RU2386003C1 - Gerotor hydraulic motor - Google Patents
Gerotor hydraulic motor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2386003C1 RU2386003C1 RU2008126701/03A RU2008126701A RU2386003C1 RU 2386003 C1 RU2386003 C1 RU 2386003C1 RU 2008126701/03 A RU2008126701/03 A RU 2008126701/03A RU 2008126701 A RU2008126701 A RU 2008126701A RU 2386003 C1 RU2386003 C1 RU 2386003C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- thread
- threaded
- coupling
- turn
- rotor
- Prior art date
Links
- 210000002445 nipple Anatomy 0.000 claims abstract description 68
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 claims abstract description 9
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 claims abstract description 9
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 6
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 90
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 90
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 90
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 4
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 4
- 230000002085 persistent effect Effects 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 10
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 5
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 5
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 4
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 3
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 3
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000003209 petroleum derivative Substances 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Rotary Pumps (AREA)
- Hydraulic Motors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам приводов вращения, размещаемых в скважине, и может быть использовано в героторных винтовых гидравлических двигателях и турбобурах для вращения ротора с долотом от насосной подачи текучей среды, предназначенных для бурения нефтяных и газовых скважин.The invention relates to rotary drive devices located in a well, and can be used in gerotor screw hydraulic motors and turbodrills for rotating a rotor with a bit from a pumped fluid supply, intended for drilling oil and gas wells.
Известен керноотборный снаряд, содержащий корпус, выполненный, по меньшей мере, из двух трубчатых модулей, каждый из которых соединен резьбами с центраторами, а число центраторов на единицу больше числа трубчатых модулей корпуса, верхний переводник, нижний переводник для соединения с бурильной головкой, расположенный внутри корпуса керноприемник, выполненный, по меньшей мере, из двух трубчатых секций, каждая из которых соединена резьбами с керноприемными муфтами, керноприемник содержит в верхней части регулируемую подвеску, выполненную в виде полого резьбового трубчатого элемента со сквозными окнами, сообщающими полость бурильных труб с полостью между корпусом и трубчатыми секциями керноприемника, седло клапана и шар, а в нижней части - устройство отделения керна от забоя, включающее цанговый и рычажковый кернорватели, размещенные в гильзе, соединенной с нижней частью керноприемника, при этом он снабжен опорой вращения в верхней части керноприемника, герметично изолированной от полостей трубчатых секций керноприемника и корпуса и выполненной с упругим осевым демпфером, верхний переводник выполнен с возможностью соединения с колонной бурильных труб или со шпинделем многозаходного винтового гороторного двигателя, седло клапана и шар размещены между регулируемой подвеской и опорой вращения, а регулируемая подвеска, опора вращения и устройство отделения керна от забоя выполнены в виде соединенных между собой сборочных модулей (RU 2315851 С2, 27.01.2007).Known core sample containing a housing made of at least two tubular modules, each of which is threaded to centralizers, and the number of centralizers is one greater than the number of tubular modules of the housing, the upper sub, the lower sub for connecting with the drill head, located inside The core receiver, made of at least two tubular sections, each of which is connected by threads with core-receiving couplings, the core receiver contains an adjustable suspension in the upper part, made in the form of a hollow threaded tubular element with through holes communicating a cavity of drill pipes with a cavity between the body and the tubular sections of the core receiver, a valve seat and a ball, and in the lower part there is a device for separating the core from the bottom, including a collet and lever core holes, located in a sleeve connected with the lower part of the core receiver, while it is provided with a rotation support in the upper part of the core receiver, hermetically isolated from the cavities of the tubular sections of the core receiver and the housing and made with an elastic axial damper ohm, the upper sub is made with the possibility of connecting with a drill pipe string or with a spindle of a multi-start rotary screw motor, the valve seat and ball are placed between the adjustable suspension and the rotation support, and the adjustable suspension, rotation support and the core separation device from the bottom are made in the form of interconnected assembly modules (RU 2315851 C2, 01/27/2007).
Керноотборный снаряд содержит корпус 1, выполненный из двух трубчатых модулей 2, 3, каждый из которых соединен резьбами 4, 5 с центраторами соответственно 6 и 7, а также 7 и 8, при этом число центраторов 6, 7, 8 на единицу больше числа трубчатых модулей 2, 3 корпуса 1, а также содержит верхний переводник 9, нижний переводник 10 для соединения с бурильной головкой 11, расположенный внутри корпуса 1 керноприемник 12, выполненный, по меньшей мере, из двух трубчатых секций 13, 14, каждая из которых соединена резьбами 15, 16 с керноприемными муфтами соответственно 17, 18, а также 18, 19, показано на фиг.1.The core sample contains a housing 1 made of two tubular modules 2, 3, each of which is connected by
В известной конструкции резьбовые конические соединения, например, 4, 5 выполнены двухупорными по торцам, при этом канавки для выхода инструмента для нарезки резьб за последними витками резьб ("зарезьбовые" канавки) расположены в плоскости максимальных напряжений, например, в плоскости первых нерабочих ("свободных") витков резьбы муфты (по которым и происходит разрушение), ближайших к упорному торцу ниппеля, по существу - в плоскости упорных торцов резьб, что не позволяет уменьшать максимальное значение эквивалентных напряжений (по Мизесу), повышать прочность резьбовых соединений и увеличивать передаваемый крутящий момент.In the known construction, threaded conical connections, for example, 4, 5, are made double-stop at the ends, while the grooves for the outlet of the tool for threading behind the last turns of threads ("threaded" grooves) are located in the plane of maximum stresses, for example, in the plane of the first non-working (" free ") turns of the coupling thread (along which destruction occurs) closest to the thrust end of the nipple, essentially in the plane of the thrust end faces of the threads, which does not allow to reduce the maximum value of equivalent stresses (according to Mises), ovyshat durability of threaded connections and increase the transmission torque.
Известен гидравлический демпфер ударов (в скважине) с азотным стабилизатором, в котором резьбовое соединение деталей 164 и 154 выполнено двухупорным по торцам, при этом упорные торцы большего диаметра выполнены в форме конуса, упорные торцы меньшего диаметра расположены каждый под прямым углом к центральной продольной оси, а со стороны больших упорных торцов выполнены центрирующие пояски и кольцевая канавка с кольцом-уплотнителем 180 (US 5133419, Jul. 28, 1992).A hydraulic shock absorber (in the well) with a nitrogen stabilizer is known, in which the threaded connection of the parts 164 and 154 is made double-stop at the ends, while the stop ends of a larger diameter are made in the shape of a cone, the stop ends of a smaller diameter are each at right angles to the central longitudinal axis, and from the side of the large thrust ends, centering belts and an annular groove with a sealing ring 180 are made (US 5133419, Jul. 28, 1992).
Недостатком известной конструкции является неполная возможность повышения предельного момента затяжки резьбового соединения, предотвращения увеличения наружного диаметра муфтового резьбового соединения (кольцевого силового пояса) вблизи упорных торцов, предотвращения отказов и аварий вследствие отворачивания резьбового соединения при использовании его, например, для соединения с ротором гидравлического забойного двигателя, в котором ротор совершает планетарное вращение, вращение вокруг собственной центральной продольной оси, а также передает крутящий моменты через приводной вал и вал шпинделя долоту для бурения скважин.A disadvantage of the known design is the incomplete possibility of increasing the tightening torque of the threaded connection, preventing an increase in the outer diameter of the threaded coupling (ring power belt) near the thrust ends, preventing failures and accidents due to loosening of the threaded connection when using it, for example, to connect to the rotor of a hydraulic downhole motor , in which the rotor performs planetary rotation, rotation around its own central longitudinal axis, and also transmits torques through the drive shaft and spindle shaft to the drill bit.
