CN1025967C

CN1025967C - 叶片式井下动力钻具

Info

Publication number: CN1025967C
Application number: CN 92112578
Authority: CN
Inventors: 朱国新; 颜波; 颜振鲁; 张桂琴
Original assignee: Lanzhou Inst Of Petroleum Machinery Ministry Of Machine Building And Electroni
Current assignee: Lanzhou Inst Of Petroleum Machinery Ministry Of Machine Building And Electroni
Priority date: 1992-10-31
Filing date: 1992-10-31
Publication date: 1994-09-21
Anticipated expiration: 2007-10-31
Also published as: CN1073740A

Abstract

本发明公开了一种叶片式井下动力钻具，适用于石油、天然气勘探、开发中作为井下动力钻具。其动力节中力的转换是通过定子墙及转子凸轮状突缘两侧的液体压力差作为力源来推动转子转动。该钻具的特点是钻具主要元件均用钢材制造，故工作环境不受井下温度和压力限制，能在任何井深中工作。还因其结构简单，可降低制造成本50%，并给使用和维修带来方便和效益。

Description

本发明公开了一种叶片式井下动力钻具，适用于石油、天然气的勘探、开发中作为井下动力钻具;也可作为其他钻探工程中的井下动力钻具。

为了解决石油天然气勘探、开发中井下使用的动力钻具，人们多年来从各个方面作了大量的研究和试验，并且造出了不少实用的井下动力工具。我国92年9月公开的92100462.1号叶片式井下动力钻具就是其中之一。它用金属材料制造钻具的主要工作元件，从而提高了钻具的工作温度范围和工作寿命，扩大了钻具适用井深。但其不足是结构复杂，成本高、维修难度大。

本发明的目的在于提供一种结构较简单的叶片式井下动力钻具，以便在不降低使用范围的情况下，降低制造成本，改善维修性能，进一步提高钻具的可靠性及工作寿命。

本发明是这样实现的：一个由旁通阀（1）、动力节（2）、轴承节（3）、限压阀（4）组成的钻井用叶片式井下动力钻具，动力节（2）由固定系统和转动系统组成，其转动系统位于固定系统之中，并通过上下径向轴承（5）和推力轴承（6）

与固定系统组成动联结。其特征是固定系统包括外壳（8）、定子壳（11）、4个周向密封和4个定子墙。定子壳（11）为管状结构，在管壁轴向上开有4个对称的长台阶孔一定子墙室（36），室内放置定子墙，定子墙室之间设有4个周向密封槽（37），槽内放置周向密封圈（26）。定子墙包括定子键（44）、夹状弹簧（45），并和定子头（13）、限位板（33）、限位板螺钉（32）、定子头连板（34）、定子头连板销（35）安装在定子壳（11）的定子墙室（36）之中。再通过限位板（33）与转子轴保持相对位置，而定子壳（11）通过水眼套（10）固定在外壳（8）中。转动系统包括转子轴（7）、上转子头（14）、下转子头（20）;转子轴（7）是空心轴，轴心孔（65）为通孔，转子轴上端有外螺纹（66），下端设有输出力矩用的外螺纹（67），中部有两个对称的凸轮状突缘（86、87），突缘上下各有一台肩（68、69），突缘下部有两个偏置对称的液流出口槽（23），突缘上部有两个偏置对称的液流进口槽（25），进口槽（25）内有若干个与轴心孔联通的进液孔（24）。上转子头（14）是环状元件，内壁上开有两个对称的液流进口槽（25′）;下转子头（20）也是环状元件，内壁上开有2个对称的液流出口槽（23′），上下转子头通过定位键（12）与转子轴固定位置。当从钻井泵来的高压钻井液经钻杆、旁通阀（1）、上转子头（14）及转子轴（7）的液流进口槽（25）进入由定子壳（11）、定子头（13）、定子键（44）、上下转子头（14、20）及转子轴（7）所围成的高压工作腔（30）时，高压钻井液就会推动转子轴（7）上的突缘（86、87），使转子轴旋转，并去带动钻头钻井。与此同时转子轴（7）上的突缘（86、87）又推动其背面的钻井液，使此钻井液经液流出口槽（23）、钻头水眼、井眼环形空间返回钻井泵吸入口，再进入下次循环。与此同时，由定子键（44）、夹状弹簧（45）组成的定子墙，在转子轴突缘（86、87）或叶片、导收板作用下，作径向往复运动，以便保证高压工作腔（30）的存在，即起到一道密封挡液墙的作用。

本发明装置中的定子墙包括定子外墙（17）、定子内墙（16）、滚棍（15）、定子弹簧（18）。其滚棍（15）装在内墙（16）的滚棍槽（41）中，内墙（16）装在外墙（17）的墙室（40）中，定子弹簧（18）装在内墙（16）的弹簧孔（42）和外壳（8）的内壁之间。当动力节工作时，定子系统中的滚棍（15）在定子弹簧（18）和转动系统中的突缘（86、87）或叶片（19）和导收板（29）的共同作用下、作径向往复运动，以便保证高压工作腔（30）的存在，即定子墙应起到的密封墙的作用。

