Результат интеллектуальной деятельности: Объемный забойный двигатель

Изобретение относится к области геологии, а именно к технике бурения скважин.

Известен объемный забойный двигатель, содержащий корпус, в полости которого расположен вращающийся вал с прикрепленными к нему лопастями формой полуцилиндра. Патент Российской Федерации №2220270, кл. 7 Е21В 4/02, 2001.

В аналоге вал вращается под действием скоростного напора промывочной жидкости, чего недостаточно для получения высоких значений крутящего момента на валу.

Прототип - объемный забойный двигатель, содержащий корпус с подводящими каналами, установленный в полости корпуса с возможностью вращения вал, имеющий внешние полуцилиндрические лопасти, скользяще контактирующие с корпусом, и центральный канал посредством боковых радиальных отверстии сообщающийся с полостью корпуса. Патент Республики Казахстан №28039, кл. Е21В 4/02,2013.

В прототипе из-за отсутствия условий для роста давлений промывочной жидкости в полости корпуса невозможно добиться устойчиво высоких значений крутящего момента на валу, что вкупе с присутствием гидравлических сопротивлений его вращению нарушает стабильности работы объемного забойного двигателя.

Задача изобретения - обеспечение стабильности работы объемного забойного двигателя.

Технический результат - достижение устойчиво высоких значений крутящего момента на валу и снижение гидродинамических помех его вращательному движению.

Результат достигается тем, что в объемном забойном двигателе, содержащий корпус с подводящими каналами, установленный в полости корпуса с возможностью вращения вал, имеющий внешние полуцилиндрические лопасти, скользяще контактирующие с корпусом, и центральный канал, посредством боковых радиальных отверстии сообщающийся с полостью корпуса, согласно изобретению подводящие каналы выполнены закругленным поворотом направленными на середину высоты внутренней стенки полуцилиндрических лопастей, в центральном канале вала закреплена продольная синусоидальная перегородка, образующая сектора, боковые радиальные отверстия входом перед внешней стенкой полуцилиндрических лопастей проведены в верхней и нижней половинки вала выходящими в центральный канал числом не менее двух в поперечном сечении каждого сектора, причем передние по вращению вала боковые радиальные отверстия обращены в вогнутые поверхности синусоидальной перегородки, задние боковые радиальные отверстия ориентированы к выходу передних.

Совокупностью отличительных признаков изобретения обеспечиваются рост скорости движения и снижение потери давления промывочной жидкости в подводящих каналах, предупреждение возможности появление в них водоворотных зон интенсивной турбулентности, нарушающие сплошности потока со снижением гидродинамических характеристик, выбор местоприложения ударного давления промывочной жидкости на внутренние стенки полуцилиндрических лопастей, позволяющее добиться высоких значений крутящего момента соблюдением устойчивости и исключением опрокидывающего момента вала, расширение контактной площади силового взаимодействия промывочной жидкости с валом, отсюда рост давлений в полости корпуса, создание условии повторного приложения силы ударного давления промывочной жидкости на вал, снижение гидродинамических сопротивлении вращению вала в полости корпуса.

Отличительные признаки изобретения - передние по вращению вала боковые радиальные отверстия обращены в вогнутые поверхности синусоидальной перегородки, задние боковые радиальные отверстия ориентированы к выходу передних, достигается однонаправленное слияние потоков промывочной жидкости, истекающих из боковых радиальных отверстий в поперечном сечении каждого сектора, осуществляется передача энергии без потери от одного потока к другому усилением силы ударного давления промывочной жидкости, приложенной в вогнутые поверхности синусоидальной перегородки.

Существенные признаки изобретения имеют причинно-следственную связь, обеспечивают достижение технического результата и решение поставленной задачи.

На фиг. 1 показан общий вид объемного забойного двигателя, на фиг. 2 - разрез по А-А на фиг. 1.

Объемный забойный двигатель содержит корпус 1 с подводящими каналами 2, установленный в полости корпуса 1 с возможностью вращения на подшипниках 3 и 4 вал 5, имеющий внешние полуцилиндрические лопасти 6, скользяще контактирующие с корпусом 1, и центральный канал 7, посредством боковых радиальных отверстий верхних 8 и нижних 9 сообщающийся с полостью корпуса 1.

Верхние 8 и нижние 9 боковые радиальные отверстия проведены входом перед внешней стенкой полуцилиндрических лопастей 6.

В центральном канале 7 вала 5 закреплена продольная синусоидальная перегородка 10, образующая сектора, и боковые радиальные отверстия 8 и 9 выполнены выходящими в центральный канал 7 числом не менее двух в поперечном сечении каждого сектора, где передние по вращению вала боковые радиальные отверстия обращены в вогнутые поверхности синусоидальной перегородки 10, задние боковые радиальные отверстия ориентированы к выходу передних.

Объемный забойный двигатель работает следующим образом. Поток промывочной жидкости по подводящим каналам 2 закругленным поворотом направляется на середину высоты внутренней стенки полуцилиндрических лопастей 6. Под действием скоростного напора и нарастающим давлением промывочной жидкости в полости корпуса 1 вал 5 на подшипниках 3 и 4 приводится во вращательное движение.

Далее, промывочная жидкость поступает в боковые радиальные отверстия 8 и 9, и на их входе перед внешней стенки полуцилиндрических лопастей 6 происходит снижения давлений и уменьшение гидродинамических сопротивлений вращению вала 5.

При движении промывочной жидкости по боковым радиальным отверстиям 8 и 9 произойдет рост скорости и давлений, и выходом в центральный канал 7 сила ударного давления промывочной жидкости, вытекающей из передних по вращению вала боковых радиальных отверстий, будет приложена на вогнутые поверхности синусоидальной перегородки 10, а промывочная жидкость, вытекающая из задних боковых радиальных отверстий, отражаясь по касательной от криволинейной стенки центрального канала 7, однонаправлено сливается с промывочной жидкостью из передних боковых радиальных отверстий, суммарно усиливая силу ударного давления и значения крутящего момента на валу.

В дальнейшем промывочная жидкость направляется на забой скважины (не показан).

Лабораторными исследованиями установлено, что значения крутящего момента на валу опытного образца объемного забойного двигателя наружным диаметром корпуса 95 мм, изготовленного в соответствии с существенными признаками изобретения, значительно выше, чем у серийного винтового забойного двигателя типа Д-95 при расходах промывочной жидкости в пределах 220-280 л/мин.