В известной конструкции резьбовое цилиндрическое соединение деталей 154 и 164 выполнено двухупорными по торцам, при этом канавка для выхода инструмента для нарезки резьбы за последним витком резьбы в детали 154 и кольцевая канавка для уплотнительного кольца 180 расположены с выступом, по существу, на большем диаметре центрирующих поясков, чем наружный диаметр резьбы детали 154, в плоскости максимальных напряжений, по существу, в плоскости крайнего нерабочего витка резьбы, ближайшего к наружному упорному торцу детали 164, что не позволяет уменьшать максимальное значение эквивалентных напряжений (по Мизесу), повышать прочность резьбового соединения и увеличивать передаваемый крутящий момент, например, для соединения с ротором гидравлического забойного двигателя, в котором ротор совершает планетарное вращение, вращение вокруг собственной центральной продольной оси, а также передает крутящий моменты через приводной вал и вал шпинделя долоту для бурения скважин.In the known construction, the threaded cylindrical connection of the parts 154 and 164 is made double-faced at the ends, while the groove for the tool for threading beyond the last thread in the part 154 and the annular groove for the sealing ring 180 are located with a protrusion essentially on the larger diameter of the centering belts than the outer diameter of the thread of the part 154, in the plane of maximum stresses, essentially, in the plane of the dead end of the thread closest to the outer thrust end of the part 164, which does not allow reducing the maximum value of equivalent stresses (according to Mises), increase the strength of the threaded connection and increase the transmitted torque, for example, for connecting to the rotor of a hydraulic downhole motor in which the rotor performs planetary rotation, rotation around its own central longitudinal axis, and also transmits torque through drive shaft and spindle shaft bit for drilling wells.
Наиболее близким к заявляемой конструкции является героторный гидравлический двигатель, содержащий полый корпус, размещенный внутри него многозаходный винтовой героторный механизм, включающий статор и установленный внутри статора ротор, а также шпиндель, соединенный приводным валом с ротором, а на выходе - с долотом, при этом полый корпус снабжен резьбовым переходником для соединения с колонной бурильных труб и несколькими резьбовыми переводниками, например, с изогнутой центральной осью, соединяющими полый корпус со шпинделем, отношение минимальной площади опасного сечения стенок резьбового переходника со стороны его соединения с полым корпусом и (или) полого корпуса в его соединении с резьбовым переходником составляет 0,55…0,85 от минимальной площади опасного сечения стенок резьбового переходника со стороны его соединения с колонной бурильных труб и (или) бурильной трубы и (или) другого резьбового элемента, расположенного со стороны бурильных труб, соединяемого с этим резьбовым переходником, при этом внутренний канал резьбового переходника выполнен с ловильным торцом, направленным к бурильной трубе, внутри резьбового переходника размещен резьбовой плунжер, одним краем скрепленный с ротором, а на другом краю резьбового плунжера закреплено ловильное кольцо (RU 2292436 С1, 27.01.2007).Closest to the claimed design is a gerotor hydraulic motor containing a hollow casing, a multi-start screw gerotor mechanism located inside it, including a stator and a rotor installed inside the stator, as well as a spindle connected by a drive shaft to the rotor, and at the output, with a chisel, while the housing is equipped with a threaded adapter for connection with a drill pipe string and several threaded adapters, for example, with a curved central axis connecting the hollow housing with the spindle, the minimum area of the dangerous section of the walls of the threaded adapter from the side of its connection with the hollow body and (or) the hollow body in its connection with the threaded adapter is 0.55 ... 0.85 of the minimum area of the dangerous section of the walls of the threaded adapter from the side of its connection to the drill string pipes and (or) a drill pipe and (or) another threaded element located on the side of the drill pipe connected to this threaded adapter, while the internal channel of the threaded adapter is made with a fishing end m, directed to the drill pipe, a threaded plunger is placed inside the threaded adapter, fastened with a rotor at one edge, and a fishing ring is fixed at the other end of the threaded plunger (RU 2292436 C1, 01/27/2007).
В известной конструкции резьбовое коническое соединение, например, выходной части карданного вала 8 и входной части вала шпинделя 5 выполнено двухупорным по торцам, но без дополнительной центровки, с использованием регулировочных колец, размещенных на валу шпинделя 5, при этом канавка для выхода инструмента для нарезки резьбы в ниппеле (валу 5) за последним витком резьбы ("зарезьбовая" канавка) расположена в плоскости максимальных напряжений, по существу, в плоскости крайнего нерабочего ("свободного") витка резьбы, ближайшего к упорному торцу регулировочного кольца, что не позволяет уменьшать максимальное значение эквивалентных напряжений (по Мизесу), повышать прочность резьбовых соединений и увеличивать передаваемый крутящий момент.In the known construction, a threaded conical connection, for example, of the output part of the driveshaft 8 and the input part of the
Повышенные напряжения в вышеуказанной области обусловлены, по существу, двумя факторами:Elevated stresses in the above region are due, essentially, to two factors:
- наличием концентратора напряжений в виде свободной от силовых связей с ниппелем резьбовой канавки или проточки для сбега резьбы;- the presence of a stress concentrator in the form of a threaded groove or groove for thread removal free from power connections with the nipple;
- резким изменением крутильной и изгибной жесткости в месте перехода от соединения муфты с ниппелем, связанными силовыми взаимодействиями в резьбе в одно целое, и выполняющего роль жесткой заделки по отношению к свободной части муфты со сравнительно тонкой стенкой.- a sharp change in torsional and bending stiffness at the point of transition from the coupling of the coupling with the nipple, connected by force interactions in the thread as a whole, and acting as a rigid seal with respect to the free part of the coupling with a relatively thin wall.
Недостатком известной конструкции является неполная возможность повышения предельного момента затяжки резьбовых соединений, предотвращения увеличения наружного диаметра муфтовых резьбовых соединений (кольцевых силовых поясов) вблизи упорных торцов, что не позволяет уменьшать максимальное значение эквивалентных напряжений (по Мизесу), повышать прочность резьбового соединения и увеличивать передаваемый крутящий момент, например, от ротора двигателя к приводному валу, валу шпинделя и долоту для бурения скважин, а также неполная возможность предотвращения отказов и аварий вследствие отворачивания резьбовых соединений для вращающихся с долотом компоновок ротора двигателя в скважине.A disadvantage of the known design is the incomplete possibility of increasing the tightening torque of threaded joints, preventing an increase in the outer diameter of the coupling threaded joints (ring power belts) near the thrust ends, which does not allow reducing the maximum value of equivalent stresses (according to Mises), increasing the strength of the threaded joint and increasing the transmitted torque moment, for example, from the rotor of the engine to the drive shaft, spindle shaft and bit for drilling wells, as well as an incomplete the ability to prevent failures and accidents due to loosening of threaded joints for the rotor assemblies of a rotor of an engine in a well rotating with a chisel.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение надежности и ресурса героторных гидравлических двигателей, увеличение крутящего момента, передаваемого от ротора двигателя к долоту за счет уменьшения максимальных значений эквивалентных напряжений, повышения прочности резьбовых соединений и предельного момента затяжки резьбовых соединений путем расположения на определенном относительно друг друга расстоянии вдоль центральной продольной оси плоскостей максимальных значений эквивалентных напряжений, обусловленных, по существу, двумя факторами:The technical problem to which the claimed invention is directed is to increase the reliability and service life of gerotor hydraulic motors, increase the torque transmitted from the motor rotor to the bit by reducing the maximum equivalent stresses, increasing the strength of the threaded joints and the ultimate tightening torque of the threaded joints by defined relative to each other distance along the central longitudinal axis of the planes of maximum values equivalent stresses caused by essentially two factors:
- наличием концентратора напряжений в виде свободной от силовых связей с ниппелем резьбовой канавки или проточки для сбега резьбы;- the presence of a stress concentrator in the form of a threaded groove or groove for thread removal free from power connections with the nipple;
- резким изменением крутильной и изгибной жесткости в месте перехода от соединения муфты с ниппелем, связанными силовыми взаимодействиями в резьбе в одно целое, и выполняющего роль жесткой заделки по отношению к свободной части муфты со сравнительно тонкой стенкой.- a sharp change in torsional and bending stiffness at the point of transition from the coupling of the coupling with the nipple, connected by force interactions in the thread as a whole, and acting as a rigid seal with respect to the free part of the coupling with a relatively thin wall.
