Результат интеллектуальной деятельности: ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ПЕРЕДАЧИ ВАЛА ДВИГАТЕЛЯ

ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ПЕРЕДАЧИ ВАЛА ДВИГАТЕЛЯ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[001] Настоящее изобретение в целом относится к узлу передачи вала двигателя и более конкретно (хотя и необязательно исключительно) к зацепляющему приспособлению приводного вала для узла забойного двигателя.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[002] Забойные двигатели используют энергию флюида, преобразованную в механическую энергию, для передачи вращения валу бурильной колонне или буровому долоту. Так как забойный двигатель является высоконагруженным узлом бурильного инструмента, при отказе передачи двигателя он подвержен риску критического повреждения. Отказ передачи двигателя может привести к критическому повреждению узла передачи двигателя, включая отделение компонентов от узла передачи. Если такое отделение происходит, эти компоненты могут быть утеряны в скважине. Потерянные компоненты, сброшенные в скважину, могут помешать дальнейшему бурению и могут стать причиной значительных задержек.

[003] Для извлечения утерянных компонентов иногда используется процедура, обычно называемая «ловильными работами», но эта процедура дорогостоящая и занимает много времени, а в некоторых случаях может оказаться неэффективной. В некоторых случаях потеря компонентов в скважине может привести к отказу от программы бурения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[004] На Фиг. 1 проиллюстрировано схематическое изображение буровой системы в разрезе, которое содержит узел передачи вала двигателя с предохранительным устройством на нижнем конце узла забойного двигателя согласно одному аспекту настоящего изобретения.

[005] На Фиг. 2 проиллюстрировано продольное сечение узла передачи вала двигателя согласно одному аспекту настоящего изобретения.

[006] На Фиг. 3 проиллюстрировано продольное сечение части узла передачи вала двигателя согласно одному аспекту настоящего изобретения.

[007] На Фиг. 4 проиллюстрирован вид в перспективе узла забойного двигателя согласно одному аспекту настоящего изобретения.

[008] На Фиг. 5 проиллюстрирована блок-схема, демонстрирующая процесс установки предохранительного устройства в узел передачи вала двигателя согласно одному аспекту настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[009] Некоторые аспекты и примеры настоящего изобретения относятся к забойному двигателю, имеющему предохранительное устройство. Предохранительное устройство может содержать корпуса разрезных колец, находящиеся в пазу промежуточной втулки и соединенные с промежуточной втулкой фиксирующим устройством. Корпуса разрезных колец являются отдельными элементами и не связаны с корпусом подшипника и валом двигателя. Между предохранительным устройством и корпусом подшипника может быть установлена распорная втулка.

[0010] Корпуса разрезных колец предохранительного устройства могут быть подковообразными корпусами и при соединении вместе могут образовывать кольцевую форму. Часть корпусов разрезных колец может радиально выступать из промежуточной втулки. В случае разрыва, корпуса разрезных колец могут зацепляться за неподвижную втулку и предотвращать потерю компонентов в скважине.

[0011] Термины «внутренний», «внешний», «наружный» и «между», используемые в настоящем описании, могут относиться к радиальной ориентации по направлению к центру узла передачи вала двигателя или от него. Термины «вверх по стволу скважины» и «вниз по стволу скважины», используемые в настоящем описании, могут относиться к осевой ориентации по направлению к поверхности или от нее.

[0012] Различные аспекты настоящего изобретения могут быть реализованы в разных буровых системах. Фиг. 1 иллюстрирует пример такой буровой системы 10. Бурильная колонна 11 буровой установки (не проиллюстрирована) может содержать сегментированные трубы, которые могут располагаться ниже поверхности 12 в скважине, такой как скважина 13. Бурильная колонна 11 может передавать буровой раствор и крутящий момент, необходимый для работы бурового долота 14. Кроме того, вес бурильной колонны 11 может прикладывать осевое усилие к буровому долоту 14.

[0013] Бурильная колонна 11 может содержать по меньшей мере бурильную трубу 15 и компоновку низа бурильной колонны 16. Компоновка низа бурильной колонны 16 может состоять из различных компонентов, таких как узел забойного двигателя 17 и буровое долото 14.

