CN105143589A - 用于井下马达的可调节的弯曲组件 - Google Patents

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Abstract

一种用于定向钻探的井下马达，该井下马达包括传动轴组件，该传动轴组件包括传动轴壳体和以可旋转的方式布置在传动轴壳体内的传动轴。另外，该井下马达包括轴承组件，该轴承组件包括轴承壳体和以可旋转的方式布置在轴承壳体内的轴承心轴。轴承心轴具有借助万向接头直接连接至传动轴的第一端以及联接至钻头的第二端。另外，该井下马达包括调节心轴，该调节心轴构造成调节轴承壳体的中心轴线与传动轴壳体的中心轴线之间的偏斜锐角。调节心轴具有与轴承壳体同轴地对准的中心轴线、联接至传动轴壳体的第一端以及联接至轴承壳体的第二端。

Description

用于井下马达的可调节的弯曲组件
相关申请的交叉引用
本申请要求于2013年3月5日提交的、名称为“AdjustableBendAssemblyforaDowholeMotor”的美国申请No.13/786,076的优先权，该项申请的全部内容通过参引合并在本文中用于所有目的。
关于联邦政府资助的研究或研发的声明
不适用。
技术领域
本公开总体上涉及井下马达，该井下马达用来在地层中钻井眼以最终开采油、气体或矿物。更具体地，本公开涉及包括有用于进行定向钻探的可调节的弯曲组件的井下马达。
背景技术
在将井眼钻探到地层中比如用于从地下地层中开采碳氢化合物或矿物期间，常见的做法是：将钻头连接到由端对端连接连接在一起的多个管接头形成的钻柱的下端上，并且然后使钻柱旋转为使得钻头向下前进进入到地表中以沿着预定轨迹产生井眼。除了管接头之外，钻柱通常还包括定位在管接头与钻头之间的称为钻铤的较重的管状构件。钻铤增大施加于钻头的竖向载荷，从而增强钻头的操作效力。通常结合在钻柱中的其它配件包括用以帮助保持所钻探井眼的期望方向的稳定器和用以确保所钻探井眼保持为期望标准尺寸(即，直径)的扩孔器。在竖向钻探操作中，钻柱和钻头通常借助顶部驱动装置或旋转台自地表旋转。
在钻探操作期间，钻探流体或泥浆在压力作用下沿着钻柱被向下泵送，从钻头的面部中出来泵送到井眼中，并且然后沿着钻柱与井眼侧壁之间的环形空间向上泵送到达地表。钻探流体——钻探流体可以是水基的或油基的钻探流体——通常是粘性的以增强其将井眼钻屑带至地表的能力。钻探流体能够执行各种其它有用的功能，这些功能包括(例如，通过将处于压力下的流体喷射通过钻头中的口、从而产生在钻头之前冲击和削弱下伏地层的泥浆射流)增强钻头性能、增强钻头冷却以及增强在井眼壁上形成保护性沉积物(用以稳定和密封井眼壁)。
近来，在油气工业中越来越常见和期望钻探水平的井眼和其它非竖向的或偏斜的井眼(即，“定向钻探”)，以便于更大程度地暴露和开采比仅利用竖向井眼所可能实现的更大区域的含碳氢化合物的地层。在定向钻探中，通常使用专用的钻柱部件和“井底组件”(BHA)来产生、监测以及控制钻头的路径中的偏斜，以便产生具有期望偏斜构型的井眼。
通常使用设置在位于钻柱的下端处、在钻头紧上方的井底组件(BHA)中的井下马达或泥浆马达来执行定向钻探。井下马达通常包含若干部件，比如(从马达的顶部开始按顺序)：(1)动力部段，该动力部段包括定子和以可旋转的方式布置在定子中的转子；(2)传动轴组件，该传动轴组件包括布置在壳体内的传动轴，其中，传动轴的上端联接至转子的下端；以及(3)轴承组件，该轴承组件定位在传动轴组件与钻头之间用于承受径向载荷和推力载荷。对于定向钻探而言，马达通常包括弯曲壳体，该弯曲壳体用以提供钻头与BHA之间的偏斜角。偏斜角通常介于0°与5°之间。钻头的下端与马达中的弯曲件之间的轴向距离通常称为“钻头至弯曲件”的距离。
为了借助弯曲马达钻探井眼的平直部段，整个钻柱和BHA借助钻柱自地表旋转，由此使钻头绕钻柱的纵向轴线旋转；并且为了改变井眼的轨迹，钻头借助井下马达单独旋转，由此使得钻头能够绕其自身中心轴线旋转，其中，由于弯曲壳体，钻头自身的中心轴线定向为相对于钻柱成偏斜角。由于当在钻探平直部段时整个钻柱旋转时钻头是倾斜的(即，定向为成偏斜角)，因此井下马达受到弯曲力矩的作用，这可能会在马达内的重要位置处引起潜在的损伤应力。
发明内容
在一个实施方式中，通过这样的一种用于定向钻探的井下马达解决了现有技术中的这些及其它需要。在实施方式中，该井下马达包括传动轴组件，该传动轴组件包括传动轴壳体和以可旋转的方式布置在传动轴壳体内的传动轴。传动轴壳体具有中心轴线、第一端以及与该第一端相反的第二端。传动轴具有中心轴线、第一端以及与该第一端相反的第二端。另外，该井下马达包括轴承组件，该轴承组件包括轴承壳体和以可旋转的方式布设在轴承壳体内的轴承心轴。轴承壳体具有中心轴线、包括有连接件的第一端以及与该第一端相反的第二端。轴承心轴具有与轴承壳体的中心轴线同轴地对准的中心轴线、借助万向接头与传动轴的第二端直接连接的第一端以及联接至钻头的第二端。另外，该井下马达包括调节心轴，该调节心轴构造成调节轴承壳体的中心轴线与传动轴壳体的中心轴线之间的偏斜锐角θ。调节心轴具有与轴承壳体的中心轴线同轴地对准的中心轴线、第一端、以及与该第一端相反的第二端。调节心轴的第一端联接至传动轴壳体的第二端并且调节心轴的第二端联接至轴承壳体的第一端。
在另一实施方式中，通过这样的一种用于定向钻探的井下马达解决了现有技术中的这些及其它需要。在实施方式中，该井下马达包括传动轴组件，该传动轴组件包括传动轴壳体和以可旋转的方式布置在传动轴壳体内的传动轴。传动轴壳体具有中心轴线、第一端以及该第一端相反的第二端。传动轴具有中心轴线、第一端以及与该第一端相反的第二端。另外，该井下马达包括轴承组件，该轴承组件包括轴承壳体和同轴地布置在轴承壳体内的轴承心轴。轴承壳体具有中心轴线、第一端以及该第一端相反的第二端。轴承心轴具有与传动轴的第二端枢转地联接的第一端以及联接至钻头的第二端。轴承心轴的第一端从轴承壳体延伸到传动轴壳体中。另外，该井下马达包括调节心轴，该调节心轴具有与传动轴壳体的第二端联接的第一端以及与轴承壳体的第一端联接的第二端。调节心轴相对于传动轴壳体的转动构造成调节传动轴壳体的中心轴线与轴承壳体的中心轴线之间的偏斜锐角θ。
在另一实施方式中，通过这样的一种用于定向钻探的井下马达解决了现有技术中的这些及其它需要。在实施方式中，该井下马达包括传动轴组件，该传动轴组件包括传动轴壳体和以可旋转的方式布置在传动轴壳体内的传动轴。传动轴壳体具有中心轴线、第一端以及与该第一端相反的第二端。传动轴具有中心轴线、第一端、与该第一端相反的第二端、以及从传动轴的第二端轴向地延伸的接纳部。另外，该井下马达包括轴承组件，该轴承组件包括轴承壳体和以可旋转的方式布置在轴承壳体内的轴承心轴。轴承壳体具有中心轴线、第一端以及与该第一端相反的第二端。轴承心轴具有与传动轴枢转地联接的第一端以及联接至钻头的第二端。轴承心轴的第一端布置在传动轴的接纳部内。传动轴壳体的中心轴线定向成相对于轴承壳体的中心轴线成偏斜锐角θ。
本文中描述的实施方式包括旨在解决与一些现有技术的装置、系统以及方法相关联的各种缺点的特征和优点的组合。上文相当广泛地概括本发明的特征和技术优点是为了可以更好地理解下文中的本发明的详细描述内容。在阅读以下详细描述内容时并且通过参照附图，上述各种特性及其它特征对于本领域技术人员而言将是明显的。本领域技术人员应当理解的是，可以容易地将所公开的概念和具体实施方式用作对用于执行本发明的相同目的的其它结构进行修改或设计的基础。本领域技术人员还应当认识到的是，这种等同构造并未背离如所附权利要求中阐述的本发明的精神和范围。
附图说明
为了详细地描述本公开的优选实施方式，现在将参照附图，在附图中：
图1为包括有根据本文中公开的原理的井下泥浆马达的实施方式的钻井系统的示意性局部剖视图；
图2为图1中的动力部段的立体局部剖视图；
图3为图1中的动力部段的截面端视图；