本发明装置中的转子轴包括转子轴（7′）、2个转子叶片（19）、2个导收板（29）、导收板固定钉（28）、导收板固紧销（27）。其转子轴（7′）是空心轴，轴心孔（65′）为通孔，轴的下端设有输出力矩用的外螺纹（67′），轴的上端有外螺纹（66′），轴的中部设有2个偏置对称的转子叶片固定槽（39），紧挨固定槽（39）的上端有2个液流进口槽（25′）和台肩（68′），进口槽（25′）内有若干个与轴心孔（65′）联通的进液孔（24′），紧挨固定槽（39）的下端有2个液流出口槽（23′）、台肩（69′）。转子叶片（19）是板状体，板端设有斜面（46、47）、缺口（48、49），板的宽面上有导收板固定孔（43），板的窄面上有导收板固紧销孔（85）、与固定孔（43）贯穿。导收板（29）为V形薄板，其一边为平面，并有固定钉孔（43′），另一边为圆弧面，圆弧面上有通液孔（38）。转子叶片（19）通过上下转子头（14、20），固定在转子轴（7′）的叶片固定槽（39）内，导收板（29）通过固定钉及固紧销固定在转子叶片（19）上，上下转子头由定位键与转子轴（7′）固定位置。该转子轴与带突缘（86、87）的转子轴相比，其零件增多，结构也较复杂些，但其加工性能好，一般通用机床即可完成对它们的加工。而带突缘的转子轴，结构简单，但加工性差些，需专用设备。故各有可取之处。在使用性能和工作原理上它们是相同的。

本发明所公开的叶片式井下动力钻具与92100462.1号申请相比，转子系统零件数减少了35～47%，使制造成本下降47～60%，安装维修工作量下降60～70%，同时，还在加工中减少了专用机床的需要量，大大改善了加工性能。故本发明所公开的叶片式井下动力钻具能在不降低使用范围和工作寿命的情况下，大幅度的降低制造成本和安装维修费用，给制造厂和使用部门均带来了效益

附图说明：

图1为本发明的整机结构示意图。

图2为本发明中动力节之一的剖视图。

图3为图2中A-A剖视图。

图4为本发明中滚棍式定子墙系统的结构示意图。

图5为图4的侧视图。

图6为图4的A-A剖视图。

图7为图4的B-B剖视图。

图8为图4的A向视图。

图9为定子内墙的结构示意图。

图10为图9的A-A剖视图。

图11为图9的B-B剖视图。

图12为定子外墙剖视图。

图13为图12的A-A剖视图。

图14为图12的B-B剖视图。

图15为定子壳的结构示意图。

图16为图15的A-A剖视图。

图17为叶片式转动系统的结构示意图。

图18为图17的A-A剖视图。

图19为图17的B-B剖视图。

图20为图17的C-C剖视图。

图21为叶片式转子轴的结构示意图。

图22为图21有C-C剖视图。

图23为图21的B-B剖视图。

图24为图21的A-A剖视图。

图25为转子叶片的结构示意图。

图26为图25的左视图。

图27为导收板的结构示意图。

图28为图27的A-A剖视图。

图29为下转子头的结构示意图。

图30为图29的A-A剖面旋转视图。

图31为上转子头的结构示意图。

图32为图31的A-A剖视图。

图33为本发明中动力节结构之二的剖视图。

图34为定子键的结构示意图。

图35为图34的A-A剖视图。

图36为夹状弹簧的结构示意图。

图37为图36的俯视图。

图38为定子头的结构示意图。

图39为图38的左视图。

图40为限位板的结构示意图。

图41为图40的左视图。

图42为定子头连板的结构示意图。

图43为突缘转子的结构示意图。

图44为图43的C-C剖视图。

图45为图43的B-B剖视图。

图46为图43的A-A剖视图。

图47为本发明中动力节结构之三的剖视图。

图48为本发明中动力节结构之四的剖视图。

实施例1：

参见图1、图2、图3，本发明所公开的叶片式井下动力钻具，是一种利用隔液件（定子墙及转子凸轮状突缘）密封所产生的压力差，将钻井液的液体压力能转变为机械能驱动钻头钻井的容积式液力马达。它主要由旁通阀（1）、动力节（2）、轴承节（3）、限位阀（4）四大部分组成。其中旁通阀（1）、轴承节（3）、限压阀（4）均为现有技术，这里不再叙述。动力节（2）为本发明的核心。按图样要求加工动力节上的各零件，并进行组装调试。其中定子墙是由定子键（44）、夹状弹簧（45）组成的，并和定子头连板（34）、定子头（13）、定子头连板销（35）、限位板（33）、限位板螺钉（32）安装在定子壳（11）上的定子墙室（36）内，而定子壳（11）则通过其两侧的水眼套（10）压紧与外壳（8）构成固定不动部分。由转子（7）、上转子头（14）、下转子头（20）组成的转动系统（参见图2、图43、图44、图45），通过上下两个径向轴承（5）、轴向推力轴承（6）在固定系统中定位，并且构成动联结。其工作原理和过程同第五部分所述。

