Результат интеллектуальной деятельности: МАСЛОНАПОЛНЕННАЯ ШПИНДЕЛЬНАЯ СЕКЦИЯ ТУРБОБУРА И СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ЕЕ К ЭКСПЛУАТАЦИИ

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, преимущественно - к гидравлическим приводам для вращательного бурения, размещаемым в скважинах.

Известен шпиндель-амортизатор (авторское свидетельство SU № 1792481, МПК⁵ E21В 4/02, опубл. 1993 г.), включающий корпус, полый вал с установленными и закрепленными на нем нижним и верхним уплотнительными узлами, нижними и верхними радиальными и осевыми опорами, масляный лубрикатор, установленный внутри масляной ванны, картер высокого давления, полость которого посредством поршней разделена на камеры, одна из которых сообщена с масляной ванной, а вторая - с источником промывочной жидкости.

При подготовке к эксплуатации такого шпинделя масляная ванна, лубрикатор и одна полость масляного картера заполняются маслом, а другая - промывочной жидкостью.

Недостатком такого устройства, снижающим моторесурс шпинделя, является то, что масляный лубрикатор поршневого типа не имеет возможности мгновенного реагирования на пиковые составляющие давления, которые имеют место при движении промывочной жидкости, что не обеспечивает равномерного давления внутри и снаружи масляной ванны при пульсациях, возникающих в промывочной жидкости. Кроме того, при повышении температуры сброс масла внутри масляной ванны осуществляется непосредственно в промывочную жидкость, что ухудшает экологическую обстановку и не позволяет рационально использовать весь смазывающий материал.

Наиболее близким к заявляемому и принятым в качестве прототипа устройства является шпиндель забойного двигателя (патент RU № 2272117, МПК Е21В 4/02, опубл. 2006 г.), содержащий корпус, вал с нижним и верхним уплотнительными узлами, образующими масляную ванну, в которой установлены радиальные и осевые опоры, гидравлически сообщенную с диафрагменным лубрикатором, картер высокого давления, полость которого посредством поршней разделена на камеры, одна из которых сообщена с масляной ванной, а вторая - с источником промывочной жидкости. Масляная камера картера высокого давления выполнена с возможностью сброса масла из масляной ванны верхней радиальной опоры и связана с ней посредством редукционного клапана, установленного в крышке корпуса картера высокого давления, а вторая камера картера заполнена промывочной жидкостью. При увеличении объема масла (при повышении температуры в процессе работы) происходит повышение давления внутри масляной ванны, редукционный клапан открывается, часть масла перетекает в камеру картера и перемещает поршень, отделяющий масло от промывочной жидкости.

При подготовке к эксплуатации масляная ванна, лубрикатор и одна полость масляного картера заполняются маслом, а другая сообщается с источником промывочной жидкости.

Диафрагменный лубрикатор позволяет мгновенно выравнивать давление внутри масляной ванны с давлением промывочной жидкости.

Недостатком такого шпинделя и способа подготовки его к эксплуатации является сложность его конструкции, низкая надежность и сложность подготовки к эксплуатации. Это объясняется наличием редукционного клапана и поршневого узла картера. При подготовке к эксплуатации необходимо проверить работоспособность редукционного клапана.

Задачей предлагаемой группы изобретений является упрощение конструкции шпиндельной секции, повышение ее надежности и упрощение подготовки ее к эксплуатации.

Единым техническим результатом, достигаемым при использовании предлагаемой маслонаполненной шпиндельной секции и способа подготовки ее к эксплуатации, является обеспечение работы секции в широком диапазоне температур без использования сложных конструктивных элементов - редукционного клапана, картера с поршнем.

Поставленная задача решается за счет усовершенствования маслонаполненной шпиндельной секции турбобура, содержащей корпус, вал с нижним и верхним уплотнительными узлами, образующими масляную камеру, в которой установлены радиальные и осевые опоры, гидравлически сообщенную с диафрагменным лубрикатором. Усовершенствование заключается в том, что шпиндельная секция снабжена балластными элементами, установленными в свободных объемах масляной камеры.

Снабжение маслонаполненной шпиндельной секции балластными элементами, установленными в свободных объемах масляной камеры, позволяет уменьшить долю масла, находящегося вне диафрагменного лубрикатора, по сравнению со всем количеством масла, что необходимо для обеспечения возможности компенсации увеличения объема масла (при повышении температуры в процессе работы) за счет свободного объема диафрагменного лубрикатора.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе подготовки к эксплуатации маслонаполненной шпиндельной секции турбобура, включающем заполнение масляной камеры и лубрикатора маслом, лубрикатор заполняют маслом на 75-80% объема.

Такое частичное заполнение лубрикатора маслом позволяет оставить в лубрикаторе свободный объем, который заполняется увеличивающимся в объеме маслом при повышении температуры в процессе работы.

Изобретение поясняется чертежом, где изображена предлагаемая шпиндельная секция.

Маслонаполненная шпиндельная секция турбобура содержит корпус 1, вал 2 с нижним 3 и верхним 4 уплотнительными узлами, образующими масляную камеру 5, в которой установлены радиальные 6 и осевые 7 опоры качения. Масляная камера 5 каналами сообщена с диафрагменным лубрикатором 8. В свободных объемах масляной камеры 5, образующихся при установке опор качения 6 и 7, уплотнительных узлов 3 и 4, лубрикатора 8, установлены балластные элементы 9 (в форме колец), обеспечивающие уменьшение доли масла, находящегося вне диафрагменного лубрикатора 8, по сравнению со всем количеством масла.

Маслонаполненная шпиндельная секция турбобура работает следующим образом.

При подготовке к эксплуатации масляную камеру 5 и лубрикатор 8 заполняют маслом. При этом лубрикатор 8 заполняют маслом на 75-80% объема. В процессе работы шпиндельной секции в зависимости от рабочей температуры в скважине и от выделения тепла за счет сил трения масло в масляной камере 5 и лубрикаторе 8 увеличивается в объеме и заполняет свободный объем лубрикатора 8.

Например, установка балластных элементов 9 позволила уменьшить объем масляной камеры вне лубрикатора 8 до 1, 4 л при общем объеме масляной камеры и лубрикатора 6,7 л, в том числе в лубрикаторе - 5,3 л. При подготовке к эксплуатации масляную камеру и лубрикатор заполняют 5,4 л масла, в том числе лубрикатор - 4 л, что составляет 75,4% объема лубрикатора. При этом в лубрикаторе незаполненным остается объем 1,3 л, который заполняется увеличенным (при повышении температуры до 150°С) объемом масла.

Таким образом, использование предлагаемой конструкции шпиндельной секции и способа подготовки ее к эксплуатации позволяет упростить конструкцию, повысить ее надежность и упростить подготовку ее к эксплуатации за счет обеспечения работы секции в широком диапазоне температур без использования (в отличие от прототипа) сложных конструктивных элементов - редукционного клапана и поршневого узла картера.