图4为图1中的泥浆马达的放大剖视图，其示出了传动轴组件、轴承组件和弯曲调节组件；
图5为图4中的传动轴壳体的下壳体部段的放大剖视图；
图6为图4中的轴承组件和弯曲调节组件的放大剖视图；
图7为图4中的调节心轴的放大剖视图；
图8为图4中的调节心轴和传动轴壳体的下壳体部段的放大剖视图；
图9为图4中的被转动地锁定在一起的传动轴组件的下壳体和调节环的放大剖视图；
图10为图4中的被转动地解锁的传动轴组件的下壳体和调节环的放大剖视图；以及
图11为根据本文中公开的原理的轴承心轴的另一实施方式的剖视图。
具体实施方式
以下论述针对的是各种示例性实施方式。然而，本领域技术人员应当理解的是，本文中公开的示例具有广泛的应用，并且应当理解的是，对任何实施方式的论述仅意在对该实施方式起示例性作用，并不旨在暗示本公开的包括权利要求的范围局限于该实施方式。
贯穿于以下描述内容和权利要求使用了一些术语来指代特定的特征或部件。如本领域技术人员将理解的，不同的人可以使用不同的名称来指代相同的特征或部件。该文献不旨在对名称不同而功能相同的部件或特征之间进行区分。附图不一定是按比例绘制的。可以按比例放大或以略微示意性的形式示出本文中的一些特征和部件，并且为了清楚简明起见，可以不示出常见元件的一些细节。
在以下论述中并且在权利要求中，术语“包含”和“包括”以开放式的形式来使用，因而应当被解释成意指“包括但不限于…”。而且，术语“联接”用于意指间接连接或直接连接。因而，如果第一装置联接至第二装置，则这种连接可以是通过直接连接或者通过借助其它装置、部件和连接件的间接连接进行的。另外，如本文中使用的，术语“轴向”和“轴向地”通常意指沿着或平行于中心轴线(例如，本体或端口的中心轴线)，而术语“径向”和“径向地”通常意指垂直于中心轴线。例如，轴向距离指的是沿着或平行于中心轴线测量出的距离，径向距离指的是垂直于中心轴线测量出的距离。在描述内容和权利要求中为了清楚起见借助意指朝向井眼的表面的“向上”、“上”、“向上地”、“井上”或“上游”并且借助意指朝向井眼的末端的“向下”、“下”、“向下地”、“井下”或“下游”来指代上或下，而不管井眼的取向如何。
现在参照图1，示出了用于在地层中钻探井眼16的系统10。在该实施方式中，系统10包括：钻塔20，钻塔20布置在地表处；钻柱21，钻柱21从钻塔20向井下延伸；井底组件(BHA)30，BHA30联接至钻柱21的下端；以及钻头90，钻头90附接至BHA30的下端。BHA30中设置有用于便于对井眼16的偏斜部分进行钻探的井下泥浆马达35。在沿着BHA30下移的方向上，马达35包括液压驱动部段或动力部段40、传动轴组件100和轴承组件200。BHA30的布置在钻柱21与马达35之间的部分能够包括其它部件，比如钻铤、随钻测量(MWD)工具、扩孔器、稳定器等。
动力部段40将向下泵送通过钻柱21的钻探流体的流体压力转换成旋转扭矩用于驱动钻头90旋转。传动轴组件100和轴承组件200将动力部段40中产生的扭矩传递至钻头90。借助施加于钻头90的力或重量——也被称为钻压(“WOB”)，旋转钻头90与地层接合，并且沿着朝向目标区域的预定路径前进，从而形成井眼16。沿着钻柱21向下泵送并且泵送通过马达35的钻探流体或泥浆从钻头90的面部中流出并且向上流回形成在钻柱21与井眼16的壁19之间的环形空间18。钻探流体对钻头90进行冷却，并且将钻屑冲离钻头的90的面部且将钻屑带至地表。
现在参照图2和图3，液压驱动部段40包括螺旋形转子50，螺旋形转子50优选地由可以是镀铬的或被涂覆的钢制成以抵抗磨损和腐蚀，螺旋形转子50布置在定子60内，定子60构成筒形定子壳体65，其装衬有螺旋形弹性插入件61。螺旋形转子50限定一组转子凸部57，该组转子凸部57与由螺旋形插入件61限定的一组定子凸部67相互啮合。如图3中清楚示出的，转子50比定子60少一个凸部57。当转子50与定子61被组装时，转子50的外表面53与定子60的内表面63之间形成有一系列腔70。每个腔70均被沿着转子50与定子60之间的接触线形成的密封体密封成与相邻的腔70隔绝。转子50的中心轴线58在径向上偏离定子60的中心轴线68一固定值(该固定值称为转子定子组件的“偏心距”)。因此，转子50可以被描述为在定子60内偏心地旋转。
在液压驱动部段40运行期间，流体在压力作用下被泵送到液压驱动部段40的一个端部中，在该端部处，所述流体填充第一组敞开腔70。相邻的腔70之间的压差迫使转子50相对于定子60旋转。随着转子50在定子60内部旋转，相邻的腔70被敞开并且填充有流体。由于这种旋转和填充过程以连续的方式反复进行，因此流体沿着液压驱动部段40的长度逐渐向下流动并且继续驱动转子50旋转。图1中示出的传动轴组件100包括下面更详细地论述的传动轴，该传动轴的上端联接至转子50的下端。转子50的旋转运动和扭矩经由传动轴组件100和轴承组件200被传递至钻头90。
在该实施方式中，传动轴组件100借助弯曲调节组件300联接至轴承组件200的外壳体210，其中，弯曲调节组件300提供沿着马达35的可调节的弯曲件301。由于弯曲件301，在钻头90的中心轴线95与钻柱21的纵向轴线25之间形成了偏斜角θ。为了钻出井眼16的平直部段，钻柱21借助旋转台或顶部驱动装置自钻塔20旋转，从而使BHA30和联接至BHA30的钻头90旋转。钻柱21和BHA30绕钻柱21的纵向轴线旋转，并且因而，钻头90也被迫使绕钻柱21的纵向轴线旋转。
再次参照图1，在钻头90以偏斜角θ布置的情况下，随着钻头90旋转，钻头90的远离BHA30的下端试图绕钻柱21的纵向轴线25以弧形的方式移动，但受到井眼16的侧壁19的限制，由此，对BHA30和泥浆马达35施加弯曲力矩和相关联的应力。通常，这种弯曲力矩和相关联的应力的大小与钻头至弯曲件的距离D直接相关——钻头至弯曲件的距离D越大，BHA30和泥浆马达35所受到的弯曲力矩和应力就越大。
通常，传动轴组件100起到将来自动力部段40的偏心旋转的转子50的扭矩传递至轴承组件200的同心旋转的轴承心轴220和钻头90的功能。如图3中清楚示出的，转子50绕转子轴线58沿箭头54的方向旋转，并且转子轴线58绕定子轴线68沿箭头55的方向旋转。然而，钻头90和轴承心轴220同轴地对准并且绕偏离转子轴线58和/或定向成相对于转子轴线58成一定锐角的公共轴线旋转。因而，传动轴组件100将转子50的偏心旋转转换成在径向上偏离转子轴线58和/或在角度上相对于转子轴线58倾斜的轴承心轴220和钻头90的同心旋转。
现在参照图4，传动轴组件100包括外壳体110和以可旋转的方式布置在壳体110内的一件式(即，整体式)传动轴120。壳体110具有直线形的中心轴线或纵向轴线115、与定子壳体65的下端端对端地联接的上端110a以及通过弯曲调节组件300与轴承组件200的壳体210联接的下端110b。如图1中清楚示出的，在该实施方式中，传动轴壳体110与定子壳体65是同轴对准的，然而，由于传动轴组件100与轴承组件200之间的弯曲件301，传动轴壳体100定向成相对于轴承组件200和钻头90成偏斜角θ。
在该实施方式中，传动轴壳体110由端对端地连接在一起的一对同轴对准的、大致管状的壳体形成。即，传动轴壳体110包括从上端110a轴向地延伸出的第一部段或上壳体部段111和从下端110b轴向地延伸至上壳体部段111的第二部段或下壳体部段116。上壳体部段111具有与端部110a重合的第一端或上端111a以及联接至下壳体部段116的第二端或下端111b。上端110a、111a包括带螺纹的连接件112，并且下端111b包括带螺纹的连接件113。带螺纹的连接件112、113是同轴对准的，并且均围绕轴线115同心地布置。在该实施方式中，连接件112是带外螺纹的连接件或阳螺纹端，连接件113是带内螺纹的连接件或阴螺纹端。