实施例2：

参见图47，该动力节（2）与实施例1相比，所不同的是固定系统里的定子墙是由定子外墙（17）、定子内墙（16）、滚棍（15）、定子弹簧（18）组成的，而实例1中的定子墙是由定子键（44）和夹状弹簧（45）组成的。

实施例3：

参见图33，该动力节（2）与实施例1相比，所不同的是，在转动系统里，以转子轴（7′）、转子叶片（19）、导收板（29）、导收板固定钉（28）、导收板固紧销（27）代替转子（7）。这种结构虽然较为复杂，但制造所需设备较简单，即使用专用设备少，易于加工，便于推广。

实施例4：

参见图48，该动力节（2）与实施例2相比，所不同的是，以转子轴（7′）、转子叶片（19）、导收板（29）、导收板固定钉（28）、导收板固紧销（27）代替转子（7），其优点如实施例3所述。

Claims

1、一个由旁通阀(1)、动力节(2)、轴承节(3)、限压阀(4)组成的钻井用叶片式井下动力钻具，动力节(2)由固定系统和转动系统组成，其转动系统位于固定系统之中，并通过上下径向轴承(5)和推力轴承(6)与固定系统组成动联结；其特征是：

a、固定系统包括外壳(8)、定子壳(11)、4个周向密封和4个定子墙；定子壳(11)为管状结构，在管壁轴向上开有4个对称的长台阶孔-定子墙室(36)，室内放置定子墙，定子墙室之间设有4个周向密封槽(37)，槽内放置周向密封圈(26)；定子墙包括定子键(44)、夹状弹簧(45)，并和定子头(13)、限位板(33)、限位板螺钉(32)、定子头连板(34)、定子头连板销(35)安装在定子壳(11)的定子墙室(36)之中，再通过限位板(33)与转子轴保持相对位置，而定子壳(11)通过水眼套(10)固定在外壳(8)中；

b、转动系统包括转子轴(7)、上转子头(14)、下转子头(20)；转子轴(7)是空心轴，轴心孔(65)为通孔，转子轴上端有外螺纹(66)，下端设有输出力矩用的外螺纹(67)，中部有两个对称的凸轮状突缘(86、87)、突缘上下各有一台肩(68、69)、突缘下部有两个偏置对称的液流出口槽(23)，突缘上部有两个偏置对称的液流进口槽(25)，进口槽(25)内有若干个与轴心孔联通的进液孔(24)；上转子头(14)是环状元件；内壁上开有两个对称的液流进口槽(25)；下转子头(20)也是环状元件，内壁上开有2个对称的液流出口槽(23)，上下转子头通过定位键(12)、与转子轴固定位置。

2、根据权利要求1所述的钻井用叶片式井下动力钻具，其特征是定子墙包括定子外墙（17）、定子内墙（16）、滚棍（15）、定子弹簧（18），其滚棍（15）装在内墙（16）的滚棍槽（41）中，内墙（16）装在外墙（17）的墙室（40）中，定子弹簧（18）装有内墙（16）的弹簧孔（42）和外壳（8）的内壁之间。

3、根据权利要求1或2所述的钻井用叶片式井下动力钻具，其特征是转子轴包括转子轴（7′）、2个转子叶片（19）、2个导收板（29）、导收板固定钉（28）、导收板固紧销（27），转子轴（7′）是空心轴，轴心孔（65′）为通孔，轴的下端设有输出力矩用的外螺纹（67′），轴的上端有外螺纹（66′），轴的中部设有2个偏置对称的转子叶片固定槽（39），紧挨固定槽（39）的上端有2个液流进口槽（25′）和台肩（68′），进口槽（25′）内有若干个与轴心孔（65′）联通的进液孔（24′），紧挨固定槽（39）的下端有2个液流出口槽（23′）、台肩（69′）;转子叶片（19）是板状体，板端设有斜面（46、47）、缺口（48、49），板的宽面上有导收板固定孔（43），板的窄面上有导收板固紧销孔（85），与固定孔（43）贯穿;导收板（29）为V形薄板，其一边为平面，并有固定钉孔（43），另一边为圆弧面，圆弧面上有通液孔（38）;转子叶片（19）通过上下转子头（14、20）固定在轴子轴（7′）的叶片固定槽（39）内，导收板（29）通过固定钉固定在转子叶片（19）上，上下转子头由定位键（12）与转子轴（7′）固定位置。