RU2567123C2

RU2567123C2 - Flexible shaft (versions)

Info

Publication number: RU2567123C2
Application number: RU2014100235/11A
Authority: RU
Inventors: Камиль Мансурович Гарифов; Рафкат Мазитович Рахманов; Фанзат Завдатович Исмагилов; Альберт Хамзеевич Кадыров; Виктор Александрович Балбошин; Николай Анатольевич Воронин; Рубин Мударисович Ахметшин
Original assignee: Публичное акционерное общество "Татнефть" имени В.Д. Шашина; Общество с ограниченной ответственностью "ТаграС-РемСервис"
Priority date: 2014-01-09
Filing date: 2014-01-09
Publication date: 2015-11-10
Also published as: RU2014100235A

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: invention relates to the equipment for oil industry, and is intended for use in the devices for deep perforation of the formations. The flexible shaft containing resilient hose, shell in form of separate cylindrical links with central hole, contacting with each other by end parts by means of the connecting element made out of the interacting links, and core located in the central hole of the links. Under one option each link at the opposite ends is equipped with the connecting element and socket, respectively. The connecting element of each link is made as rectangular shoulder, and socket - in form of slot perpendicular to the shoulder of this link for the analogue shoulder of the contacting link. Under the second option the links are made of two alternating types, one of them are provided at ends with the rectangular installed perpendicular shoulders, and another are provided with sockets made in form of the installed perpendicular slots for the shoulders of the contacting links. The core under both options is made as resilient hose with OD equal to the diameter of the central hole of the link, and is installed in the central hole with longitudinal pre-tension.

EFFECT: shaft return to straight state after bending.

2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к нефтяной промышленности и предназначено для использования в устройствах для глубокой перфорации пластов.The invention relates to the oil industry and is intended for use in devices for deep perforation of formations.

Известен гибкий вал (патент US №4362520, F16C 1/04, F16D 3/18, опубл. 07.12.1982), состоящий из отдельных звеньев, собранных внутри гибкой трубы и взаимодействующих между собой посредством зубьев и ответных им впадин на соседнем звене. Каждое звено имеет по четыре впадины и зуба с каждого из концов, которые передают крутящий момент от привода к сверлу. Изгиб вала осуществляется благодаря наличию зазоров соответствующей формы в соединении зуб - впадина.Known flexible shaft (US patent No. 4362520, F16C 1/04, F16D 3/18, publ. 07.12.1982), consisting of individual links assembled inside a flexible pipe and interacting with each other by means of teeth and their corresponding depressions on an adjacent link. Each link has four cavities and teeth from each of the ends, which transmit torque from the drive to the drill. The shaft is bent due to the presence of gaps of the corresponding shape in the tooth-cavity connection.

Недостатками этого вала являются ограниченность угла поворота звена, т.к. изгиб осуществляется только за счет зазоров, а они не могут быть большими, малый передаваемый крутящий момент из-за наличия зазоров и, соответственно, возможность поломки при повышении крутящего момента, быстрый износ наружной гибкой трубы за счет трения о породу снаружи и звеньями изнутри.The disadvantages of this shaft are the limited angle of rotation of the link, because bending is carried out only due to gaps, and they cannot be large, small transmitted torque due to the presence of gaps and, accordingly, the possibility of breakage with increasing torque, rapid wear of the outer flexible pipe due to friction on the rock from the outside and links from the inside.

Наиболее близок по своей технической сути к предлагаемому гибкий вал (патент РФ №2297558, F16C 01/02, Е21В 43/11, опубл. Бюл. №11 от 20.04.2007), содержащий оболочку, состоящую из отдельных звеньев, соединенных по концам выступами и пазами сложной формы, и проходящий внутри по центральному каналу сердечник в виде гибкого шланга.The closest in its technical essence to the proposed flexible shaft (RF patent No. 2297558, F16C 01/02, ЕВВ 43/11, publ. Bull. No. 11 of 04/20/2007) containing a shell consisting of individual links connected at the ends by protrusions and grooves of complex shape, and the core passing inside the central channel in the form of a flexible hose.

