Объемный забойный двигатель

(51) 21 4/00 (2006.01) 21 4/02 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ взаимодействующей внешней стороной по конусу в свободном состоянии с корпусом, верхний конец вала зафиксирован подшипником прикрепленной к внутренней стенке входной полой камеры, одна боковая сторона лопастей выполнены с выступающими продолжениями вверх и вниз, и ими закреплены в секционных углублениях вала,внутренняя поверхность лопастей выполнены с уклоном и увеличением толщины стенки полуцилиндра книзу, вал в нижнем окончании содержит наклонные проточные каналы противоположно вращению, и разъемно жестко соединен с долотом, содержащим снаружи буртик,внутри оснащенный осевым пространством снизу ограниченный матрицей имеющей центральный проход, и сообщающимися посредством проточных каналов с кольцевой полостью, к корпусу свнутри прикреплен упорный подшипник, разделяющий корпус и долото вдоль и поперек, опирающимися на матрицу и верхней кромкой скользяще контактирующим с буртиком, упорный подшипник внизу имеет внутренний скос кнаружи, над матрицей в долоте проведены боковые канавки коленообразным поворотом направленные в скос упорного подшипника противоположно вращению,под упорным подшипником промывочные каналы проведены наклонно проходящими к выходу обратном вращению долото.(57) Изобретение относится к средствам бурения скважин, а именно к забойным гидравлическим двигателям. Задача изобретения - расширение сферы использования объемного забойного двигателя. Технический результат - свободная сменяемость объемного забойного двигателя без подъема колонны труб,упрощения конструкции и повышение надежности закрепления лопастей в форме полуцилиндра в секционных углублениях вала в требуемом положении и устранения гидродинамических помех вращению вала. Вал расположен сменяемым, снабжен входной полой камерой с направляющими отверстиями размещенной в кольцевой полости,и Изобретение относится к средствам бурения скважин, а именно к забойным гидравлическим двигателям. Известен объемный забойный двигатель,включающий цилиндрический корпус, внутри которого размещен ротор со сквозными пазами и лопастями в виде полувтулок и подпружиненные в радиальном направлении. Патент Российской Федерации 2049902, КЛ.6 Е 21 В 4/02, 1995. Недостаток известного объемного забойного двигателя состоит в сложности конструкции взаимодействующих элементов, что снижают эффективность действий забойного двигателя. Известен объемный забойный двигатель,содержащий корпус,внутри которого с образованием кольцевой полости и возможностью вращения на подшипниках расположен вал с секционными углублениями снаружи, где одной боковой стороной закреплены лопасти в форме полуцилиндра, долото, присоединенной к нему матрицей с промывочными каналами. Описание изобретения к патенту Российской Федерации 2220270, кл.7 Е 21 В 4/02, 2001. Данный объемный забойный двигатель по совокупности существенных признаков выбран в качестве прототипа заявляемого изобретения. Недостаток прототипа - отсутствие возможности беспрепятственной смены забойного двигателя без подъема колонны труб, сложности закрепления лопастей в форме полуцилиндра в секционных углублениях вала в требуемом положении и наличие гидродинамических помех вращению вала, что суммарно ведут к сужению сферы применения объемного забойного двигателя. Задача изобретения - расширение сферы использования объемного забойного двигателя. Технический результат - свободная сменяемость объемного забойного двигателя без подъема колонны труб,упрощения конструкции и повышение надежности закрепления лопастей в форме полуцилиндра в секционных углублениях вала в требуемом положении и устранения гидродинамических помех вращению вала. Это достигается тем, что в объемном забойном двигателе содержащим корпус, внутри которого с образованием кольцевой полости и возможностью вращения на подшипниках расположен вал с секционными углублениями снаружи, где одной боковой стороной закреплены лопасти в форме полуцилиндра, долото, присоединенную к нему матрицу с промывочными каналами, согласно изобретению, вал расположен сменяемым, снабжен входной полой камерой с направляющими отверстиями размещенной в кольцевой полости, и взаимодействующей внешней стороной по конусу в свободном состоянии с корпусом, верхний конец вала зафиксирован подшипником прикрепленной к внутренней стенке входной полой камеры, одна боковая сторона лопастей выполнены с выступающими продолжениями верх и вниз, и ими закреплены в секционных углублениях вала,внутренняя поверхность лопастей выполнены с уклоном и увеличением толщины стенки 2 полуцилиндра книзу, вал в нижнем окончании содержит наклонные проточные каналы противоположно вращению, и разъемно жестко соединен с долотом, содержащим снаружи буртик,внутри оснащенный осевым пространством снизу ограниченный матрицей имеющей центральный проход, и сообщающимися посредством проточных каналов с кольцевой полостью, к корпусу свнутри прикреплен упорный подшипник разделяющий корпус и долото вдоль и