буровое устройство

Формула изобретения

Буровое устройство, содержащее турбобур и буровое долото, отличающееся тем, что между турбобуром и буровым долотом установлен редуктор, состоящий из двух планетарных механизмов, солнечные шестерни обоих планетарных механизмов закреплены на валу ротора турбобура, у верхнего планетарного механизма водило с осями сателлитов закреплено к корпусу бурового устройства, а эпициклическое колесо соединено с верхним звеном бурового долота, у нижнего планетарного механизма эпициклическое колесо закреплено к осям сателлитов верхнего планетарного механизма, а водило соединено с нижним звеном бурового долота.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к бурению скважин для газо- и нефтедобычи.

Известно буровое устройство, состоящее из турбобура и бурового долота (Касьянов В.М. Гидромашины и компрессоры. - М.: Недра, 1970. – 232 с.; Иогансен К.В. Спутник буровика. - М.: Недра, 1981. – 199 с.).

Турбобур, предназначенный для вращения бурового долота при бурении скважин, представляет собой многоступенчатую гидравлическую турбину, приводимую в действие потоком промывочной жидкости от бурового насоса. Каждая ступень турбины состоит из двух лопаточных систем: неподвижной (статор) и вращающейся (ротор) (Касьянов В.М., С.14-16). Буровое долото, предназначенное для разрушения породы, установлено на валу ротора турбины и представляет собой, как правило, лопасти с рабочими кромками (Иогансен К.В., С.10-13).

Буровое устройство имеет невысокую эффективность, так как гидравлическая турбина работает в неоптимальном режиме из-за невысокой частоты вращения ротора, которая ограничивается условиями работы бурового долота, установленного на валу ротора. Большое число ступеней турбины, необходимое для создания высокого вращающего момента, снижает КПД из-за значительного гидравлического сопротивления, оказываемого лопаточными системами многоступенчатых турбобуров. Это гидравлическое сопротивление приводит к уменьшению скорости потока промывочной жидкости, что вызывает снижение критической скорости восходящего потока - так называемая скорость витания, представляющая собой такую скорость течения жидкости, при которой твердые частицы остаются во взвешенном состоянии, т.е. не увлекаются вверх и не падают вниз.

Задачей изобретения является повышение эффективности работы бурового устройства.

Технический результат изобретения - увеличивается производительности бурового устройства за счет роста частоты вращения ротора турбобура до оптимального значения.

Указанный технический результат достигается тем, что в буровом устройстве, содержащем турбобур и буровое долото, между турбобуром и буровым долотом установлен редуктор, состоящий из двух планетарных механизмов, солнечные шестерни обоих планетарных механизмов закреплены на валу ротора турбобура, у верхнего планетарного механизма водило с осями сателлитов закреплено к корпусу бурового устройства, а эпициклическое колесо соединено с верхним звеном бурового долота; у нижнего планетарного механизма эпициклическое колесо закреплено к осям сателлитов верхнего планетарного механизма, а водило соединено с нижним звеном бурового долота.

Установка редуктора между турбобуром и буровым долотом позволяет при невысокой частоте вращения бурового долота (8-12 об/с) увеличить частоту вращения ротора турбобура. Вращающий момент на валу ротора зависит от частоты вращения во второй степени. Увеличение частоты вращения ротора приводит к значительному росту вращающего момента, что позволяет уменьшить число ступеней турбобура и его гидравлическое сопротивление, повысить скорость потока промывочной жидкости и эффективность работы бурового устройства. Реактивный момент на статоре турбобура, воспринимаемый колонной труб, резко уменьшается за счет вращения звеньев бурового долота в противоположных направлениях.

На чертеже представлена схема бурового устройства.

Буровое устройство содержит турбобур и буровое долото. В корпусе (трубе) 1 бурового устройства расположены ступени турбины, состоящие из двух лопастных систем: статор 2 и ротор 3 (показана только одна ступень турбины). Между турбобуром и буровым долотом установлен редуктор. На валу 4 ротора 3 турбобура закреплены солнечные шестерни 5 и 6 планетарных механизмов - верхнего и нижнего. Солнечная шестерня 5 зацеплена с сателлитами 7, установленными на осях 8 водила, закрепленных на корпусе 1 бурового устройства. Эпициклическое колесо 9 трубчатым валом 10 соединено с верхним звеном 11 бурового долота. Солнечная шестерня 6 зацеплена с сателлитами 12, установленными на осях водила 13, который валом 14, расположенным внутри трубчатого вала 10, соединен с нижним звеном 15 бурового долота. Сателлиты 12 зацеплены также с эпициклическим колесом 16, которое закреплено на осях 8 водила, закрепленных на корпусе 1 бурового устройства.

Работа бурового устройства осуществляется следующим образом. Поток промывочной жидкости, поступающей от бурового насоса по корпусу (трубе) 1 бурового устройства, воздействует на лопаточные системы турбобура: статор 2 и ротор 3, приводит во вращение вал 4 ротора турбобура. Вращающий момент от вала 4 солнечными шестернями 5 и 6 передается на сателлиты 7 и 12. Сателлиты 7, вращаясь на осях 8 водила, закрепленных относительно корпуса 1, вращают эпициклическое колесо 9, трубчатый вал 10 и верхнее звено 11 бурового долота в направлении, противоположном вращению вала 4 ротора 3 турбины. Вращающий момент на верхнем звене 11 бурового долота увеличится и составит К по отношению к вращающему моменту на солнечной шестерне 5. Где К - внутренний параметр планетарного механизма, равный отношению числа зубьев эпициклического колеса 9 к числу зубьев солнечной шестерни 5. Солнечная шестерня 6 вращает сателлиты 12, которые, обкатываясь по эпициклическому колесу 16, остановленному осями 8 относительно корпуса 1, вращают водило 13, вал 14 и нижнее звено 15 бурового долота в направлении противоположном верхнему звену 11 бурового долота и совпадающим с направлением вращения вала 4 ротора турбины. Вращающий момент на этом звене также увеличится и составит К+1 по отношению к вращающему моменту на солнечной шестерне 6. Режущие кромки нижнего 15 и верхнего 11 звеньев бурового долота, вращаясь в противоположных направлениях, разрушают буровую породу, которая вымывается потоком промывочной жидкости и выносится к устью скважины.

Эффективность работы бурового устройства увеличивается за счет повышения частоты вращения ротора турбобура до оптимального значения, уменьшения числа ступеней турбобура и его гидравлического сопротивления, повышения скорости потока промывочной жидкости и снижения реактивного момента на статоре турбобура и колонне труб.