Другой технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является обеспечение экономических преимуществ вследствие повышения передаваемого крутящего момента от ротора двигателя к долоту для бурения скважин двигателем с увеличенным крутящим моментом героторных рабочих пар (с другим числом заходов), предотвращения отказов и аварий вследствие отворачивания резьбовых соединений вращающихся компоновок ротора двигателя с долотом в скважине.Another technical problem to be solved by the claimed invention is aimed at providing economic advantages due to an increase in the transmitted torque from the engine rotor to the bit for drilling wells with an engine with increased torque of the gerotor working pairs (with a different number of starts), prevention of failures and accidents due to loosening of the threaded joints of rotary engine rotor assemblies with a chisel in a well.
Сущность технического решения заключается в том, что в героторном гидравлическом двигателе, содержащем трубчатый корпус, размещенный внутри него многозаходный винтовой героторный механизм, включающий статор с обкладкой из эластомера и установленный в статоре ротор, а также шпиндель с долотом и приводной вал, содержащие, по меньшей мере, одну цилиндрическую наружную резьбу (ниппель) и, по меньшей мере, одну цилиндрическую внутреннюю резьбу (муфту), соединенные между собой, корпус снабжен резьбовым переходником для соединения с колонной бурильных труб и несколькими резьбовыми переводниками, например, с изогнутой центральной осью, соединяющими корпус со шпинделем, внутренний канал резьбового переходника выполнен с ловильным торцом, внутри резьбового переходника размещен резьбовой плунжер, одним краем скрепленный с ротором, а на другом краю плунжера закреплено ловильное кольцо, согласно изобретению по меньшей мере, одно резьбовое соединение с наружной и внутренней цилиндрическими резьбами для передачи крутящего момента, например, от ротора двигателя через приводной вал и вал шпинделя к долоту содержит две пары упорных торцов, первая пара упорных торцов расположена перед первым витком наружной цилиндрической резьбы ниппеля, вторая пара упорных торцов расположена перед первым витком внутренней цилиндрической резьбы муфты и содержит в муфте перед первым витком внутренней цилиндрической резьбы охватывающую центрирующую поверхность, а также содержит в ниппеле за последним витком резьбы зарезьбовую канавку и примыкающую к ней охватываемую центрирующую поверхность, при этом минимальное расстояние между упорным торцом муфты, расположенным со стороны первого витка внутренней цилиндрической резьбы, и первым витком внутренней цилиндрической резьбы равно половине среднего диаметра цилиндрической резьбы резьбового соединения, а максимальное расстояние между упорным торцом муфты, расположенным со стороны первого витка внутренней цилиндрической резьбы, и первым витком внутренней цилиндрической резьбы равно среднему диаметру цилиндрической резьбы резьбового соединения.The essence of the technical solution lies in the fact that in a gerotor hydraulic motor containing a tubular housing, a multi-start screw gerotor mechanism located inside it, including a stator with an elastomer lining and a rotor installed in the stator, as well as a spindle with a chisel and a drive shaft, containing at least at least one cylindrical external thread (nipple) and at least one cylindrical internal thread (sleeve) connected to each other, the housing is equipped with a threaded adapter for connection with the column b pipe and several threaded adapters, for example, with a curved central axis connecting the body to the spindle, the internal channel of the threaded adapter is made with a fishing end, a threaded plunger is placed inside the threaded adapter, fastened with a rotor to one edge, and a fishing ring is fixed on the other edge of the plunger, according to the invention, at least one threaded connection with external and internal cylindrical threads for transmitting torque, for example, from a motor rotor through a drive shaft and the spindle shaft to the bit contains two pairs of thrust ends, the first pair of thrust ends is located in front of the first turn of the outer cylindrical thread of the nipple, the second pair of thrust ends is located in front of the first turn of the inner cylindrical thread of the coupling and contains a centering surface in front of the first turn of the inner cylindrical thread, and also contains in the nipple behind the last thread turn a threaded groove and a covered centering surface adjacent to it, with a minimum distance between the coupling end face located on the side of the first turn of the internal cylindrical thread and the first thread of the internal cylindrical thread is equal to half the average diameter of the cylindrical thread of the threaded connection, and the maximum distance between the coupling end face located on the side of the first turn of the internal cylindrical thread and the first turn of the internal cylindrical thread the thread is equal to the average diameter of the cylindrical thread of the threaded connection.
Радиальный зазор между охватывающей центрирующей поверхностью муфты и охватываемой центрирующей поверхностью ниппеля выполнен в пределах 0,05÷0,45 мм.The radial clearance between the enclosing centering surface of the coupling and the covered centering surface of the nipple is made in the range of 0.05 ÷ 0.45 mm.
Упорные торцы резьбовых соединений ниппеля и муфты расположены каждые под прямым углом к собственной центральной продольной оси.The thrust ends of the threaded joints of the nipple and the coupling are each located at right angles to their own central longitudinal axis.
Площади контактирующих поверхностей первой пары упорных торцов, расположенных перед первым витком наружной цилиндрической резьбы ниппеля, и второй пары упорных торцов, расположенных перед первым витком внутренней цилиндрической резьбы муфты, выполнены равными в пределах ±7%.The areas of contacting surfaces of the first pair of thrust ends located in front of the first turn of the external cylindrical thread of the nipple and the second pair of thrust ends located in front of the first turn of the internal cylindrical thread of the coupling are made equal to within ± 7%.
При контакте первой пары упорных торцов, расположенных перед первым витком наружной цилиндрической резьбы ниппеля, вторая пара упорных торцов, расположенных перед первым витком внутренней цилиндрической резьбы муфты, расположена с зазором 0,05÷0,25 мм.Upon contact of the first pair of thrust ends located in front of the first turn of the external cylindrical thread of the nipple, the second pair of thrust ends located in front of the first turn of the internal cylindrical thread of the coupling, is located with a gap of 0.05 ÷ 0.25 mm.
Резьбовое соединение ниппеля и муфты, а также зазор между второй парой упорных торцов, расположенных перед первым витком внутренней цилиндрической резьбы муфты, содержит клей или компаунд с металлическим порошком.The threaded connection of the nipple and the coupling, as well as the gap between the second pair of thrust ends located before the first turn of the internal cylindrical thread of the coupling, contains glue or compound with metal powder.
