CN101666209A - 螺杆钻具变容积螺杆-衬套副 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种螺杆钻具的变容积螺杆-衬套副，由螺杆和衬套组成，螺杆(转子)的外表面为外螺旋面，沿轴向呈阶梯状；衬套(定子)内表面为内螺旋面，沿轴向也呈阶梯状。入口端过流面积和螺杆的横截面面积比出口端小，而空气螺杆钻具入口端压强又比出口端压强大，则上下压力有一定的平衡。故螺杆轴向力在一定程度上要比常规空气螺杆钻具小，有利于保护空气螺杆钻具的轴承节。当空气经过一级后压强变小体积变大，因此下一个级螺杆过流面积应当变大，从而使空气螺杆钻具在此导程中，在不损失效率的情况下为螺杆钻具做功，从而提高空气螺杆钻具的效率并延长其使用寿命。各级螺杆-衬套副之间可设过渡区。本发明可采用等壁厚橡胶定子与金属转子的形式；也可采用非等壁厚橡胶定子与金属转子的形式，而且装配时不存在干涉的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种石油钻探装置，特别涉及一种适宜于干燥寒冷、低渗透率，硬质胶结长页岩井段；水敏性低压地层；硬石灰岩；硬石膏层；易漏失层；严重缺水等地区钻探的一种空气螺杆钻具的动力部分-螺杆-衬套副。
背景技术
目前，欠平衡钻井是石油钻井技术中很重要的一种钻井新技术，欠平衡钻井能够增加含油储层的产值，产油量至少比普通过平衡钻井增加3倍。空气钻井是欠平衡钻井的一个重要分支，由于空气钻井技术的诸多优点，国内外针对空气钻井研究开发了用压缩空气作为动力源和工作介质的新型螺杆钻具，即空气螺杆钻具。
目前，国内外现有的空气螺杆钻具的螺杆-衬套副仍然采用液动螺杆钻具的等导程、等横截面结构。由于空气的压缩性，每通过一个导程压强变小，采取等导程、等横截面的螺杆-衬套副将会导致以下问题：(1)对气体做功使气体温度增高，加速衬套橡胶老化，使螺杆钻具寿命下降；(2)对气体做无用功，使螺杆钻具能量转化效率下降；(3)压缩气体使螺杆钻具容积损失加大，影响螺杆钻具的效率。虽然变导程空气螺杆钻具可以解决上述问题，但变导程结构的螺杆-衬套副装配时易存在干涉问题。变容积螺杆钻具则可解决此问题。
发明内容
本发明提供的是一种空气螺杆钻具的变容积螺杆-衬套副，由螺杆和衬套组成，螺杆(转子)的外表面为外螺旋面，沿轴向呈阶梯状；衬套(定子)内表面为内螺旋面，沿轴向也呈阶梯状。
由于本发明的螺杆-衬套副采用阶梯状结构，入口端过流面积和螺杆的横截面面积比出口端小，而空气螺杆钻具入口端压强又比出口端压强大，则上下压力有一定的平衡。故螺杆轴向力在一定程度上要比常规空气螺杆钻具小，有利于保护空气螺杆钻具的轴承节。当空气经过一级后压强变小体积变大，因此下一个级螺杆过流面积应当变大，从而使空气螺杆钻具在此导程中，在不损失效率的情况下为螺杆钻具做功，从而提高空气螺杆钻具的效率并延长其使用寿命，并且在装配时不存在干涉的问题。
附图说明
图1是变容积螺杆-衬套副结构图。
图2是变容积螺杆-衬套副的螺杆结构图。
图3是变容积螺杆-衬套副的衬套结构图。
具体实施方式
本发明的变容积螺杆-衬套副根据气体的气态方程采用阶梯型结构，由螺杆1和衬套2构成，在衬套的外面是金属钻具外壳3。螺杆和衬套的过流面积按照从上到下逐渐变大，同一级导程的螺杆和衬套旋向必须相同且对应的螺距相等，螺杆与衬套线数之比为
并采用多导程(导程级数大于等于2)结构。各级螺杆-衬套副之间可设过渡区。本发明可采用等壁厚橡胶定子与金属转子的形式；也可采用非等壁厚橡胶定子与金属转子的形式。
本发明与现有技术相比较具有如下优点：
1、阶梯结构的变容积螺杆-衬套副中形成的密封腔是逐级增大的，空气在从一级密封腔推移到下一级密封腔中时，压强减小空气体积变大相应的密封腔的体积也变大了，故空气在螺杆衬套副中可平稳地推动螺杆做行星运动，当空气从最末级流出时的气压不会比流道中的气压大许多，则发生的振动副度也不会太大；同时空气因压强减小而变大的那部分体积并没有完全被压缩，则空气螺杆衬套副的转换功率也会提升，同时减少了空气受压缩而产生的热量。
2、阶梯结构的变容积螺杆-衬套副，入口端过流面积和螺杆的横截面面积比出口端要大，而空气螺杆钻具入口端压强又比出口压强大，则上下压力有一定的平衡，故螺杆轴向力在一定程度上要比常规空气螺杆钻具小。
3、阶梯级结构的变容积螺杆-衬套副可采用等壁厚橡胶定子与金属转子的形式；也可采用非等壁厚橡胶定子与金属转子的形式，而且装配时不存在干涉的问题。
Claims (3)
1.一种应用于空气螺杆钻具中的新型螺杆-衬套副，结构上主要由两部分组成：螺杆和衬套。其特征在于：螺杆和衬套总体呈阶梯型结构，螺杆-衬套副具有多阶梯，每一阶梯由一个导程(或多个导程)组成。
2.根据权利要求1所述，螺杆和衬套的阶梯状导程结构其特征在于，每一级螺杆和衬套过流面积从入口端(上端)到出口端(下端)逐渐增大。
3.根据权利要求1所述，螺杆-衬套副可采用等壁厚橡胶定子与金属转子的形式；也可采用非等壁厚橡胶定子与金属转子的形式。
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