现在参照图4和图5，下壳体部段116具有联接至上壳体部段111的第一端或上端116a以及与端部110b重合的第二端或下端116b。上端116a包括带螺纹的连接件117，并且下端110b、116b包括带螺纹的连接件118。带螺纹的连接件117与连接件112、113是同轴对准的，并且带螺纹的连接件117围绕轴线115同心布置，然而，带螺纹的连接件118围绕定向成相对于轴线115成非零锐角α的轴线118a同心地布置。在该实施方式中，连接件117是带外螺纹的连接件或阳螺纹端，连接件118是带内螺纹的连接件或阴螺纹端。因而，轴线118a是下壳体部段116在端部116b处的带螺纹的内筒形表面的中心轴线。因此，连接件118可以被描述为“偏移部分”。优选地，角度α大于0°并且小于或等于2°。
上壳体部段111的带外螺纹的连接件112能够通过螺纹与设置在定子壳体65的下端处的相配合的带内螺纹的连接件或阴螺纹端接合，上壳体部段111的带内螺纹的连接件113能够通过螺纹与下壳体部段116的相配合的带外螺纹的连接件117接合。如下面将更详细描述的，下壳体部段116的下端110b、116b、特别是带内螺纹的偏移连接件118能够通过螺纹与弯曲调节组件300的相配合的带外螺纹的部件接合。
传动轴壳体110具有在端部110a、110b之间轴向延伸的中央通孔或通道114。通孔114限定壳体110内的径向内表面119，径向内表面119包括第一环形凹部或上环形凹部119a和与凹部119a轴向隔开的位于凹部119a下方的第二环形凹部或下环形凹部119b。在该实施方式中，上凹部119a是沿着上壳体部段111设置的，下凹部119b是沿着下壳体部段116设置的。凹部119a、119b是以比内表面119的其余部分大的半径设置的并且为传动轴120的运动(旋转和枢转)提供足够的间隙。
再次参照图4，传动轴120具有直线形的中心轴线或纵向轴线125、第一端或上端120a以及与第一端或上端120a相反的第二端或下端120b。上端120a借助传动轴适配件130和万向接头140枢转地联接至转子50的下端，并且下端120b借助万向接头140枢转地联接至轴承心轴220的上端220a。在该实施方式中，上端120a和一个万向接头140布置在传动轴适配件130内，而下端120b包括对轴承心轴220的上端220a和一个万向接头140进行接纳的轴向延伸的埋头孔或接纳部121。因而，上端120a也可以被称为凸状端部120a，下端120b也可以被称为凹状端部120b。
传动轴适配件130沿着中心轴线或纵向轴线135在联接至转子50的第一端或上端130a与联接至传动轴120的上端120a的第二端或下端130b之间延伸。上端130a包括带外螺纹的凸状销或阳螺纹端131，带外螺纹的凸状销或阳螺纹端131能够通过螺纹与转子50的下端处的相配合的凹状箱或阴螺纹端接合。接纳部或埋头孔132从下端130b轴向地(相对于轴线135)延伸。传动轴120的上凸状端120a布置在埋头孔132内，并且借助布置在埋头孔132内的一个万向接头140枢转地联接至适配件130。
万向接头140允许端部120a、120b分别相对于适配件130和轴承心轴220枢转，同时在转子50与轴承心轴220之间传递旋转扭矩。具体地，上万向接头140允许上端120a相对于上适配件130绕上枢转点121a枢转，下万向接头140允许下端120b相对于轴承心轴220绕下枢转点121b枢转。上适配件130与转子50是同轴对准的(即，上适配件的轴线135与转子轴线58是同轴对准的)。由于转子轴线58在径向上偏离轴承心轴220的中心轴线和/或定向成相对于轴承心轴220的中心轴线成锐角，因此传动轴120的轴线125相对于壳体110的轴线115、转子50的轴线58和轴承心轴220的中心轴线225是倾斜的或者定向成相对于壳体110的轴线115、转子50的轴线58和轴承心轴220的中心轴线225成锐角。然而，万向接头140适应成角度倾斜的传动轴120，同时允许传动轴120在壳体110内旋转。端部120a、120b和相应的万向接头140分别被轴向地定位在壳体110的凹部119a、119b内，当传动轴120在壳体110内同时旋转和枢转时，凹部119a、119b为端部120b、130b提供间隙。
通常，每个万向接头(例如，每个万向接头140)均可以包括使联接在一起但并未彼此同轴对准的两个零部件(例如，定向成相对于彼此成锐角的传动轴120和适配件130)传递旋转运动和扭矩的同时任何方向上的自由运动受限的任何接头或联接件，所述任何接头或联接件包括但不限于万向接头(Cardan接头、Hardy-Spicer接头、Hooke接头等)、恒速接头或任何其它定制设计的接头。
如前所述，适配件130将传动轴120联接至转子50的下端。在钻探操作期间，高压钻探流体或泥浆在压力作用下沿着钻柱21被向下泵送并且被泵送通过位于转子50与定子60之间的腔70，致使转子50相对于定子60旋转。转子50的旋转驱动适配件130、传动轴120、轴承组件心轴和钻头90旋转。沿着钻柱21向下流动穿过动力部段40的钻探流体还流动穿过传动轴组件100和轴承组件200到达钻头90，其中，钻探流体流动穿过钻头90的面部中的喷嘴进入到环形空间18中。在传动轴组件100以及轴承组件200的上部内，钻探流体流动穿过形成在传动轴壳体110与传动轴120之间并且形成在传动轴壳体110与轴承组件200的轴承心轴220之间的环形空间150。
现在参照图4和图6，轴承组件200包括轴承壳体210和以可旋转的方式布置在壳体210内的一件式(例如，整体式)轴承心轴220。轴承壳体210具有直线形的中心轴线或纵向轴线215、借助弯曲调节组件300与传动轴壳体110的下端110b联接的第一端或上端210a、第二端或下端210b、以及在端部210a、210b之间轴向地延伸的中央通孔或通道214。轴承壳体210与钻头90是同轴对准的，然而，由于传动轴组件100与轴承组件200之间的弯曲件301，轴承壳体210定向成相对于传动轴壳体110成斜角θ。
在该实施方式中，轴承壳体210由端对端的连接在一起的一对大致管状的壳体形成。即，壳体210包括从上端210a轴向地延伸出的第一壳体部段或上壳体部段211和从下端210b轴向地延伸至壳体部段211的第二壳体部段或下壳体部段216。上壳体部段211具有与端部210a重合的第一端或上端211a、以及联接至下壳体部段216的第二端或下端211b。上端210a、211a包括带螺纹的连接件212，并且下端包括带螺纹的连接件213。带螺纹的连接件212、213是同轴对准的并且均围绕轴线215同心地布置。在该实施方式中，连接件212是带外螺纹的连接件或阳螺纹端，连接件213是带内螺纹的连接件或阴螺纹端。
仍参照图4和图6，下壳体部段216具有联接至上壳体部段211的第一端或上端216a以及与下端210b重合第二端或下端216b。上端216a包括与轴线215同轴地对准的带螺纹的连接件217。在该实施方式中，连接件217是带外螺纹的连接件或阳螺纹端。上壳体部段211的带内螺纹的连接件213能够通过螺纹与下壳体部段211的相配合的带外螺纹的连接件217接合。如下面将更详细描述的，上壳体部段211的上端210b、211a、特别是带外螺纹的连接件212能够通过螺纹与弯曲调节组件300的相配合的带内螺纹的部件接合。
仍参照图4和图6，轴承心轴220具有与壳体210的中心轴线215同轴对准的中心轴线225、第一端或上端220a、第二端或下端220b、以及中央通道221，中央通道221从下端220b轴向地延伸并且在轴向上在上端220a下方终止。心轴220的上端220a从轴承壳体210的上端210a轴向地延伸到传动轴壳体110的通道114中。另外，上端220a通过一个万向接头140直接联接至传动轴的下端120b。特别地，上端220a布置在传动轴120的下端120b处的接纳部121内，并且借助一个万向接头140枢转地联接至接纳部121。心轴220的下端220b联接至钻头90。
心轴220还包括从通道221径向地延伸至心轴220的外表面的多个周向隔开且轴向隔开的钻探流体端口222。端口222提供环形空间150与通道221之间的流体连通。在钻探操作期间，心轴220相对于壳体210绕轴线215旋转。特别地，高压钻探泥浆被泵送通过动力部段40，从而驱动转子50旋转，这进而驱动传动轴120、心轴220和钻头90旋转。在到达钻头90的路径中，流动穿过动力部段40的钻探泥浆流动穿过了环形空间150、端口222和心轴220的通道221。
随着磨蚀性钻探流体从环形空间150流动到端口222中，钻探流体在端口222间的不均匀分布会导致过度的腐蚀——通常，流过较大量的钻探流体的端口(例如，端口222)受到的腐蚀比流过较小量的钻探流体的端口严重。然而，在该实施方式中，环形空间150和端口222的尺寸、形状和取向设定成便于钻探流体在不同的端口222间分布得更均匀，由此使得能够减轻一些端口222过度腐蚀。更具体地，每个端口222均定向成相对于心轴220的轴线225成45°角度。另外，环形空间150的径向宽度随着轴向地朝向端口222移位而减小。即，环形空间150的围绕轴承心轴220设置的部分具有径向宽度随着轴向地朝向端口222移位而减小的三个在轴向上相邻的部分或部段。随着朝向端口222前进，环形空间150包括：径向宽度为W150a的第一轴向部分150a；与部分150a相邻、径向宽度为W150b的第二轴向部分150b；以及与部分150b相邻、径向宽度为W150c的第三轴向部分150c，其中，径向宽度W150a是从轴承心轴220至壳体110径向测出的，径向宽度W150b是从轴承心轴220至布置在壳体110内的调节心轴310径向测出的，径向宽度W150c是从轴承心轴220至调节心轴310径向测出的。径向宽度W150a、W150b和W150c随着轴向地朝向端口222移位而逐渐减小。计算流体动力学(CFD)模型表示端口222的角度取向，并且环形空间150的径向宽度的随着朝向端口222移位的逐步减小将钻探流体更均匀地分布在不同的端口222中。
再次参照图4，如前所述，在该实施方式中，传动轴120是整体单件式的传动轴，并且轴承心轴220是整体单件式的轴承心轴。特别地，传动轴120的端部120a借助传动轴适配件130和万向接头140联接至转子50，传动轴120的端部120b借助接纳部121和万向接头140联接至轴承心轴220。然而，在联接至转子50的端部120a与联接至轴承心轴220的端部120b之间，传动轴适配件120是没有接头(例如，万向接头)的单个整体式单块结构。类似地，轴承心轴220的端部220a通过接纳部121和万向接头140联接至传动轴120，轴承心轴220的端部220b联接至钻头。然而，在联接至传动轴120的端部220a与联接至钻头的端部220b之间，轴承心轴220是没有接头(例如，万向接头)的单个整体式单块结构。因此，在转子50与钻头之间，沿着包括传动轴120和轴承心轴220的传动系仅设置有两个万向接头140。另外，在传动轴120与轴承心轴220之间仅设置有一个万向接头。在传动轴120与心轴220之间仅设置单个万向接头140省去了任何中间万向接头，这不但可以增大传动轴120与心轴220之间的联接的强度，而且便于进一步减小钻头至弯曲件的距离D。在其它实施方式中，传动轴(例如，传动轴120)和/或轴承心轴(例如，轴承心轴220)可以包括不同数量的万向接头(例如，万向接头140)。
仍参照图4和图6，壳体210具有限定形成贯通通道214的径向内表面218。内表面218包括多个轴向隔开的环形肩部。具体地，内表面218包括第一环形肩部218a和在轴向上定位在第一肩部218a下方的第二环形肩部218b。肩部218a、218b彼此相向。第一环形肩部218a沿着内表面218形成在上壳体部段211中，第二环形肩部218b由下壳体部段216的端部216a限定。心轴220具有径向外表面223，径向外表面223包括在轴向上与肩部218b对准的环形肩部223a。
如图6中清楚示出的，在心轴220与壳体210之间径向定位有多个环形空间。具体地，在壳体肩部218a与端部210a之间轴向地定位有第一环形空间或上环形空间250，在肩部218a与肩部223、218b之间轴向地定位有第二环形空间或中间环形空间251，在肩部223、218b与端部210b之间轴向地定位有第三环形空间或下环形空间252。在上环形空间250中布置有上径向轴承260，在中间环形空间251中布置有推力轴承组件261，在下环形空间252中布置有下径向轴承262。
上径向轴承260围绕心轴220布置并且在轴向上定位在推力轴承组件261上方，下径向轴承262围绕心轴220布置并且在轴向上定位在推力轴承组件261下方。通常，径向轴承260、262允许心轴220相对于壳体210旋转的同时承受心轴220与壳体210之间的径向力。在该实施方式中，上径向轴承260和下径向轴承262两者都是套筒式轴承，其与心轴220的外表面223上的柱状表面以滑动的方式接合。然而，通常，可以采用任何适合类型的径向轴承，任何适合类型的径向轴承包括但不限于针式滚子轴承、径向球轴承或它们的组合。环形的推力轴承组件261围绕心轴220布置并且允许心轴220相对于壳体210旋转的同时承受两个方向上的轴向载荷(例如，离开底部的轴向载荷和朝向底部的轴向载荷)。在该实施方式中，推力轴承组件261总体上包括一对带保持架的滚子轴承和相应的滚道，其中，中央滚道通过螺纹接合至轴承心轴220。尽管该实施方式包括布置在一个环形空间251中的单个推力轴承组件261，但在其它实施方式中，可以包括不止一个推力轴承组件(例如，推力轴承组件261)，另外，推力轴承组件可以布置在同一推力轴承室或不同的推力轴承室(例如，两肩推力轴承室或四肩推力轴承室)中。
在该实施方式中，径向轴承260、262和推力轴承组件261是油封轴承。具体地，在壳体210的上端210a与心轴220之间径向地定位有上密封组件270，在壳体210的下端210b与心轴220之间径向地定位有下密封组件271。密封组件270、271分别在端部210a、210b处提供壳体210与心轴220之间的环形密封。因而，密封组件270、271将径向轴承260、262和轴承组件261分别与环形空间150中的钻探流体和井眼16中的钻探流体隔离。优选地，结合油封轴承260、262、261使用压力补偿系统。美国专利申请No.61/765,164中公开了能够与轴承260、262、261结合使用的压力补偿系统的示例，其中，该项申请的全部内容通过参引合并在本文中。如前所述，在该实施方式中，轴承260、261、262是油封轴承。然而，在其它实施方式中，轴承组件(例如，轴承组件200)的轴承是泥浆润滑式轴承。例如，现在参照图11，示出了泥浆马达35’的实施方式。除了下述不同之处之外，泥浆马达35’与前述泥浆马达35相同：轴承组件200’包括泥浆润滑式径向轴承260’、262’和推力轴承261’，省去了密封组件270、271以允许钻探泥浆的流动穿过环形空间150的一部分进入轴承260’、261’、262’，并且轴承心轴220’包括接近下端220、用于使流动穿过轴承260’、261’、262’的钻探泥浆返回至中央通道221的多个周向隔开的泥浆返回端口222’。每个端口222’从中央通道221径向延伸至心轴220’的外表面。因而，在该实施方式中，钻探流体的流动穿过环形空间150的一部分绕开端口222，并且在经由端口222’返回至中央通道221之前对轴承260’、261’和262’进行润滑。
现在参照图1、图4和图6，如前所述，弯曲调节组件300将传动轴壳体110联接至轴承壳体210，并且引入沿着马达35的弯曲件301和偏斜角θ。传动轴壳体110的轴线115与轴线25是同轴对准的，并且轴承壳体210的轴线215与轴线95是同轴对准的，因而，偏斜角θ还表示当泥浆马达35处于未偏斜状态(例如，位于井眼16外侧)时轴线115、215之间的角度。由于马达35在井眼16中偏斜，因此轴线115、215之间的角度通常小于偏斜角θ。如下面将更详细描述的，根据需要，能够借助弯曲调节组件300来调节偏斜角θ。
如图6中清楚示出的，在该实施方式中，轴承调节组件300包括调节心轴310和调节锁定环320。调节心轴310围绕心轴220布置，环320围绕调节心轴310布置。如下面将更详细描述的，环320使调节心轴310能够相对于传动轴壳体110旋转，从而将偏斜角θ调节在最大值与最小值之间。
现在参照图6至图8，调节心轴310具有中心轴线或纵向轴线315、第一端或上端310a、与端部310a相反的第二端或下端310b，以及在端部310a、310b之间轴向延伸的中央通孔或通道311。轴线315与轴承壳体210的轴线215是同轴对准的。
上端310a包括带螺纹的连接件312，下端310b包括带螺纹的连接件313。带螺纹的连接件313与轴线315是同轴对准的并且围绕轴线315同心地设置，然而，带螺纹的连接件312围绕定向成相对于轴线315成非零锐角β的轴线312a同心地设置。在该实施方式中，连接件312是带外螺纹的连接件或阳螺纹端，连接件313是带内螺纹的连接件或阴螺纹端。因而，轴线312a是调节心轴310在端部310a处的带螺纹的筒形外表面的中心轴线。因此，连接件312可以被描述为“偏移部分”。优选地，角度β大于0°并且小于或等于2°，并且优选地，角度β与角度α相同。
如图6和图8中清楚示出的，心轴310的带外螺纹的偏移连接件312能够通过螺纹与下壳体部段116的相配合的带内螺纹的偏移连接件118接合，并且心轴310的带内螺纹的连接件313能够通过螺纹与轴承壳体210的相配合的带外螺纹的连接件212接合。当连接件118、312通过螺纹连接在一起并且连接件212、313通过螺纹连接在一起时，轴线118a、312a同轴地对准，轴线215、315同轴地对准，并且轴线215、315定向成相对于轴线115成偏斜角θ，由此产生沿着马达35的弯曲件301。根据心轴310相对于下壳体部段116的旋转位置，能够将偏斜角θ调节成介于最小偏斜角θmin与最大偏斜角θmax之间的中间角度，其中，最小偏斜角θmin与角度α、β的差值相等(即，如果α＝β，最小偏斜角θmin为0°)，最大偏斜角θmax与角度α、β的总和相等。
现在参照图6和图7，心轴310的筒形外表面包括接近下端310b定位的多个周向隔开的长形半筒形凹部319。凹部319定向成平行于轴线315。如下面将更详细描述的，每个凹部319均接纳相配合的长形柱状花键330。尽管在该实施方式中花键330以滑动的方式与凹部319接合，但在其它实施方式中能够从调节心轴(例如，心轴310)径向地延伸多个周向间隔开的花键，并且这些花键能够与调节心轴一体地形成。
现在参照图6、图9和图10，环形的调节锁定环320在轴向上定位在下壳体部段116的下端116b与上壳体部段211的外表面上的环形肩部211c之间，并且围绕上壳体部段211的上端211a和调节心轴310的下端310b布置。锁定环320具有中心轴线或纵向轴线325、第一端或上端320a、与端部320a相反的第二端或下端320b，以及在端部320a、320b之间轴向延伸的通孔或通道321。通道321限定形成在端部320a、320b之间延伸的筒形内表面322。内表面322包括多个周向隔开的半筒形凹部323，每个凹部323均定向成平行于轴线325并且从上端320a延伸至下端320b。如图7中清楚示出的，当锁定环320安装至心轴310时，每个凹部323在周向上均与相应的凹部319对准，并且在每组对准的凹部319、323内布置有一个花键330。花键330允许锁定环320相对于心轴310轴向地移动，但防止锁定环320相对于心轴310转动地移动。因而，通过使锁定环320绕轴线315旋转而使心轴310绕轴线315旋转。
现在参照图9和图10，调节环320在上端320a处还包括多个周向隔开的齿326。齿326的尺寸和形状设定成以可释放的方式与下壳体部段116的下端116b处的相配合的一组周向隔开的齿327接合。如图9中示出的，相配合的齿326、327的接合和互锁防止锁定环320相对于下壳体部段116旋转，然而，如图10中示出的，当锁定环320与下壳体部段116轴向隔开并且齿326、327脱开接合时，锁定环320能够相对于下壳体部段116旋转。还应当理解的是，齿326、327能够以可释放的方式接合和互锁，同时适应位于锁定环320与壳体110的连接处的弯曲件301。
现在参照图1和图4，在将BHA30向井下降下之前，基于要被系统10钻探的井眼16的设计轮廓或目标轮廓来调节和设定偏斜角θ。通常，通过使环形调节环320相对于壳体110旋转，能够将偏斜角θ调节和设定为介于0°与角度α、β的总和之间的任何角度。偏斜角θ通过弯曲调节组件300被控制和改变。特别地，心轴310通过锁定环320和花键330相对于壳体110旋转，从而调节和设定偏斜角θ。如前所述，齿326、327的接合防止锁定环320相对于壳体110旋转，并且因而为了使锁定环320(以及因此使心轴310)能够相对于壳体110旋转，齿326、327断开接合。因而，轴承壳体210与心轴310断开螺纹连接，从而在锁定环320与肩部211c之间产生轴向间隙。在锁定环320与肩部211c之间的间隙足够大的情况下，锁定环320通过花键320与凹部323的滑动接合而轴向向下滑动远离壳体110直到齿326、327完全脱开接合为止。在齿326、327完全脱开接合的情况下，扭矩被施加于调节环320，从而(通过花键330)使环320和心轴310相对于壳体110旋转。心轴310相对于壳体110的旋转致使心轴310的偏移连接件312相对于壳体110的偏移连接件118旋转。
通过使心轴310相对于壳体110在0°与180°之间旋转能够实现偏斜角θ的全范围的变化，其中，心轴310相对于壳体110的0°角度位置提供最小偏斜角θmin，最小偏斜角θmin与角度α、β之间的差值(即，如果α＝β，则差值为0°)相等，心轴310相对于壳体110的180°角度位置提供最大偏斜角θmax，最大偏斜角θmax与角度α、β的总和相等。通常，在心轴310相对于壳体110的0°与180°角度位置之间，偏斜角θ非线性地变化。因而，能够设定最小偏斜角θmin与最大偏斜角θmax之间的增量偏斜角θ。偏斜角θ的所能够选择的具体增量值取决于齿326、327的数量和间隔以及角度α、β的值。在该实施方式中，锁定环320和壳体110分别在端部320a、110b处的径向外表面被标记/做记号用以为锁定环320以及因此心轴310相对于壳体110在0°与180°之间的各种角度位置提供对偏斜角θ的指示。
一旦心轴310被充分地旋转而提供期望的偏斜角θ，环320就朝向壳体110轴向地移动以接合齿326、327，这防止锁定环320和心轴310相对于壳体110相对旋转，由此锁定在期望的偏斜角θ中。接下来，轴承壳体210通过螺纹连接到心轴310中直到肩部211c轴向地抵接锁定环320为止，由此防止锁定环320轴向地移动远离壳体110并且使齿部326、327脱开接合。
以本文中描述的方式，提供了一种用于在钻探具有非竖向或偏斜部段的井眼中使用的可调节的弯曲马达组件。与最常见的弯曲马达组件相比，本文中描述的实施方式通过在轴承壳体紧上方定位的弯曲件以及弯曲调节组件与轴承组件心轴的轴向重叠而提供了基本上减小的钻头至弯曲件的距离。减小的钻头至弯曲件的距离使得能够提高耐久性并且提高建造速率。特别地，对于给定的偏斜角，井下泥浆马达受到的弯曲力矩和应力的大小与钻头至弯曲件的距离直接相关(即，钻头至弯曲件的距离越大，弯曲力矩就越大)。因此，井下泥浆马达的最大偏斜角通常受到由弯曲力矩产生的应力的大小的限制。因此，对于给定的偏斜角，通过减小钻头至弯曲件的距离，本文中描述的实施方式使得能够减小井下泥浆马达受到的弯曲力矩和相关联的应力。另外，较短的钻头至弯曲件的距离减小了由钻头以弯曲壳体提供的给定偏斜角所能够挖掘的井眼路径的最小曲率半径(即，更尖的弯曲部)。对于具有包括期望曲率半径的偏斜部段的井眼，通过减小钻头至弯曲件的距离，能够使用较小偏斜角的弯曲壳体来产生所述期望半径的井眼部段。因而，钻头至弯曲件的距离相对较小的井下马达不但可以减小在给定的偏斜角的情况下施加于马达的应力，而且可以允许使用较小的偏斜角来钻探期望曲率半径的井眼。
此外，在常见的泥浆马达中，在马达被施加有过大的弯曲力矩和应力的情况下，轴承心轴的上端与通过螺纹连接在轴承心轴上端上并且借助万向接头联接至传动轴下端的适配件之间的螺纹连接部极易失效或断裂。然而，在本文中描述的实施方式中，省却了这种螺纹连接。特别地，如前所述，轴承心轴220的上端220a布置在设置于传动轴120的下端120b处的接纳部121中并且借助万向接头140联接至传动轴120。换言之，在该实施方式中，没有适配件通过螺纹连接到轴承心轴220的上端220a上。
尽管本文中描述的泥浆马达35的实施方式包括可调节的弯曲件301，但泥浆马达35的潜在的有利特征也可以结合固定的弯曲泥浆马达来使用。例如，可以在固定的弯曲泥浆马达中采用具有径向宽度随着朝向心轴的泥浆入口而减小的泥浆流动环形空间以将钻探流体更均匀地分布在入口中。作为另一示例，可以在固定的弯曲泥浆马达中采用上端未通过螺纹连接而联接至传动轴的下端的轴承心轴来增强耐久性。
尽管示出并且描述了优选实施方式，但在不背离本文中的范围和教示的情况下本领域技术人员能够对优选实施方式进行修改。本文中描述的实施方式仅为示例性的而非限制性的。本文中描述的系统、装置及过程的许多变型和改型是可能的并且落在本发明的范围内。例如，能够改变各种零部件的相对尺寸、制造各种零部件的材料及其它参数。因此，保护范围不限于本文中描述的实施方式，而是仅受所附权利要求的限制，所附权利要求的范围应当包括权利要求的主题的所有等效方案。除非另外明确声明，否则能够以任何顺序来执行方法权利要求中的步骤。方法权利要求中的步骤之前的标识符的引述比如(a)、(b)、(c)或(1)、(2)、(3)不旨在且不指定步骤的特定顺序，而是用于简化后面对这种步骤的指代。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于定向钻探的井下马达，所述井下马达包括：
传动轴组件，所述传动轴组件包括传动轴壳体和以可旋转的方式布置在所述传动轴壳体内的传动轴；
其中，所述传动轴壳体具有中心轴线、第一端、与该第一端相反的第二端、以及从所述传动轴的所述第二端轴向地延伸出的接纳部；
其中，所述传动轴具有中心轴线、第一端以及与该第一端相反的第二端；
轴承组件，所述轴承组件包括轴承壳体和以可旋转的方式布置在所述轴承壳体内的轴承心轴；
其中，所述轴承壳体具有中心轴线、包括有连接件的第一端、以及与该第一端相反的第二端；
其中，所述轴承心轴具有与所述轴承壳体的所述中心轴线同轴地对准的中心轴线、借助万向接头与所述传动轴的所述第二端直接连接的第一端、以及联接至钻头的第二端，其中，所述轴承心轴的所述第一端布置在所述传动轴的所述接纳部内；
调节心轴，所述调节心轴构造成调节所述轴承壳体的所述中心轴线与所述传动轴壳体的所述中心轴线之间的偏斜锐角θ；
其中，所述调节心轴具有与所述轴承壳体的所述中心轴线同轴地对准的中心轴线、第一端以及与该第一端相反的第二端；
其中，所述调节心轴的所述第一端联接至所述传动轴壳体的所述第二端，并且所述调节心轴的所述第二端联接至所述轴承壳体的所述第一端。
2.根据权利要求1所述的井下马达，其中，所述轴承壳体的所述第一端的所述连接件包括带螺纹的连接件，并且其中，所述调节心轴的所述第一端能够通过螺纹联接至所述传动轴壳体的所述第二端，并且所述调节心轴的所述第二端能够通过螺纹联接至所述轴承壳体的所述第一端。
3.根据权利要求2所述的井下马达，其中，所述传动轴壳体的所述第二端包括带螺纹的连接件，该带螺纹的连接件围绕定向成相对于所述传动轴壳体的所述中心轴线成锐角α的第一偏移轴线同心地布置；
其中，所述调节心轴的所述第一端包括带螺纹的连接件，该带螺纹的连接件围绕定向成相对于所述调节心轴的所述中心轴线成锐角β的第二偏移轴线同心地布置。
4.根据权利要求3所述的井下马达，其中，所述传动轴的所述第二端包括接纳部，并且其中，所述心轴的所述第一端和所述万向接头布置在所述接纳部中。
5.根据权利要求3所述的井下马达，其中，在所述轴承壳体的所述第一端与所述轴承心轴之间径向地定位有推力轴承和至少一个径向轴承，其中，所述至少一个径向轴承构造成承受径向载荷，并且所述推力轴承构造成承受轴向载荷。
6.根据权利要求3所述的井下马达，其中，所述传动轴壳体的所述第二端包括带内螺纹的连接件，所述调节心轴的所述第一端包括带外螺纹的连接件，所述调节心轴的所述第二端包括带内螺纹的连接件，所述轴承壳体的所述第一端包括带外螺纹的连接件。
7.根据权利要求2所述的井下马达，还包括围绕所述调节心轴和所述轴承壳体的所述第一端布置的锁定环，其中，所述锁定环构造成将所述调节心轴转动地锁定至所述传动轴壳体。
8.根据权利要求7所述的井下马达，其中，所述锁定环构造成相对于所述调节心轴轴向地移动，并且所述锁定环被阻止相对于所述调节心轴转动地移动。
9.根据权利要求8所述的井下马达，其中，所述锁定环具有内表面，所述内表面包括多个周向隔开的凹部；
其中，所述调节心轴具有外表面，所述外表面包括多个周向隔开的凹部，其中，所述调节心轴的一个凹部与所述锁定环的一个凹部在周向上对准；并且
其中，在每组对准的凹部中均设置有花键。
10.根据权利要求8所述的井下马达，其中，所述锁定环具有包括多个周向隔开的齿的第一端，所述多个周向隔开的齿与所述传动轴壳体的所述第二端上的多个相配合的周向隔开的齿以可释放的方式接合和互锁。
11.根据权利要求2所述的井下马达，其中，所述轴承心轴轴向地延伸到所述传动轴壳体中。
12.根据权利要求2所述的井下马达，其中，所述轴承心轴完全延伸穿过所述调节心轴。
13.根据权利要求2所述的井下马达，其中，所述轴承心轴是整体的单件式轴承心轴，并且所述传动轴心轴是整体的单件式传动轴心轴。
14.根据权利要求2所述的井下马达，其中，在所述轴承心轴与所述传动轴之间仅设置有一个万向接头。
15.根据权利要求2所述的井下马达，其中，所述传动轴的所述中心轴线是直线形的，并且所述轴承心轴具有直线形的中心轴线。
16.根据权利要求2所述的井下马达，其中，所述轴承心轴包括多个轴向隔开的端口，并且其中，每个端口均布置成相对于所述轴承心轴的中心轴线成锐角。
17.根据权利要求16所述的井下马达，还包括围绕所述轴承心轴的外表面形成的环形空间，所述环形空间具有随着轴向地朝向所述多个端口移位而减小的径向宽度。
18.一种用于定向钻探的井下马达，所述井下马达包括：
传动轴组件，所述传动轴组件包括传动轴壳体和以可旋转的方式布置在所述传动轴壳体内的传动轴；
其中，所述传动轴壳体具有中心轴线、第一端以及与该第一端相反的第二端；
其中，所述传动轴具有中心轴线、第一端、与该第一端相反的第二端、以及从所述传动轴的所述第二端轴向地延伸出的接纳部；
轴承组件，所述轴承组件包括轴承壳体和同轴地布置在所述轴承壳体内的轴承心轴；
其中，所述轴承壳体具有中心轴线、第一端以及该第一端相反的第二端；
其中，所述轴承心轴具有与所述传动轴的所述第二端枢转地联接的第一端以及联接至钻头的第二端，其中，所述轴承心轴的所述第一端布置在所述传动轴的所述接纳部内，其中，所述轴承心轴的所述第一端从所述轴承壳体延伸到所述传动轴壳体中；
调节心轴，所述调节心轴具有与所述传动轴壳体的所述第二端联接的第一端以及与所述轴承壳体的所述第一端联接的第二端，其中，所述调节心轴相对于所述传动轴壳体的转动构造成调节所述传动轴壳体的所述中心轴线与所述轴承壳体的所述中心轴线之间的偏斜锐角θ。
19.根据权利要求18所述的井下马达，其中，所述调节心轴的所述第一端能够通过螺纹联接至所述传动轴壳体的所述第二端，并且所述调节心轴的所述第二端能够通过螺纹联接至所述轴承壳体的所述第一端。
20.根据权利要求19所述的井下马达，其中，所述传动轴壳体的所述第二端包括带螺纹的连接件，该带螺纹的连接件围绕定向成相对于所述传动轴壳体的所述中心轴线成锐角α的第一偏移轴线同心地布置；
其中，所述调节心轴的所述第一端包括带螺纹的连接件，该带螺纹的连接件围绕定向成相对于所述调节心轴的所述中心轴线成锐角β的第二偏移轴线同心地布置。
21.根据权利要求20所述的井下马达，其中，所述传动轴的所述第二端包括接纳部，并且其中，所述心轴的所述第一端和万向接头布置在所述接纳部中。
22.根据权利要求20所述的井下马达，其中，在所述轴承壳体的所述第一端与所述轴承心轴之间径向地定位有推力轴承和至少一个径向轴承，其中，所述至少一个径向轴承构造成承受径向载荷，并且所述推力轴承构造成承受轴向载荷。
23.根据权利要求20所述的井下马达，其中，所述传动轴壳体的所述第二端包括带内螺纹的连接件，所述调节心轴的所述第一端包括带外螺纹的连接件，所述调节心轴的所述第二端包括带内螺纹的连接件，并且所述轴承壳体的所述第一端包括带外螺纹的连接件。
24.根据权利要求19所述的井下马达，还包括围绕所述调节心轴和所述轴承壳体的所述第一端布置的锁定环，其中，所述锁定环构造成将所述调节心轴转动地锁定至所述传动轴壳体。
25.根据权利要求19所述的井下马达，其中，所述轴承心轴完全延伸穿过所述调节心轴。
26.根据权利要求19所述的井下马达，其中，所述轴承心轴是整体的单件式轴承心轴，并且所述传动轴心轴是整体的单件式传动轴心轴。
27.根据权利要求19所述的井下马达，其中，在所述轴承心轴与所述传动轴之间仅设置有一个万向接头。
28.根据权利要求19所述的井下马达，其中，所述传动轴的所述中心轴线是直线形的，并且所述轴承心轴具有直线形的中心轴线。
29.根据权利要求19所述的井下马达，其中，所述轴承心轴包括多个轴向隔开的端口，并且其中，每个端口均布置成相对于所述轴承心轴的所述中心轴线成锐角。
30.根据权利要求29所述的井下马达，还包括围绕所述轴承心轴的外表面形成的环形空间，所述环形空间具有随着轴向地朝向所述多个端口移位而减小的径向宽度。
31.一种用于定向钻探的井下马达，所述井下马达包括：
传动轴组件，所述传动轴组件包括传动轴壳体和以可旋转的方式布置在所述传动轴壳体内的传动轴；
其中，所述传动轴壳体具有中心轴线、第一端以及与该第一端相反的第二端；
其中，所述传动轴具有中心轴线、第一端、与该第一端相反的第二端、以及从所述传动轴的所述第二端轴向地延伸出的接纳部；
轴承组件，所述轴承组件包括轴承壳体和以可旋转的方式布置在所述轴承壳体内的轴承心轴；
其中，所述轴承壳体具有中心轴线、第一端以及与该第一端相反的第二端；
其中，所述轴承心轴具有枢转地联接至所述传动轴的第一端以及联接至钻头的第二端，其中，所述轴承心轴的所述第一端布置在所述传动轴的所述接纳部内；
其中，所述传动轴壳体的所述中心轴线定向成相对于所述轴承壳体的所述中心轴线成偏斜锐角θ。
32.根据权利要求31所述的井下马达，还包括调节心轴，所述调节心轴具有能够通过螺纹与所述传动轴壳体的所述第二端联接的第一端以及能够通过螺纹与所述轴承壳体的所述第一端联接的第二端。
33.根据权利要求32所述的井下马达，其中，所述传动轴壳体的所述第二端包括带螺纹的连接件，该带螺纹的连接件围绕定向成相对于所述传动轴壳体的所述中心轴线成锐角α的第一偏移轴线同心地布置；
其中，所述调节心轴的所述第一端包括带螺纹的连接件，该带螺纹的连接件围绕定向成相对于所述调节心轴的所述中心轴线成锐角β的第二偏移轴线同心地布置。
34.根据权利要求32所述的井下马达，其中，在所述轴承壳体的所述第一端与所述轴承心轴之间径向地定位有推力轴承和至少一个径向轴承，其中，所述至少一个径向轴承构造成承受径向载荷，并且所述推力轴承构造成承受轴向载荷。
35.根据权利要求32所述的井下马达，还包括围绕所述调节心轴和所述轴承壳体的所述第一端布置的锁定环，其中，所述锁定环构造成将所述调节心轴转动地锁定至所述传动轴壳体。
36.根据权利要求32所述的井下马达，其中，所述轴承心轴完全延伸穿过所述调节心轴进入到所述传动轴壳体中。
37.根据权利要求32所述的井下马达，其中，所述轴承心轴是整体的单件式轴承心轴，并且所述传动轴心轴是整体的单件式传动轴。
38.根据权利要求32所述的井下马达，其中，在所述轴承心轴与所述传动轴之间仅设置有一个万向接头。
39.根据权利要求32所述的井下马达，其中，所述传动轴的所述中心轴线是直线形的，并且所述轴承心轴具有直线形的中心轴线。
40.根据权利要求32所述的井下马达，其中，所述轴承心轴包括多个轴向隔开的端口，并且其中，每个端口均布置成相对于所述轴承心轴的所述中心轴线成锐角。
41.根据权利要求40所述的井下马达，还包括围绕所述轴承心轴的外表面形成的环形空间，所述环形空间具有随着轴向地朝向所述多个端口移位而减小的径向宽度。
42.根据权利要求1所述的井下马达，其中，所述调节心轴的所述中心轴线与所述传动轴壳体的所述中心轴线之间的角度偏移是围绕所述轴承心轴同心地布置的。
43.根据权利要求1所述的井下马达，其中，所述调节心轴的所述第一端包括具有中心轴线的带螺纹的连接件，并且其中，所述传动轴壳体的所述第二端包括具有如下中心轴线的带螺纹的连接件，该中心轴线与所述调节心轴的所述带螺纹的连接件的所述中心轴线同轴地对准并且定向成相对于所述传动轴壳体的所述中心轴线成锐角。
44.根据权利要求16所述的井下马达，其中，每个端口均具有定向成相对于所述轴承心轴的所述中心轴线成45°的中心轴线。
45.根据权利要求17所述的井下马达，其中，所述环形空间包括具有第一径向宽度的第一部分、具有第二径向宽度的第二部分以及具有第三径向宽度的第三部分，其中，所述第一部分从所述轴承心轴的所述第一端轴向地延伸至所述第二部分，其中，所述第三部分从径向的所述第二部分轴向地延伸至所述多个端口，其中，所述第一径向宽度大于所述第二径向宽度和所述第三径向宽度，并且其中，所述第三径向宽度小于所述第二径向宽度。
46.根据权利要求8所述的井下马达，其中，所述轴承壳体的所述第一端与所述调节心轴的所述第二端的螺纹接合限制所述锁定环的轴向移动。
47.根据权利要求29所述的井下马达，其中，每个端口均具有定向成相对于所述轴承心轴的所述中心轴线成45°的中心轴线。
48.根据权利要求18所述的井下马达，其中，所述轴承心轴延伸穿过位于所述调节心轴与所述传动轴壳体之间的弯曲件。
49.根据权利要求18所述的井下马达，其中，所述调节心轴的所述第一端包括具有中心轴线的带螺纹的连接件，并且其中，所述传动轴壳体的所述第二端包括具有如下中心轴线的带螺纹的连接件，该中心轴线与所述调节心轴的所述带螺纹的连接件的所述中心轴线同轴地对准并且定向成相对于所述传动轴壳体的所述中心轴线成锐角。
50.根据权利要求24所述的井下马达，其中，所述轴承壳体的所述第一端与所述调节心轴的所述第二端的螺纹接合限制所述锁定环的轴向移动。
51.根据权利要求18所述的井下马达，其中，所述轴承心轴轴向地延伸到所述传动轴壳体中。
52.根据权利要求30所述的井下马达，其中，所述环形空间包括具有第一径向宽度的第一部分、具有第二径向宽度的第二部分以及具有第三径向宽度的第三部分，其中，所述第一部分从所述轴承心轴的所述第一端轴向地延伸至所述第二部分，其中，所述第三部分从径向的所述第二部分轴向地延伸至所述多个端口，其中，所述第一径向宽度大于所述第二径向宽度和所述第三径向宽度，并且其中，所述第三径向宽度小于所述第二径向宽度。
53.根据权利要求32所述的井下马达，其中，所述调节心轴的所述第一端包括具有中心轴线的带螺纹的连接件，并且其中，所述传动轴壳体的所述第二端包括带螺纹的连接件，该带螺纹的连接件与所述调节心轴的所述带螺纹的连接件的所述中心轴线同轴地对准并且定向成相对于所述传动轴壳体的所述中心轴线成锐角。