В заявляемой конструкции за счет того, что, по меньшей мере, одно резьбовое соединение с наружной и внутренней цилиндрическими резьбами для передачи крутящего момента, например, от ротора двигателя через приводной вал и вал шпинделя к долоту содержит две пары упорных торцов, первая пара упорных торцов расположена перед первым витком наружной цилиндрической резьбы ниппеля, вторая пара упорных торцов расположена перед первым витком внутренней цилиндрической резьбы муфты и содержит в муфте перед первым витком внутренней цилиндрической резьбы охватывающую центрирующую поверхность, а также содержит в ниппеле за последним витком резьбы зарезьбовую канавку и примыкающую к ней охватываемую центрирующую поверхность, при этом минимальное расстояние между упорным торцом муфты, расположенным со стороны первого витка внутренней цилиндрической резьбы, и первым витком внутренней цилиндрической резьбы равно половине среднего диаметра цилиндрической резьбы резьбового соединения, а максимальное расстояние между упорным торцом муфты, расположенным со стороны первого витка внутренней цилиндрической резьбы, и первым витком внутренней цилиндрической резьбы равно среднему диаметру цилиндрической резьбы резьбового соединения, повышается надежность и ресурс героторных гидравлических двигателей, увеличивается крутящий момент, передаваемый от ротора двигателя к долоту за счет уменьшения максимальных значений эквивалентных напряжений, повышения прочности резьбовых соединений и предельного момента затяжки резьбовых соединений путем расположения на определенном относительно друг друга расстоянии вдоль центральной продольной оси плоскостей максимальных значений эквивалентных напряжений (по Мизесу), обусловленных, по существу, двумя факторами:In the claimed design due to the fact that at least one threaded connection with the external and internal cylindrical threads for transmitting torque, for example, from the engine rotor through the drive shaft and spindle shaft to the bit, contains two pairs of thrust ends, the first pair of thrust ends located in front of the first turn of the external cylindrical thread of the nipple, the second pair of thrust ends is located in front of the first turn of the internal cylindrical thread of the coupling and contains in the coupling before the first turn of the internal cylindrical thread of the flange covering the centering surface, and also contains in the nipple behind the last turn of the thread a threaded groove and an adjacent centering surface adjacent to it, while the minimum distance between the thrust face of the coupling located on the side of the first turn of the internal cylindrical thread and the first turn of the internal cylindrical thread is half the average diameter of the cylindrical thread of the threaded connection, and the maximum distance between the thrust face of the coupling located on the side of the first turn a lower cylindrical thread, and the first turn of the internal cylindrical thread is equal to the average diameter of the cylindrical thread of the threaded connection, the reliability and service life of gerotor hydraulic motors are increased, the torque transmitted from the motor rotor to the bit is increased by reducing the maximum equivalent stresses, increasing the strength of the threaded joints and the ultimate tightening torque of threaded connections by positioning at a certain relative distance to each other along the central hydrochloric longitudinal axis planes maximum values equivalent stress (von Mises) due essentially to two factors:
- наличием концентратора напряжений в виде свободной от силовых связей с ниппелем резьбовой канавки или проточки для сбега резьбы;- the presence of a stress concentrator in the form of a threaded groove or groove for thread removal free from power connections with the nipple;
- резким изменением крутильной и изгибной жесткости в месте перехода от соединения муфты с ниппелем, связанными силовыми взаимодействиями в резьбе в одно целое, и выполняющего роль жесткой заделки по отношению к свободной части муфты со сравнительно тонкой стенкой.- a sharp change in torsional and bending stiffness at the point of transition from the coupling of the coupling with the nipple, connected by force interactions in the thread as a whole, and acting as a rigid seal with respect to the free part of the coupling with a relatively thin wall.
В заявляемой конструкции за счет того, что радиальный зазор между охватывающей центрирующей поверхностью муфты и охватываемой центрирующей поверхностью ниппеля выполнен в пределах 0,05÷0,45 мм, упорные торцы резьбовых соединений ниппеля и муфты расположены каждые под прямым углом к собственной центральной продольной оси, при этом площади контактирующих поверхностей первой пары упорных торцов, расположенных перед первым витком наружной цилиндрической резьбы ниппеля, и второй пары упорных торцов, расположенных перед первым витком внутренней цилиндрической резьбы муфты, выполнены равными в пределах ±7%, дополнительно уменьшаются максимальные значения эквивалентных напряжений, повышается прочность резьбовых соединений и предельного момента затяжки резьбовых соединений путем расположения на определенном относительно друг друга расстоянии вдоль центральной продольной оси плоскостей максимальных значений эквивалентных напряжений (по Мизесу), обусловленных, по существу, двумя факторами:In the claimed design, due to the fact that the radial clearance between the enclosing centering surface of the coupling and the covered centering surface of the nipple is made within 0.05 ÷ 0.45 mm, the thrust ends of the threaded joints of the nipple and the coupling are each at right angles to their own central longitudinal axis, wherein the area of the contacting surfaces of the first pair of thrust ends located in front of the first turn of the external cylindrical thread of the nipple, and the second pair of thrust ends located in front of the first turn of the of the cylindrical thread of the coupling, made equal to within ± 7%, the maximum values of equivalent stresses are additionally reduced, the strength of threaded joints and the tightening torque of threaded joints are increased by arranging at a distance relative to each other along the central longitudinal axis of the planes the maximum values of equivalent stresses (according to Mises ), caused essentially by two factors:
- наличием концентратора напряжений в виде свободной от силовых связей с ниппелем резьбовой канавки или проточки для сбега резьбы;- the presence of a stress concentrator in the form of a threaded groove or groove for thread removal free from power connections with the nipple;
- резким изменением крутильной и изгибной жесткости в месте перехода от соединения муфты с ниппелем, связанными силовыми взаимодействиями в резьбе в одно целое, и выполняющего роль жесткой заделки по отношению к свободной части муфты со сравнительно тонкой стенкой.- a sharp change in torsional and bending stiffness at the transition from the connection of the coupling with the nipple, connected by force interactions in the thread as a whole, and performing the role of rigid sealing with respect to the free part of the coupling with a relatively thin wall.
При этом обеспечиваются экономические преимущества вследствие повышения передаваемого крутящего момента от ротора двигателя к долоту, например, для бурения скважин двигателем с увеличенным крутящим моментом героторных рабочих пар (с другим числом заходов), предотвращаются отказы и аварии вследствие отворачивания резьбовых соединений для вращающихся компоновок ротора двигателя с долотом в скважине, а ресурс резьбовых соединений обеспечивается не менее ресурса рабочих пар героторного механизма.At the same time, economic advantages are ensured due to an increase in the transmitted torque from the engine rotor to the bit, for example, for drilling wells with an engine with increased torque of the gerotor working pairs (with a different number of starts), failures and accidents due to loosening of threaded joints for rotating engine rotor assemblies with a bit in the well, and the resource of threaded connections is provided not less than the resource of working pairs of the gerotor mechanism.
В заявляемой конструкции за счет того, что при контакте первой пары упорных торцов, расположенных перед первым витком наружной цилиндрической резьбы ниппеля, вторая пара упорных торцов, расположенных перед первым витком внутренней цилиндрической резьбы муфты, расположена с зазором 0,05÷0,25 мм, при этом резьбовое соединение ниппеля и муфты, а также зазор между второй парой упорных торцов, расположенных перед первым витком внутренней цилиндрической резьбы муфты, содержит клей или компаунд с металлическим порошком, дополнительно уменьшаются максимальные значений эквивалентных напряжений (по Мизесу), повышается прочность резьбовых соединений и предельный момент затяжки резьбовых соединений за счет контроля зазора 0,05÷0,25 мм между второй парой упорных торцов, расположенных перед первым витком внутренней цилиндрической резьбы муфты.In the claimed design due to the fact that upon contact of the first pair of thrust ends located in front of the first turn of the external cylindrical thread of the nipple, the second pair of thrust ends located in front of the first turn of the internal cylindrical thread of the coupling is located with a gap of 0.05 ÷ 0.25 mm, the threaded connection of the nipple and the coupling, as well as the gap between the second pair of thrust ends located in front of the first turn of the internal cylindrical thread of the coupling, contains glue or compound with metal powder, are further reduced the maximum values of the equivalent stress (von Mises) increases the strength of threaded connections and the limit torque of threaded joints by controlling the gap 0.05 ÷ 0.25 mm between a pair of second thrust end faces disposed in front of the first coil of the inner cylindrical thread coupling.
Ниже представлен лучший вариант конструкции героторного гидравлического двигателя ДРУ1-120РС.828 со шпинделем, регулятором угла, верхним и нижним скважинными ловителями и долотом для бурения наклонных и горизонтальных скважин.Below is the best design option for the DRU1-120RS.828 gerotor hydraulic motor with a spindle, angle adjuster, upper and lower downhole catchers and a bit for drilling deviated and horizontal wells.
