Узел забойного двигателя

1 Настоящее изобретение относится к наклонно направленному бурению и, в частности,хотя не исключительно, к такому бурению в газодобывающей и/или в нефтедобывающей промышленности. Кроме того, изобретение относится к усовершенствованному узлу забойного регулируемого двигателя и к связанному с ним способу. При бурении наклонных скважин в нефтегазодобывающей промышленности обычно принято использовать забойные двигатели, которые имеют изгиб корпуса двигателя для содействия управляемому отклонению бурильного узла. На фиг. 1 показан забойный двигатель 5,известный из предшествующего уровня техники. Как можно видеть из фиг. 1, двигатель 5 содержит корпус двигателя, включающий в себя изгибаемый кожух 10, силовую/приводную секцию 15 и узел 20 упорных подшипников скольжения, при этом изгибаемый кожух 10 расположен между силовой/приводной секцией 15 и узлом 20 упорных подшипников скольжения. Двигатель 5 с изгибаемым кожухом, когда он используется в сочетании с соответствующей измерительной и телеметрической системой,обеспечивает возможность управляемого отклонения ствола скважины при использовании так называемого способа скольжения/вращения. В режиме вращения колонна бурильных труб (непоказанная), к которой прикреплены изгибаемый кожух 10 и приводная секция 15, вращается во время бурения, и, следовательно, изгиб скважинного инструмента не имеет конкретного направления. Процесс бурения осуществляют с помощью двигателя 5, приводящего в движение буровую коронку (непоказанную), при этом проходка производится согласно плану прямолинейно вперед, хотя небольшие смещения вверх или вниз можно вызвать путем соответствующего выбора размеров и мест размещения стабилизаторов 25, 30 корпуса. В режиме скольжения корпус двигателя не вращается,изгиб корпуса ориентируется по отношению к забою в желаемом направлении. Бурение осуществляют при использовании двигателя 5 для приведения в движение буровой коронки, а корпус удерживают в заданном направлении, чтобы создать управляемое отклонение скважины. Обычно забойные двигатели устанавливают совместно с узлом 20 упорных подшипников скольжения для демпфирования гидравлической нагрузки в результате действия двигателя и механической нагрузки, возникающей во время выполнения операции бурения. Вследствие ограниченного диаметра скважинного оборудования обычно необходимо иметь некоторое количество упорных ступеней для демпфирования этих нагрузок. Следовательно, требуется определенная осевая длина для размещения этих упорных ступеней. Наиболее распространенным двигателем,используемым при наклонно-направленном бу 001702 2 рении, является двигатель типа Мунье или объемный гидравлический двигатель (двигатель позитивного смещения), который имеет универсальный шарнир между силовой секцией 15 и узлом 20 упорных подшипников скольжения. Это необходимо для планетарного движения ротора, преобразуемого в соосное вращение приводного вала бурильной коронки. Универсальный шарнир необходим для передачи движущей силы из-за несоосности, возникающей между ротором и приводным валом бурильной коронки при изгибе корпуса. Поэтому становится общепринятой практика задания места изгиба между приводной секцией 15 и секцией 20 упорных подшипников скольжения. Расстояние от оси изгиба изгибаемого кожуха 10 до торцовой поверхности бурильной коронки необходимо поддерживать относительно небольшим, а это приводит к тому, что длина узла подшипников и его способность выдерживать осевую нагрузку (число ступеней упоров) ограничиваются. Цель настоящего изобретения заключается в исключении или ослаблении значения одной или нескольких вышеуказанных проблем, существующих в известном уровне техники. В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения создан узел забойного двигателя, содержащий двигатель, по меньшей мере, один упорный подшипник скольжения и изгибаемую часть, и имеющий первый конец и второй конец, при этом при использовании первый конец находится ближе к поверхности, чем второй конец, изгибаемая часть