Недостатками вала являются сложность в изготовлении конструкции его звена из-за сложной формы паза и ответного ему зуба, сложность сборки, т.к. звенья соединяют сначала между собой, а затем в них продевают сердечник, недостаточная гибкость вала из-за того, что изгиб осуществляется за счет зазора в соединении. К тому же поворот во взаимно перпендикулярных плоскостях между звеньями осуществляется на разных концах звена, что также ухудшает гибкость вала.The disadvantages of the shaft are the difficulty in manufacturing the design of its link due to the complex shape of the groove and the tooth reciprocal to it, the complexity of the assembly, because the links are first connected to each other, and then a core is threaded through them, insufficient shaft flexibility due to the bending due to the gap in the connection. In addition, rotation in mutually perpendicular planes between the links is carried out at different ends of the link, which also impairs the flexibility of the shaft.

Техническими задачами, решаемыми предлагаемым гибким валом, являются придание натянутому упругому шлангу стремления возвратить вал к прямолинейному состоянию и упрощение конструкции звеньев.The technical problems solved by the proposed flexible shaft are to give the stretched elastic hose the tendency to return the shaft to a rectilinear state and simplify the design of the links.

Указанная задача решается предлагаемым гибким валом, оболочку в виде отдельных цилиндрических звеньев с центральным отверстием, контактирующих друг с другом концевыми частями посредством соединительного элемента, выполненного на одной из концевых частей звена, и гнезда, выполненного на другой его концевой части, с возможностью ограниченного пространственного перемещения при этом звеньев относительно друг друга в плоскости, проходящей через оси вала и симметрии соответствующего соединения выступ - гнездо, и сердечник, размещенный в центральном отверстии звеньев.This problem is solved by the proposed flexible shaft, the shell in the form of individual cylindrical links with a Central hole in contact with each other by the end parts by means of a connecting element made on one of the end parts of the link, and a socket made on its other end part, with limited spatial movement while the links are relative to each other in a plane passing through the axis of the shaft and the symmetry of the corresponding connection, the protrusion is a socket, and the core is placed in ntralnom hole links.

Новым является то, что соединительный элемент каждого звена выполнен в виде прямоугольного выступа, а гнездо - в виде расположенного перпендикулярно выступу этого звена паза под аналогичный выступ контактирующего звена, при этом сердечник выполнен в виде упругого шланга с наружным диаметром, равным диаметру центрального отверстия звена, и установленным в центральном отверстии с предварительным продольным натяжением.What is new is that the connecting element of each link is made in the form of a rectangular protrusion, and the socket is in the form of a groove located perpendicular to the protrusion of this link for a similar protrusion of the contacting link, while the core is made in the form of an elastic hose with an outer diameter equal to the diameter of the central hole of the link, and installed in the Central hole with a preliminary longitudinal tension.

Указанные задачи решаются также гибким валом, содержащим оболочку в виде отдельных цилиндрических звеньев с центральным отверстием, контактирующих друг с другом концевыми частями посредством соединительного элемента, выполненного из взаимодействующих с возможностью ограниченного пространственного перемещения звеньев относительно друг друга на торцевых частях звеньев выступов и гнезд в плоскости, проходящей через оси вала и симметрии соответствующего соединения выступ - гнездо, и сердечник, размещенный в центральном отверстии звеньев.These problems are also solved by a flexible shaft containing a shell in the form of individual cylindrical links with a central hole contacting each other with end parts by means of a connecting element made of interacting with the possibility of limited spatial movement of the links relative to each other on the end parts of the links of the protrusions and sockets in the plane, passing through the axis of the shaft and the symmetry of the corresponding connection, the protrusion - socket, and the core placed in the Central hole b EB.

Новым является то, что звенья выполнены двух чередующихся видов, одни из которых оснащены на торцах прямоугольными перпендикулярно размещенными выступами, а вторые - гнездами, выполненными в виде размешенных перпендикулярно пазов под выступы контактирующих звеньев, при этом сердечник выполнен в виде упругого шланга с наружным диаметром, равным диаметру центрального отверстия звена, и установлен в центральном отверстии с предварительным продольным натяжением.The new one is that the links are made of two alternating types, one of which is equipped with rectangular perpendicular protrusions on the ends, and the second with nests made in the form of grooves perpendicular to the protrusions of the contacting links, the core being made in the form of an elastic hose with an outer diameter, equal to the diameter of the Central hole of the link, and is installed in the Central hole with a preliminary longitudinal tension.

На фиг. 1 изображен гибкий вал с одинаковыми звеньями в сборе.In FIG. 1 shows a flexible shaft with identical assemblies.

На фиг. 2 изображено взаимодействие звеньев этого вала.In FIG. 2 shows the interaction of the links of this shaft.