На фиг.1 показан продольный разрез героторного гидравлического двигателя.Figure 1 shows a longitudinal section of a gerotor hydraulic motor.
На фиг.2 показан элемент I на фиг.1 резьбового соединения ротора двигателя с приводным (карданным) валом.In Fig.2 shows the element I in Fig.1 threaded connection of the rotor of the engine with the drive (cardan) shaft.
На фиг.3 показан элемент II на фиг.1 резьбового соединения приводного (карданного) вала с валом шпинделя.Figure 3 shows the element II in figure 1 of a threaded connection of the drive (cardan) shaft with the spindle shaft.
На фиг.4 показан элемент III на фиг.1 резьбового соединения верхнего скважинного ловителя с ротором двигателя.In Fig. 4, element III is shown in Fig. 1 of a threaded connection of the upper downhole catcher with the engine rotor.
Героторный гидравлический двигатель содержит трубчатый корпус 1, размещенный внутри него многозаходный винтовой героторный механизм 2, включающий статор 3 с обкладкой 4 из эластомера и установленный внутри обкладки 4 статора 3 ротор 5, а также вал шпинделя 6, установленный на нижней радиальной опоре скольжения 7, верхней радиальной опоре скольжения 8 и шариковом многорядном упорном подшипнике качения 9, размещенных в корпусе 10 шпинделя, при этом вал шпинделя 6 соединен приводным валом 11 с ротором 5, а на выходе - с долотом 12, показано на фиг.1.The hydraulic rotor motor contains a tubular housing 1, a multi-screw helical gyratory rotor mechanism 2, comprising a stator 3 with an elastomer casing 4 and a
Корпус 1 снабжен резьбовым переходником 13 для соединения с колонной бурильных труб и несколькими резьбовыми переводниками, например, 14, 15, 16 с изогнутой центральной осью, соединяющими трубчатый корпус 1 двигателя с корпусом 10 шпинделя, внутренний канал 17 резьбового переходника 13 выполнен с ловильным торцом 18, внутри резьбового переходника 13 размещен резьбовой плунжер 19, одним краем 20 скрепленный с ротором 5, а на другом краю плунжера 19 закреплено ловильное кольцо 21, диаметр которого превышает диаметр 22 внутреннего канала 17 резьбового переходника 13 в плоскости ловильного торца 18, показано на фиг.1.The housing 1 is equipped with a threaded
По меньшей мере, одно резьбовое соединение 23 с наружной 24 и внутренней 25 цилиндрическими резьбами для передачи крутящего момента, например, от ротора 5 двигателя через приводной вал 11 и вал шпинделя 6 к долоту 12 содержит две пары упорных торцов, первая пара упорных торцов: торец 26 ротора 5 (муфты) и торец 27 верхнего шарнира 28 карданного вала 11 (ниппеля) расположена перед первым витком 29 наружной цилиндрической резьбы 24 ниппеля 28, при этом вторая пара упорных торцов: торец 30 ротора 5 (муфты) и торец 31 верхнего шарнира 28 карданного вала 11 (ниппеля) расположена перед первым витком 32 внутренней цилиндрической резьбы 25 муфты (ротора 5) и содержит в муфте (в роторе 5) перед первым витком 32 внутренней цилиндрической резьбы 25 охватывающую центрирующую поверхность 33, а также содержит в ниппеле 28 за последним витком 34 резьбы 24 зарезьбовую канавку 35 и примыкающую к ней охватываемую центрирующую поверхность 36, показано на фиг.2.At least one threaded connection 23 with the external 24 and internal 25 cylindrical threads for transmitting torque, for example, from the
Минимальное расстояние 37 между упорным торцом 30 муфты (ротора 5), расположенным со стороны первого витка 32 внутренней цилиндрической резьбы 25, и первым витком 32 внутренней цилиндрической резьбы 25 равно половине среднего диаметра 38, Dcр, цилиндрической резьбы резьбового соединения 23, а максимальное расстояние 39 между вышеуказанным упорным торцом 30 муфты (ротора 5) и первым витком 32 внутренней цилиндрической резьбы 25 равно среднему диаметру 38, Dcp, цилиндрической резьбы резьбового соединения, показано на фиг.2.The minimum distance 37 between the
Радиальный зазор между охватывающей центрирующей поверхностью 33 муфты (ротора 5) и охватываемой центрирующей поверхностью 36 ниппеля 28 выполнен в пределах 0,05÷0,45 мм, показано на фиг.2.The radial clearance between the enclosing
Упорные торцы резьбовых соединений ниппеля и муфты: торец 26 ротора 5 (муфты) и торец 27 верхнего шарнира 28 карданного вала 11 (ниппеля), а также торец 30 ротора 5 (муфты) и торец 31 верхнего шарнира 28 карданного вала 11 (ниппеля) расположены каждые под прямым углом 40, 41 к собственной центральной продольной оси соответственно 42 и 43, показано на фиг.2.The persistent ends of the threaded joints of the nipple and the coupling: the end face 26 of the rotor 5 (coupling) and the
Площади контактирующих поверхностей первой пары упорных торцов: торца 26 ротора 5 (муфты) и торца 27 верхнего шарнира 28 карданного вала 11 (ниппеля), расположенных перед первым витком 29 наружной цилиндрической резьбы 24 ниппеля 28, а также второй пары упорных торцов: торца 30 ротора 5 (муфты) и торца 31 верхнего шарнира 28 карданного вала 11 (ниппеля), расположенных перед первым витком 32 внутренней цилиндрической резьбы 25 муфты (ротора 5), выполнены равными в пределах ±7%, показано на фиг.2.The area of the contacting surfaces of the first pair of thrust ends: the end face 26 of the rotor 5 (coupling) and the
При контакте первой пары упорных торцов: торца 26 ротора 5 (муфты) и торца 27 верхнего шарнира 28 карданного вала 11 (ниппеля), расположенных перед первым витком 29 наружной цилиндрической резьбы 24 ниппеля 28, вторая пара упорных торцов: торца 30 ротора 5 (муфты) и торца 31 верхнего шарнира 28 карданного вала 11 (ниппеля), расположенных перед первым витком 32 внутренней цилиндрической резьбы 25 муфты (ротора 5), может быть расположена с зазором 0,05÷0,25 мм, показано на фиг.2.Upon contact of the first pair of persistent ends: the end face 26 of the rotor 5 (coupling) and the
Резьбовое соединение 23 с наружной 24 и внутренней 25 цилиндрическими резьбами для передачи крутящего момента, например, от ротора 5 двигателя через приводной вал 11 и вал шпинделя 6 к долоту 12, а также зазор между второй парой упорных торцов: торца 30 ротора 5 (муфты) и торца 31 верхнего шарнира 28 карданного вала 11 (ниппеля), расположенных перед первым витком 32 внутренней цилиндрической резьбы 25 муфты (ротора 5), может содержать клей, например, Loctite 620 или компаунд с металлическим порошком, показано на фиг.2.Threaded connection 23 with external 24 and internal 25 cylindrical threads for transmitting torque, for example, from the
