WO2008127146A1 - Screw downhole motor for slant-hole directional and horizontal drilling - Google Patents
Screw downhole motor for slant-hole directional and horizontal drilling Download PDFInfo
- Publication number
- WO2008127146A1 WO2008127146A1 PCT/RU2007/000676 RU2007000676W WO2008127146A1 WO 2008127146 A1 WO2008127146 A1 WO 2008127146A1 RU 2007000676 W RU2007000676 W RU 2007000676W WO 2008127146 A1 WO2008127146 A1 WO 2008127146A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- spindle
- stator
- sub
- elastic
- drill string
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B4/00—Drives for drilling, used in the borehole
- E21B4/02—Fluid rotary type drives
Definitions
- the invention relates to the field of drilling equipment and, in particular, to downhole helical engines (VZD) for drilling directional and horizontal wells in areas of curvature and stabilization of the direction of the wellbore.
- VZD downhole helical engines
- the well-known downhole motor (Baldenko D.F., Baldenko F.D., Gnoev A.N. Screw downhole motors. M .: OJSC "Publishing House” Hedra “, 1999. C.357-359), consisting of two series-connected engines.
- a diverter motor with a curvature between its sections is used, and a second rotator motor connected to the housing of the diverter is periodically turned on when drilling in sections of stabilization of the well profile.
- the rotary motor is periodically driven by the inclusion of a flow distributor that changes the flow direction of the flushing fluid, while the flushing fluid passes through both the working bodies of the rotary motor and the deflector motor.
- the working bodies of the motor-rotator are made in the right direction, and the deflector motor has working parts with the left direction of the helical teeth of the rotor and stator, which ensures rotation of the entire arrangement of two motors, as well as the output shaft of the motor of the deflector in one direction.
- the bottomhole the arrangement of two engines allows to increase the rotational speed of the drilling tool and the accuracy of the wiring of the wellbore in a given direction (stabilization mode).
- This downhole assembly consisting of a diverter motor and a rotary engine is the significant length of the upper arm of the diverting assembly from the point of curvature between the sections of the diverter motor to the connection of the upper sub of the rotator motor with drill pipes. This circumstance does not allow drilling a wellbore with a set of curvature of more than 5 ° per 10 meters of penetration.
- a drawback of the downhole assembly of two series-connected screw downhole motors is also the fact that when the curved bottomhole assembly of increased length is rotated in the wellbore, its external components experience complex maximum permissible deformations under the action of axial force, bending and torque. This leads to the fatigue failure of external rotating parts during operation of the well-known downhole screw motor, creating the likelihood of an emergency when drilling directional and horizontal wells.
- the disadvantage of such a downhole arrangement is that in the spindle of the rotary motor, the used sealing system in movable joints operating in an abrasive medium at high pressures has low durability, as a result of which leaks of flushing fluid through the seals increase and the pressure decreases significantly. and the engine loses its load capacity.
- the pressure that must be created for the effective operation of the bottomhole assembly at the inlet of the gerotor mechanism of the motor-rotator and in the seal area during drilling will be 8.5-10.5 MPa.
- the durability of the seals for the movable joints of screw downhole motors operating at large pressure drops of the flushing liquid under vibration conditions and large axial alternating loads will be insufficient.
- the above drawbacks of the downhole assembly consisting of two series-connected helical downhole motors does not allow optimizing the parameters of the wellbore drilling process with a set rate of more than 5 ° per 10 meters of penetration, correcting the borehole according to a given profile and ensuring the operability of the downhole assembly with a high degree of reliability.
- a device and method for rotating a drill string section in which the lower section is rotated by the upper section is known (US Pat. No. 6,446,737, E21B 4/00).
- the lower section includes a downhole motor and a drilling tool.
- the rotator of the upper section is located within the drill string in order to rotate the lower section.
- the upper and lower sections of the device can be connected by flexible or articulated tubing.
- the downhole motor and rotator in combination with flexible or articulated tubing is the increased length of the entire arrangement, which, in turn, eliminates the possibility of using it for directional and horizontal drilling of wells along a given trajectory with the intensity of the set of curvature of more than 5 ° per 10 meters of penetration.
- a well-known downhole motor for driving a tool when drilling wells associated with a drill string comprising a gerotor mechanism with helical gearing of the teeth of the stator and rotor, upper and lower radial bearings, an axial bearing, mounted on the spindle shaft and in the outer casing to allow the stator to rotate in this casing, the upper sub and the drive shaft that keeps the rotor from turning in the stator, but allowing the rotor to oscillate and I.
- the gerotor mechanism of a downhole helical motor incorporates a rotor and a stator with the right direction of helical teeth.
- the downhole screw motor has a lower shaft mounted in a lower radial bearing located in the outer casing.
- the lower shaft is connected to a rotating stator and a chisel sub.
- the downhole motor has an upper and lower seal for sealing the cavity formed between the outer casing and the rotating stator with parts attached to it, in which there may be flushing fluid or viscous grease for lubricating the rubbing surfaces. With a tight upper seal, the flushing fluid under pressure enters the gerotor mechanism through the internal channel of the spindle shaft, providing rotation of the stator.
- a disadvantage of the known invention is the low reliability of the upper seal, which is not able to maintain tightness for a long time at high pressure of the washing liquid in the cavity above the gerotor mechanism for its operation under conditions of intense vibration of the spindle shaft, coupled to a rotating stator.
- a disadvantage of the invention is the lack of a device that prevents the bit and stator from leaving the bottom of the well in case of destruction of the lower shaft or stator housing.
- the disadvantage of the invention is that the rotating stator and the spindle shaft are placed in the lower and upper radial bearings without sufficient base, therefore, the lateral vibrations and radial loads arising from the operation of the gerotor mechanism due to cutting forces on the bit will lead to intensive wear of the working surfaces of the radial bearings with the formation of increased radial clearance.
- the rate of set of the curvature of the well using a layout consisting of a downhole screw motor and a curved sub gradually decreases with increasing radial clearance in the lower radial bearing.
- the technical problem to which the invention is directed is to increase the reliability, efficiency during drilling and the durability of a downhole screw motor, to optimize the drilling process with the aim of guiding the borehole in curved and horizontal sections in accordance with a given profile, and also to significantly improve the cleaning of the borehole rocks in the bottomhole zone and eliminating the likelihood of engine sticking in the well by creating a short downhole screw motor in which the rotor is directly It is connected via a drive shaft of bit sub mounted on the spindle housing, which allowed to carry out their simultaneous rotation in the wellbore relative to the drill string.
- optimization of the drilling process for the purpose of conducting the wellbore in curved and horizontal sections in accordance with a given profile is also ensured by placing support-centering or cutting elements on the bit sub and coupling of the coupled while rotating them with the drilling tool.
- Reliability is also ensured by equipping the engine with a device to hold the spindle, stator or spindle shaft in the case in case of their destruction during emergency engine lift from the well.
- Improving the efficiency and reliability is also ensured by placing in the upper part of the spindle housing an elastic-elastic cover covering the stator, with the formation of a radial support rotation of an increased length, perceiving a bending moment from the operation of the drilling tool when drilling directional wells, as well as transverse vibrations that occur when the rotor is run in the stator and is a limiter to the flow of flushing fluid through the bearing assembly.
- the radial support of rotation actually performs the function of a throttle with a given hydraulic resistance, creating the necessary pressure difference at the nozzles of the bit, and is a limiter to the flow of flushing fluid through the bearing assembly, including radial and axial bearings.
- the spindle housing in the lower part is interfaced with a chisel sub, and in the upper part of the spindle housing, on its inner surface, an elastic-elastic lining is made, covers the stator, and the stator housing together with the elastic-elastic cover of the spindle body make up the radial support of rotation, while the stator is connected to the spindle shaft with a bearing assembly fixed on it and to the top with an adapter to connect to the drill string, in addition, a rotor and a chisel the sub is kinematically connected by a drive shaft located in the inner cavity of the spindle shaft.
- the length of the elastic-elastic plate on the inner surface of the spindle housing is comparable with the length of the elastic stator plate.
