CN102454423A - 涡轮定子和转子组合件 - Google Patents

Abstract

涡轮定子和转子组合件，它属于石油钻井行业。本发明为了解决由于现有的钻井液粘度较大，导致涡轮钻具的涡轮级效率及涡轮钻具的使用寿命低的问题。本发明的每个转子叶片盘上设有一个定子叶片盘，每个转子叶片盘和一个定子叶片盘组成一个级，级的反动度小于0.5，多个级由上至下依次套装在轴上，多个级之间通过端面压紧配合，壳体套装在多个级上的外部，转子叶片及定子叶片的型线均采用样条曲线构筑，转子叶片的样条曲线形状为捺字形，定子叶片的样条曲线形状为撇字形，转子叶片及定子叶片的材料均为ZG20CrMnSiNi2。本发明适用于石油钻井。

Description

涡轮定子和转子组合件

技术领域

本发明属于石油钻井行业，具体涉及一种涡轮定子和转子组合件。

背景技术

涡轮钻具利用高速高压泥浆冲击叶片，使其获得能量，从而带动与之相连的钻头旋转破岩。涡轮钻具主要由涡轮定子、涡轮转子、主轴、止推轴承、中部轴承、下部轴承和外壳组成。钻探时钻杆不转动，钻杆工作条件可以得到明显改善，也没有旋转钻杆所需功率的消耗。与其它钻具相比，涡轮钻具具有高钻速、钻井效率高、钻时短等优点；将能量集中在井底，驱动钻头旋转破岩；钻井时钻杆不动，减少了钻杆、套管的磨损及事故的发生。因此，采用涡轮钻具钻井特别适合于硬质地层深井作业。

20世纪30年代，前苏联在石油钻探中最早采用涡轮钻具。到50年代，涡轮钻获得了迅速的发展。在前苏联和罗马尼亚已成为基本的钻探方法，欧美国家涡轮钻探工作量已占总量的5-10％。近年来国外涡轮钻具钻井技术发展迅速，国外使用涡轮钻具钻井一般能节省钻时50％，节约成本l/3。中国在50年代曾进行过涡轮钻的研究，一直没有推广应用。

但由于涡轮钻具是由钻井液驱动涡轮叶片做功的动力机械，钻井液中固相颗粒对涡轮叶片的冲蚀作用明显，叶片的过度磨损会导致涡轮钻具的失效，所以一般涡轮钻具的寿命只有200-300小时。由于现有的钻井液粘度较大，导致涡轮钻具的涡轮级效率及涡轮钻具的使用寿命低。

发明内容

本发明的目的是为了解决由于现有的钻井液粘度较大，导致涡轮钻具的涡轮级效率及涡轮钻具的使用寿命低的问题，进而提供一种涡轮定子和转子组合件。

本发明的技术方案是：涡轮定子和转子组合件包括轴和壳体，涡轮定子和转子组合件还包括多个定子叶片盘和多个转子叶片盘，每个转子叶片盘上设有一个定子叶片盘，每个转子叶片盘和一个定子叶片盘组成一个级，级的反动度小于0.5，多个级由上至下依次套装在轴上，多个级之间通过端面压紧配合，壳体套装在多个级上的外部，所述定子叶片盘包括圆筒状的定子内圆盘、圆筒状的定子外圆盘和多个定子叶片，圆筒状的定子外圆盘套装在圆筒状的定子内圆盘上，多个定子叶片环形均布设置在圆筒状的定子内圆盘和圆筒状的定子外圆盘之间的圆筒状的定子内圆盘上，所述转子叶片盘包括圆筒状的转子内圆盘、圆筒状的转子外圆盘和多个转子叶片，圆筒状的转子外圆盘套装在圆筒状的转子内圆盘上，多个转子叶片环形均布设置在圆筒状的转子内圆盘和圆筒状的转子外圆盘之间的圆筒状的转子内圆盘上，所述转子叶片及定子叶片的型线均采用样条曲线构筑，转子叶片的样条曲线形状为捺字形，定子叶片的样条曲线形状为撇字形，所述转子叶片及定子叶片的材料均为ZG20CrMnSiNi2。