На фиг.3 показано резьбовое соединение 44 с наружной и внутренней цилиндрическими резьбами для передачи крутящего момента от нижнего шарнира 45 карданного вала 11 к валу шпинделя 6, которое содержит две пары упорных торцов, при этом первая пара упорных торцов: торец 46 вала шпинделя 6 (ниппеля) и торец 47 нижнего шарнира 45 карданного вала 11 (муфты) расположена перед первым витком наружной цилиндрической резьбы ниппеля (вала шпинделя) 6, а вторая пара упорных торцов: торец 48 нижнего шарнира 45 карданного вала 11 (муфты) и торец 49 кольца 50 на валу шпинделя 6 (ниппеля) расположена перед первым витком внутренней цилиндрической резьбы муфты (нижнего шарнира 45 карданного вала 11) и содержит в муфте перед первым витком внутренней цилиндрической резьбы охватывающую центрирующую поверхность 51, а также содержит в ниппеле за последним витком резьбы зарезьбовую канавку 52 и примыкающую к ней охватываемую центрирующую поверхность 53.Figure 3 shows a threaded
Минимальное расстояние 54 между упорным торцом муфты, расположенным со стороны первого витка внутренней цилиндрической резьбы: торцом 48 нижнего шарнира 45 карданного вала 11 (муфты) и первым витком внутренней цилиндрической резьбы в нижнем шарнире 45 карданного вала 11, равно половине среднего диаметра 55, Dcp цилиндрической резьбы резьбового соединения 44, а максимальное расстояние 54 между упорным торцом муфты, расположенным со стороны первого витка внутренней цилиндрической резьбы: торцом 48 нижнего шарнира 45 карданного вала 11 (муфты) и первым витком внутренней цилиндрической резьбы в нижнем шарнире 45 карданного вала 11, равно среднему диаметру 55, Dcp цилиндрической резьбы резьбового соединения 44, показано на фиг.3.The
На фиг.4 показано резьбовое соединение 56 верхнего скважинного ловителя - резьбового плунжера 19 с ротором 5 двигателя, предназначенного для удержания и подъема из скважины двигателя с долотом 12 при разрушении резьбового соединения между корпусом 1 и резьбовым переходником 13 для соединения с колонной бурильных труб.Figure 4 shows the threaded
Резьбовое соединение 56 содержит две пары упорных торцов соответственно 57, 58 и 59, 60, при этом первая пара упорных торцов соответственно 57, 58 расположена перед первым витком 61 наружной цилиндрической резьбы ниппеля 19, вторая пара упорных торцов соответственно 59, 60 расположена перед первым витком 62 внутренней цилиндрической резьбы муфты 5 и содержит в муфте 5 перед первым витком 62 внутренней цилиндрической резьбы охватывающую центрирующую поверхность 63, а также содержит в ниппеле 19 за последним витком резьбы зарезьбовую канавку 64 и примыкающую к ней охватываемую центрирующую поверхность 65, при этом минимальное расстояние 66 между упорным торцом 59 муфты 5, расположенным со стороны первого витка 62 внутренней цилиндрической резьбы, и первым витком 62 внутренней цилиндрической резьбы равно половине среднего диаметра 67 цилиндрической резьбы резьбового соединения, а максимальное расстояние 66 между упорным торцом 59 муфты 5, расположенным со стороны первого витка 62 внутренней цилиндрической резьбы, и первым витком 62 внутренней цилиндрической резьбы равно среднему диаметру 67 цилиндрической резьбы резьбового соединения 56.The threaded
Кроме того, на фиг.4 обозначено: поз.68 - центральная продольная ось обкладки 4 из эластомера, закрепленной в корпусе 1; поз.69 - величина эксцентриситета ротора 5, установленного в обкладке 4 из эластомера; поз.70 - винтовые многозаходные многошаговые зубья ротора 5, число зубьев 70 ротора 5 на единицу меньше числа зубьев в обкладке 4 из эластомера, закрепленной в корпусе 1.In addition, figure 4 is indicated: pos.68 - the Central longitudinal axis of the lining 4 of elastomer, fixed in the housing 1; POS.69 - the magnitude of the eccentricity of the
Кроме того, на фиг.1, 4 обозначено: поз.71 - направление потока рабочей жидкости (бурового раствора).In addition, figure 1, 4 indicated: item 71 - the direction of flow of the working fluid (drilling mud).
Героторный винтовой многозаходный гидравлический двигатель работает следующим образом: поток бурового раствора 71, содержащий абразивные частицы, например, до 2% песка с размерами 0,15÷0,95 мм и до 5% нефтепродуктов, содержащихся в полимер - глинистом буровом растворе плотностью 1,16÷1,26 г/см3, под давлением 25÷35 МПа по колонне бурильных труб подается в многозаходные винтовые (шлюзовые) камеры между винтовыми многозаходными зубьями 70 ротора 5 и винтовыми многозаходными зубьями в обкладке 4 из эластомера, образует область высокого давления и момент от гидравлических сил, который приводит в планетарно-роторное вращение ротор 5 внутри эластомерной обкладки 4, закрепленной в корпусе 1, а также приводит во вращение приводной вал 11 вал шпинделя 6 и долото 12, осуществляя бурение скважины.A multi-start hydraulic rotor screw motor operates as follows: a
Одним из факторов, определяющих нагрузки в резьбовом соединении 23 ротора 5 с приводным (карданным) валом 11, а также в резьбовом соединении 44 карданного вала 11 с валом шпинделя 6, являются интенсивные поперечные и крутильные колебания, обусловленные отличиями конструкции героторных винтовых гидравлических двигателей от других типов забойных двигателей, например, турбобуров.One of the factors determining the loads in the threaded connection 23 of the
Ротор 5, расположенный в обкладке 4 корпуса 1 эксцентрично, с величиной эксцентриситета 69, при работе двигателя совершает планетарное движение - вращение вокруг своей центральной продольной оси 43 и обращение относительно центральной продольной оси 68 обкладки 4 из эластомера, закрепленной в корпусе 1 с частотой в Zp раз больше собственной частоты вращения вала двигателя (приводного вала 11 и вала шпинделя 6), где Zp - число зубьев 70 ротора 5, показано на фиг.1, 2, 3, 4.The
При работе героторного гидравлического двигателя, соединенного с валом 6 в корпусе 10 шпинделя приводным (карданным) валом 11 возникают поперечные колебания от действия инерционных сил вращающегося с высокой частотой и эксцентриситетом массивного ротора 5 и больших по величине поперечных гидравлических сил (перекашивающего момента), изменяющих свое направление одновременно с вращением ротора 5.When the gerotor hydraulic motor is connected to the shaft 6 in the
Основная частота колебаний двигателя совпадает с частотой вращения ротора 5, по существу, в Zp раз больше частоты вращения вала 5 (ротора) двигателя. Собственные частоты колебаний винтового забойного двигателя находятся в области рабочих частот двигателя, а резонансные режимы возникают периодически при изменении (увеличении или уменьшении) осевой нагрузки (на долото 12) на 55÷155 кН.The main frequency of the engine oscillations coincides with the rotational speed of the
В процессе бурения скважин, с непрерывным контролем нагрузки на долото и механической скорости, например, что при плавном увеличении или снижении нагрузки от 55 до 255 кН и обратно, механическая скорость изменяется с резким чередованием экстремумов (максимумов и минимумов).In the process of drilling wells, with continuous monitoring of the load on the bit and mechanical speed, for example, with a smooth increase or decrease in load from 55 to 255 kN and vice versa, the mechanical speed changes with a sharp alternation of extrema (maximums and minimums).