- annular collars are made, and the annular collar on the outer surface of the sub for connecting with the drill string is lower than the annular collar made on the inner surface of the coupling, in addition, when the contact ends of the annular collars of the coupling and the spindle housing with the parts mounted on it, they are fixed in the axial direction relative to the sub for connection with the drill string.
- a replaceable centralizer is installed on the chisel sub, and the coupling is made with support-centering ribs.
- the working bodies of a downhole screw motor for directional and horizontal drilling of wells are sufficient to perform with the left direction of the helical teeth on the rotor and stator, since the proposed design ensures the rotation of the bit in the left direction of cutting clockwise.
- connecting the stator to the sub to connect to the drill string provides load transfer with the drill columns through axial support on the spindle body and the bit without the influence of this force on the spindle shaft section in its weak section.
- a downhole screw motor with a rotating body, a chisel adapter and a drilling tool allows to optimize the drilling process when drilling directional and horizontal wells and to reduce the likelihood of sticking the drilling assembly due to improved cleaning of the borehole section in the bottomhole zone from cuttings.
- an elastic-elastic plate on the inner surface of the spindle body in a CDJ with a length commensurate with the length of the stator elastic plate allows the stator to be placed in the spindle body, creating a radial support of rotation of increased length compared to the prototype, capable of absorbing the bending moment from the operation of the drilling tool lateral vibrations that occur when the rotor is run in the stator.
- Length increase radial bearings of rotation leads to a decrease in specific loads on the elastic-elastic spacer body gasket.
- ring collars are made that provide reliable retention of the bit sub, the spindle housing with the parts mounted on it on the annular collar of the sub for connecting with the drill string in in case of destruction of the spindle shaft at the installation site of the axial support (bearing assembly) during drilling or with large tensile loads associated with the elimination of the grip of the bottom of the storm noy column in the well, which also provides a high-performance work to eliminate an emergency when drilling wells.
- the downhole screw motor for directional and horizontal drilling of wells is used in an arrangement with a swivel sub or adjustable and curved sub, allowing angular misalignment between the axes of the downhole screw motor and the drill string, which also allows you to expand the scope of the engine and optimize the process of drilling sections changes in the direction of the wellbore.
- the supply of washing liquid under pressure is carried out directly to the gerotor mechanism, without the use of sealing devices for the bearing assembly with a high degree of tightness, which simplifies the design of the spindle.
- the bearing assembly is located in the high pressure zone above the gerotor mechanism with the installation of an entire sealing system.
- the bearing assembly is located in another zone, under the gerotor mechanism.
- Figure l shows a longitudinal section of a downhole screw motor for directional and horizontal drilling of wells.
- the downhole screw motor for directional and horizontal drilling of wells includes a spindle housing 1 with an elastic-elastic cover 2 made in its upper part, and a bit adapter 3 is connected to the spindle housing 1 in the lower part.
- a gerotor mechanism including a stator 4 and a rotor 5 installed inside the stator 4.
- a spindle shaft 6 is attached to the stator 4 at the bottom and a sub 7 at the top for connecting to the drill string 7.
- the rotor 5 is connected to the chisel adapter 3 dnym shaft 8, which is disposed in the internal cavity of the spindle shaft of the spindle 6.
- the body 1 with the elastically flexible plate of 2 and placed inside the stator plates 4 form a radial bearing rotation with the increased area of the contact surfaces at the optimum gap in this conjugation.
- the elastic-elastic cover 2 glued to the inner surface of the spindle body 1 is made comparable in length with the length of the elastic cover 9 of the stator 4, which are disposed without displacement relative to one another.
- a clutch 10 is installed covering the sub for connecting with the drill string 7.
- an annular collar 11 is made on the sub for connecting with the drill string 7, and an annular collar 12 is provided on the coupling 10.
- the sub 3 is connected by means of a threaded connection to a removable centralizer 13.
- the coupling 10 is made with ribs 14 designed to center the upper part of the spindle housing 1 in the well.
- the spindle shaft 6 is placed in the bearing assembly containing the axial support of rotation 15 and the radial support of rotation 16.
- the bearing assembly on the shaft of the spindle 6 is fixed with a nut 17, and in the spindle housing 1 with a chisel adapter 3.
- a downhole screw motor assembly with an articulated or adjustable sub and a mounted chisel is attached to the lower drill pipe.
- the entire assembly on the drill pipe descends into the wellbore of the well being drilled to the bottom.
- a drilling pump supplies flushing fluid through pipes to a downhole screw motor
- the rotor of the gerotor mechanism runs around the teeth of the elastic stator lining under the influence of unbalanced hydraulic forces.
- the planetary motion of the rotor is converted by means of a drive shaft into the rotational movement of the chisel sub, the spindle housing and the coupling attached to it.
- the rotation of the bit sub, spindle housing and coupling clockwise is provided with the left direction of the helical teeth of the stator and rotor.
- the flushing fluid is supplied to the gerotor mechanism, the axial force arising on the rotor is transmitted through the drive shaft to the bit sub, the spindle housing and is received by the bearing assembly mounted on the spindle shaft.
- the flushing fluid having passed through the screw chambers of the gerotor mechanism, enters through the internal channel of the spindle shaft and flow channels in the bit sub to the bit.
- the radial support of rotation of the helical downhole motor is made of increased length with a minimum clearance in the interface of cylindrical working surfaces.
- the slotted hydraulic resistance formed between the inner surface of the elastic-elastic cover of the spindle housing and the outer surface of the stator housing allows creating a pressure at the inlet of the bit nozzles up to 7-9 MPa, which is sufficient to create a hydro-monitor effect when the flushing fluid flows through the nozzles and effectively clean the bottom of drill cuttings.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
Description
Винтовой забойный двигатель для наклонно-направленного и горизонтального бурения Downhole helical motor for directional and horizontal drilling
Изобретение относится к области буровой техники и, в частности, к винтовым забойным двигателям (ВЗД) для бурения наклонно- направленных и горизонтальных скважин на участках искривления и стабилизации направления ствола скважины.The invention relates to the field of drilling equipment and, in particular, to downhole helical engines (VZD) for drilling directional and horizontal wells in areas of curvature and stabilization of the direction of the wellbore.
Для осуществления бурения таких скважин известны различные забойные двигатели и устройства к ним. Например, дополнительный привод для вращения двигателя или бурового става.To carry out the drilling of such wells, various downhole motors and devices for them are known. For example, an additional drive to rotate the engine or drill stand.
Известен винтовой забойный двигатель (Балденко Д.Ф., Балденко Ф.Д., Гноевых А.Н. Винтовые забойные двигатели. M.: ОАО «Издaтeльcтвo «Heдpa», 1999. C.357-359), состоящий из двух последовательно соединенных двигателей. Для привода бурового инструмента в данной компоновке используется двигатель-отклонитель с искривлением между его секциями, а второй двигатель-вращатель, присоединенный к корпусу двигателя-отклонителя, периодически включается при бурении на участках стабилизации профиля скважины.The well-known downhole motor (Baldenko D.F., Baldenko F.D., Gnoev A.N. Screw downhole motors. M .: OJSC "Publishing House" Hedra ", 1999. C.357-359), consisting of two series-connected engines. To drive the drilling tool in this arrangement, a diverter motor with a curvature between its sections is used, and a second rotator motor connected to the housing of the diverter is periodically turned on when drilling in sections of stabilization of the well profile.
Двигатель-вращатель периодически приводится в действие включением распределителя потока, который изменяет направление потока промывочной жидкости, при этом промывочная жидкость проходит как через рабочие органы двигателя-вращателя, так и двигателя- отклонителя. Рабочие органы двигателя-вращателя выполнены с правым направлением, а двигатель-отклонитель имеет рабочие органы с левым направлением винтовых зубьев ротора и статора, что обеспечивает вращение всей компоновки из двух двигателей, а также выходного вала двигателя-отклонителя в одном направлении. В этом случае забойная компоновка из двух двигателей позволяет повысить частоту вращения бурового инструмента и точность проводки ствола скважины в заданном направлении (режим стабилизации). При работающем двигателе- отклонителе (без вращения его двигателем-вращателем) бурение осуществляется в режиме набора кривизны.The rotary motor is periodically driven by the inclusion of a flow distributor that changes the flow direction of the flushing fluid, while the flushing fluid passes through both the working bodies of the rotary motor and the deflector motor. The working bodies of the motor-rotator are made in the right direction, and the deflector motor has working parts with the left direction of the helical teeth of the rotor and stator, which ensures rotation of the entire arrangement of two motors, as well as the output shaft of the motor of the deflector in one direction. In this case, the bottomhole the arrangement of two engines allows to increase the rotational speed of the drilling tool and the accuracy of the wiring of the wellbore in a given direction (stabilization mode). When the engine-deflector is running (without rotation by the motor-rotator), drilling is carried out in the set of curvature.
