Ориентатор

Груздилович Леонид Михайлович, Алексенко Анатолий Григорьевич, Пирч Иван Яронович, Куканков Геннадий Петрович,Шуригин Геннадий Михайлович, Салов Александр Геннадьевич, Толкач Сергей Михайлович, Клубников Николай Николаевич (BY) Изобретение относится к области направленного бурения скважин, а более конкретно - к устройствам для изменения направления бурения боковых стволов при бурении забойными двигателями. Ориентатор представляет собой сборный корпус, в котором расположен электродвигатель с двумя понижающими передачами, состоящий из трех секций. Электродвигатель с первой понижающей передачей расположен в герметизированном корпусе в верхней секции сборного корпуса. Первая понижающая передача выполнена в виде планетарных передач, выходной вал которых соединен со второй понижающей передачей. Вторая понижающая передача выполнена в виде входного и выходного винтов, соединенных многозаходной резьбой с гайками, при этом гайки входного и выходного винтов жестко связаны между собой. Входной винт с гайкой расположен в промежуточной секции сборного корпуса, а выходной винт с гайкой - в нижней секции. В нижней секции установлены направляющие, закрепленные с двух сторон от перемещения, по которым перемещается гайка выходного винта. Входной винт с одной стороны связан с валом планетарных передач, а с другой - входит в расточку выходного винта, соединенного с противоположной стороны с подшипниковым валом, при этом ход выходного винта больше хода входного. Входной и выходной винты ориентатора имеют трапецеидальный профиль, а передаточное отношение выходного и входного винтов n10. 013913 Изобретение относится к области направленного бурения скважин, а более конкретно - к устройствам для изменения направления бурения боковых стволов при бурении забойными двигателями. Известен ориентатор, содержащий сборный корпус, в котором размещен поршень с пустотелым штоком с наружными прямыми, зацепленными со сборным корпусом, и винтовыми шлицами; возвратную пружину в подпоршневой полости, связанную посредством разделительного элемента с буферной полостью, которая соединена дренажным окном с закорпусным пространством. Шпиндель с полым валом кинематически связан с пустотелым штоком храповой муфты, состоящей из верхней подвижной,находящейся в зацеплении с винтовыми шлицами, и нижней неподвижной, закрепленной в сборном корпусе, обойм. Подпоршневая полость разделена на две полуполости, соединенные друг с другом дроссельным каналом, образованным зазором между внутренней и наружной цилиндрическими поверхностями неподвижной обоймы и полого вала шпинделя. Разделительный элемент выполнен в виде кольцевого поршня, взаимодействующего с пружиной сжатия, размещенной в буферной полости [1]. Известное устройство позволяет производить поворот бурового инструмента только в одном направлении, вследствие чего появляется необходимость холостого хода, что снижает коэффициент полезного действия устройства. Кроме того, из-за потерь и перепада давлений возникает нестабильность работы устройства. У данного устройства передача данных осуществляется с помощью гидравлического канала связи, что усложняет получение точных данных при бурении на депрессии. Наиболее близким техническим решением к заявляемому является ориентатор в установке направленного бурения с использованием колтюбинговой трубы, включающий электродвигатель и две понижающие передачи [2]. Ориентатор состоит из сборного корпуса, в верхней внутренней секции которогое расположен электрический двигатель, соединенный с верхним комплектом планетарных передач, который находится в зацеплении с наружной зубчатой шестерней. Через зубчатую шестерню валы планетарных передач приводят в движение водило, соединенное с шарниром на верхнем конце пустотелого приводного вала. Вал привода приводит в движение нижние планетарные передачи через шлицевые зубья. Сателлиты нижних планетарных передач, находящиеся в зацеплении с закрепленной зубчатой шестерней, оборачиваются вокруг оси вала привода. Валы планетарных передач приводят в движение муфту, которая соединена с верхним концом сердечника посредством нижнего шарнира Гука. Корпус соединен с нижним концом сердечника (подшипникового вала) и поворачивается очень медленно в сравнении со скоростью электрического двигателя. Это позволяет производить точную регулировку бурового инструмента с помощью датчика угла поворота путем кратковременной подачи электрической энергии на электродвигатель. Ориентатор имеет проточные каналы для потока бурового раствора. В известном устройстве наличие планетарных передач позволяет существенно уменьшить выходную угловую скорость электрического двигателя. Недостатком известного ориентатора является то, что при использовании в качестве понижающих передач планетарных редукторов в передаче крутящего момента участвует в общей сложности 3-4 зуба сателлитов эвольвентного профиля, что не позволяет достигнуть высокого крутящего момента для бурения в низобуровой колонне с высокой интенсивностью набора кривизны. Это приводит к уменьшению ресурса работы