Амплитуда колебаний корпуса 1 героторного винтового гидравлического двигателя в режиме поперечных резонансных колебаний ротора 5 увеличивается многократно, при этом многократно увеличиваются потери мощности двигателя на поперечные колебания, а также возникают резонансные колебания вала шпинделя 6, повышаются динамические нагрузки на осевую многорядную шариковую опору 9, на нижнюю радиальную опору скольжения 7 и на верхнюю радиальную опору скольжения 8.The oscillation amplitude of the housing 1 of the rotor screw hydraulic motor in the mode of transverse resonant vibrations of the
При выполнении героторного винтового гидравлического двигателя таким образом, что, по меньшей мере, одно резьбовое соединение 23 с наружной 24 и внутренней 25 цилиндрическими резьбами для передачи крутящего момента, например, от ротора 5 двигателя через приводной вал 11 и вал шпинделя 6 к долоту 12 содержит две пары упорных торцов, первая пара упорных торцов: торец 26 ротора 5 (муфты) и торец 27 верхнего шарнира 28 карданного вала 11 (ниппеля) расположена перед первым витком 29 наружной цилиндрической резьбы 24 ниппеля 28, при этом вторая пара упорных торцов: торец 30 ротора 5 (муфты) и торец 31 верхнего шарнира 28 карданного вала 11 (ниппеля) расположена перед первым витком 32 внутренней цилиндрической резьбы 25 муфты (ротора 5) и содержит в муфте (в роторе 5) перед первым витком 32 внутренней цилиндрической резьбы 25 охватывающую центрирующую поверхность 33, а также содержит в ниппеле 28 за последним витком 34 резьбы 24 зарезьбовую канавку 35 и примыкающую к ней охватываемую центрирующую поверхность 36, при этом минимальное расстояние 37 между упорным торцом 30 муфты (ротора 5), расположенным со стороны первого витка 32 внутренней цилиндрической резьбы 25, и первым витком 32 внутренней цилиндрической резьбы 25 равно половине среднего диаметра 38, Dcp цилиндрической резьбы резьбового соединения 23, а максимальное расстояние 39 между вышеуказанным упорным торцом 30 муфты (ротора 5) и первым витком 32 внутренней цилиндрической резьбы 25 равно среднему диаметру 38, Dcp цилиндрической резьбы резьбового соединения, повышается надежность и ресурс двигателя, увеличивается крутящий момент, передаваемый от ротора двигателя к долоту за счет уменьшения максимальных значений эквивалентных напряжений, повышения прочности резьбовых соединений и предельного момента затяжки резьбовых соединений путем расположения на определенном относительно друг друга расстоянии вдоль центральной продольной оси плоскостей максимальных значений эквивалентных напряжений (по Мизесу), обусловленных, по существу, двумя факторами:When performing a gerotor screw hydraulic motor in such a way that at least one threaded connection 23 with the external 24 and internal 25 cylindrical threads for transmitting torque, for example, from the
- наличием концентратора напряжений в виде свободной от силовых связей с ниппелем резьбовой канавки или проточки для сбега резьбы;- the presence of a stress concentrator in the form of a threaded groove or groove for thread removal free from power connections with the nipple;
- резким изменением крутильной и изгибной жесткости в месте перехода от соединения муфты с ниппелем, связанными силовыми взаимодействиями в резьбе в одно целое, и выполняющего роль жесткой заделки по отношению к свободной части муфты со сравнительно тонкой стенкой. Выбор оптимального расстояния 37 между упорным торцом 30 муфты (ротора 5), расположенным со стороны первого витка 32 внутренней цилиндрической резьбы 25, и первым витком 32 внутренней цилиндрической резьбы 25 производился по программе, которая включает в себя 3 расчета:- a sharp change in torsional and bending stiffness at the point of transition from the coupling of the coupling with the nipple, connected by force interactions in the thread as a whole, and acting as a rigid seal with respect to the free part of the coupling with a relatively thin wall. The choice of the optimal distance 37 between the
1) Расчет на смятие1) Calculation of crushing
2) Расчет на срез2) Slice calculation
3) Расчет на прочность в зарезьбовых канавках3) Strength calculation in threaded grooves
Резьбовое соединение 23 считается наиболее прочным, если у него наименьшая прочность выше, чем наименьшая прочность, например, резьбового соединения 44.A threaded connection 23 is considered the most durable if it has the lowest strength higher than the lowest strength, for example, a threaded
Пример исходных данных для наиболее нагруженного резьбового соединения 23 с наружной 24 и внутренней 25 цилиндрическими резьбами, например, Тr 55×5 для передачи крутящего момента от ротора 5 двигателя к верхнему шарниру 28 карданного вала 11: материал деталей соединения - сталь 40ХН2МА, ГОСТ 4543-71. Свойства:Example of initial data for the most loaded threaded connection 23 with external 24 and internal 25 cylindrical threads, for example,
Поперечное смещение Δ=0,21 мм, которое задается как вынужденное перемещение в направлении, перпендикулярном оси, обусловлено кривизной скважины и вычислено из условия искривления 2 градуса 30 минут на 10 метров длины скважины при отсутствии зазора между наружной поверхностью обсадной трубы и поверхностью скважины (наихудший вариант).The transverse displacement Δ = 0.21 mm, which is defined as a forced displacement in the direction perpendicular to the axis, is caused by the curvature of the well and is calculated from the condition of 2
До использования заявляемого изобретения при эксплуатации двигателя ДРУ1-120РС.828 был отмечен повторяющийся дефект: разрушение резьбы Тr 55×5 между ротором 5 и верхним шарниром 28 карданного вала. Результаты расчета приведены в табл.1.Before using the claimed invention when operating the DRU1-120RS.828 engine, a repeating defect was noted:
Заявляемое изобретениеTr 55 × 5
The claimed invention
Прототип
Prototype
При выполнении героторного винтового гидравлического двигателя таким образом, что радиальный зазор между охватывающей центрирующей поверхностью 33 муфты (ротора 5) и охватываемой центрирующей поверхностью 36 ниппеля 28 выполнен в пределах 0,05÷0,45 мм, при этом упорные торцы резьбовых соединений ниппеля и муфты: торец 26 ротора 5 (муфты) и торец 27 верхнего шарнира 28 карданного вала 11 (ниппеля), а также торец 30 ротора 5 (муфты) и торец 31 верхнего шарнира 28 карданного вала 11 (ниппеля) расположены каждые под прямым углом 40, 41 к собственной центральной продольной оси соответственно 42 и 43, при этом площади контактирующих поверхностей первой пары упорных торцов: торца 26 ротора 5 (муфты) и торца 27 верхнего шарнира 28 карданного вала 11 (ниппеля), расположенных перед первым витком 29 наружной цилиндрической резьбы 24 ниппеля 28, а второй пары упорных торцов: торца 30 ротора 5 (муфты) и торца 31 верхнего шарнира 28 карданного вала 11 (ниппеля), расположенных перед первым витком 32 внутренней цилиндрической резьбы 25 муфты (ротора 5), выполнены равными в пределах ±7%, значение коэффициента напряжения при изгибе (Stress ratio, отношение изменяющейся амплитуды напряжения к среднему напряжению) в местах стыка резьбовых соединений 23, 44 существенно уменьшается и равно, по существу, 1,5÷2,7, что снижает вероятность поломки резьбового соединения Тr 55×5 между ротором 5 и верхним шарниром 28 карданного вала при использовании двигателя в горизонтальных управляемых компоновках низа бурильной колонны на участках изменения кривизны наклонной скважины преимущественно в режиме максимальной мощности.When performing a gerotor screw hydraulic motor in such a way that the radial clearance between the female coupling centering surface 33 of the coupling (rotor 5) and the male coupling centering surface 36 of the nipple 28 is made within 0.05 ÷ 0.45 mm, while the thrust ends of the threaded joints of the nipple and the coupling : end face 26 of rotor 5 (clutch) and end face 27 of upper hinge 28 of cardan shaft 11 (nipple), as well as end face 30 of rotor 5 (clutch) and end face 31 of upper hinge 28 of cardan shaft 11 (nipple) are each at right angles 40, 41 to own central pro the longitudinal axis is 42 and 43, respectively, while the area of the contacting surfaces of the first pair of thrust ends: the end face 26 of the rotor 5 (coupling) and the end face 27 of the upper hinge 28 of the driveshaft 11 (nipple) located in front of the first turn 29 of the external cylindrical thread 24 of the nipple 28, and the second pair of persistent ends: the end face 30 of the rotor 5 (coupling) and the end face 31 of the upper hinge 28 of the driveshaft 11 (nipple) located in front of the first turn 32 of the internal cylindrical thread 25 of the coupling (rotor 5) are made equal to within ± 7%, the coefficient value bending stress (Stres s ratio, the ratio of the varying voltage amplitude to the average voltage) at the junction of the threaded joints 23, 44 decreases significantly and is essentially 1.5–2.7, which reduces the likelihood of a breakdown of the threaded connection Tr 55 × 5 between the rotor 5 and the upper by the joint 28 of the driveshaft when using the engine in horizontal controlled layout of the bottom of the drill string in areas where the curvature of the deviated well changes, mainly in the maximum power mode.