Недостатком этой забойной компоновки состоящей из двигателя- отклонителя и двигателя-вращателя является значительная длина верхнего плеча отклоняющей компоновки от места искривления между секциями двигателя-отклонителя до соединения верхнего переводника двигателя- вращателя с бурильными трубами. Это обстоятельство не позволяет производить бурение ствола скважины с набором кривизны более 5° на 10 метров проходки.The disadvantage of this downhole assembly consisting of a diverter motor and a rotary engine is the significant length of the upper arm of the diverting assembly from the point of curvature between the sections of the diverter motor to the connection of the upper sub of the rotator motor with drill pipes. This circumstance does not allow drilling a wellbore with a set of curvature of more than 5 ° per 10 meters of penetration.
Недостатком забойной компоновки в составе двух последовательно соединенных винтовых забойных двигателей является также то, что при вращении искривленной забойной компоновки увеличенной длины в стволе скважины ее наружные составные части испытывают сложные предельно допустимые деформации под действием осевой силы, изгибающего и крутящего моментов. Это приводит в процессе эксплуатации известного винтового забойного двигателя к усталостному разрушению наружных вращающихся деталей, создавая вероятность аварийной ситуации при бурении наклонно-направленных и горизонтальных скважин.A drawback of the downhole assembly of two series-connected screw downhole motors is also the fact that when the curved bottomhole assembly of increased length is rotated in the wellbore, its external components experience complex maximum permissible deformations under the action of axial force, bending and torque. This leads to the fatigue failure of external rotating parts during operation of the well-known downhole screw motor, creating the likelihood of an emergency when drilling directional and horizontal wells.
Кроме того, недостатком такой забойной компоновки является то, что в шпинделе двигателя-вращателя применяемая система уплотнений в подвижных сопряжениях, работающих в абразивной среде при высоких давлениях, имеет низкую долговечность, в результате чего утечки промывочной жидкости через уплотнения возрастают, а давление значительно снижается, и двигатель теряет нагрузочную способность. Необходимость установки уплотнений в зоне радиальных опор шпинделя вызвана тем, что при подаче промывочной жидкости для вращения всей забойной компоновки в процессе бурения требуется создать на героторном механизме двигателя-вращателя дифференциальный перепад давления не менее 4-5 МПа.In addition, the disadvantage of such a downhole arrangement is that in the spindle of the rotary motor, the used sealing system in movable joints operating in an abrasive medium at high pressures has low durability, as a result of which leaks of flushing fluid through the seals increase and the pressure decreases significantly. and the engine loses its load capacity. The need to install seals in the area of the radial bearings of the spindle due to the fact that when flushing fluid is supplied to rotate the entire bottomhole assembly during drilling, it is required to create a differential pressure differential of at least 4-5 MPa on the gerotor mechanism of the rotator motor.
Давление, которое необходимо создать для эффективной работы забойной компоновки на входе героторного механизма двигателя- вращателя и в зоне уплотнений при бурении будет составлять 8,5-10,5 МПа. Долговечность уплотнений для подвижных соединений винтовых забойных двигателей работающих при больших перепадах давления промывочной жидкости в условиях вибраций и больших осевых знакопеременных нагрузках будет недостаточна.The pressure that must be created for the effective operation of the bottomhole assembly at the inlet of the gerotor mechanism of the motor-rotator and in the seal area during drilling will be 8.5-10.5 MPa. The durability of the seals for the movable joints of screw downhole motors operating at large pressure drops of the flushing liquid under vibration conditions and large axial alternating loads will be insufficient.
Приведенные выше недостатки забойной компоновки состоящей из двух последовательно соединенных винтовых забойных двигателей не позволяет оптимизировать параметры процесса бурения ствола скважины с интенсивностью набора кривизны более 5° на 10 метров проходки, производить корректировку ствола скважины по заданному профилю и обеспечить работоспособность забойной компоновки с высокой степенью надежности.The above drawbacks of the downhole assembly consisting of two series-connected helical downhole motors does not allow optimizing the parameters of the wellbore drilling process with a set rate of more than 5 ° per 10 meters of penetration, correcting the borehole according to a given profile and ensuring the operability of the downhole assembly with a high degree of reliability.
Известно устройство и способ вращения участка бурильной колонны, в котором нижняя секция приводится во вращение верхней секцией (US, патент 6.446.737, E21B 4/00). Нижняя секция включает забойный двигатель и буровой инструмент. Вращатель верхней секции располагается в пределах бурильной колонны для того, чтобы вращать нижнюю секцию. Верхняя и нижняя секции устройства могут быть соединены гибкой или шарнирной насосно-компрессорными трубами.A device and method for rotating a drill string section in which the lower section is rotated by the upper section is known (US Pat. No. 6,446,737, E21B 4/00). The lower section includes a downhole motor and a drilling tool. The rotator of the upper section is located within the drill string in order to rotate the lower section. The upper and lower sections of the device can be connected by flexible or articulated tubing.
При вращении нижней секции бурильной колонны в стволе скважины снижается усилие, необходимое для продвижения бурильной колонны, и улучшаются условия промывки горизонтального ствола скважины от выбуренной породы. Недостатком данного устройства, забойного двигателя и вращателя в комбинации с гибкими или шарнирными насосно-компрессорными трубами (HKT), является увеличенная длина всей компоновки, что, в свою очередь, исключает возможность использования его для наклонно- направленного и горизонтального бурения скважин по заданной траектории с интенсивностью набора кривизны более 5° на 10 метров проходки.When the lower section of the drill string is rotated in the wellbore, the force required to advance the drill string decreases and the washing conditions of the horizontal wellbore from the cuttings are improved. The disadvantage of this device, the downhole motor and rotator in combination with flexible or articulated tubing (HKT), is the increased length of the entire arrangement, which, in turn, eliminates the possibility of using it for directional and horizontal drilling of wells along a given trajectory with the intensity of the set of curvature of more than 5 ° per 10 meters of penetration.
Известен винтовой забойный двигатель для приведения в действие инструмента при бурении скважин, связанного с бурильной колонной (US, патент 4.011.917 E21B 4/02), содержащий героторный механизм с геликоидальным зацеплением зубьев статора и ротора, верхний и нижний радиальные подшипники, упорный подшипник, установленный на валу шпинделя и в наружном корпусе для обеспечения возможности вращения статора в этом корпусе, верхний переводник и приводной вал, удерживающий ротор от проворота в статоре, но позволяющий ротору совершать колебательные движения.A well-known downhole motor for driving a tool when drilling wells associated with a drill string (US Patent 4.011.917 E21B 4/02), comprising a gerotor mechanism with helical gearing of the teeth of the stator and rotor, upper and lower radial bearings, an axial bearing, mounted on the spindle shaft and in the outer casing to allow the stator to rotate in this casing, the upper sub and the drive shaft that keeps the rotor from turning in the stator, but allowing the rotor to oscillate and I.
Героторный механизм винтового забойного двигателя имеет в своем составе ротор и статор с правым направлением винтовых зубьев.The gerotor mechanism of a downhole helical motor incorporates a rotor and a stator with the right direction of helical teeth.
Кроме того, винтовой забойный двигатель имеет нижний вал установленный в нижнем радиальном подшипнике, размещенном в наружном корпусе. Нижний вал соединен с вращающимся статором и долотным переводником.In addition, the downhole screw motor has a lower shaft mounted in a lower radial bearing located in the outer casing. The lower shaft is connected to a rotating stator and a chisel sub.