На фиг. 3 изображен гибкий вал с двумя видами звеньев в сборе.In FIG. 3 shows a flexible shaft with two types of links assembly.

На фиг. 4 изображено взаимодействие звеньев этого вала.In FIG. 4 shows the interaction of the links of this shaft.

Гибкий вал (см. фиг. 1) содержит упругий шланг 1, на который центральными отверстиями 2 надеты звенья 3 с выступом 4 на одном конце и равным ему по ширине пазом 5 на другом конце. Причем выступ 4 одного звена 3 вставлен в паз 5 следующего и предыдущего звена 3.The flexible shaft (see Fig. 1) contains an elastic hose 1, on which the central holes 2 are fitted with links 3 with a protrusion 4 at one end and a groove 5 equal in width to it at the other end. Moreover, the protrusion 4 of one link 3 is inserted into the groove 5 of the next and previous link 3.

Шланг 1 одним концом соединен со сверлом 6, а другим - с жестким полым валом 7, взаимодействующим через другие валы с приводом (на чертеже не показаны).A hose 1 is connected at one end to a drill 6, and at the other end to a rigid hollow shaft 7 interacting through other shafts with a drive (not shown).

Шланг 1 выполнен упругим, например, из резины или полимера с кордом, и его соединение со сверлом 6 и валом 7 выполнено с растяжением. Сверло 6 снабжено отверстием 8, сообщенным со шлангом 1.The hose 1 is made elastic, for example, from rubber or polymer with a cord, and its connection with the drill 6 and the shaft 7 is made with tension. The drill 6 is provided with a hole 8 in communication with the hose 1.

Выступ 4 каждого звена 3 (см. фиг. 2) имеет опорный торец 9 с наружной кромкой 10, а паз 5 - дно 11 с наружной кромкой 12. Расстояние между опорными торцами - l₁.The protrusion 4 of each link 3 (see Fig. 2) has a supporting end 9 with an outer edge 10, and a groove 5 has a bottom 11 with an outer edge 12. The distance between the supporting ends is l ₁ .

Гибкий вал (см. фиг. 3) по второму варианту также содержит упругий шланг 1, на который надеты два вида звеньев: звено 13 со взаимно перпендикулярными выступами 4 с обоих концов и звено 14 со взаимно перпендикулярными пазами 5 с обоих концов, которые размещены поочередно с взаимодействием выступов 4 звеньев 13 с пазами 5 звеньев 14.The flexible shaft (see Fig. 3) according to the second embodiment also contains an elastic hose 1, on which two types of links are worn: link 13 with mutually perpendicular protrusions 4 at both ends and link 14 with mutually perpendicular grooves 5 at both ends, which are placed alternately with the interaction of the protrusions of 4 links 13 with the grooves of 5 links 14.

В остальном конструкции валов на фиг. 1 и 3 не отличаются.In the rest of the shaft structure of FIG. 1 and 3 are no different.

Выступ 4 каждого звена 13 (см. фиг. 4) также опорный торец 9 с наружной кромкой, а паз 5 звена 14 - дно 11 с наружной кромкой 12.The protrusion 4 of each link 13 (see Fig. 4) is also a support end 9 with an outer edge, and the groove 5 of the link 14 is the bottom 11 with the outer edge 12.

А расстояние между опорными торцами 9, которое, по сути, совпадает с расстоянием между дном 11 пазов 5 звена 14 - l₂.And the distance between the supporting ends 9, which, in fact, coincides with the distance between the bottom 11 of the grooves 5 of the link 14 - l ₂ .

Работает гибкий вал следующим образом.The flexible shaft operates as follows.

При сборке вала (см. фиг. 1) упругий шланг 1 соединяют со сверлом 6, нанизывают отверстием 2 звенья 3 через свободный конец шланга 1 так, чтобы выступы 4 вошли в пазы 5, гибкий вал принимает прямое положение. Центрирование звеньев 3 между собой осуществляется при взаимодействии отверстий 2 со шлангом 1.When assembling the shaft (see Fig. 1), the elastic hose 1 is connected to the drill 6, stringed by the hole 2 of the links 3 through the free end of the hose 1 so that the protrusions 4 enter the grooves 5, the flexible shaft takes a straight position. The centering of the links 3 among themselves is carried out by the interaction of the holes 2 with the hose 1.