[0014] Хотя расположение описанных в данном документе узлов может изменяться без отклонения от объема настоящего изобретения, узлы согласно настоящему изобретению могут располагаться в нижнем конце узла забойного двигателя 17 и вблизи бурового долота 14. Например, узел передачи вала двигателя 18, проиллюстрированный на Фиг. 1, отображает расположение согласно одному аспекту изобретения. Размещение узлов как можно ближе к буровому долоту 14 может уменьшить плечо моментной нагрузки, вызванной направленным бурением. Уменьшение плеча моментной нагрузки может увеличить срок службы узла двигателя и подшипников буровой установки и уменьшить вероятность отказа двигателя.

[0015] Во время работы буровой системы, под воздействием бурового долота 14 и вибраций бурильной колонны 11, к буровому двигателю могут прилагаться динамические нагрузки. В некоторых случаях динамические нагрузки могут вызвать отказ бурового двигателя и разделение компонентов узла передачи вала двигателя 18. Узел передачи вала двигателя 18 может содержать предохранительное устройство для предотвращения потери компонентов.

[0016] Фиг. 2 иллюстрирует продольное сечение узла передачи вала двигателя 18 с предохранительным устройством согласно одному аспекту настоящего изобретения. Предохранительное устройство может проектироваться таким образом, чтобы компоненты узла передачи вала двигателя 18 не срывались или не терялись в скважине в случае их разделения. В этом аспекте узел передачи вала двигателя 18 содержит вал двигателя 21 и корпус подшипника 22, который поддерживает вал двигателя 21 и соединяется выше по стволу скважины с бурильной трубой 15. Узел передачи вала двигателя 18 также содержит распорную втулку 23, промежуточную втулку 24, неподвижную втулку 25, осевой упорный подшипник 26 и предохранительное устройство. Предохранительное устройство содержит корпуса разрезных колец 27 и хомут 28.

[0017] Как проиллюстрировано на Фиг. 2, предохранительное устройство [27, 28] закрепляется на промежуточной втулке 24 выше по стволу скважины от увеличенной части вала двигателя 21, где промежуточная втулка 24 соединяется с валом двигателя 21. Предохранительное устройство [27, 28] располагается радиально между промежуточной втулкой 24 и корпусом подшипника 22 и отделяется от корпуса подшипника 22 посредством распорной втулки 23. Предохранительное устройство [27, 28] не связано с корпусом подшипника 22. Предохранительное устройство [27, 28] располагается в осевом направлении между осевым упорным подшипником 26 (выше по стволу скважины) и неподвижной втулкой 25 (ниже по стволу скважины).

[0018] Как проиллюстрировано на Фиг. 2, корпуса разрезных колец 27 содержат два изогнутых компонента, каждый из которых выполнен в виде полукруга или подковы, в результате чего при соединении вместе корпуса разрезных колец 27 образуют кольцевую форму. Хотя проиллюстрировано два компонента, корпуса разрезных колец 27 согласно различным примерам могут содержать более двух корпусов. В некоторых аспектах поперечное сечение корпусов разрезных колец 27 может иметь Г-образную форму с двумя перпендикулярными ножками или краями. Промежуточная втулка 24 может быть профилирована пазом, который имеет размер, подходящий для приема одной ножки корпусов разрезных колец 27. Вторая ножка корпусов разрезных колец 27 может упираться (например, прижиматься) в наружную поверхность промежуточной втулки 24, когда первая ножка устанавливается в паз промежуточной втулки 24, как проиллюстрировано на фиг.2.

[0019] Корпуса разрезных колец 27 могут закрепляться на промежуточной втулке 24 с помощью хомута 28. Будучи закрепленными на промежуточной втулке 24, корпуса разрезных колец 27 могут соединяться вместе вокруг промежуточной втулки так, что корпуса разрезных колец 27 образуют кольцевую форму, которая окружает промежуточную втулку 24. Наружный диаметр корпусов разрезных колец 27 может быть больше, чем наружный диаметр промежуточной втулки 24 вблизи точки крепления корпусов разрезных колец 27, в результате чего наружный диаметр корпусов разрезных колец 27 радиально выступает за пределы наружного диаметра промежуточной втулки 24 и внутреннего диаметра неподвижной втулки 25, когда корпуса разрезных колец 27 закреплены в пазу промежуточной втулки 24.