В винтовом забойном двигателе имеется верхнее и нижнее уплотнения для герметизации полости, образованной между наружным корпусом и вращающимся статором с присоединенными к нему деталями, в которой может находиться промывочная жидкость или вязкая смазка для смазывания трущихся поверхностей. При герметичном верхнем уплотнении промывочная жидкость под давлением поступает по внутреннему каналу вала шпинделя к героторному механизму, обеспечивая вращение статора.The downhole motor has an upper and lower seal for sealing the cavity formed between the outer casing and the rotating stator with parts attached to it, in which there may be flushing fluid or viscous grease for lubricating the rubbing surfaces. With a tight upper seal, the flushing fluid under pressure enters the gerotor mechanism through the internal channel of the spindle shaft, providing rotation of the stator.
Недостатком известного изобретения является низкая надежность верхнего уплотнения, не способного длительное время сохранять герметичность при высоком давлении промывочной жидкости в полости над героторным механизмом для его работы в условиях интенсивных вибраций вала шпинделя, сопряженного с вращающимся статором.A disadvantage of the known invention is the low reliability of the upper seal, which is not able to maintain tightness for a long time at high pressure of the washing liquid in the cavity above the gerotor mechanism for its operation under conditions of intense vibration of the spindle shaft, coupled to a rotating stator.
С увеличением утечек промывочной жидкости через верхнее уплотнение и при этом с уменьшением давления в полости над героторным механизмом произойдет снижение оборотов и нагрузочной способности двигателя.With an increase in leaks of flushing fluid through the upper seal and at the same time with a decrease in pressure in the cavity above the gerotor mechanism, the engine speed and load capacity will decrease.
Недостатком изобретения является также отсутствие устройства, предотвращающего оставление на забое скважины долота и статора в случае разрушения нижнего вала или корпуса статора.A disadvantage of the invention is the lack of a device that prevents the bit and stator from leaving the bottom of the well in case of destruction of the lower shaft or stator housing.
Кроме того, недостатком изобретения является то, что вращающийся статор и вал шпинделя размещены в нижнем и верхнем радиальных подшипниках без достаточного базирования, следовательно, возникающие при работе героторного механизма поперечные колебания и радиальные нагрузки от усилий резания на долоте приведут к интенсивному износу рабочих поверхностей радиальных подшипников с образованием увеличенного радиального зазора. В процессе бурения скважины под действием радиальных нагрузок темп набора кривизны скважины с использованием компоновки состоящей, из винтового забойного двигателя и изогнутого переводника, по мере увеличения радиального зазора в нижнем радиальном подшипнике постепенно уменьшается. Это приведет к изменению первоначальных геометрических параметров компоновки низа бурильной колонны и, следовательно, к отклонениям от расчетной траектории ствола скважины при бурении. Эти недостатки снижают эффективность применения известного изобретения с использованием над двигателем изогнутого переводника при бурении наклонно-направленных и горизонтальных скважин по заданному профилю ствола скважины и не исключается возможность аварии в скважине в случае разрушения нижнего вала или корпуса статора. Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении надежности, эффективности при бурении и долговечности винтового забойного двигателя, оптимизации процесса бурения с целью проводки ствола скважины на искривленных и горизонтальных участках в соответствии с заданным профилем, также в существенном улучшении очистки ствола от выбуренной породы в призабойной зоне и исключения вероятности прихвата двигателя в скважине путем создания короткого винтового забойного двигателя, в котором ротор непосредственно соединен через приводной вал с долотным переводником, установленным на корпусе шпинделя, что позволило осуществить одновременное их вращение в стволе скважины относительно бурильной колонны.In addition, the disadvantage of the invention is that the rotating stator and the spindle shaft are placed in the lower and upper radial bearings without sufficient base, therefore, the lateral vibrations and radial loads arising from the operation of the gerotor mechanism due to cutting forces on the bit will lead to intensive wear of the working surfaces of the radial bearings with the formation of increased radial clearance. In the process of drilling a well under the action of radial loads, the rate of set of the curvature of the well using a layout consisting of a downhole screw motor and a curved sub, gradually decreases with increasing radial clearance in the lower radial bearing. This will lead to a change in the initial geometric parameters of the layout of the bottom of the drill string and, consequently, to deviations from the calculated trajectory of the wellbore during drilling. These disadvantages reduce the effectiveness of the application of the known invention using a curved sub over the engine when drilling directional and horizontal wells along a given profile of the wellbore and the possibility of an accident in the well in case of destruction of the lower shaft or stator housing is not ruled out. The technical problem to which the invention is directed is to increase the reliability, efficiency during drilling and the durability of a downhole screw motor, to optimize the drilling process with the aim of guiding the borehole in curved and horizontal sections in accordance with a given profile, and also to significantly improve the cleaning of the borehole rocks in the bottomhole zone and eliminating the likelihood of engine sticking in the well by creating a short downhole screw motor in which the rotor is directly It is connected via a drive shaft of bit sub mounted on the spindle housing, which allowed to carry out their simultaneous rotation in the wellbore relative to the drill string.
Оптимизация процесса бурения с целью проводки ствола скважины на искривленных и горизонтальных участках в соответствии с заданным профилем обеспечивается также путем размещения на долотном переводнике и муфте опорно-центрирующих или режущих элементов при их одновременном вращении с буровым инструментом.Optimization of the drilling process for the purpose of conducting the wellbore in curved and horizontal sections in accordance with a given profile is also ensured by placing support-centering or cutting elements on the bit sub and coupling of the coupled while rotating them with the drilling tool.
Надежность также обеспечивается оснащением двигателя устройством для удержания в корпусе шпинделя, статора или вала шпинделя в случае их разрушения при аварийном подъеме двигателя из скважины.Reliability is also ensured by equipping the engine with a device to hold the spindle, stator or spindle shaft in the case in case of their destruction during emergency engine lift from the well.
Повышение эффективности и надежности обеспечивается также размещением в верхней части корпуса шпинделя упруго-эластичной обкладки, охватывающей статор, с образованием радиальной опоры вращения увеличенной длины, воспринимающей изгибающий момент от работы бурового инструмента при бурении наклонно- направленных скважин, а также поперечные колебания, возникающие при обкатке ротора по статору и являющейся ограничителем потока промывочной жидкости через подшипниковый узел. Радиальная опора вращения фактически выполняет функцию дросселя с заданным гидравлическим сопротивлением, создавая необходимый перепад давления на соплах долота, и является ограничителем потока промывочной жидкости через подшипниковый узел, включающий радиальную и осевую опоры.Improving the efficiency and reliability is also ensured by placing in the upper part of the spindle housing an elastic-elastic cover covering the stator, with the formation of a radial support rotation of an increased length, perceiving a bending moment from the operation of the drilling tool when drilling directional wells, as well as transverse vibrations that occur when the rotor is run in the stator and is a limiter to the flow of flushing fluid through the bearing assembly. The radial support of rotation actually performs the function of a throttle with a given hydraulic resistance, creating the necessary pressure difference at the nozzles of the bit, and is a limiter to the flow of flushing fluid through the bearing assembly, including radial and axial bearings.
Технический результат достигается тем, что в винтовом забойном двигателе для наклонно-направленного и горизонтального бурения скважин содержащим героторный механизм, включающий статор и ротор, шпиндель, содержащий в своем составе подшипниковый узел с радиальными и осевой опорами вращения, вал и корпус шпинделя, приводной вал и переводники, согласно изобретению корпус шпинделя в нижней части сопряжен с долотным переводником, а в верхней части корпуса шпинделя, на его внутренней поверхности, выполнена упруго- эластичная обкладка, охватывающая статор, причем корпус статора совместно с упруго-эластичной обкладкой корпуса шпинделя составляют радиальную опору вращения, при этом внизу статор соединен с валом шпинделя с закрепленным на нем подшипниковым узлом, а вверху с переводником для соединения с бурильной колонной, кроме того, ротор и долотный переводник кинематически соединены приводным валом, размещенным во внутренней полости вала шпинделя.The technical result is achieved by the fact that in a downhole screw motor for directional and horizontal drilling of wells containing a gerotor mechanism including a stator and a rotor, a spindle comprising a bearing assembly with radial and axial bearings of rotation, a shaft and a spindle housing, a drive shaft and sub, according to the invention, the spindle housing in the lower part is interfaced with a chisel sub, and in the upper part of the spindle housing, on its inner surface, an elastic-elastic lining is made, covers the stator, and the stator housing together with the elastic-elastic cover of the spindle body make up the radial support of rotation, while the stator is connected to the spindle shaft with a bearing assembly fixed on it and to the top with an adapter to connect to the drill string, in addition, a rotor and a chisel the sub is kinematically connected by a drive shaft located in the inner cavity of the spindle shaft.