из-за маленьких геометрических размеров элементов планетарных передач и возникающих высоких напряжений в зубьях сателлитов. Задачами изобретения являются повышение надежности и расширение технологических возможностей ориентатора. Поставленные задачи достигаются тем, что в ориентаторе, включающем сборный корпус, расположенный в нем электродвигатель с двумя понижающими передачами, соединенными с подшипниковым валом, каналы для прохода рабочей жидкости, при этом электродвигатель с первой понижающей передачей расположен в герметизированном корпусе в верхней секции сборного корпуса, причем в качестве первой понижающей передачи он содержит комплект планетарных передач, а в качестве второй понижающей передачи он содержит две винтовые передачи, включающие входной и выходной винты, связанные многозаходной резьбой с гайками, гайки жестко связаны между собой и имеют возможность прямолинейного перемещения в осевом направлении по направляющим. Направляющие установлены в нижней секции сборного корпуса и закреплены с двух сторон от перемещения с помощью втулок. Входной винт, с одной стороны, связан с валом планетарных передач, а с другой - входит в расточку выходного винта, соединенного с противоположной стороны с подшипниковым валом. Ход выходного винта больше хода входного, входной и выходной винты имеют трапецеидальный профиль, а передаточное отношение выходного и входного винтов n10. Сборный корпус состоит из трех секций и включает в себя верхнюю, нижнюю и промежуточную секции, которые соединены между собой с помощью резьбового соединения. Выполнение второй понижающей передачи в виде двух передач винт-гайка с разным ходом и шагом, гайки которых жестко связаны между собой, позволяет преобразовать поступательное перемещение гайки входного вала и гайки выходного вала во вращательное движение выходного вала. Разность шагов и заходов двух передач винт-гайка позволяет увеличить крутящий момент и понизить частоту вращения подшипникового вала. При этом в передаче крутящего момента участвуют зубья многозаходного (n10)-1 013913 выходного винта, имеющие трапецеидальный профиль, что позволяет увеличить надежность и долговечность ориентатора. Предлагаемое техническое решение позволяет получить высокий крутящий момент без увеличения диаметральных размеров ориентатора, что делает возможным расширение области его применения. Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид ориентатора в разрезе; на фиг. 2 - разрез А-А фиг 1. Ориентатор содержит сборный корпус, который включает в себя верхнюю секцию 1 и нижнюю секцию 2, которые соединены между собой промежуточной секцией 3. В верхней секции 1 сборного корпуса в герметизированном корпусе 4 расположен электродвигатель 5 со встроенным блоком планетарных передач 6. Для предотвращения попадания промывочной жидкости в блок планетарных передач 6 и электродвигатель 5 на поверхности герметизирующего корпуса 4 расположены уплотнительные кольца 7. Герметизированный корпус 4 с помощью резьбы соединен с промежуточной секцией 3, в которой с возможностью вращения установлен входной винт 8. Блок планетарных редукторов 6 соединен с входным винтом 8 посредством зубчатого зацепления, выполненного между выходным валом 9 планетарных передач и внутренними зубьями входного винта 8. Входной винт 8 соединен с гайкой 10 многозаходной трапецеидальной резьбой (например, по ГОСТ 9484-81) для преобразования вращательного движения входного винта 8 в поступательное движение гайки 10. Конец входного винта 8 входит в расточенное отверстие выходного винта 11, расположенного в нижней секции 2 сборного корпуса, и своими торцевыми поверхностями опирается на упорный подшипник 12. На выходном винте 11 установлена гайка 13, которая соединена с выходным винтом 11 многозаходной трапецеидальной резьбой. При этом входной винт 8 и выходной винт 11 имеют разный ход. Гайка 10 жестко соединена с гайкой 13 с помощью контргайки 14. Соединение между собой двух гаек 10 и 13, расположенных соответственно на входном 8 и выходном 11 винтах, дает возможность преобразовать поступательное движение гайки 13 во вращательное движение выходного винта 11 с увеличением крутящего момента за счет разности ходов входного 8 и выходного 11 винтов и большого угла подъема винтовой линии выходного винта 11 и гайки 13. Ход входного винта 8 может быть от 6 до 12 мм, а выходного винта 11 - от 120 до 200 мм (получаемое передаточное отношение n10), выходной винт 11 имеет от 10 до 16 заходов, что позволяет увеличить устойчивость и надежность работы ориентатора за счет того, что в передаче крутящего момента участвует большое количество зубьев трапецеидального профиля. На внутренней поверхности нижней секции 2 по ее длине выполнены пазы, в которых установлены направляющие 15, а на наружной поверхности гайки 13 выполнены соответствующие пазы для возможности ее прямолинейного перемещения по направляющим 15. Направляющие 15 закреплены с двух сторон от перемещения втулками 16 и 17. Втулка 17, установленная со стороны входного винта 8 в нижней секции 2, своей внутренней