[0020] Хомут 28 предохранительного устройства может соединяться с наружной поверхностью (по наружному диаметру) корпусов разрезных колец 27. Корпуса разрезных колец 27 могут содержать углубление на наружной поверхности. Углубление может иметь размер, подходящий для приема хомута 28. Внутренний диаметр хомута 28 может иметь размер, подходящий для крепления корпусов разрезных колец 27 к промежуточной втулке 24. В некоторых примерах наружный диаметр хомута 28 может равняться наружному диаметру корпусов разрезных колец 27, в результате чего наружная поверхность хомута 28 создает сплошную поверхность с наружной поверхностью корпусов разрезных колец 27, когда хомут 28 принимается в углубление в корпусах разрезных колец 27. В других примерах хомут 28 может выступать за пределы диаметра корпусов разрезных колец 27. Корпуса разрезных колец 27 могут содержать сталь или аналогичный материал, или могут иным образом быть выполнены жесткими. Хомут 28 может быть жестким или гибким и может быть изготовлен из материала, достаточно прочного, чтобы надежно крепить корпуса разрезных колец 27 к промежуточной втулке 24. Хомут 28 может соединяться с корпусами разрезных колец 27 путем скольжения, защелкивания, заталкивания или иного способа введения хомута в углубление в корпусе разрезных колец 27, или его можно приваривать, стягивать или иным образом соединять вокруг углубления в корпусах разрезных колец.

[0021] Промежуточная втулка 24 узла передачи вала двигателя 18 может располагаться между валом двигателя 21 и предохранительным устройством и может соединяться с увеличенной частью вала двигателя 21, как проиллюстрировано на Фиг. 2. Промежуточная втулка 24 может быть подшипником качения и может не крепиться к корпусу подшипника 22. В некоторых аспектах узел передачи вала двигателя 18 также может содержать неподвижную втулку 25, которая располагается между промежуточной втулкой 24 и корпусом подшипника 22. Неподвижная втулка 25 может соединяться с корпусом подшипника 22 и может быть выполнена с возможностью поддержки вала двигателя 21 в радиальном направлении.

[0022] В некоторых аспектах узел передачи вала двигателя также может содержать распорную втулку 23 и осевой упорный подшипник 26. Осевой упорный подшипник 26 может содержать в осевом направлении вал двигателя 21. Распорная втулка 23 может прикладывать предварительный осевой натяг к осевому упорному подшипнику 26. Как проиллюстрировано на Фиг. 2, распорная втулка 23 может располагаться между предохранительным устройством и корпусом подшипника 22. Осевой упорный подшипник 26 может располагаться между валом двигателя 21 и корпусом подшипника 22.

[0023] После отказа бурового двигателя предохранительное устройство узла передачи вала двигателя 18 может препятствовать срыву или потере некоторых компонентов узла передачи вала двигателя 18 в скважине в случае их разделения. Например, если происходит разделение компонентов, наружная поверхность корпусов разрезных колец 27 может взаимодействовать с находящимся выше по стволу скважины осевым концом неподвижной втулки 25, предотвращая перемещение предохранительного устройства по направлению вниз по стволу скважины, за пределы находящегося выше по стволу скважины осевого конца неподвижной втулки 25. Когда корпуса разрезных колец 27 вступают в контакт с неподвижной втулкой 25 может возникать момент силы, приложенный к корпусам разрезных колец 27. Г-образная форма поперечного сечения корпусов разрезных колец 27 может выдерживать нагрузку, вызываемую моментом силы, и может помочь предотвратить выкатывание корпусов разрезных колец из промежуточной втулки 24. Поскольку корпуса разрезных колец 27 могут крепиться к промежуточной втулке 24, взаимодействие корпусов разрезных колец 27 с неподвижной втулкой 25 может препятствовать падению промежуточной втулки 24 в скважину. Аналогично, поскольку промежуточная втулка 24 соединяется с валом двигателя 21, вал двигателя 21 и любые другие компоненты, присоединенные к нему (например, буровое долото 14), могут быть защищены от падения в скважину.