Кроме того, длина упруго-эластичной обкладки на внутренней поверхности корпуса шпинделя соизмерима с длиной эластичной обкладки статора.In addition, the length of the elastic-elastic plate on the inner surface of the spindle housing is comparable with the length of the elastic stator plate.
Кроме того, на переводнике для соединения с бурильной колонной и на муфте, установленной в верхней части корпуса шпинделя и охватывающей переводник для соединения с бурильной колонной, выполнены кольцевые бурты, причем кольцевой бурт на наружной поверхности переводника для соединения с бурильной колонной расположен ниже, чем кольцевой бурт, выполненный на внутренней поверхности муфты, кроме того, при соприкосновении упорных торцов кольцевых буртов муфта и корпус шпинделя с установленными на нем деталями фиксируются в осевом направлении относительно переводника для соединения с бурильной колонной.In addition, on the sub for connection with the drill string and on the coupling mounted in the upper part of the spindle housing and enclosing the sub for connecting with the drill string, annular collars are made, and the annular collar on the outer surface of the sub for connecting with the drill string is lower than the annular collar made on the inner surface of the coupling, in addition, when the contact ends of the annular collars of the coupling and the spindle housing with the parts mounted on it, they are fixed in the axial direction relative to the sub for connection with the drill string.
Кроме того, на долотном переводнике установлен сменный центратор, а муфта выполнена с опорно-центрирующими ребрами.In addition, a replaceable centralizer is installed on the chisel sub, and the coupling is made with support-centering ribs.
Установка на корпусе шпинделя в нижней части долотного переводника и передача вращающего момента на долотный переводник и позволяет осуществить их одновременное вращение в стволе скважины, что обеспечивает проводку ствола скважины в соответствии с заданной траекторией, то есть повышается точность проводки.Installation on the spindle body in the lower part of the bit sub and transmitting torque to the bit sub and allows them to simultaneously rotate in the wellbore, which ensures the wellbore is wired in accordance with a given path, that is, the accuracy of the wiring is increased.
В винтовом забойном двигателе для наклонно-направленного и горизонтального бурения скважин в отличие от прототипа, в верхней части корпуса шпинделя, на его внутренней поверхности выполнена упруго-эластичная обкладка увеличенной длины, охватывающая статор, что позволяет повысить надежность и ресурс радиальных опор двигателя при восприятии изгибающего момента, возникающего от усилий резания на долоте, что обеспечивает повышение эффективности при бурении.In a downhole screw motor for directional and horizontal drilling of wells, unlike the prototype, in the upper part of the spindle body, on its inner surface, an elasto-elastic lining of increased length covering the stator is made, which allows to increase the reliability and life of radial engine mounts when perceiving bending moment arising from cutting forces on the bit, which provides increased efficiency during drilling.
Рабочие органы винтового забойного двигателя для наклонно- направленного и горизонтального бурения скважин достаточно выполнить с левым направлением винтовых зубьев на роторе и статоре, так как предложенная конструкция обеспечивает вращение долота при левом направлении нарезки по часовой стрелке.The working bodies of a downhole screw motor for directional and horizontal drilling of wells are sufficient to perform with the left direction of the helical teeth on the rotor and stator, since the proposed design ensures the rotation of the bit in the left direction of cutting clockwise.
Кроме того, соединение статора с переводником для соединения с бурильной колонной обеспечивает передачу нагрузки с бурильной колонны через осевую опору на корпус шпинделя и долото без воздействия этой силы на участок вала шпинделя в его слабом сечении. Таким образом, не требуется проверки вала шпинделя на устойчивость, а также применение уплотнений для герметизации полости повышенного давления над героторным механизмом в связи с отсутствием в этой зоне подвижных сопряжений между деталями.In addition, connecting the stator to the sub to connect to the drill string provides load transfer with the drill columns through axial support on the spindle body and the bit without the influence of this force on the spindle shaft section in its weak section. Thus, it is not necessary to check the spindle shaft for stability, as well as the use of seals to seal the pressure cavity above the gerotor mechanism due to the absence of movable mates between the parts in this zone.
Размещение во внутренней полости вала шпинделя приводного вала, кинематически связывающего ротор с долотным переводником, позволяет уменьшить длину винтового забойного двигателя и передачу момента силы с ротора на долотный переводник.Placing the drive shaft spindle kinematically connecting the rotor with the chisel sub in the inner shaft cavity allows reducing the length of the downhole screw motor and transmitting the torque from the rotor to the chisel sub.
При поступлении промывочной жидкости от насоса в героторный механизм ротор под действием неуравновешенных гидравлических сил проворачивается внутри обкладки статора, совершая планетарное движение, которое при помощи приводного вала преобразуется в соосное со статором вращение долотного переводника и соединенного с ним корпуса шпинделя на радиальных опорах вращения.When the flushing fluid from the pump enters the gerotor mechanism, the rotor under the influence of unbalanced hydraulic forces rotates inside the stator shell, making a planetary motion, which, with the help of the drive shaft, is converted into rotation of the bit sub and the spindle body connected to it on the radial bearings of rotation.
Кроме того, применение винтового забойного двигателя с вращающимся корпусом, долотным переводником и буровым инструментом позволяет оптимизировать процесс бурения при проводке наклонно-направленных и горизонтальных скважин и снизить вероятность прихвата буровой компоновки в связи с улучшением очистки участка скважины в призабойной зоне от выбуренной породы.In addition, the use of a downhole screw motor with a rotating body, a chisel adapter and a drilling tool allows to optimize the drilling process when drilling directional and horizontal wells and to reduce the likelihood of sticking the drilling assembly due to improved cleaning of the borehole section in the bottomhole zone from cuttings.
Использование в ВЗД упруго-эластичной обкладки на внутренней поверхности корпуса шпинделя длиной, соизмеримой с длиной эластичной обкладки статора, позволяет разместить статор в корпусе шпинделя, создав радиальную опору вращения увеличенной длины по сравнению с прототипом, способную воспринимать изгибающий момент от работы бурового инструмента, а также поперечные колебания, возникающие при обкатке ротора по статору. Увеличение длины радиальной опоры вращения приводит к снижению удельных нагрузок на упруго-эластичную прокладку корпуса шпинделя.The use of an elastic-elastic plate on the inner surface of the spindle body in a CDJ with a length commensurate with the length of the stator elastic plate allows the stator to be placed in the spindle body, creating a radial support of rotation of increased length compared to the prototype, capable of absorbing the bending moment from the operation of the drilling tool lateral vibrations that occur when the rotor is run in the stator. Length increase radial bearings of rotation leads to a decrease in specific loads on the elastic-elastic spacer body gasket.
Кроме того, при увеличенной длине радиальной опоры вращения образуется щелевое гидравлическое сопротивление потоку промывочной жидкости, что существенно сокращает утечки ее через зазор между рабочими поверхностями упруго-эластичной обкладки корпуса шпинделя и корпуса статора. Таким образом, промывочная жидкость, пройдя героторный механизм, может поступать только к долоту под высоким давлением и через его сопла вытекать струями, очищая забой от выбуренной породы с высокой эффективностью.In addition, with an increased length of the radial support of rotation, a slotted hydraulic resistance is formed for the flow of the washing liquid, which significantly reduces its leakage through the gap between the working surfaces of the elastic-elastic cover of the spindle housing and the stator housing. Thus, the flushing fluid, having passed the gerotor mechanism, can only enter the bit under high pressure and leak out through its nozzles, cleaning the bottom of the cuttings with high efficiency.
