CN103437940A - 效率高的涡轮钻具 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种效率高的涡轮钻具，包括止推轴承、主轴、中间轴承、涡轮定转子组件、下部轴承、合金钻头以及外壳，所述主轴套合在外壳内部，所述主轴上部、中部和下部依次设止推轴承、中间轴承以及下部轴承，所述止推轴承、中间轴承和下部轴承均卡紧在主轴和外壳之间，所述主轴上部和下部为空心结构，外壁设有悬挂环，悬挂环通过止推轴承将主轴悬挂在外壳内部，所述中间轴承下部设涡轮定转子组件，所述主轴在涡轮定转子组件上部外壁设有与内部空心结构连通的通水孔，所述主轴在涡轮定转子组件下部设有出水孔，所述主轴最下端连接合金钻头，本发明设计的这种效率高的涡轮钻具，不仅结构合理，而且效率高，安全性和实用性强。

Description

效率高的涡轮钻具
技术领域
本发明涉及一种石油钻具，具体是一种效率高的涡轮钻具，属石油机械领域。
背景技术
 涡轮钻具在井下工作条件比较恶劣，钻井泥浆流直接高速冲击涡轮叶片，使其获得能量，从而带动与之相连的钻头旋转钻井，涡轮钻具主要包括有涡轮定子、涡轮转子、主轴、止推轴承、中部轴承、下部轴承以及外壳组成。钻井时钻杆不动，靠涡轮转子带动主轴转动，从而具有高钻速、高效率及钻时短等诸多优点，且减少了钻杆、套管等的磨损以及事故的发生。
现如今的涡轮钻具在工作时由于泥浆流量大的问题往往会导致液体势能利用不充分以及出现转子堵塞的问题，不仅降低了势能转化，降低了效率，还可能损坏涡轮转子。
发明内容
本发明所要解决的问题是：提供一种效率高的涡轮钻具，用于解决以往的涡轮钻具液体势能利用不充分、涡轮易堵塞的问题。
本发明提供的技术方案是：效率高的涡轮钻具，包括止推轴承、主轴、中间轴承、涡轮定转子组件、下部轴承、合金钻头以及外壳，所述主轴套合在外壳内部，所述主轴上部、中部和下部依次设止推轴承、中间轴承以及下部轴承，所述止推轴承、中间轴承和下部轴承均卡紧在主轴和外壳之间，所述主轴上部和下部为空心结构，外壁设有悬挂环，悬挂环通过止推轴承将主轴悬挂在外壳内部，所述中间轴承下部设涡轮定转子组件，所述主轴在涡轮定转子组件上部外壁设有与内部空心结构连通的通水孔，所述主轴在涡轮定转子组件下部设有出水孔，所述主轴最下端连接合金钻头。
所述外壳上部设有内圆锥螺纹。圆锥螺纹连接不仅连接强度高，而且不易磨损，安全性高。
所述外壳上端平面内还设有密封槽。用于防止泥浆流渗入连接处造成连接处卡壳，防止泥浆流泄流而造成流量损失。
所述外壳还设有泄流孔，泄流孔低于涡轮定转子组件且高于出水孔。当泥浆流流量大时主轴的出水孔排流不及时可能导致泥浆流堵塞在主轴和外壳内部，从而造成转子组件不能转动和整个设备不工作的问题，而加入泄流孔可加速泄流，在单位时间内流过主轴的泥浆流流量增大，转换的机械能也增大，提高了效率，整个钻具的安全性也得到提高。
所述涡轮定转子组件包括涡轮转子和涡轮定子，所述涡轮转子包括环形的叶轮盘毂，叶轮盘毂一侧端面向外延伸形成导向套环，所述叶轮盘毂在导向套环外侧的端面形成定位台阶，所述转子动环和导向套环内侧圆周面设有键槽，所述转子动环外侧圆周面设有若干个转子叶片；所述涡轮定子包括内套环和外套环，所述内套环和外套环通过若干个定子叶片固定连接；所述导向套环套合在内套环内并通过定位台阶将涡轮转子和涡轮定子配合套叠。涡轮定子的外套环固定在钻具的外壳上，涡轮转子通过键槽与钻具主轴连接，工作时涡轮定子不动，涡轮转子带动钻具主轴转动，泥浆流通过并冲击涡轮转子和涡轮定子的转子叶片及定子叶片，转子叶片和定子叶片承受来自泥浆流的冲击动力，将液体势能转换成机械能并传递涡轮的输出扭矩，通过转子和定子的交替冲击增大液体势能的利用率。
所述转子叶片和定子叶片分别设有16-32个。定子叶片的作用即利用泥浆流的冲击力将液体势能转化为机械能，定子叶片的多少不仅决定和影响势能的利用率以及输出扭矩，还决定了输出扭矩的分布情况，根据不同工况定子叶片的数量可任意取值，但是定子叶片的数量取在16-32个之间的某值时，液体势能的利用率最高，同时输出转矩最大也最均匀，不仅效率高，同时也减少了每个叶片受到的冲击力，涡轮定子能够稳定、持久的工作；而转子叶片的作用即将定子的输出扭矩转换成转子的机械推力，其数量过少则受力较大易损坏，而数量过多则易造成液体乱流现象，所以其数量取16-32个既能很好的避免以上问题的同时达到最大的转动效率。
所述任意相邻两个转子叶片或任意相邻两个定子叶片之间的水平间距大于12毫米小于21毫米。任意相邻两个转子叶片或任意相邻两个定子叶片之间的水平间距过小则击打在叶片并反弹到下方的泥浆流会打在叶片背面上，从而降低了势能，减少了输出转矩，效率降低；而水平间距过大则泥浆流直接通过间隙，不会击打叶片，减少了势能和输出转矩，液体利用率低，效率降低。
本发明的优点在于：本发明设计的这种效率高的涡轮钻具，不仅结构合理，而且效率高，安全性和实用性强。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明涡轮定转子组件的分解结构示意图。
图3为本发明涡轮定转子组件的组装图。
图中的标号分别表示为：1、密封槽；2、内圆锥螺纹；3、悬挂环；4、止推轴承；5、主轴；6、中间轴承；7、通水孔；8、涡轮定转子组件；9、下部轴承；10、出水孔；11、下部轴承；12、外壳；13、合金钻头；14、转子叶片；15、叶轮盘毂；16、定位台阶；17、涡轮转子；18、导向套环；19、键槽；20、外套环；21、定子叶片；22、内套环；23、涡轮定子。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
参见图1、图2和图3，效率高的涡轮钻具，包括止推轴承4、主轴5、中间轴承6、涡轮定转子组件8、下部轴承11、合金钻头13以及外壳12，所述主轴5套合在外壳12内部，所述主轴5上部、中部和下部依次设止推轴承4、中间轴承6以及下部轴承11，所述止推轴承4、中间轴承6和下部轴承11均卡紧在主轴5和外壳12之间，所述主轴5上部和下部为空心结构，外壁设有悬挂环3，悬挂环3通过止推轴承4将主轴5悬挂在外壳12内部，所述中间轴承6下部设涡轮定转子组件8，所述主轴5在涡轮定转子组件8上部外壁设有与内部空心结构连通的通水孔7，所述主轴5在涡轮定转子组件8下部设有出水孔10，所述主轴5最下端连接合金钻头13。
所述外壳12上部设有内圆锥螺纹2。
所述外壳12上端平面内还设有密封槽1。
所述外壳12还设有泄流孔9，泄流孔9低于涡轮定转子组件8且高于出水孔10。
所述涡轮定转子组件8包括涡轮转子17和涡轮定子23，所述涡轮转子17包括环形的叶轮盘毂15，叶轮盘毂15一侧端面向外延伸形成导向套环18，所述叶轮盘毂15在导向套环18外侧的端面形成定位台阶16，所述叶轮盘毂15和导向套环18内侧圆周面设有键槽19，所述叶轮盘毂15外侧圆周面设有若干个转子叶片14；所述涡轮定子23包括内套环22和外套环20，所述内套环22和外套环20通过若干个定子叶片21固定连接；所述导向套环18套合在内套环22内并通过定位台阶16将涡轮转子17和涡轮定子23配合套叠。
所述转子叶片14和定子叶片21分别设有16-32个。
所述任意相邻两个转子叶片14或任意相邻两个定子叶片21之间的水平间距大于12毫米小于21毫米。
本发明将主轴5悬挂在外壳12内，设置多组涡轮定转子组件8，并设有泄流孔9加强泄流效果，整个结构简单合理，效率大为提高。
如上所述即可很好的实现本发明。