При сверлении отверстий в продуктивном пласте двигатель гидравлический или электрический (не показан) передает вращение на гибкий вал через жесткий полый вал 7. Через него же поступает внутрь шланга 1 жидкость для охлаждения сверла 6 и выноса шлама, образующегося при сверлении.When drilling holes in the reservoir, a hydraulic or electric motor (not shown) transmits rotation to the flexible shaft through a rigid hollow shaft 7. Through it, fluid is supplied into the hose 1 to cool the drill 6 and carry out the cuttings generated during drilling.

Двигатель размещен соосно со скважиной (не показана), а сверлить перфорационные каналы нужно перпендикулярно ее оси, поэтому применяют поворотный канал (показан), в котором гибкий вал поворачивает на 90°.The engine is placed coaxially with the well (not shown), and the perforation channels need to be drilled perpendicular to its axis, therefore a rotary channel (shown) is used, in which the flexible shaft rotates 90 °.

При прохождении гибкого вала через поворотный канал (на фигурах не показан) он изгибается, благодаря повороту выступов 4 в пазу 5. При этом изгиб в одной продольной относительного гибкого вала плоскости происходит по выступу 4, а в другой перпендикулярной плоскости - по пазу 5 одного и того же звена 3. Суммарный изгиб в двух плоскостях позволяет гибкому валу изгибаться в любой продольной валу плоскости и с вращением проходить через поворотный канал.When the flexible shaft passes through the rotary channel (not shown in the figures), it bends due to the rotation of the protrusions 4 in the groove 5. In this case, bending in one longitudinal relative flexible shaft of the plane occurs along the protrusion 4, and in the other perpendicular plane along the groove 5 of one and of the same link 3. The total bending in two planes allows the flexible shaft to bend in any longitudinal shaft of the plane and pass through the rotary channel with rotation.

Поскольку звенья 3 не могут смещаться поперек шланга 1, поворот звеньев в обеих плоскостях происходит относительно кромок 10 и 11 (фиг. 2) выступа 4 и паза 5, соответственно, т.е. оси поворота в двух взаимно перпендикулярных продольных плоскостях удалены друг от друга на расстоянии l₁.Since the links 3 cannot be displaced across the hose 1, the rotation of the links in both planes occurs relative to the edges 10 and 11 (Fig. 2) of the protrusion 4 and the groove 5, respectively, i.e. rotation axis in two mutually perpendicular longitudinal planes are removed from each other at a distance l ₁ .

При повороте звеньев 3 происходит дополнительное натяжение упругого шланга 1, поэтому после выхода гибкого вала из поворотного канала упругий шланг 1 возвращает его в прямолинейное состояние, и сверло 6 сверлит прямое перпендикулярное оси скважины отверстие (не показано). Жидкость, закачиваемая через вал 7, проходит через шланг 1 и отверстие в сверле 6, вынося с собой шлам в скважину.When the links 3 are rotated, an additional tension of the elastic hose 1 takes place, therefore, after the flexible shaft leaves the rotary channel, the elastic hose 1 returns it to a straight state, and the drill 6 drills a hole (not shown) that is perpendicular to the axis of the well. The fluid pumped through the shaft 7 passes through the hose 1 and the hole in the drill 6, taking out the sludge into the well.

На прямолинейных участках вал вращается без зазора в соединениях пазов 5 и выступов 4. Зазоры появляются между торцами 9, выступов 4 и дном 11 пазов 5 при движении в поворотном канале, т.е. когда вал изогнут. Но зазоры между торцами 9, выступов 4 и дном 11 пазов 5 динамичные - в течение одного оборота они проходят стадии от максимально закрытого до открытого состояний, поэтому шлам в них не накапливается.In straight sections, the shaft rotates without a gap in the joints of grooves 5 and protrusions 4. Gaps appear between the ends 9, protrusions 4 and the bottom 11 of the grooves 5 when moving in a rotary channel, i.e. when the shaft is bent. But the gaps between the ends 9, the protrusions 4 and the bottom 11 of the grooves 5 are dynamic - during one revolution they go through the stages from the maximum closed to the open state, so the sludge does not accumulate in them.

Для беспрепятственного выноса шлама и свободного вращения гибкого вала сверло 6 изготавливают большего диаметра, чем наружный диаметр звеньев 3.For the smooth removal of sludge and free rotation of the flexible shaft, drill 6 is made of a larger diameter than the outer diameter of the links 3.

Гибкий вал с двумя видами звеньев 13 (фиг. 3) и 14 собирают также как и со звеньями 3: нанизывая поочередно звенья 13 и 14 на соединенный со сверлом 6 шланг 1. При этом выступы 4 звена 12 вставляют в пазы 5 звена 13. Заканчивают сборку также натяжением шланга 1 и присоединением вала 7.A flexible shaft with two types of links 13 (Fig. 3) and 14 is assembled as well as with links 3: stringing the links 13 and 14 alternately onto the hose 1 connected to the drill 6. In this case, the tabs 4 of the link 12 are inserted into the grooves of the 5 link 13. End assembly also by tensioning the hose 1 and connecting the shaft 7.

Дальнейшая работа гибкого шланга не отличается от работы предыдущего. Но обе оси поворота звеньев 12 (фиг. 4) и 13 находятся на звене 15 на расстоянии друг от друга l₂.Further work of the flexible hose does not differ from the work of the previous one. But both axis of rotation of the links 12 (Fig. 4) and 13 are on the link 15 at a distance from each other l ₂ .

Таким образом, предлагаемый гибкий вал легко собирается нанизыванием звеньев 3 (фиг. 1) или 12 (фиг. 3) и 13 на шланг 1. Предлагаемый гибкий вал (работает без засорения, и легко может быть извлечен после окончания работ). Звенья 3 (фиг. 1) или 13 (фиг. 3) и 14 легко изготовить на токарном и фрезерном станках.Thus, the proposed flexible shaft is easily assembled by stringing links 3 (Fig. 1) or 12 (Fig. 3) and 13 onto the hose 1. The proposed flexible shaft (works without clogging, and can easily be removed after completion of work). Links 3 (Fig. 1) or 13 (Fig. 3) and 14 are easy to manufacture on turning and milling machines.

Поворот в каждом соединении звеньев 3 (фиг. 1) ограничен лишь глубиной пазов 5 и длиной соответствующих им выступов 4.The rotation in each connection of the links 3 (Fig. 1) is limited only by the depth of the grooves 5 and the length of the protrusions 4 corresponding to them.

Преимуществом второго гибкого вала над первым является близость осей поворота во взаимно перпендикулярных продольных плоскостях звеньев 13 (фиг. 3) и 14 друг от друга, чем ближе эти оси, тем выше гибкость вала. Звенья 13 и 14 могут быть изготовлены так, что эти оси окажутся в одной поперечной валу плоскости, как в крестовине у шарнира Гука.The advantage of the second flexible shaft over the first is the proximity of the axis of rotation in mutually perpendicular longitudinal planes of the links 13 (Fig. 3) and 14 from each other, the closer these axes, the higher the flexibility of the shaft. Links 13 and 14 can be made so that these axes are in the same transverse shaft of the plane, as in the cross at the Hook joint.

Предлагаемый гибкий вал за счет специфичной конструкции звеньев прост в изготовлении, сборке и гораздо гибче при работе по отношению к аналогичным устройствам.The proposed flexible shaft due to the specific design of the links is easy to manufacture, assemble and much more flexible when working in relation to similar devices.

Claims

1. A flexible shaft containing a shell in the form of individual cylindrical links with a central hole contacting each other with end parts by means of a connecting element made on one of the end parts of the link and a socket made on its other end part, with the possibility of limited spatial movement with this links relative to each other in a plane passing through the axis of the shaft and the symmetry of the corresponding connection, the protrusion is a socket, and the core is placed in the Central hole of the links, characterized in that the connecting element of each link is made in the form of a rectangular protrusion, and the socket is in the form of a groove located perpendicular to the protrusion of this link under a similar protrusion of the contacting link, wherein the core is made in the form of an elastic hose with an outer diameter equal to the diameter of the central hole of the link, and installed in the central hole with pre-longitudinal tension.

2. A flexible shaft containing a shell in the form of separate cylindrical links with a central hole contacting each other with end parts by means of a connecting element made of interacting with the possibility of limited spatial movement of the links relative to each other on the end parts of the links of the protrusions and sockets in the plane passing through the axis of the shaft and the symmetry of the corresponding connection, the protrusion is a socket, and the core is located in the Central hole of the links, characterized in that the links made of two alternating types, one of which is equipped on the ends with rectangular perpendicularly placed protrusions, and the second - nests made in the form of grooves placed perpendicular to the protrusions of the contacting links, the core being made in the form of an elastic hose with an outer diameter equal to the diameter of the central hole of the link, and installed in the Central hole with a preliminary longitudinal tension.