На переводнике для соединения с бурильной колонной и на муфте, установленной в верхней части корпуса шпинделя и охватывающей этот переводник, выполнены кольцевые бурты, которые обеспечивают надежное удержание долотного переводника, корпуса шпинделя с установленными на нем деталями на кольцевом бурте переводника для соединения с бурильной колонной в случае разрушения вала шпинделя в месте установки осевой опоры (подшипникового узла) в процессе бурения или при больших растягивающих нагрузках, связанных с ликвидацией прихвата низа бурильной колонны в скважине, что также обеспечивает высокую эффективность работ по ликвидации аварийной ситуации при бурении скважины.On the sub for connecting with the drill string and on the sleeve installed in the upper part of the spindle body and covering this sub, ring collars are made that provide reliable retention of the bit sub, the spindle housing with the parts mounted on it on the annular collar of the sub for connecting with the drill string in in case of destruction of the spindle shaft at the installation site of the axial support (bearing assembly) during drilling or with large tensile loads associated with the elimination of the grip of the bottom of the storm noy column in the well, which also provides a high-performance work to eliminate an emergency when drilling wells.
Кроме того, если в процессе бурения произойдет отворот гайки, установленной на валу шпинделя для закрепления обойм подшипникового узла или разрушение корпуса статора, то даже в этом случае обеспечено надежное удержание долотного переводника, корпуса шпинделя с установленными на нем деталями и муфты на кольцевом бурту переводника для соединения с бурильной колонной при подъеме винтового забойного двигателя из скважины. Таким образом, в случае разрушения вала, корпуса статора или отворота гайки предлагаемая конструкция двигателя в отличие от прототипа позволяет избежать того, что двигатель останется в скважине при подъеме.In addition, if during drilling a flap of the nut installed on the spindle shaft to fix the bearings of the bearing assembly or destruction of the stator housing occurs, then even in this case the bit retainer, the spindle housing with the parts mounted on it and the couplings on the ring collar of the sub for reliable connection with the drill string when lifting the downhole motor from the well. Thus, in case of destruction of the shaft, stator housing or flap nut, the proposed the design of the engine, in contrast to the prototype, avoids the fact that the engine will remain in the well when lifting.
Установка на долотном переводнике сменного центратора, калибратора или стабилизатора, а также выполнение муфты с опорно- центрирующими ребрами при их одновременном вращении с буровым инструментом обеспечивает точность проводки ствола скважины по заданной траектории.The installation of a replaceable centralizer, calibrator or stabilizer on the chisel sub, as well as the implementation of a coupling with support-centering ribs while rotating them with the drilling tool, ensures the accuracy of the wellbore along a given path.
Кроме того, винтовой забойный двигатель для наклонно- направленного и горизонтального бурения скважин используется в компоновке с шарнирным переводником или регулируемым и изогнутым переводниками, допускающих угловой перекос между осями винтового забойного двигателя и бурильной колонной, что также позволяет расширить область применения двигателя и оптимизировать процесс бурения участков изменения направления ствола скважины.In addition, the downhole screw motor for directional and horizontal drilling of wells is used in an arrangement with a swivel sub or adjustable and curved sub, allowing angular misalignment between the axes of the downhole screw motor and the drill string, which also allows you to expand the scope of the engine and optimize the process of drilling sections changes in the direction of the wellbore.
Согласно изобретению в винтовом забойном двигателе для осуществления его работы подвод промывочной жидкости под давлением производится непосредственно к героторному механизму, при этом не требуется применение уплотнительных устройств для подшипникового узла с высокой степенью герметичности, что упрощает конструкцию шпинделя. В прототипе же подшипниковый узел расположен в зоне повышенного давления выше героторного механизма с установкой целой системы уплотнений. Таким образом, в предлагаемой конструкции подшипниковый узел расположен в другой зоне, под героторным механизмом. Это обусловлено тем, что подшипниковый узел расположен в зоне, через которую поток промывочной жидкости существенно ограничен, так как над подшипниковым узлом установлен радиальный подшипник вращения, имеющий большое гидравлическое сопротивление и пропускающий только такое количество промывочной жидкости, которое необходимо для смазки трущихся поверхностей подшипникового узла и радиального подшипника вращения. Это также в совокупности с другими признаками изобретения приводит к повышению эффективности процесса бурения за счет создания на соплах долота при истечении промывочной жидкости под большим давлением гидромониторного эффекта с очисткой вооружения (алмаза, пластинки, зубков) долота и забоя от выбуренной породы.According to the invention, in a downhole screw motor for carrying out its operation, the supply of washing liquid under pressure is carried out directly to the gerotor mechanism, without the use of sealing devices for the bearing assembly with a high degree of tightness, which simplifies the design of the spindle. In the prototype, the bearing assembly is located in the high pressure zone above the gerotor mechanism with the installation of an entire sealing system. Thus, in the proposed design, the bearing assembly is located in another zone, under the gerotor mechanism. This is due to the fact that the bearing assembly is located in the area through which the flow of flushing fluid is substantially limited, since a radial rotation bearing is installed above the bearing assembly, having a high hydraulic resistance and passing only such a quantity of flushing fluid that is necessary to lubricate the friction surfaces of the bearing assembly and radial rotation bearing. This, together with other features of the invention, leads to an increase in the efficiency of the drilling process due to the creation of a bit on the nozzles at the outflow of the flushing liquid under high pressure of a hydromonitor effect with the cleaning of the armament (diamond, plate, teeth) of the bit and face from the cuttings.
На фиг.l показан продольный разрез винтового забойного двигателя для наклонно-направленного и горизонтального бурения скважин.Figure l shows a longitudinal section of a downhole screw motor for directional and horizontal drilling of wells.
Винтовой забойный двигатель для наклонно-направленного и горизонтального бурения скважин содержит корпус шпинделя 1 с упруго- эластичной обкладкой 2, выполненной в его верхней части, а в нижней части к корпусу шпинделя 1 присоединен долотный переводник 3. В упруго-эластичной обкладке 2 корпуса шпинделя 1 размещен героторный механизм, включающий статор 4 и установленный внутри статора 4 ротор 5. К статору 4 внизу присоединен вал шпинделя 6, а вверху переводник 7 для соединения с бурильной колонной 7. Ротор 5 соединен с долотным переводником 3 приводным валом 8, который размещен во внутренней полости вала шпинделя 6. Корпус шпинделя 1 с упруго-эластичной обкладкой 2 и размещенный внутри этой обкладки статор 4 образуют радиальную опору вращения с увеличенной площадью контактирующих поверхностей при оптимальном зазоре в этом сопряжении. Упруго- эластичная обкладка 2, приклеенная на внутренней поверхности корпуса шпинделя 1 выполнена длиной, соизмеримой с длиной эластичной обкладки 9 статора 4, которые расположены без смещения одна относительно другой.The downhole screw motor for directional and horizontal drilling of wells includes a spindle housing 1 with an elastic-elastic cover 2 made in its upper part, and a bit adapter 3 is connected to the spindle housing 1 in the lower part. In the elastic-elastic cover 2 of the spindle housing 1 there is a gerotor mechanism including a stator 4 and a rotor 5 installed inside the stator 4. A spindle shaft 6 is attached to the stator 4 at the bottom and a sub 7 at the top for connecting to the drill string 7. The rotor 5 is connected to the chisel adapter 3 dnym shaft 8, which is disposed in the internal cavity of the spindle shaft of the spindle 6. The body 1 with the elastically flexible plate of 2 and placed inside the stator plates 4 form a radial bearing rotation with the increased area of the contact surfaces at the optimum gap in this conjugation. The elastic-elastic cover 2 glued to the inner surface of the spindle body 1 is made comparable in length with the length of the elastic cover 9 of the stator 4, which are disposed without displacement relative to one another.
