator, does not create significant centrifugal inertia forces when moving, causing transverse vibrations of the engine.

При жесткой связи статора героторного механизма с валом турбинной секции и шпинделем посредством конусно-шлицевых соединений, крутильные колебания этой системы при работе двигателя сглажены и не оказывают отрицательного воздействия на работу долота. Эффективность процесса бурения и стойкость породоразрушающего инструмента в значительной степени зависит от равномерности вращения выходного вала двигателя.With a rigid connection of the stator of the gerotor mechanism with the shaft of the turbine section and the spindle by means of cone-splined joints, torsional vibrations of this system during engine operation are smoothed and do not adversely affect the operation of the bit. The efficiency of the drilling process and the durability of the rock cutting tool largely depend on the uniformity of rotation of the engine output shaft.

Стабилизация угловой скорости вала турбовинтового двигателя приводит к повышению механической скорости бурения, улучшению качества проводки ствола скважины, а также увеличению долговечности двигателя.Stabilization of the angular velocity of the shaft of a turboprop engine leads to an increase in the mechanical drilling speed, an improvement in the quality of the wellbore wiring, and an increase in engine durability.

В предлагаемом турбовинтовом забойном двигателе, состоящем из шпиндельной и турбинной секций, а также рабочей секции с обоймой, в которой расположен статор героторного механизма, рабочий момент силы передается с вращающегося статора непосредственно на вал турбинной секции и на вал шпиндельной секции без динамических перегрузок. В существующих турбовинтовых двигателях, где в составе рабочей секции имеется героторный механизм и передача момента силы на вал турбинной секции от движущегося ротора осуществляется с применением связующего элемента, а также в двигателе, где на валу рабочей секции, одновременно со ступенями давления турбины-активатора неподвижно закреплен ротор, обкаточное движение ротора по зубьям статора вызывает в этих системах поперечные колебания значительной амплитуды, приводящие к снижению долговечности двигателей и отрицательно воздействующие на породоразрушающий инструмент.In the proposed turboprop downhole motor, consisting of a spindle and turbine sections, as well as a working section with a cage in which the stator of the gerotor mechanism is located, the working moment of force is transmitted from the rotating stator directly to the shaft of the turbine section and to the shaft of the spindle section without dynamic overloads. In existing turboprop engines, where the working section has a gerotor mechanism and the moment of force is transmitted to the shaft of the turbine section from the moving rotor using a connecting element, as well as in the engine, where on the shaft of the working section, simultaneously with the pressure stages of the activator turbine, is fixed the rotor, the rolling movement of the rotor along the teeth of the stator causes transverse vibrations of significant amplitude in these systems, leading to a decrease in the durability of the engines and a negative impact Suitable on the rock cutting tool.

Claims (1)

Турбовинтовой забойный двигатель, включающий героторный механизм объемного действия и турбобур, отличающийся тем, что двигатель оснащен связанной с корпусом турбобура обоймой, имеющей на внутренней поверхности эластичную обкладку, в которой размещен героторный механизм, причем статор героторного механизма посредством конусно-шлицевого соединения, состоящего из муфты и полумуфты, связан с валом турбинной секции турбобура, а взаимодействующий со статором ротор соединен гибким элементом с верхним переводником двигателя.A turboprop downhole motor including a volumetric gerotor mechanism and a turbo-drill, characterized in that the engine is equipped with a ferrule connected to the turbo-drill body, having an elastic lining on the inner surface, in which the gerotor is placed, and the gerotor stator by means of a cone-splined connection consisting of a coupling and a coupling half, connected to the shaft of the turbine section of the turbodrill, and the rotor interacting with the stator is connected by a flexible element to the upper engine sub.
RU2006117889/03A 2006-05-24 2006-05-24 Turbine screw downhole motor RU2295023C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006117889/03A RU2295023C1 (en) 2006-05-24 2006-05-24 Turbine screw downhole motor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006117889/03A RU2295023C1 (en) 2006-05-24 2006-05-24 Turbine screw downhole motor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2295023C1 true RU2295023C1 (en) 2007-03-10

Family

ID=37992512

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006117889/03A RU2295023C1 (en) 2006-05-24 2006-05-24 Turbine screw downhole motor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2295023C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102386692A (en) * 2011-09-02 2012-03-21 西南石油大学 Ball filling screw drill stator and processing technology
CN110593752A (en) * 2019-10-22 2019-12-20 中国地质大学(北京) All-metal downhole power drilling tool based on multi-stage double-plunger-eccentric gear mechanism

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102386692A (en) * 2011-09-02 2012-03-21 西南石油大学 Ball filling screw drill stator and processing technology
CN110593752A (en) * 2019-10-22 2019-12-20 中国地质大学(北京) All-metal downhole power drilling tool based on multi-stage double-plunger-eccentric gear mechanism
CN110593752B (en) * 2019-10-22 2024-03-22 中国地质大学(北京) All-metal underground power drilling tool based on multistage double-plunger-eccentric gear mechanism

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10514033B2 (en) Submersible progressive cavity pump
US3802803A (en) Submersible screw pump
US8388327B2 (en) Progressing cavity pump with several pump sections
RU2629315C2 (en) Rotor bearing for downhole drilling motor with moving cavity
US20110129375A1 (en) Work extraction from downhole progressive cavity devices
US4764094A (en) Screw machine having a plurality of symmetrically arranged rotors
HU184664B (en) Hydraulic drilling motor for deep drilling
WO2009034781A1 (en) Power unit
RU2318135C1 (en) Stator of screw gerotor hydraulic machine
US9470042B2 (en) Down hole harmonic drive transmission
US5407337A (en) Helical gear fluid machine
CA2314350A1 (en) Pump/motor assembly
RU172421U1 (en) Drill string rotator
RU2295023C1 (en) Turbine screw downhole motor
CN107060638B (en) Power device for changing drill bit movement
RU2368752C1 (en) Counter-rotating turboprop engine
RU2161236C1 (en) Turbodrill with reduction gear
RU2387783C1 (en) Screw downhole motor
CN109930986B (en) Oscillating self-pressurizing system
RU2365726C1 (en) Helical downhole motor
RU2248436C1 (en) Face engine
RU2455447C1 (en) Two-shaft hydraulic positive displacement motor
CN113863849B (en) Vibration resisting type screw drill transmission shaft assembly
RU167096U1 (en) WRENCHES OF SUBMERSIBLE CENTRIFUGAL PUMP WITH DRIVE SHAFT
CN2549212Y (en) Oil producing device of electric oil immersed screw rod pump

Legal Events

Date Code Title Description
MZ4A Patent is void

Effective date: 20100407