находится ближе ко второму концу, чем, по меньшей мере,один упорный подшипник скольжения. Узел забойного двигателя может также содержать, по меньшей мере, один дополнительный упорный подшипник скольжения, который находится ближе ко второму концу, чем изгибаемая часть. В предпочтительном варианте осуществления, по меньшей мере, один упорный подшипник скольжения может быть расположен между двигателем и изгибаемой частью. Можно использовать, по меньшей мере,еще один дополнительный упорный подшипник скольжения, который находится ближе к первому концу, чем двигатель. В альтернативном варианте осуществления двигатель может быть расположен между, по меньшей мере, одним упорным подшипником скольжения и изгибаемой частью. В указанном альтернативном варианте осуществления часть двигателя может находиться ближе ко второму концу, чем изгибаемая часть. Двигатель может быть расположен внутри приводной секции. По меньшей мере, один упорный подшипник скольжения может быть расположен внутри секции упорных подшипников скольжения. 3 Изгибаемая часть может содержать изгибаемый кожух. В настоящем описании термин двигатель понимается как означающий, по меньшей мере, один двигатель, но может относиться к нескольким отдельным двигателям. В качестве двигателя может быть использован двигатель гидравлического типа. В качестве двигателя может быть использован двигатель турбинного типа. Двигатель может представлять собой двигатель Мунье, или объемный гидравлический двигатель, или электродвигатель. По меньшей мере, один упорный подшипник скольжения может содержать, по меньшей мере, один эластомерный вкладыш. По меньшей мере, один упорный подшипник скольжения может дополнительно или альтернативно содержать, по меньшей мере, один металлический вкладыш. Можно предусмотреть несколько эластомерных и/или металлических вкладышей, тип и число которых выбирают в соответствии с необходимой заранее выбранной способностью выдерживать осевую нагрузку. Секция упорных подшипников скольжения может включать в себя приводной вал. Приводной вал может быть выполнен гибким. Поэтому приводной вал может быть изготовлен из упруго деформируемого материала. Например, приводной вал может быть изготовлен, по меньшей мере, частично из титана или из бериллиевой медьсодержащей стали. Как вариант приводной вал может включать в себя одно или несколько (но предпочтительно, по меньшей мере, два) шарнирных соединений/универсальных шарниров. Изгибаемый кожух может содержать упругую муфту сцепления приводных валов. Второй конец может включать в себя выходной вал, в рабочем положении соединенный с приводным валом. Кроме того, второй конец можно снабдить средством для присоединения буровой коронки. Узел двигателя можно снабдить, по меньшей мере, одним стабилизатором на его самой удаленной поверхности. Узел двигателя можно снабдить первым стабилизатором на конце двигателя, находящемся ближе к, по меньшей мере, одному упорному подшипнику скольжения, чем другой конец двигателя. Узел двигателя можно снабдить вторым стабилизатором на втором конце узла или вблизи него. Двигатель и, по меньшей мере, один упорный подшипник скольжения могут быть связаны посредством упругой муфты. Когда двигатель представлен несколькими отдельными двигателями, один или несколько отдельных двигателей могут быть связаны друг 4 с другом посредством дополнительной упругой муфты. В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения создан способ направленного бурения скважины, при котором создают узел забойного двигателя, содержащий двигатель, по меньшей мере, один упорный подшипник скольжения и изгибаемую часть и имеющий первый конец и второй конец, при этом при использовании первый конец находится ближе к поверхности, чем второй конец, в котором изгибаемая часть находится ближе ко второму концу, чем, по меньшей мере, один упорный подшипник скольжения, и направленно бурят скважину с помощью узла. Ниже вариант осуществления настоящего изобретения будет описан посредством только примера