В верхней части корпуса шпинделя 1 установлена муфта 10 охватывающая переводник для соединения с бурильной колонной 7. При этом на переводнике для соединения с бурильной колонной 7 выполнен кольцевой бурт 11 , а на муфте 10 имеется кольцевой бурт 12. Долотный переводник 3 соединен при помощи резьбового соединения со сменным центратором 13. Муфта 10 выполнена с ребрами 14, предназначенными для центрирования верхней части корпуса шпинделя 1 в скважине. Вал шпинделя 6 размещен в подшипниковом узле, содержащем осевую опору вращения 15 и радиальную опору вращения 16. Подшипниковый узел на валу шпинделя 6 закреплен гайкой 17, а в корпусе шпинделя 1 долотным переводником 3.In the upper part of the spindle housing 1, a clutch 10 is installed covering the sub for connecting with the drill string 7. At the same time, an annular collar 11 is made on the sub for connecting with the drill string 7, and an annular collar 12 is provided on the coupling 10. the sub 3 is connected by means of a threaded connection to a removable centralizer 13. The coupling 10 is made with ribs 14 designed to center the upper part of the spindle housing 1 in the well. The spindle shaft 6 is placed in the bearing assembly containing the axial support of rotation 15 and the radial support of rotation 16. The bearing assembly on the shaft of the spindle 6 is fixed with a nut 17, and in the spindle housing 1 with a chisel adapter 3.
Работа винтового забойного двигателя для наклонно- направленного и горизонтального бурения скважин.Operation of a downhole screw motor for directional and horizontal well drilling.
На буровой установке винтовой забойный двигатель в сборе с шарнирным или регулируемым переводником и установленным долотом присоединяется к нижней бурильной трубе. Вся компоновка на бурильных трубах спускается в ствол бурящейся скважины до забоя. При подаче буровым насосом промывочной жидкости по трубам к винтовому забойному двигателю ротор героторного механизма обкатывается по зубьям эластичной обкладки статора под действием неуравновешенных гидравлических сил. Планетарное движение ротора преобразуется при помощи приводного вала во вращательное движение присоединенных к нему долотного переводника, корпуса шпинделя и муфты. Вращение долотного переводника, корпуса шпинделя и муфты по часовой стрелке обеспечивается при левом направлении винтовых зубьев статора и ротора. При подводе промывочной жидкости к героторному механизму возникающая на роторе осевая сила посредством приводного вала передается на долотный переводник, корпус шпинделя и воспринимается подшипниковым узлом, закрепленном на валу шпинделя. Промывочная жидкость, пройдя винтовые камеры героторного механизма, поступает через внутренний канал вала шпинделя и проточные каналы в долотном переводнике к долоту. Для создания на соплах долота, необходимого перепада давления с целью повышения скорости истечения потока промывочной жидкости через сопла радиальная опора вращения винтового забойного двигателя выполнена увеличенной длины с минимальным зазором в сопряжении цилиндрических рабочих поверхностей. Щелевое гидравлическое сопротивление, образованное между внутренней поверхностью упруго-эластичной обкладки корпуса шпинделя и наружной поверхностью корпуса статора позволяет создать давление на входе в сопла долота до 7-9 МПа, что достаточно для создания гидромониторного эффекта при истечении промывочной жидкости через сопла и эффективной очистки забоя от выбуренной породы.On a drilling rig, a downhole screw motor assembly with an articulated or adjustable sub and a mounted chisel is attached to the lower drill pipe. The entire assembly on the drill pipe descends into the wellbore of the well being drilled to the bottom. When a drilling pump supplies flushing fluid through pipes to a downhole screw motor, the rotor of the gerotor mechanism runs around the teeth of the elastic stator lining under the influence of unbalanced hydraulic forces. The planetary motion of the rotor is converted by means of a drive shaft into the rotational movement of the chisel sub, the spindle housing and the coupling attached to it. The rotation of the bit sub, spindle housing and coupling clockwise is provided with the left direction of the helical teeth of the stator and rotor. When the flushing fluid is supplied to the gerotor mechanism, the axial force arising on the rotor is transmitted through the drive shaft to the bit sub, the spindle housing and is received by the bearing assembly mounted on the spindle shaft. The flushing fluid, having passed through the screw chambers of the gerotor mechanism, enters through the internal channel of the spindle shaft and flow channels in the bit sub to the bit. To create a bit on the nozzles, the necessary pressure drop in order to increase the flow rate the flushing fluid through the nozzles, the radial support of rotation of the helical downhole motor is made of increased length with a minimum clearance in the interface of cylindrical working surfaces. The slotted hydraulic resistance formed between the inner surface of the elastic-elastic cover of the spindle housing and the outer surface of the stator housing allows creating a pressure at the inlet of the bit nozzles up to 7-9 MPa, which is sufficient to create a hydro-monitor effect when the flushing fluid flows through the nozzles and effectively clean the bottom of drill cuttings.
Предлагаемая конструкция винтового забойного двигателя для наклонно-направленного и горизонтального бурения скважин, когда осуществляется одновременное вращение долота с долотным переводником и сменным центратором, корпуса шпинделя и муфты относительно бурильной колонны, позволит повысить точность проводки ствола скважины на искривленных и горизонтальных участках, обеспечить улучшение очистки ствола скважины в призабойной зоне, снизить вероятность прихвата винтового забойного двигателя в скважине и извлечь всю компоновку вместе с бурильной колонной из скважины в случае разрушения вала шпинделя на кольцевом бурту переводника для соединения с бурильной колонной. The proposed design of a downhole screw motor for directional and horizontal well drilling, when the bit is rotated simultaneously with a chisel sub and a removable centralizer, the spindle body and the coupling relative to the drill string, will improve the accuracy of the wellbore wiring in curved and horizontal sections, and ensure improved wellbore cleaning wells in the bottom-hole zone, reduce the likelihood of a stuck downhole screw motor in the well and remove the entire layout together with the drill string from the well in case of spindle shaft failure on the annular collar of the sub for connection with the drill string.
Claims
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007114193 | 2007-04-16 | ||
| RU2007114193/03A RU2324803C1 (en) | 2007-04-16 | 2007-04-16 | Screw downhole motor for inclined directional and horisontal boring |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2008127146A1 true WO2008127146A1 (en) | 2008-10-23 |
Family
ID=39798830
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2007/000676 Ceased WO2008127146A1 (en) | 2007-04-16 | 2007-11-30 | Screw downhole motor for slant-hole directional and horizontal drilling |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2324803C1 (en) |
| WO (1) | WO2008127146A1 (en) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101666209B (en) * | 2009-09-18 | 2012-07-04 | 中国石油大学(华东) | Variable volume screw-bushing pair for screw drilling tools |
| CN105735929A (en) * | 2016-03-21 | 2016-07-06 | 西南石油大学 | Novel oscillator for achieving efficient rock breaking by means of impact function |
| CN110685601A (en) * | 2018-07-06 | 2020-01-14 | 中国石油化工股份有限公司 | Guide screw for drilling tool |
| CN113756709A (en) * | 2021-09-14 | 2021-12-07 | 中海石油(中国)有限公司湛江分公司 | A composite impactor for high-efficiency auxiliary rock breaking |
| CN113863850A (en) * | 2021-10-21 | 2021-12-31 | 盐城市荣嘉机械制造有限公司 | Single-double-bending conversion multifunctional hinge motor for ultra-short radius horizontal drilling |
| CN115162954A (en) * | 2022-06-07 | 2022-10-11 | 西安石油大学 | A device and method for improving rock breaking efficiency of radial horizontal wells |