поверхностью через подшипник скольжения 19 опирается на цилиндрическую поверхность гайки 13 выходного винта 11. Для повышения устойчивости работы гайка 13 опирается на подшипник 20, а через него - на выходной винт 11. Втулка 16, свободно установленная в нижней секции 2 со стороны подшипникового вала 23, упирается в подшипник 18. Подшипниковый вал 23 соединен с выходным винтом 11 с помощью шлицевой втулки 22 и шлицов 21, выполненных на конце выходного винта 11 и подшипникового вала 23. Уплотнительные кольца 24 обеспечивают герметизацию шлицевого соединения. На подшипниковом валу 23 установлен подшипник 18, упирающийся в кольцо 25. Подшипник 18 поджат с одной стороны гайкой 26, соединенной с подшипниковым валом 23 с помощью резьбы, с другой стороны - втулкой 27, ввинченной в нижнюю часть 2 сборного корпуса. Во втулке 27 установлены уплотнительные кольца 28 и манжета 29, обеспечивающие герметизацию соединения. Входной 8 и выходной 11 винты имеют внутренние полости для прохода рабочей жидкости. Рабочая жидкость постоянно поступает к буровому инструменту через полость, образованную между верхней секцией 1 и герметизированным корпусом 4, затем через радиально расположенные на промежуточной секции 3 и входном винте 8 пазы 30 и 31 - во внутреннюю полость входного 8 и выходного 11 винтов. Кольцевая расточка в промежуточной секции 3 обеспечивает постоянную циркуляцию рабочей жидкости через пазы 30 и 31. С помощью резьбового соединения на подшипниковым валу 23 ориентатор соединяется с забойным двигателем, а с помощью внутренней резьбына верхней секции 1 сборного корпуса (на чертеже не показано) он соединяется с компоновкой систем направленного бурения. Ориентатор работает следующим образом. Сигнал по кабелю передается на электродвигатель 5. Крутящий момент от электродвигателя 5 через блок планетарных передач 6 и выходной зубчатый вал 9 передается на входной винт 8. Гайка 10, поступательно перемещаясь по входному винту 8, перемещает жестко связанную с ней гайку 13 по направляющим 15. Благодаря соотношению ходов многозаходных резьб входного 8 и выходного 11 винтов перемещение по ним обеспечивает увеличение входного крутящего момента более чем в 10 раз с передаточным отношением n10. Полученный крутящий момент через гайку 13 и направляющие 15 передается на выходной винт 11, от него через шлицы 21 и шлицевую втулку 22 на подшипниковый вал 23, который поворачивает винтовой забойный двигатель на заданный угол, обеспечивая управление процессом буре-2 013913 ния. Угол поворота обеспечивается электродвигателем, отрабатываемым получаемый сигнал, и параметрами винтовых пар. Рабочая жидкость постоянно поступает к винтовому забойному двигателю и буровому инструменту через полости, образованные между верхней секцией 1 сборного корпуса и герметизирующим корпусом 4, внутренней полостью входного винта 8 и выходного винта 11, пазы 30 и 31, и кольцевую расточку в промежуточном корпусе 3. Предложенная конструкция ориентатора позволяет управлять углом поворота с точностью до 1,кроме того, позволяет повысить надежность, стабильность и долговечность работы ориентатора за счет передачи крутящего момента одновременно большим количеством зубьев с более мощным профилем зуба. Кроме того, ориентатор обеспечивает поворот рабочего инструмента как по часовой стрелке, так и против часовой стрелки, отсутствует холостой ход. Рабочая жидкость непрерывно подается к рабочим органам. Источники информации, принятые во внимание 1. Патент РФ 2284402, МПК Е 21 В 7/08, опубл. 2006 г. 2. Патент США 6047784, МПК Е 21 В 7/04, опубл. 11.04.2000 г. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Ориентатор, включающий сборный корпус, электродвигатель с двумя понижающими передачами, каналы для прохода рабочей жидкости, при этом электродвигатель с первой понижающей передачей расположен в герметизированном корпусе в верхней секции сборного корпуса, а первая понижающая передача выполнена в виде планетарных передач, выходной вал которых соединен со второй понижающей передачей, отличающийся тем, что вторая понижающая передача выполнена в виде входного и выходного винтов, соединенных многозаходной резьбой с гайками, при этом гайки входного и выходного винтов жестко связаны между собой, гайка выходного винта выполнена с возможностью перемещения по направляющим, установленным в нижней секции сборного корпуса и закрепленным с двух сторон от перемещения, при этом входной винт, с одной стороны, связан с валом планетарных передач, а с другой входит в расточку выходного винта, соединенного с противоположной стороны с подшипниковым валом, при этом ход выходного винта больше хода входного. 2. Ориентатор по п.1, отличающийся тем, что сборный корпус включает в себя верхнюю, промежуточную и нижнюю секции. 3. Ориентатор по п.2, отличающийся тем, что входной винт с гайкой расположены в промежуточной секции сборного корпуса. 4. Ориентатор по п.1 или 3, отличающийся тем, что входной и выходной винты имеют трапецеидальный профиль, а передаточное отношение выходного и входного винтов n10.