со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых фиг. 1 изображает схематичный вид сбоку узла забойного регулируемого двигателя, известный из предшествующего уровня техники; фиг. 2 - схематичный вид сбоку узла забойного регулируемого двигателя в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения; фигуры 3 А и 3 В - виды сбоку в разрезе приводной секции, предназначенной для использования в узле двигателя, показанного на фиг. 2; фигуры 4 А и 4 В - виды сбоку в разрезе секции упорных подшипников скольжения и изгибаемого кожуха, предназначенных для использования в узле двигателя, показанном на фиг. 2. На фиг. 2 показан узел 5 забойного двигателя в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Узел 5 забойного двигателя содержит двигатель 115, по меньшей мере, один упорный подшипник 116 скольжения и изгибаемую часть 117. Узел имеет первый конец 135 и второй конец 140. При использовании первый конец 135 находится ближе кповерхности, чем второй конец 140, и, кроме того, изгибаемая часть 117 находится ближе ко второму концу 140, чем, по меньшей мере, один упорный подшипник 116 скольжения. В альтернативном варианте осуществления узел 5 забойного двигателя может быть также снабжен, по меньшей мере, одним дополнительным упорным подшипником 118 скольжения, который находится ближе ко второму концу 140, чем изгибаемая часть 117. В показанном варианте осуществления, по меньшей мере, один упорный подшипник 116 скольжения расположен между двигателем 115 и изгибаемой частью 117. В альтернативном варианте осуществления может быть предусмотрен, по меньшей мере,еще один дополнительный упорный подшипник 5 119 скольжения, находящийся ближе к первому концу 135, чем двигатель 115. В еще одном варианте осуществления изобретения двигатель 115 может быть расположен между, по меньшей мере, одним упорным подшипником 116 скольжения и изгибаемой частью 117. В еще одном варианте осуществления изобретения часть двигателя 115 может находиться ближе ко второму концу 140, чем изгибаемая часть 117. Двигатель 115 находится внутри приводной секции 15, тогда как, по меньшей мере,один упорный подшипник 116 скольжения находится внутри секции 20 упорных подшипников скольжения. Кроме того, изгибаемая часть 117 содержит изгибаемый кожух 10. В этом варианте осуществления двигатель 115 представляет собой двигатель гидравлического типа, но может быть двигателем турбинного типа, таким, как двигатель Мунье, или объемным гидравлическим двигателем. Однако понятно, что двигатель может представлять собой электродвигатель. Как будет описано ниже более подробно,по меньшей мере, один упорный подшипник 116 скольжения содержит несколько эластомерных и/или металлических вкладышей,тип и число которых выбраны в соответствии с необходимой заранее выбранной способностью выдерживать осевую нагрузку. Секция 20 упорных подшипников скольжения включает в себя приводной вал (не показанный на фиг. 2) со шпоночной канавкой и конусной муфтой на одном конце для соединения с двигателем 115. Изгибаемый кожух 10 содержит гибкий приводной вал (не показанный на фиг. 2), который выполнен гибким и изготовлен, например, по крайней мере, частично из титана или из сплава меди и бериллия, при этом гибкий приводной вал соединен на одном конце с приводным валом упорного подшипника скольжения, а на другом своем конце - с выходным валом 145. Таким образом, второй конец 140 включает в себя выходной вал 145, в рабочем положении соединенный с приводным валом. Кроме того, второй конец 140 снабжен средством 150 для присоединения буровой коронки, чтобы облегчить соединение узла 5 с буровой воронкой 155. Узел 5 двигателя снабжен, по меньшей мере, одним стабилизатором, находящимся на его самой удаленной поверхности. В этом варианте осуществления узел двигателя 5 снабжен первым стабилизатором 25 на конце двигателя, находящемся ближе к, по меньшей мере, одному упорному подшипнику 116 скольжения, чем другой конец двигателя 115. Кроме того, узел 5 двигателя снабжен вторым стабилизатором 30 на втором конце 140 узла 