| CN115977534A (en) * | 2023-03-22 | 2023-04-18 | 西南石油大学 | Drilling tool and method for horizontal well with anti-friction and anti-drag hydraulic clutch |
| CN118582158A (en) * | 2024-08-07 | 2024-09-03 | 青岛理工大学 | A kind of impact rotary combined drilling equipment for underground mines |
| CN119041837A (en) * | 2024-10-31 | 2024-11-29 | 东北石油大学 | Multi-fulcrum support well wall attitude control high deflecting guide drilling tool |
| CN119553946A (en) * | 2024-12-02 | 2025-03-04 | 中国石油化工股份有限公司 | Speed-up method for screw drilling tool assembly in oil and gas wells |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108612479A (en) * | 2018-04-23 | 2018-10-02 | 裴绪建 | A kind of mechanical guide control device |
| CN109736699B (en) * | 2019-03-10 | 2024-06-28 | 东营华来智能科技有限公司 | Drilling speed-increasing dynamic compactor |
| RU200583U1 (en) * | 2020-05-18 | 2020-10-30 | Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Буровая техника" | SCREW BOTTOM MOTOR WITH ROTATING STATOR |
| CN113818811B (en) * | 2021-10-18 | 2023-11-21 | 江苏华亚石油机械制造有限公司 | Wear-resistant corrosion-resistant screw drilling tool for oil shale in-situ exploitation and processing technology |
| CN115030654B (en) * | 2022-06-15 | 2024-01-12 | 大庆市佰昂石油科技有限公司 | Adjustable flexible screw drilling tool |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4011917A (en) * | 1974-08-19 | 1977-03-15 | Wladimir Tiraspolsky | Process and universal downhole motor for driving a tool |
| SU945340A1 (en) * | 1978-04-06 | 1982-07-23 | Пермский Филиал Всесоюзного Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательского Института Буровой Техники | Screw-type hole-bottom motor |
| RU2159838C1 (en) * | 2000-05-05 | 2000-11-27 | Общество с ограниченной ответственностью "ИНКОС" | Helical face motor for controlled directional drilling |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2641316B1 (en) * | 1988-12-30 | 1995-09-08 | Inst Francais Du Petrole | LINING FOR BOREHOLE WITH CONTROLLED TRAJECTORY COMPRISING A BENDED ELEMENT WITH VARIABLE ANGLE AND USE OF THIS LINING |
| SU1742459A1 (en) * | 1989-12-04 | 1992-06-23 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Буровой Техники | Module of hydraulic gerotary machine |
| RU2081986C1 (en) * | 1993-08-19 | 1997-06-20 | Пермский филиал Всероссийского научно-исследовательского института буровой техники | Spiral bottom-hole motor for directional drilling |
| RU2102575C1 (en) * | 1995-12-01 | 1998-01-20 | Александр Викторович Вершинин | Small-size spiral-type down-hole motor |
| RU2149971C1 (en) * | 1999-02-02 | 2000-05-27 | Общество с ограниченной ответственностью фирма "Радиус-Сервис" | Motor |
| US6446737B1 (en) * | 1999-09-14 | 2002-09-10 | Deep Vision Llc | Apparatus and method for rotating a portion of a drill string |
| RU2186924C2 (en) * | 2000-10-16 | 2002-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью фирма "Радиус-Сервис" | Gerotor hydraulic motor |
-
2007
- 2007-04-16 RU RU2007114193/03A patent/RU2324803C1/en not_active IP Right Cessation
- 2007-11-30 WO PCT/RU2007/000676 patent/WO2008127146A1/en not_active Ceased
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4011917A (en) * | 1974-08-19 | 1977-03-15 | Wladimir Tiraspolsky | Process and universal downhole motor for driving a tool |
| SU945340A1 (en) * | 1978-04-06 | 1982-07-23 | Пермский Филиал Всесоюзного Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательского Института Буровой Техники | Screw-type hole-bottom motor |
| RU2159838C1 (en) * | 2000-05-05 | 2000-11-27 | Общество с ограниченной ответственностью "ИНКОС" | Helical face motor for controlled directional drilling |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| BALDENKO D.F. ET AL.: "Vintovye zaboinye dvigateli", MOSCOW, NEDRA, 1999, pages 357 - 359 * |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101666209B (en) * | 2009-09-18 | 2012-07-04 | 中国石油大学(华东) | Variable volume screw-bushing pair for screw drilling tools |
| CN105735929A (en) * | 2016-03-21 | 2016-07-06 | 西南石油大学 | Novel oscillator for achieving efficient rock breaking by means of impact function |
| CN105735929B (en) * | 2016-03-21 | 2018-04-03 | 西南石油大学 | The SAW Oscillators of efficient rock-breaking are realized using impact function |
| CN110685601A (en) * | 2018-07-06 | 2020-01-14 | 中国石油化工股份有限公司 | Guide screw for drilling tool |
| CN113756709A (en) * | 2021-09-14 | 2021-12-07 | 中海石油(中国)有限公司湛江分公司 | A composite impactor for high-efficiency auxiliary rock breaking |
| CN113756709B (en) * | 2021-09-14 | 2024-01-26 | 中海石油(中国)有限公司湛江分公司 | High-efficient compound impacter of supplementary broken rock |
| CN113863850B (en) * | 2021-10-21 | 2022-08-23 | 盐城市荣嘉机械制造有限公司 | Single-double-bending conversion multifunctional hinge motor for ultra-short radius horizontal drilling |
| CN113863850A (en) * | 2021-10-21 | 2021-12-31 | 盐城市荣嘉机械制造有限公司 | Single-double-bending conversion multifunctional hinge motor for ultra-short radius horizontal drilling |
| CN115162954A (en) * | 2022-06-07 | 2022-10-11 | 西安石油大学 | A device and method for improving rock breaking efficiency of radial horizontal wells |
| CN115162954B (en) * | 2022-06-07 | 2023-08-22 | 西安石油大学 | A device and method for improving the rock-breaking efficiency of radial horizontal wells |
| CN115977534A (en) * | 2023-03-22 | 2023-04-18 | 西南石油大学 | Drilling tool and method for horizontal well with anti-friction and anti-drag hydraulic clutch |
| CN115977534B (en) * | 2023-03-22 | 2023-05-16 | 西南石油大学 | Horizontal well friction-reducing and drag-reducing hydraulic clutch drilling tool and method |
| CN118582158A (en) * | 2024-08-07 | 2024-09-03 | 青岛理工大学 | A kind of impact rotary combined drilling equipment for underground mines |
| CN119041837A (en) * | 2024-10-31 | 2024-11-29 | 东北石油大学 | Multi-fulcrum support well wall attitude control high deflecting guide drilling tool |
| CN119553946A (en) * | 2024-12-02 | 2025-03-04 | 中国石油化工股份有限公司 | Speed-up method for screw drilling tool assembly in oil and gas wells |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2324803C1 (en) | 2008-05-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2324803C1 (en) | Screw downhole motor for inclined directional and horisontal boring | |
| RU2602856C2 (en) | Volume type engine with radially limited rotor engagement | |
| US8627901B1 (en) | Laser bottom hole assembly | |
| CN110984859B (en) | Radial horizontal drilling and sand prevention well completion tool and method | |
| RU2607827C1 (en) | Control over directed drilling using flexible drive shaft | |
| RU2405904C2 (en) | Drilling assembly for well (versions) and support mechanism and turbine power plant for drilling assembly | |
| RU2524725C2 (en) | Drilling machine | |
| RU2732322C1 (en) | Oscillator for a drill string | |
| JP6777363B2 (en) | Multi-fluid drilling system | |
| RU2768784C1 (en) | Drill string oscillator | |
| RU2112856C1 (en) | Reduction-unit turbo-drill | |
| GB2422388A (en) | Downhole directional drilling system | |
| WO2023186055A1 (en) | Drilling tool, drilling method and drilling guiding method | |
| JP3025465B2 (en) | Excavator hydraulic drive | |
| CN104343389A (en) | Directional rotating guide drilling tool | |
| AU2012234263B2 (en) | Arm assembly | |
| NO20141419A1 (en) | APPARATUS AND PROCEDURE FOR CHECKING A PART OF A DOWN HOLE ASSEMBLY, AND A DOWN HOLE ASSEMBLY | |
| CA2974493A1 (en) | Load-bearing universal joint with self-energizing seals for a rotary steerable drilling tool | |
| RU2162132C2 (en) | Gerator hydraulic motor | |
| RU2299302C1 (en) | Hydraulic bottomhole motor | |
| US2254641A (en) | Earth-boring apparatus and motor therefor | |
| CA1257865A (en) | Sealing means for lubricant chambers in down-hole drilling tools | |
| RU2441125C2 (en) | Regulator of downhole hydraulic engine skewness | |
| RU2347879C1 (en) | Turbodrill | |
| CN222162542U (en) | Hollow multi-head equal wall thickness motor hydraulic oscillator |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 07861076 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 07861076 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |