Буровой двигатель в сборе

Предложен статор для использования с буровым ротором. За счет использования в статоре керамического/металлокерамического упрочненного суперсплава на основе никеля статор может использоваться при температурах свыше 250 С. Такие статоры из керамических/металлокерамических упрочненных суперсплавов на основе никеля в сочетании с роторами на металлической основе обеспечивают соответствующую/приемлемую пару поверхностей контакта для использования в буровых двигателях. Арчер Джеоффреи Фредерик (GB) Пыльнев Ю.А. (RU)(71)(73) Заявитель и патентовладелец: АДВАНСД ИНТЕРЭКТИВ МАТЕРИАЛЗ САЙНС ЛИМИТЕД Настоящее изобретение относится в целом к буровым двигателям в сборе, более точно, но не исключительно к винтовым двигателям для бурения скважин, в частности, к изготовлению роторов и/или статоров такого двигателя. При конструировании линейных винтовых двигателей для разбуривания высокотемпературных нефтяных карманов, температура в которых обычно превышает 250 С, важно использовать термостойкие материалы. По существу, это означает, что как ротор, так и статор должны изготавливаться из материалов, которые будут выдерживать условия, встречающиеся в таких ситуациях. Авторами предложен новый способ изготовления изделий окончательной формы, позволяющий обеспечивать чистоту внутренних поверхностей статора, который идеально рассчитан на оптимизацию скользящего контакта металлических поверхностей в условиях высокой нагрузки. За счет этого ротор может изготавливаться из соответствующего материала и/или композита с металлической матрицей. Сочетание такого статора на металлической основе и ротора является новым и изобретательским. В одном из вариантов осуществления изобретения линейные статоры изготавливают методом изготовления изделий окончательной формы из порошкового металла, позволяющим использовать керамические и металлокерамические упрочненные суперсплавы на основе никеля или аналогичные жаропрочные сплавы, связанные/упрочненные керамическими или металлокерамическими частицами, которые можно в целом называть композитами с металлической матрицей. Эти сочетания материалов и компонентов невозможно экономично и/или удовлетворительно изготавливать обычным способом, например, на станках с использованием методов резки и/или электрической обработки. При изготовлении изделий окончательной формы или близкой к окончательной форме используют технологию, позволяющую изначально получать изделие, форма которого очень близка к окончательной форме или преимущественно соответствует окончательной форме. Это означает, что требуется очень незначительная чистовая обработка, если она вообще требуется. При изготовлении статора металлический порошок/частицы предпочтительно прессуют в прецизионном графитовом формующем устройстве под действием изостатического давления. В результате, порошковый материал уплотняется. Формующее устройство предпочтительно имеет покрытие из нитрита бора, которое служит для того, чтобы отфильтровывать углерод или регулировать попадание углерода из формующего устройства в статор в процессе уплотнения порошка. Согласно первой особенности изобретения предложен статор для использования с буровым ротором в буровом двигателе, по меньшей мере, частично выполненный из керамического и/или металлокерамического упрочненного сплава на основе никеля. Согласно второй особенности изобретения предложен способ изготовления статора для использования с буровым ротором, при осуществлении которого используют материал, содержащий керамический и/или металлокерамический материал и материал сплава на основе никеля. Согласно третьей особенности изобретения предложен комплект ротора и статора для бурового двигателя в сборе, содержащий статор и ротор, при этом статор выполнен из керамического и/или металлокерамического упрочненного сплава на основе никеля, а ротор, по меньшей мере, частично выполнен из металлического материала. Согласно четвертой особенности изобретения предложен комплект статора и ротора для бурового двигателя в сборе, содержащего указанный выше статор и ротор, при этом, по меньшей мере, статор или ротор имеет подвижный участок поверхности контакта, который служит для формирования уплотнения между противолежащими поверхностями контакта статора или ротора соответственно, при этом подвижный участок поверхности контакта выполнен с возможностью перемещения относительно статора,если участок поверхности расположен на статоре, и с возможностью перемещения относительно ротора,если участок поверхности расположен на роторе. Условия топографии поверхностей ротора и/или статора являются важными, но могут не иметь существенного значения в условиях начального запуска, позволяющих эффективно использовать буровой раствор для смазывания пары поверхностей контакта металлов в период приработки. Поверхности ротора также могут быть приданы определенные топографические особенности, чтобы способствовать приработке пары износа. За счет применения в статоре керамического/металлокерамического упрочненного суперсплава на основе никеля статор может использоваться при температурах свыше 250 С. В связи с этим желательно,чтобы ротор был способен работать при аналогичной температуре. Для изготовления ротора могут применяться разнообразные материалы, обычно, но не исключительно штампованная сталь для работы при высоких температурах. Для этих условий характерно сложное сочетание механизмов ухудшения характеристик, синергическое взаимодействие которых дополнительно усложняет решение задачи. Было установлено, что статоры из керамических/металлокерамических упрочненных суперсплавов на основе никеля в сочетании с роторами на металлической основе обеспечивают соответствующую/приемлемую пару поверхностей контакта для применения в этих целях. На фиг. 1 показан вид в поперечном сечении одного из вариантов осуществления изобретения, ко-1 019182 торый приведен лишь в порядке примера. На фиг. 1 показан комплект 1 ротора и статора скважинного снаряда для бурения с промывкой водой. В комплект 1 входит четырехлопастной ротор 3 и пятилопастной статор 5. В процессе работы ротор 3 вращается внутри статора 5, а в зазоре между противолежащими поверхностями контакта статора и ротора расположено уплотнение. Статор 5 изготовлен из керамического и/или металлокерамического упрочненного сплава на основе никеля. Ротор также изготовлен из материала на металлической основе. Статор 5 окружен защитным компонентом 7 и имеет расточку или пространство 10 для ротора, в котором вращается ротор 3. Следует учесть, что как ротор, так и статор имеют удлиненную форму. Для создания удовлетворительной пары износа в идеале, но не преимущественно на сопряженных поверхностях должен быть обеспечен окислительный механизм самошлифования. При этом контакт металлических поверхностей статора и ротора сочетается с топографией поверхности, в результате чего возникают рабочие условия окислительного износа. Ротор может иметь канавки и/или рабочие поверхности из фторполимера. Полимеры этого типа обычно способны выдерживать температуру до 300 С и выше и применимы в этих целях. Поверхность близкого к окончательной форме статора также хорошо приспособлена к этой паре износа. Помимо этого контактирующие детали внутреннего вкладыша ротора, как это описано выше, способны перемещаться под действием гидравлического давления с использованием нагнетаемого бурового раствора высокого давления. Целью этого перемещения является создание уплотнения между статором и ротором. Это выгодно для поддержания КПД двигателя в течение длительного времени. При использовании роторов и статоров из полимера и эластомера обычно предусмотрен номинальный натяг 0,5 мм, чтобы обеспечить удовлетворительное уплотнение. Для эффективного перемещения фторполимерного/металлического вкладыша ротора по поверхности статора для создания этого уплотнения можно использовать гидравлическое давление. Для создания гидравлического усилия по длине вкладыша может быть установлен, в том числе,один или множество гидравлических поршней. В нормальных условиях статор имеет на одну лопасть больше, чем ротор. Согласно этой особенности изобретения предполагается, что все лопасти ротора имеют гидропривод. На фиг. 2 показан вид в поперечном сечении одной из альтернативных компоновок с использованием поршня в сборе 20, который образует подвижный участок поверхности контакта статора 5. Показанный на фиг. 2 вариант осуществления является, по существу, усовершенствованием варианта осуществления, показанного на фиг. 1, при этом одинаковые элементы обозначены одинаковыми позициями. Поршень в сборе 20 имеет вставку 21 из фторполимера, металлический элемент 22 и камеру 23 для гидравлической жидкости. Гидравлическая жидкость давит на элемент 22 и заставляет его перемещаться наружу, как это показано стрелкой. Тем самым в процессе работы преимущественно компенсируется износ. В одном из дополнительных вариантов осуществления соответствующие подвижные участки поверхностей контакта могут быть предусмотрены как у статора, так и ротора. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Статор, используемый с ротором бурового двигателя, отличающийся тем, что он выполнен, по меньшей мере, частично из керамического и/или металлокерамического упрочненного сплава на основе никеля. 2. Статор по п.1, в котором материалом упрочненного сплава обеспечивается поверхность контакта для ротора. 3. Статор по п.1 или 2, в котором поверхностью контакта является поверхность, образующая расточку. 4. Статор по любому предшествующему пункту, изготовленный методом изготовления изделий окончательной формы. 5. Статор по любому предшествующему пункту, который предназначен для использования при бурении скважин. 6. Способ изготовления статора, используемого с ротором бурового двигателя, отличающийся тем,что для изготовления статора используют материал, содержащий керамический и/или металлокерамический упрочненный сплав на основе никеля. 7. Способ по п.6, в котором используют метод изготовления изделий окончательной формы. 8. Способ по п.6 или 7, в котором уплотняют материал в виде порошка в формующем устройстве. 9. Способ по п.8, в котором формующее устройство содержит покрытие из нитрита бора. 10. Буровой двигатель в сборе, содержащий статор и ротор, отличающийся тем, что статор содержит керамический и/или металлокерамический упрочненный сплав на основе никеля, а ротор выполнен,по меньшей мере, частично из металлического материала. 11. Буровой двигатель в сборе, содержащий статор и ротор, отличающийся тем, что статор выполнен по п.1, при этом, по меньшей мере, статор или ротор содержит подвижный участок поверхности кон-2 019182 такта, который служит для формирования уплотнения между противолежащими поверхностями контакта статора или ротора соответственно, при этом подвижный участок поверхности контакта выполнен с возможностью перемещения относительно статора, если участок поверхности расположен на статоре, и с возможностью перемещения относительно ротора, если участок поверхности расположен на роторе. 12. Буровой двигатель по п.11, который содержит средство воздействия давлением для принудительного перемещения подвижного участка поверхности контакта в сторону противолежащей поверхности, с которой формируется уплотнение. 13. Буровой двигатель по п.12, в котором средство воздействия давлением содержит гидравлическое средство воздействия давлением. 14. Буровой двигатель по пп.11-13, в котором подвижный участок поверхности контакта содержит фторполимерный материал. 15. Буровой двигатель по любому из пп.11-14, в котором подвижный участок поверхности контакта выполнен в виде поршня.