5 или вблизи него. На фигурах 3 А и 3 В показана приводная секция 15, включающая в себя двигатель 115 и предназначенная для использования в узле 5 6 двигателя настоящего изобретения, при этом двигатель 115 - турбинного типа. Двигатель 115 содержит защитное устройство 206 с наружной резьбой, соединитель 295 с внутренней резьбой, верхний переходник 202,нижнее кольцо 215, верхнюю втулку 201 корпуса, кольцо 210 наполнителя, уплотнительное кольцо 216, гайку 211 узла статора, уплотнительное кольцо 212, уплотнительное кольцо 213,компрессионную втулку 226 корпуса, уплотнительное кольцо 215, уплотнительное кольцо 213,опорное кольцо (из твердого материала типа политетрафторэтилена) 248, уплотнительное кольцо 246, заглушку 230 уравновешивающего барабана, втулку 239, колпачковую гайку 224,регулировочную уравновешивающую втулку 237 распорки, гайку 225 вала, распорку 241,компрессионную втулку 227 вала, кожух 231 уравновешивающего устройства, уравновешивающий барабан 229, ступень 223 корпуса 108,предохраняющую от эрозии пластину 247, балансировочные втулки 232, дополнительное опорное кольцо (из твердого материала типа политетрафторэтилена) 248, дополнительное уплотнительное кольцо 246, зажимную втулку 238 статора, ступень 222 вала 108, зажимную втулку 228 ротора, опорную антифрикционную втулку 227, распорку 234 корпуса, распорку 235 ротора, заглушку 240 вала, уплотнительное кольцо 245, уплотнительное кольцо 243, уплотнительное кольцо 244, уплотнительное кольцо 242, опорный диск 228, опорную резиновую прокладку 217, цилиндрическую упорную распорку 209, дополнительный опорный диск 208,распорку 233 вала, статор 236. В этом варианте осуществления имеется несколько ступеней 95 турбины, содержащих ротор 235 и статор 236. Радиальные направляющие, содержащие опорный диск 208, опорную резиновую прокладку 217, цилиндрическую упорную распорку 209,дополнительный опорный диск 209 и антифрикционную втулку 207, предусмотрены на отдельных промежутках для поддержки узла ротора 235 турбины и вала 222. Кроме того, двигатель 115 содержит распорку 219 узла ротора, упорную втулку 221, упорную гайку 204, уплотнительное кольцо 206, соединительную распорку 203, охватывающую муфту 220 сцепления валов, простой ниппель 218, дополнительное уплотнительное кольцо 216, защитное устройство 205 с внутренней резьбой для охватываемой детали резьбового соединения и уплотнительные кольца 214. На фиг. 4 А и 4 В показаны секция 20 упорных подшипников скольжения и изгибаемый кожух 10, предназначенные для использования в узле 5 двигателя настоящего изобретения. Секция 20 упорных подшипников скольжения включает в себя некоторое количество упорных подшипников 116 скольжения, тогда как изгибаемый кожух 10 содержит упругую муфту сцепления приводных валов. 7 Секция 20 упорных подшипников скольжения содержит транспортировочное защитное устройство 357, охватывающее защитное устройство 338 для муфты, охватывающую муфту 309 сцепления валов, упорное кольцо 304, уплотнительное кольцо 334, уплотнительные кольца 332, распорку 305 муфты, гайку 306 узла ротора, корпус 313, компрессионную втулку 307 вала, упорную втулку 308, промежуточный опорный диск 317, цилиндрическую упорную распорку 321, подвижный промежуточный вкладыш 312, промежуточную опорную антифрикционную втулку 323, цилиндрическую упорную распорку 349, распорку 346 упорного подшипника скольжения, смазочное кольцо 327,цилиндрическую упорную распорку 351, дополнительную цилиндрическую упорную распорку 351, дополнительное смазочное кольцо 327, цилиндрическую упорную распорку 348. Между распоркой 346 упорного подшипника скольжения и смазочным кольцом 327 предусмотрено некоторое количество гидравлических ступеней металлических вкладышей подшипников скольжения. В этом варианте осуществления предусмотрены десять таких ступеней. Кроме того, между дополнительным смазочным кольцом 327 и цилиндрической упорной распоркой 348 предусмотрено некоторое количество ступеней эластомерных вкладышей. В этом варианте осуществления предусмотрены