本发明与现有技术相比具有以下效果：1.本发明通过对转子叶片及定子叶片的材料及形状的改变，有效的增强了涡轮钻具的使用寿命，其使用寿命达到了400小时。2.本发明的转子叶片及定子叶片的形状的改变，便于提高涡轮钻具的效率，而且使得涡轮钻具具有明显的低速降压特性，转速偏离设计转速时，级压降减小。3.本发明还具有便于远程监控和操作性更强的优点。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；图2是本发明的转子叶片盘的主视图；图3是定子叶片盘的主视图；图4是本发明的转子叶片盘和定子叶片盘配合的示意图；图5是本发明的转子叶片的形状示意图；图6是本发明的定子叶片的形状示意图；图7是转子叶片盘的俯视图；图8是定子叶片盘的俯视图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1-图8说明本实施方式，本实施方式的涡轮定子和转子组合件包括轴1和壳体2，涡轮定子和转子组合件还包括多个定子叶片盘3和多个转子叶片盘4，每个转子叶片盘4上设有一个定子叶片盘3，每个转子叶片盘4和一个定子叶片盘3组成一个级5，级5的反动度小于0.5，多个级5由上至下依次套装在轴1上，多个级5之间通过端面压紧配合，壳体2套装在多个级5上的外部，所述定子叶片盘3包括圆筒状的定子内圆盘3-1、圆筒状的定子外圆盘3-2和多个定子叶片3-3，圆筒状的定子外圆盘3-2套装在圆筒状的定子内圆盘3-1上，多个定子叶片3-3环形均布设置在圆筒状的定子内圆盘3-1和圆筒状的定子外圆盘3-2之间的圆筒状的定子内圆盘3-1上，所述转子叶片盘4包括圆筒状的转子内圆盘4-1、圆筒状的转子外圆盘4-2和多个转子叶片4-3，圆筒状的转子外圆盘4-2套装在圆筒状的转子内圆盘4-1上，多个转子叶片4-3环形均布设置在圆筒状的转子内圆盘4-1和圆筒状的转子外圆盘4-2之间的圆筒状的转子内圆盘4-1上，所述转子叶片4-3及定子叶片3-3的型线均采用样条曲线构筑，转子叶片4-3的样条曲线形状为捺字形，定子叶片3-3的样条曲线形状为撇字形，所述转子叶片4-3及定子叶片3-3的材料均为ZG20CrMnSiNi2。

衡量钻井液在动叶片内降压加速程度的参数叫做反动度。

本实施方式的定子叶片与转子叶片相互为非对称形式，钻井液流经定子后降压加速，进入转子，推动转子旋转做功，一个定子和一个转子组成一级，级的反动度小于0.5，多个完全相同的级由上至下依次设置，壳体2套装在多个完全相同的级上，构成涡轮钻具的动力来源。

具体实施方式二：结合图1-图8说明本实施方式，本实施方式的级压降为80-90kPa，容积流量为28-32L/s，转子转速为700-1300rpm时，级效率为60-70％，功率为1.2-1.6kW。如此设置，根据级的低速降压特性，偏离设计转速时，级压降减小，可以根据地面压力判断涡轮钻具的工作状态，方便钻具工作人员远程监控和操作。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1-图8说明本实施方式，本实施方式的级压降为85kPa，容积流量为30L/s，转子转速为1000rpm时，级效率可达66％，功率为1.5kW。如此设置，根据级的低速降压特性，偏离设计转速时，级压降减小，可以根据地面压力判断涡轮钻具的工作状态，方便钻具工作人员远程监控和操作。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。

涡轮钻具工作原理如下：

来自地面的高压钻井泵的钻井液，经涡轮钻具钻杆，进入涡轮钻具的定子及转子，在定子中降压加速，流入转子，推动转子旋转做功。

Claims (3)

1.一种涡轮定子和转子组合件，它包括轴(1)和壳体(2)，其特征在于：一种涡轮定子和转子组合件还包括多个定子叶片盘(3)和多个转子叶片盘(4)，每个转子叶片盘(4)上设有一个定子叶片盘(3)，每个定子叶片盘(3)和一个转子叶片盘(4)组成一个级(5)，级(5)的反动度小于0.5，多个级(5)由上至下依次套装在轴(1)上，多个级(5)之间通过端面压紧配合，壳体(2)套装在多个级(5)上的外部，所述定子叶片盘(3)包括圆筒状的定子内圆盘(3-1)、圆筒状的定子外圆盘(3-2)和多个定子叶片(3-3)，圆筒状的定子外圆盘(3-2)套装在圆筒状的定子内圆盘(3-1)上，多个定子叶片(3-3)环形均布设置在圆筒状的定子内圆盘(3-1)和圆筒状的定子外圆盘(3-2)之间的圆筒状的定子内圆盘(3-1)上，所述转子叶片盘(4)包括圆筒状的转子内圆盘(4-1)、圆筒状的转子外圆盘(4-2)和多个转子叶片(4-3)，圆筒状的转子外圆盘(4-2)套装在圆筒状的转子内圆盘(4-1)上，多个转子叶片(4-3)环形均布设置在圆筒状的转子内圆盘(4-1)和圆筒状的转子外圆盘(4-2)之间的圆筒状的转子内圆盘(4-1)上，所述转子叶片(4-3)及定子叶片(3-3)的型线均采用样条曲线构筑，转子叶片(4-3)的样条曲线形状为捺字形，定子叶片(3-3)的样条曲线形状为撇字形，所述转子叶片(4-3)及定子叶片(3-3)的材料均为ZG20CrMnSiNi2。

2.根据权利要求1所述的涡轮定子和转子组合件，其特征在于：级压降为80-90kPa，容积流量为28-32L/s，转子转速为700-1300rpm时，级效率为60-70％，功率为1.2-1.6kW。

3.根据权利要求1或2所述的涡轮定子和转子组合件，其特征在于：级压降为85kPa，容积流量为30L/s，转子转速为1000rpm时，级效率可达66％，功率为1.5kW。

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