ГИБКИЙ ВАЛ

Изобретение относится к области нефтяного машиностроения и может быть использовано при бурении боковых каналов в стенках скважины.

Известен гибкий вал, предназначенный для бурения боковых каналов в скважине, состоящий из стянутых тросом и помещенных в направляющую силовых элементов, имеющих по торцам конические зубья, входящие в зацепление друг с другом [1].

Основными недостатками этого вала являются возможность его сгибания вне направляющей при наличии продольных усилий несоосных с валом, а также отсутствие канала внутри вала для промывки во время бурения.

Наиболее близким техническим решением является гибкий вал, передающий момент вращения и продольное перемещение от ведущего к ведомому валу и состоящий из нескольких чередующихся винтовых пружин, снабженных распорными элементами с выступами, закрепленными на пружинах и входящими во взаимное зацепление [2].

Однако конструкция гибкого вала имеет следующие недостатки:
1. Внешняя поверхность гибкого вала не гладкая, поэтому при вращении и приложении продольного усилия вал будет опираться выступами о стенки направляющей и выступы будут интенсивно истираться вплоть до полного износа. При значительном износе выступов они выйдут из зацепления и вал не сможет передавать требуемый момент. Кроме того, при бурении боковых каналов в скважине выступы могут зацепляться о стенки канала и заклиниваться в нем, что может привести к тяжелой аварии в скважине.

2. Выступы и круглое сечение пружин вала мешают виткам иметь значительную площадь контакта друг с другом, поэтому при продольном перемещении вала и его выходе из направляющей при наличии усилий, несоосных с валом, он теряет устойчивость и может сгибаться в любом произвольном направлении. Это особенно важно, когда ведомый конец вала с разрушающим элементом не закреплен, как, например, при бурении боковых каналов в скважине.

3. Выступы, зафиксированные на пружинах винтами, могут смещаться при приложении значительного вращающего момента.

4. Распорные элементы занимают практически все внутреннее сечение вала, что не позволяет иметь канал внутри вала и осуществлять промывку при бурении боковых каналов.

Технической задачей изобретения является получение гибкого вала с каналом для подачи жидкости, обладающего высокой износостойкостью и жесткостью, обеспечивающей сохранение направления движения при выходе из направляющей.

Для успешного решения указанной задачи в известном гибком вале, состоящем из винтовых пружин, установленных с расположением витков каждой из них в междушаговом пространстве смежных, новым является то, что винтовые пружины имеют прямоугольное сечение, причем каждая пружина имеет выступы, входящие в зацепление с выступами смежных пружин; каждая пружина имеет ступенчатую форму и входит в зацепление со смежными пружинами торцами ступеней, а внутри вала пропущен гибкий шланг.

На чертеже представлен общий вид вала, состоящего из ступенчатых пружин, и поперечное сечение вала.

Вал содержит ведущую муфту 1 и ведомую муфту 2, связанные с пружинами 3 и 4. Пружины 3 и 4 содержат ступенчатые перегибы 5. Витки пружин имеют прямоугольное сечение и располагаются перпендикулярно оси вала. Шаг витков пружины образуется за счет выступов, выполненных в виде ступенчатых перегибов 5. При этом витки пружины 3 располагаются в межвитковом пространстве пружины 4 и наоборот, а ступенчатые перегибы 5 установлены с возможностью взаимодействия друг с другом. Внутри вала может быть вставлен гибкий шланг (на чертеже не показан).

Гибкий вал, оснащенный фрезой, применяется для бурения боковых каналов в скважине, включая стальную обсадную колонну, и работает следующим образом.

При вращении вала пружины 3, 4 перегибами 5 входят в зацепление, обеспечивая передачу значительного крутящего момента. Осевое усилие приводит к сжатию и плотному соприкосновению прямоугольных витков вала друг с другом не только перегибами 5, но и поверхностями пружин, сохраняя заданное направление бурения. Поэтому вал не теряет устойчивости в бурящемся канале. При бурении боковых каналов скважины ввиду наличия несоосности между ведущей 1 и ведомой 2 муфтами вал устанавливается внутри направляющей. Гладкая боковая поверхность вала свободно проходит внутри направляющей и пробуренного канала, а циркуляция жидкости осуществляется через шланг (не показан) и обеспечивает вынос выбуренной породы.

В рамках предложенной конструкции гибкого вала возможны различные варианты его исполнения. Например, можно использовать различное число пружин, делать различный шаг спирали и расстояние между перегибами.

Предложенный гибкий вал способен передавать значительный крутящий момент, а наличие межвиткового пространства позволяет иметь очень небольшой радиус изгиба, что позволяет в ограниченном пространстве скважины бурить глубокие боковые каналы в стальных обсадных колоннах и крепких горных породах.

Источники информации
1. Патент СССР 1794207, кл. F 16 C 1/02, опубл. 07.02.93, БИ 5.

2. Патент СССР 1028912, кл. F 16 C 1/02, опубл. 15.07.83, БИ 26.