поперек, опирающимися на матрицу и верхней кромкой скользяще контактирующим с буртиком, причем упорный подшипник внизу имеет внутренний скос кнаружи,над матрицей в долоте проведены боковые канавки на выходе коленообразным поворотом направленными в скос упорного подшипника противоположно вращению,под упорным подшипником промывочные каналы матрицы проведены наклонно проходящими к выходу в направлении обратном вращению долото. Совокупностью отличительных признаков изобретения, вал расположен сменяемым, снабжен входной полой камерой с направляющими отверстиями размещенной в кольцевой полости, и взаимодействующей внешней стороной по конусу в свободном состоянии с корпусом, верхний конец вала зафиксирован подшипником прикрепленной к внутренней стенке входной полой камеры,обеспечивается свободное извлечение объемного забойного двигателя без подъема колонны труб,улучшение условий транспортировки верх и вниз,надежная постановка и центрация вала с входной полой камерой в рабочем положении независимо от угла наклона скважин, возможность визуального осмотра и замены по мере износа подшипника и лопастей в форме полуцилиндра, что повышают надежность его работы и расширение сферы использования в различной горной среде. Признаком - одна боковая сторона лопастей выполнены с выступающими продолжениями верх и вниз, и ими закреплены в секционных углублениях вала, обеспечивается беспрепятственный доступ для закрепления лопастей в углублениях вала в требуемом положении, кроме того, одна боковая сторона лопастей в форме полуцилиндра не участвующая в создании крутящего момента будут заглублены, чем снижаются гидродинамические помехи совместному вращению лопастей с валом. Признаком изобретения внутренняя поверхность лопастей выполнены с уклоном и увеличением толщины стенки книзу, уменьшаются значения вертикально сжимающей нагрузки потока промывочной жидкости на верхний торец лопасти в форме полуцилиндра, чем также снижаются помехи вращению вала, и сила веса промывочной жидкости и скоростного напора будет приложена к внутренней поверхности лопасти выполненной с уклоном и увеличением толщины книзу, тем самым обеспечивается, усиления крутящего момента вала. Результаты проявления суммарных отличительных признаков, вал в нижнем окончании содержит наклонные проточные каналы противоположно вращению, и разъемно жестко соединен с долотом, содержащим снаружи буртик,внутри оснащенный осевым пространством снизу ограниченный матрицей имеющей центральный проход и сообщающимися посредством проточных каналов с кольцевой полостью, к корпусу с внутри прикреплен упорный подшипник разделяющий корпус и долото вдоль и поперек, опирающимися на матрицу и верхней кромкой скользяще контактирующим с буртиком, причем упорный подшипник внизу имеет внутренний скос кнаружи,над матрицей к долоте проведены боковые канавки на выходе коленообразным поворотом направленными в скос упорного подшипника противоположно вращению,обеспечивается исключением прямого контакта корпуса и долота создание ненагруженных забойных условий работы упорного подшипника и долото, образование на разных уровнях и поперечной плоскости дополнительного крутящего момента вала и долото,обеспечения встречным движением промывочной жидкости интенсивной смазки,охлаждения контактирующих поверхностей упорного подшипника с долотом, устранение возможностей попадание шлама между ними, чем обусловлено повышение надежности и увеличение ресурсов работы объемного забойного двигателя. Признаком - под упорным подшипником промывочные каналы матрицы доведены наклонно проходящими к выходу в направлении обратном вращению долота,на контакте упорного подшипника с матрицей происходит сжатие протекающей промывочной жидкости, которая с одной стороны снижает влияние веса корпуса и соединенной с ним колонны труб (не показана) на долото, с другой стороны, при этом повышенное сжатием давлением промывочной жидкости и реактивным истечением жидкости создается суммарный, усиленный крутящий момент в долоте. Тем самым упорный подшипник и корпус совокупно участвуют в создании крутящего момента. Существенные признаки изобретения имеют причинно-следственную связь,обеспечивают достижение технического результата и решение задачи изобретения. На фиг.1 изображен общий вид объемного забойного двигателя, на фиг.2 разрез по А-А на фиг.1. Объемный забойный двигатель содержит корпус 1, внутри которого с образов кольцевой полости и возможностью вращения расположен сменяемый вал 2, снабженный входной полой камерой 3 с направляющими отверстиями 4 размещенной в кольцевой полости, и взаимодействующей внешней стороной по конусу 5 в свободном состоянии с корпусом 1. Верхний конец вала 2 зафиксирован подшипником 6 прикрепленной к внутренней стенке входной полой камеры 3. Одна боковая сторона лопастей 7 выполнены с выступающими продолжениями верх 8 и вниз 9, и ими закреплены в секционных углублениях 10 вала 2. Внутренняя поверхность лопастей 7 в форме полуцилиндра выполнены с уклоном и увеличением толщины стенки книзу. Вал 2 в