десять таких эластомерных вкладышей. Конструкция и принцип действия ступеней металлических вкладышей и ступеней эластомерных вкладышей должны быть очевидными для специалистов в данной области техники. Каждая ступень эластомерных вкладышей включает в себя подвижный диск 314, неподвижный диск 335 и распорку 310 упорного подшипника скольжения. Кроме того, секция 20 упорных подшипников скольжения содержит верхний вал 342,цилиндрическую упорную распорку 353, кольцо 302 наполнителя, уплотнительное кольцо 341 и уплотнительное кольцо 333. Изгибаемый кожух 10 включает в себя гибкий вал 340, конец которого выступает в прилегающий конец секции 20 упорных подшипников скольжения. Кроме того, изгибаемый кожух 10 включает в себя диспетчер 354 потока через муфту, диспетчер 347 потока через распорку, цилиндрическую упорную распорку 350,уплотнительное кольцо 330, уплотнительное кольцо 356, подвижный остов 336 подшипника,нижнюю опорную антифрикционную втулку 324, цилиндрическую упорную распорку 352,компрессионную распорку 345 ротора, лабиринтный статор 328, лабиринтный ротор 329,изгибаемый корпус 344, кольцо 302 наполнителя, дополнительное уплотнительное кольцо 333,нижнюю опорную распорку 326, нижний опорный стабилизатор 337, подвижный опорный клин 30, подвижную опорную оболочку 336, 001702 8 нижнюю опорную антифрикционную втулку 324, опорную оболочку/распорку 325, пружинное кольцо 333 опорной оболочки, антифрикционное кольцо 355 вала, нижний вал 343, транспортировочное защитное устройство 358, уплотнительное кольцо 330, дополнительное уплотнительное кольцо 330 и уплотнительное кольцо 331. При использовании узел 5 опускают в ствол 400 скважины в колонне 405 бурильных труб до нужного места. Рабочая жидкость, подаваемая в двигатель 115, вызывает вращение ротора 235. Верхний вал 342 связан с ротором 235, при этом гибкий вал 340 связан с верхним валом 342, нижний вал 343 связан с гибким валом 340. Посредством этого вращение ротора 235 вызывает вращение верхнего вала 342, гибкого вала 340 и нижнего вала 343. Поэтому осуществляется регулируемое вращение буровой коронки 155. Жидкость проходит вниз внутри колонны 405 буровых труб по кольцевому пространству в двигателе 115 по дополнительному кольцевому пространству в секции 20 упорных подшипников скольжения, по еще одному дополнительному кольцевому пространству в изгибаемом кожухе 10 через отверстия 410,по нижнему валу 343, через отверстия в буровой коронке 155, возвращаясь через кольцевое пространство между стволом 400 скважины и колонной 405 буровых труб. Для сборки приводной секции 15, секции 20 упорных подшипников скольжения и изгибаемого кожуха 10, удаляют защитное устройство 206 с наружной резьбой, защитное устройство 205 с внутренней резьбой, транспортировочное защитное средство 357 и транспортировочное защитное средство 358, а конец 299 приводной секции 15 соединяют с концом 399 секции 20 упорных подшипников скольжения. Понятно, что вышеописанный вариант осуществления изобретения изложен только посредством примера, и не имеется в виду ограничить объем изобретения каким-либо путем. Например, понятно, что, хотя в раскрытом варианте осуществления представлен вал, изготовленный из упруго деформируемого материала, в качестве варианта вал можно изготовить из двух или более частей вала, соединенных посредством шарнирных соединений/универсальных шарниров. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Узел забойного двигателя, содержащий двигатель, по меньшей мере, один упорный подшипник скольжения и изгибаемую часть и имеющий первый конец и второй конец, при этом при использовании первый конец находится ближе к поверхности, чем второй конец, изгибаемая часть находится ближе ко второму концу, чем, по меньшей мере, один упорный подшипник скольжения и, по меньшей мере, 9 один упорный подшипник скольжения расположен между корпусом двигателя и выходным валом узла. 2. Узел по п.1, имеющий, по меньшей мере, один дополнительный упорный подшипник скольжения, который находится ближе ко второму концу, чем изгибаемая часть. 