Claims (7)

1.效率高的涡轮钻具，包括止推轴承（4）、主轴（5）、中间轴承（6）、涡轮定转子组件（8）、下部轴承（9）、合金钻头（13）以及外壳（12）， 其特征在于：所述主轴（5）套合在外壳（12）内部，所述主轴（5）上部、中部和下部依次设止推轴承（4）、中间轴承（6）以及下部轴承（9），所述止推轴承（4）、中间轴承（6）和下部轴承（9）均卡紧在主轴（5）和外壳（12）之间，所述主轴（5）上部和下部为空心结构，外壁设有悬挂环（3），悬挂环（3）通过止推轴承（4）将主轴（5）悬挂在外壳（12）内部，所述中间轴承（6）下部设涡轮定转子组件（8），所述主轴（5）在涡轮定转子组件（8）上部外壁设有与内部空心结构连通的通水孔（7），所述主轴（5）在涡轮定转子组件（8）下部设有出水孔（10），所述主轴（5）最下端连接合金钻头（13）。
2.根据权利要求1所述的效率高的涡轮钻具，其特征在于：所述外壳（12）上部设有内圆锥螺纹（2）。
3. 根据权利要求1或2所述的效率高的涡轮钻具，其特征在于：所述外壳（12）上端平面内还设有密封槽(1)。
4.根据权利要求1-3任一项所述的效率高的涡轮钻具，其特征在于：所述外壳（12）还设有泄流孔（9），泄流孔（9）低于涡轮定转子组件（8）且高于出水孔（10）。
5.根据权利要求1所述的效率高的涡轮钻具，其特征在于：所述涡轮定转子组件（8）包括涡轮转子（17）和涡轮定子（23），所述涡轮转子（17）包括环形的叶轮盘毂（15），叶轮盘毂（15）一侧端面向外延伸形成导向套环（18），所述叶轮盘毂（15）在导向套环（18）外侧的端面形成定位台阶（16），所述叶轮盘毂（15）和导向套环（18）内侧圆周面设有键槽（19），所述叶轮盘毂（15）外侧圆周面设有若干个转子叶片（14）；所述涡轮定子（23）包括内套环（22）和外套环（20），所述内套环（22）和外套环（20）通过若干个定子叶片（21）固定连接；所述导向套环（18）套合在内套环（22）内并通过定位台阶（16）将涡轮转子（17）和涡轮定子（23）配合套叠。
6.根据权利要求5所述的效率高的涡轮钻具，其特征在于：所述转子叶片（14）和定子叶片（21）分别设有16-32个。
7.根据权利要求5或6所述的效率高的涡轮钻具，其特征在于：所述任意相邻两个转子叶片（14）或任意相邻两个定子叶片（21）之间的水平间距大于12毫米小于21毫米。
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