[0024] В дополнение к хомуту, для закрепления корпусов разрезных колец можно использовать различные типы фиксирующих устройств. На Фиг. 3 и Фиг. 4 иллюстрируется узел передачи вала двигателя 18, имеющий предохранительное устройство согласно другому аспекту с другим фиксирующим устройством. Фиг. 3 иллюстрирует в увеличенном масштабе (по сравнению с Фиг. 2) продольный разрез узла передачи вала двигателя 18 с предохранительным устройством, включая корпуса разрезных колец 27, цилиндрический корпус 31 и кольцо 32, установленное в узле передачи вала двигателя 18. Фиг. 4 иллюстрирует вид в перспективе узла передачи вала двигателя 18 с частично разобранным предохранительным устройством, включая корпуса разрезных колец 27, цилиндрический корпус 31 и кольцо 32.

[0025] Наружная поверхность корпусов разрезных колец 27 может иметь два участка (или конца), имеющих разные наружные диаметры. Находящийся ниже по стволу скважины конец наружной поверхности корпусов разрезных колец 27 может иметь наружный диаметр, который больше наружного диаметра находящегося выше по стволу скважины конца корпусов разрезных колец 27. Корпуса разрезных колец 27 могут крепиться к промежуточной втулке 24 посредством цилиндрического корпуса 31, соединенного с наружной поверхностью находящегося выше по стволу скважины конца корпусов разрезных колец 27. Цилиндрический корпус 31 может соединяться с корпусами разрезных колец 27 путем скольжения, заталкивания или иного способа размещения цилиндрического корпуса 31 на наружной поверхности находящегося выше по стволу скважины конца таким образом, что она контактирует с осевым краем находящегося ниже по стволу скважины конца корпусов разрезных колец 27. Цилиндрический корпус 31 может иметь такой размер, чтобы он крепил корпуса разрезных колец 27 к промежуточной втулке 24. Кольцо 32 может соединяться с корпусами разрезных колец 27 таким образом, чтобы оно препятствовало отсоединению цилиндрического корпуса 31 от корпусов разрезных колец 27. Кольцо 32 может соединяться с корпусами разрезных колец 27 путем скольжения, защелкивания, заталкивания или иного способа размещения кольца 32 на промежуточной втулке и приведения в контакт с осевым краем цилиндрического корпуса 31. В некоторых аспектах, корпуса разрезных колец 27 могут содержать углубление для приема кольца 32. В таких аспектах, кольцо 32 может иметь такой наружный диаметр, что, когда кольцо 32 располагается в углублении корпусов разрезных колец 27, наружная поверхность кольца 32 радиально выступает за пределы наружной поверхности находящегося выше по стволу скважины конца корпусов разрезных колец 27.

[0026] Цилиндрический корпус 31 может быть выполнен из стали или аналогичного материала, или может иным образом быть выполнен жестким. Кольцо 32 может быть жестким или гибким и может быть изготовлено из материала, достаточно прочного, чтобы крепить цилиндрический корпус 31 к корпусам разрезных колец.

[0027] Фиг. 5 иллюстрирует процесс установки предохранительного устройства в узел передачи вала двигателя. Процесс, проиллюстрированный на Фиг. 5, описывается со ссылкой на Фиг. 3 и Фиг. 4, но может применяться и к другим примерам. В блоке 51 могут обеспечиваться корпуса разрезных колец 27 и фиксирующее устройство. Корпуса разрезных колец 27 могут содержать два или более компонента, которые образуют кольцевую форму при их соединении (например, корпуса разрезных колец 27, проиллюстрированные выше на Фиг. 4). Корпуса разрезных колец 27 могут быть изготовлены из того же материала, что и другие компоненты узла передачи вала двигателя 18 (например, из стали), и могут быть жесткими и достаточно прочными, чтобы выдерживать любую нагрузку на корпуса разрезных колец 27 в случае контакта с неподвижной втулкой 25 после разделения. В некоторых аспектах фиксирующее устройство может представлять собой хомут. Хомут может представлять собой фиксирующее кольцо, спиральное кольцо, ленточный хомут, зажим или другое крепежное приспособление и может быть гибким или жестким. Хомут 28 может быть изготовлен из материала, достаточно прочного, чтобы предотвратить извлечение корпусов разрезных колец из промежуточной втулки 24 во время работы буровой системы 10 и после разделения компонентов узла передачи вала двигателя 18.