нижнем окончании содержит наклонные проточные каналы 11 противоположно вращению, и разъемно жестко соединен с долотом 12,содержащим снаружи буртик 13,внутри оснащенный осевым пространством14, снизу ограниченный матрицей 15, имеющей центральный проход 16, и сообщающимися посредством пробочных каналов 11 с кольцевой полостью. К корпусу 1 свнутри прикреплен упорный подшипник 17, разделяющий корпус 1 и долото 12 вдоль и поперек, опирающимися на матрицу 15 и верхней кромкой скользяще контактирующим с буртиком 13 долото 12. Упорный подшипник 17 внизу имеет внутренний скос 18 снаружу. Над матрицей 15 в долоте 12 проведены боковые канавки 19 на выходе коленообразным поворотом 20 направленными в скос 18 упорного подшипника 17 противоположно вращению. Под упорным подшипником 17 промывочные каналы 21 матрицы 15 проведены наклонно проходящими к выходу в направлении обратном вращению долота 15. Сверху вовнутри входной полой камеры 3 к ней встроена головка 22 для извлечения объемного забойного двигателя. Объемный забойный двигатель работает следующим образом. При взаимодействии входной полой камеры 3 по конусу 5 в свободном состоянии с корпусом 1, вал 2 достигает рабочего положения и разъемно жестко соединяется с долотом 12. Поток промывочной жидкости по направляющим отверстиям 4 поступает в кольцевую полость и приложением силы веса и скоростного напора на внутреннюю поверхность лопастей 7 в форме полуцилиндра выполненной с уклоном и увеличением толщины снизу создает крутящий момент, передаваемый валу 2 через одной боковой стороной лопастей 7 выполненной с выступающими продолжениями верх 8 и вниз 9, и ими закрепленной в секционных углублениях 10 вала 2,вращающимися на подшипнике 6. Далее поток промывочной жидкости протекая вниз по наклонным проточным каналам 11 противоположно вращению вала 2, за счет реактивного истечения жидкости создает дополнительный крутящий момент последнего. Из проточных каналов 11 промывочная жидкость поступает в осевое пространство 14 долото 12, где поток разделяется, одна часть через центральный проход 16 матрицы 15 попадает на забой скважины(не показана), омывает матрицу 15 и удаляет шлам с нее, другая часть потока по боковым канавам 19 с коленообразным поворотом 20 на выходе противоположно вращению направляется в скос 18 упорного подшипника 17 прикрепленного к корпусу 1 свнутри и опирающимися на матрицу 15. При этом между упорным подшипником 17 и матрицей 15 промывочная жидкость встречным вращению движением охлаждает и смазывает их контактирующие поверхности исключает попадание 3 шлама, и протекая по наклонно проходящим промывочным каналам 21 к выходу в направлении обратном вращению долот 12 за счет сжатия и истечении жидкости образует крутящий момент долото 12, контактирующего буртиком 13 с верхней кромкой упорного подшипника 17. В случае необходимости смены вала 2, его овершотом (не показан) захватывают за головку 22 и извлекают из скважины. Экспериментальные проверки опытного образца объемного забойного двигателя наружным диаметром 73 мм и долотом 76 мм показали, что они по значению крутящего момента и частоты вращения могут быть использованы в широком диапазоне крепости разрушаемых горных пород и диаметра скважин в пределах до 115 мм, что расширяют сферы их применения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Объемный забойный двигатель, содержащий корпус, внутри которого с образованием кольцевой полости и возможностью вращения на подшипниках расположен вал с секционными углублениями снаружи, где одной боковой стороной закреплены лопасти в форме полуцилиндра,долото,присоединенную к нему матрицу с промывочными каналами, отличающийся тем, что вал является сменяемым, снабжен входной полой камерой с направляющими отверстиями,размещенной в кольцевой полости, и взаимодействующей внешней стороной по конусу в свободном состоянии с корпусом, верхний конец вала зафиксирован подшипником прикрепленный к внутренней стенке входной полой камеры, одна боковая сторона лопастей выполнена с выступающими продолжениями верх и вниз, и ими закреплены в секционных углублениях вала,внутренняя поверхность лопастей выполнена с уклоном и увеличением толщины стенки полуцилиндра книзу,вал в нижнем окончании содержит наклонные проточные каналы, противоположные вращению, и разъемно жестко соединен с долотом, содержащим снаружи буртик, внутри оснащенный осевым пространством, снизу ограниченный матрицей,имеющей центральный проход, и сообщающимися посредством проточных каналов с кольцевой полостью, к корпусу изнутри прикреплен упорный подшипник, разделяющий корпус и долото,опирающимися на матрицу и верхней кромкой скользяще контактирующим с буртиком корпуса,причем упорный подшипник внизу имеет внутренний скос наружу, над матрицей в долоте проведены боковые канавки на выходе коленообразным поворотом, направленными в скос упорного подшипника противоположно вращению,под упорным подшипником промывочные каналы матрицы проведены наклонно проходящими к выходу в направлении, обратном вращению долота.