При использовании заявляемой конструкции повышаются надежность и ресурс, увеличивается крутящий момент при максимальном расходе рабочей жидкости, передаваемый от ротора двигателя к долоту, по существу, на 35÷55% за счет уменьшения максимальных значений эквивалентных напряжений, повышения прочности резьбовых соединений и предельного момента затяжки, обеспечиваются экономические преимущества вследствие повышения передаваемого крутящего момента от ротора двигателя к долоту для бурения скважин двигателем с увеличенным крутящим моментом героторных рабочих пар (с другим числом заходов), предотвращаются отказы и аварии вследствие отворачивания резьбовых соединений вращающихся компоновок ротора двигателя с долотом в скважине.When using the inventive design, reliability and service life are increased, torque is increased at a maximum flow rate of the working fluid transmitted from the engine rotor to the bit by essentially 35 ÷ 55% by reducing the maximum equivalent stresses, increasing the strength of threaded joints and the ultimate torque economic benefits are provided by increasing the transmitted torque from the engine rotor to the bit for drilling wells with an engine with increased torque m of gerotor working pairs (with a different number of starts), failures and accidents due to loosening of threaded joints of the rotating engine rotor assemblies with a chisel in the well are prevented.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008126701/03A RU2386003C1 (en) | 2008-06-30 | 2008-06-30 | Gerotor hydraulic motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008126701/03A RU2386003C1 (en) | 2008-06-30 | 2008-06-30 | Gerotor hydraulic motor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008126701A RU2008126701A (en) | 2010-01-10 |
| RU2386003C1 true RU2386003C1 (en) | 2010-04-10 |
Family
ID=41643722
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008126701/03A RU2386003C1 (en) | 2008-06-30 | 2008-06-30 | Gerotor hydraulic motor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2386003C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2467145C2 (en) * | 2010-11-08 | 2012-11-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Фирма "Радиус-Сервис" | Borehole hydraulic motor angularity regulator |
| RU2726690C1 (en) * | 2019-08-29 | 2020-07-15 | Закрытое акционерное общество "НГТ" | Spindle of screw downhole motor |
| CN111963644A (en) * | 2020-07-31 | 2020-11-20 | 中国石油天然气集团有限公司 | Gas-liquid coupling driving system for gas drilling |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1550078A1 (en) * | 1987-12-14 | 1990-03-15 | Специальное Конструкторское Бюро Всесоюзного Промышленного Объединения "Союзгеотехника" | Threaded joint of pipes |
| SU1574786A1 (en) * | 1987-06-29 | 1990-06-30 | Институт горного дела им.А.А.Скочинского | Locking connection of drilling rods |
| US5133419A (en) * | 1991-01-16 | 1992-07-28 | Halliburton Company | Hydraulic shock absorber with nitrogen stabilizer |
| RU2256767C1 (en) * | 2004-05-06 | 2005-07-20 | Закрытое акционерное общество "Инвест ПромТорг" | Threaded oil-field pipe joint with increased air-tightness (variants) and production method thereof (variants) |
| RU2292436C1 (en) * | 2005-06-16 | 2007-01-27 | Общество с ограниченной ответственностью фирма "Радиус-Сервис" | Gerotor hydraulic drive |
| RU2299302C1 (en) * | 2006-05-24 | 2007-05-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Вниибт-Буровой Инструмент" | Hydraulic bottomhole motor |
| RU2315851C2 (en) * | 2005-07-18 | 2008-01-27 | Общество с ограниченной ответственностью фирма "Радиус-Сервис" | Core sampling tool |
-
2008
- 2008-06-30 RU RU2008126701/03A patent/RU2386003C1/en active IP Right Revival
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1574786A1 (en) * | 1987-06-29 | 1990-06-30 | Институт горного дела им.А.А.Скочинского | Locking connection of drilling rods |
| SU1550078A1 (en) * | 1987-12-14 | 1990-03-15 | Специальное Конструкторское Бюро Всесоюзного Промышленного Объединения "Союзгеотехника" | Threaded joint of pipes |
| US5133419A (en) * | 1991-01-16 | 1992-07-28 | Halliburton Company | Hydraulic shock absorber with nitrogen stabilizer |
| RU2256767C1 (en) * | 2004-05-06 | 2005-07-20 | Закрытое акционерное общество "Инвест ПромТорг" | Threaded oil-field pipe joint with increased air-tightness (variants) and production method thereof (variants) |
| RU2292436C1 (en) * | 2005-06-16 | 2007-01-27 | Общество с ограниченной ответственностью фирма "Радиус-Сервис" | Gerotor hydraulic drive |
| RU2315851C2 (en) * | 2005-07-18 | 2008-01-27 | Общество с ограниченной ответственностью фирма "Радиус-Сервис" | Core sampling tool |
| RU2299302C1 (en) * | 2006-05-24 | 2007-05-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Вниибт-Буровой Инструмент" | Hydraulic bottomhole motor |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2467145C2 (en) * | 2010-11-08 | 2012-11-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Фирма "Радиус-Сервис" | Borehole hydraulic motor angularity regulator |
| RU2726690C1 (en) * | 2019-08-29 | 2020-07-15 | Закрытое акционерное общество "НГТ" | Spindle of screw downhole motor |
| CN111963644A (en) * | 2020-07-31 | 2020-11-20 | 中国石油天然气集团有限公司 | Gas-liquid coupling driving system for gas drilling |
| CN111963644B (en) * | 2020-07-31 | 2021-11-09 | 中国石油天然气集团有限公司 | Gas-liquid coupling driving system for gas drilling |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2008126701A (en) | 2010-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10435954B1 (en) | Flexible coupling | |
| RU2602856C2 (en) | Volume type engine with radially limited rotor engagement | |
| US8973677B2 (en) | Housing, mandrel and bearing assembly positionable in a wellbore | |
| CN105705720B (en) | Impact Tools for Drill Strings | |
| CA2754645C (en) | Sucker rod centralizer | |
| RU2732322C1 (en) | Oscillator for a drill string | |
| EP2971445A1 (en) | Rotary shock absorption tool | |
| US20190331171A1 (en) | Reciprocation-dampening drive shaft assembly | |
| RU2386003C1 (en) | Gerotor hydraulic motor | |
| RU2467150C2 (en) | Drill string damper | |
| RU2355860C2 (en) | Hydraulic downhole engine | |
| NO138813B (en) | DEVICE FOR CONNECTING MOTORS IN TANDEM, ESPECIALLY WITH VERTICAL INSTALLATION IN CONNECTION WITH DEEP OIL WELLS AND WITH OPERATION OF THE DRILL SLUDGE | |
| RU2386887C1 (en) | Threaded double-support joint with high transferred torsion torque | |
| CA2983270C (en) | Cv joint for drilling motor and method | |
| RU2515627C1 (en) | Hydraulic downhole motor | |
| RU2318135C1 (en) | Stator of screw gerotor hydraulic machine | |
| RU2586124C2 (en) | Hydraulic downhole motor | |
| RU2292436C1 (en) | Gerotor hydraulic drive | |
| US8215383B2 (en) | Stress and torque reducing tool | |
| CN115874942B (en) | A downhole composite impact tool | |
| RU2367761C2 (en) | Hydraulic downhole motor | |
| CN115807627B (en) | A three-dimensional vibration isolation tool for drilling | |
| RU2675613C1 (en) | Gerotor hydraulic motor | |
| CN120867644B (en) | High-torque screw drilling tool for petroleum drilling and use method | |
| CN213144394U (en) | Double-wall drill string and drilling equipment |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200701 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20211015 |