3. Узел по любому предшествующему пункту, в котором, по меньшей мере, один упорный подшипник скольжения расположен между двигателем и изгибаемой частью. 4. Узел по любому предшествующему пункту, который имеет, по меньшей мере, еще один дополнительный упорный подшипник скольжения, который находится ближе к первому концу, чем двигатель. 5. Узел по п.1, или 2, или 4, когда он зависит от п.1 или 2, в котором двигатель расположен между, по меньшей мере, одним упорным подшипником скольжения и изгибаемой частью. 6. Узел по п.5, в котором часть двигателя расположена ближе ко второму концу, чем изгибаемая часть. 7. Узел по любому предшествующему пункту, в котором двигатель расположен внутри приводной секции. 8. Узел по любому предшествующему пункту, в котором, по меньшей мере, один дополнительный упорный подшипник скольжения расположен внутри секции упорных подшипников скольжения. 9. Узел по любому предшествующему пункту, в котором изгибаемая часть содержит изгибаемый кожух. 10. Узел по любому предшествующему пункту, в котором двигатель представлен одним или несколькими отдельными двигателями. 11. Узел по любому из пп. с 1 по 10, в котором двигатель является двигателем гидравлического типа. 12. Узел по любому одному из пп. с 1 по 10, в котором двигатель является двигателем турбинного типа. 13. Узел по любому из пп. с 1 по 10, в котором двигатель представляет собой двигатель Мунье или объемный гидравлический двигатель или электродвигатель. 14. Узел по любому из пп. с 1 по 13, в котором, по меньшей мере, один упорный подшипник скольжения содержит, по меньшей мере, один эластомерный вкладыш и/или, по меньшей мере, один металлический вкладыш. 15. Узел по п.14, имеющий эластомерные и/или металлические вкладыши, тип и число которых выбраны в соответствии с необходимой заранее выбранной способностью выдерживать осевую нагрузку. 10 16. Узел по п.8 или по любому из пп. с 9 по 15, когда они зависят от п.8, в котором секция упорных подшипников скольжения включает в себя приводной вал. 17. Узел по п.16, в котором приводной вал выполнен гибким. 18. Узел по п.17, в котором приводной вал изготовлен, по меньшей мере, частично из титана или из бериллиевой медьсодержащей стали. 19. Узел по п.9 или по любому из пп. с 10 до 18, когда они зависят от п.9, в котором изгибаемый кожух содержит упругую муфту сцепления приводных валов. 20. Узел по п.16, в котором второй конец включает выходной вал, в рабочем положении соединенный с приводным валом. 21. Узел по любому предшествующему пункту, в котором второй конец снабжен средством для присоединения буровой коронки. 22. Узел по любому предшествующему пункту, в котором узел двигателя снабжен на своей самой удаленной поверхности, по меньшей мере, одним стабилизатором. 23. Узел по любому предшествующему пункту, в котором узел двигателя снабжен первым стабилизатором на одном конце двигателя,находящемся ближе, по меньшей мере, к одному упорному подшипнику скольжения, чем другой конец двигателя. 24. Узел по п.23, который имеет второй стабилизатор на втором конце узла или вблизи него. 25. Узел по любому предшествующему пункту, в котором двигатель и, по меньшей мере, один упорный подшипник скольжения связаны посредством упругой муфты. 26. Узел по п.10, в котором, когда двигатель представлен несколькими отдельными двигателями, один или несколько двигателей связаны друг с другом посредством дополнительной упругой муфты. 27. Способ направленного бурения скважины, при котором создают узел забойного двигателя, содержащий двигатель, по меньшей мере, один упорный подшипник скольжения и изгибаемую часть и имеющий первый конец и второй конец, при этом при использовании первый конец находится ближе к поверхности, чем второй конец, изгибаемая часть находится ближе ко второму концу, чем, по меньшей мере,один упорный подшипник скольжения и, по меньшей мере, один упорный подшипник скольжения расположен между корпусом двигателя и выходным валом узла, и направленно бурят скважину с помощью узла.