[0028] В других аспектах, фиксирующее устройство может содержать цилиндрический корпус 31 и кольцо 32. Цилиндрический корпус 31 может быть изготовлен из того же материала, что и другие компоненты узла передачи вала двигателя 18 (например, из стали), и может быть жестким и достаточно прочным, чтобы предотвращать извлечение корпусов разрезных колец 27 из промежуточной втулки 24 во время работы буровой системы 10 и после разделения компонентов узла передачи вала двигателя 18. Кольцо 32 может представлять собой фиксирующее кольцо, спиральное кольцо, ленточный хомут, зажим или другое крепежное приспособление, известное в данной области техники, и может быть гибким или жестким. Кольцо 32 может быть изготовлено из материала, достаточно прочного, чтобы предотвратить отсоединение цилиндрического корпуса от корпусов разрезных колец во время работы буровой системы 10 и после разделения компонентов узла передачи вала двигателя 18.

[0029] В блоке 52 корпуса разрезных колец 27 могут крепиться к промежуточной втулке 24 узла передачи вала двигателя 18. В некоторых аспектах, корпуса разрезных колец 27 могут крепиться к промежуточной втулке 24 путем вставки одной ножки корпусов разрезных колец в паз, профилированный в промежуточной втулке 24, который имеет размер, подходящий для приема ножки корпусов разрезных колец 27. Корпуса разрезных колец 27 могут соединяться вместе вокруг промежуточной втулки 24 так, что корпуса разрезных колец 27 образуют кольцевую форму, которая окружает промежуточную втулку 24.

[0030] В блоке 53 фиксирующее устройство соединяется с корпусами разрезных колец. В некоторых аспектах корпуса разрезных колец 27 могут содержать углубление на наружной поверхности корпусов разрезных колец, размер которого подходит для приема хомута 28. Хомут 28 может скользящим движением, защелкиванием, заталкиванием или иным образом вставляться в углубление корпусов разрезных колец 27, чтобы предотвратить извлечение корпусов разрезных колец 27 из промежуточной втулки 24. В других аспектах, корпуса разрезных колец 27 могут содержать наружную поверхность, имеющую два конца, которые имеют разные наружные диаметры. Наружный диаметр находящегося ниже по стволу скважины конца корпусов разрезных колец 27 может быть больше, чем наружный диаметр находящегося выше по стволу скважины конца корпусов разрезных колец 27. Цилиндрический корпус 31 может скользить на находящийся выше по стволу скважины конец корпусов разрезных колец 27 до тех пор, пока цилиндрический корпус 31 не достигнет или не вступит в контакт с осевым краем находящегося ниже по стволу скважины конца корпусов разрезных колец 27. Кольцо может скользить на находящийся выше по стволу скважины конец корпусов разрезных колец 27, в результате чего кольцо 32 предотвращает соскальзывание цилиндрического корпуса 31 с находящегося выше по стволу скважины конца корпусов разрезных колец 27. В некоторых аспектах, наружная поверхность находящегося выше по стволу скважины конца корпуса разрезных колец 27 может содержать углубление, размер которого подходит для приема кольца 32. Кольцо 32 может иметь такой наружный диаметр, что, когда кольцо 32 располагается в углублении корпусов разрезных колец 27, наружная поверхность кольца 32 радиально выступает за пределы наружной поверхности находящегося выше по стволу скважины конца корпусов разрезных колец 27.

[0031] Приведенное выше описание примеров, включая проиллюстрированные примеры, дано исключительно с целью иллюстрации и описания и не претендует на исчерпывающий характер или ограничение изобретения конкретными раскрытыми формами. Для специалиста в данной области техники будут очевидны возможные многочисленные модификации, адаптации, варианты их применения, а также установки без отступления от объема настоящего изобретения. Иллюстративные примеры, описанные выше, приведены с целью представления читателю общего описания объекта изобретения, обсуждаемого в данном документе, и не предназначены для ограничения объема раскрытых идей.