54.根据权利要求35所述的井下马达，其中，所述轴承壳体的所述第一端与所述调节心轴的所述第二端之间的螺纹接合限制所述锁定环的轴向移动。
55.根据权利要求32所述的井下马达，其中，所述轴承心轴延伸穿过位于所述调节心轴与所述传动轴壳体之间的弯曲件。
56.根据权利要求40所述的井下马达，其中，每个端口均具有定向成相对于所述轴承心轴的所述中心轴线成45°的中心轴线。
57.根据权利要求41所述的井下马达，其中，所述环形空间包括具有第一径向宽度的第一部分、具有第二径向宽度的第二部分以及具有第三径向宽度的第三部分，其中，所述第一部分从所述轴承心轴的所述第一端轴向地延伸至所述第二部分，其中，所述第三部分从径向的所述第二部分轴向地延伸至所述多个端口，其中，所述第一径向宽度大于所述第二径向宽度和所述第三径向宽度，并且其中，所述第三径向宽度小于所述第二径向宽度。

Claims (41)

1.一种用于定向钻探的井下马达，所述井下马达包括：
传动轴组件，所述传动轴组件包括传动轴壳体和以可旋转的方式布置在所述传动轴壳体内的传动轴；
其中，所述传动轴壳体具有中心轴线、第一端以及与该第一端相反的第二端；
其中，所述传动轴具有中心轴线、第一端以及与该第一端相反的第二端；
轴承组件，所述轴承组件包括轴承壳体和以可旋转的方式布置在所述轴承壳体内的轴承心轴；
其中，所述轴承壳体具有中心轴线、包括有连接件的第一端、以及与该第一端相反的第二端；
其中，所述轴承心轴具有与所述轴承壳体的所述中心轴线同轴地对准的中心轴线、借助万向接头与所述传动轴的所述第二端直接连接的第一端、以及联接至钻头的第二端；
调节心轴，所述调节心轴构造成调节所述轴承壳体的所述中心轴线与所述传动轴壳体的所述中心轴线之间的偏斜锐角θ；
其中，所述调节心轴具有与所述轴承壳体的所述中心轴线同轴地对准的中心轴线、第一端以及与该第一端相反的第二端；
其中，所述调节心轴的所述第一端联接至所述传动轴壳体的所述第二端，并且所述调节心轴的所述第二端联接至所述轴承壳体的所述第一端。
2.根据权利要求1所述的井下马达，其中，所述轴承壳体的所述第一端的所述连接件包括带螺纹的连接件，并且其中，所述调节心轴的所述第一端能够通过螺纹联接至所述传动轴壳体的所述第二端，并且所述调节心轴的所述第二端能够通过螺纹联接至所述轴承壳体的所述第一端。
3.根据权利要求2所述的井下马达，其中，所述传动轴壳体的所述第二端包括带螺纹的连接件，该带螺纹的连接件围绕定向成相对于所述传动轴壳体的所述中心轴线成锐角α的第一偏移轴线同心地布置；
其中，所述调节心轴的所述第一端包括带螺纹的连接件，该带螺纹的连接件围绕定向成相对于所述调节心轴的所述中心轴线成锐角β的第二偏移轴线同心地布置。
4.根据权利要求3所述的井下马达，其中，所述传动轴的所述第二端包括接纳部，并且其中，所述心轴的所述第一端和所述万向接头布置在所述接纳部中。
5.根据权利要求3所述的井下马达，其中，在所述轴承壳体的所述第一端与所述轴承心轴之间径向地定位有推力轴承和至少一个径向轴承，其中，所述至少一个径向轴承构造成承受径向载荷，并且所述推力轴承构造成承受轴向载荷。
6.根据权利要求3所述的井下马达，其中，所述传动轴壳体的所述第二端包括带内螺纹的连接件，所述调节心轴的所述第一端包括带外螺纹的连接件，所述调节心轴的所述第二端包括带内螺纹的连接件，所述轴承壳体的所述第一端包括带外螺纹的连接件。
7.根据权利要求2所述的井下马达，还包括围绕所述调节心轴和所述轴承壳体的所述第一端布置的锁定环，其中，所述锁定环构造成将所述调节心轴转动地锁定至所述传动轴壳体。
8.根据权利要求7所述的井下马达，其中，所述锁定环构造成相对于所述调节心轴轴向地移动，并且所述锁定环被阻止相对于所述调节心轴转动地移动。
9.根据权利要求8所述的井下马达，其中，所述锁定环具有内表面，所述内表面包括多个周向隔开的凹部；
其中，所述调节心轴具有外表面，所述外表面包括多个周向隔开的凹部，其中，所述调节心轴的一个凹部与所述锁定环的一个凹部在周向上对准；并且
其中，在每组对准的凹部中均设置有花键。
10.根据权利要求8所述的井下马达，其中，所述锁定环具有包括多个周向隔开的齿的第一端，所述多个周向隔开的齿与所述传动轴壳体的所述第二端上的多个相配合的周向隔开的齿以可释放的方式接合和互锁。
11.根据权利要求2所述的井下马达，其中，所述轴承心轴轴向地延伸到所述传动轴壳体中。
12.根据权利要求2所述的井下马达，其中，所述轴承心轴完全延伸穿过所述调节心轴。
13.根据权利要求2所述的井下马达，其中，所述轴承心轴是整体的单件式轴承心轴，并且所述传动轴心轴是整体的单件式传动轴心轴。
14.根据权利要求2所述的井下马达，其中，在所述轴承心轴与所述传动轴之间仅设置有一个万向接头。
15.根据权利要求2所述的井下马达，其中，所述传动轴的所述中心轴线是直线形的，并且所述轴承心轴具有直线形的中心轴线。
16.根据权利要求2所述的井下马达，其中，所述轴承心轴包括多个轴向隔开的端口，并且其中，每个端口均布置成相对于所述轴承心轴的中心轴线成锐角。
17.根据权利要求16所述的井下马达，还包括围绕所述轴承心轴的外表面形成的环形空间，所述环形空间具有随着轴向地朝向所述多个端口移位而减小的径向宽度。
18.一种用于定向钻探的井下马达，所述井下马达包括：
传动轴组件，所述传动轴组件包括传动轴壳体和以可旋转的方式布置在所述传动轴壳体内的传动轴；
其中，所述传动轴壳体具有中心轴线、第一端以及与该第一端相反的第二端；
其中，所述传动轴具有中心轴线、第一端以及与该第一端相反的第二端；
轴承组件，所述轴承组件包括轴承壳体和同轴地布置在所述轴承壳体内的轴承心轴；
其中，所述轴承壳体具有中心轴线、第一端以及该第一端相反的第二端；
其中，所述轴承心轴具有与所述传动轴的所述第二端枢转地联接的第一端以及联接至钻头的第二端，其中，所述轴承心轴的所述第一端从所述轴承壳体延伸到所述传动轴壳体中；
调节心轴，所述调节心轴具有与所述传动轴壳体的所述第二端联接的第一端以及与所述轴承壳体的所述第一端联接的第二端，其中，所述调节心轴相对于所述传动轴壳体的转动构造成调节所述传动轴壳体的所述中心轴线与所述轴承壳体的所述中心轴线之间的偏斜锐角θ。
19.根据权利要求18所述的井下马达，其中，所述调节心轴的所述第一端能够通过螺纹联接至所述传动轴壳体的所述第二端，并且所述调节心轴的所述第二端能够通过螺纹联接至所述轴承壳体的所述第一端。
20.根据权利要求19所述的井下马达，其中，所述传动轴壳体的所述第二端包括带螺纹的连接件，该带螺纹的连接件围绕定向成相对于所述传动轴壳体的所述中心轴线成锐角α的第一偏移轴线同心地布置；
其中，所述调节心轴的所述第一端包括带螺纹的连接件，该带螺纹的连接件围绕定向成相对于所述调节心轴的所述中心轴线成锐角β的第二偏移轴线同心地布置。
21.根据权利要求20所述的井下马达，其中，所述传动轴的所述第二端包括接纳部，并且其中，所述心轴的所述第一端和万向接头布置在所述接纳部中。
22.根据权利要求20所述的井下马达，其中，在所述轴承壳体的所述第一端与所述轴承心轴之间径向地定位有推力轴承和至少一个径向轴承，其中，所述至少一个径向轴承构造成承受径向载荷，并且所述推力轴承构造成承受轴向载荷。
23.根据权利要求20所述的井下马达，其中，所述传动轴壳体的所述第二端包括带内螺纹的连接件，所述调节心轴的所述第一端包括带外螺纹的连接件，所述调节心轴的所述第二端包括带内螺纹的连接件，并且所述轴承壳体的所述第一端包括带外螺纹的连接件。
24.根据权利要求19所述的井下马达，还包括围绕所述调节心轴和所述轴承壳体的所述第一端布置的锁定环，其中，所述锁定环构造成将所述调节心轴转动地锁定至所述传动轴壳体。
25.根据权利要求19所述的井下马达，其中，所述轴承心轴完全延伸穿过所述调节心轴。
26.根据权利要求19所述的井下马达，其中，所述轴承心轴是整体的单件式轴承心轴，并且所述传动轴心轴是整体的单件式传动轴心轴。
27.根据权利要求19所述的井下马达，其中，在所述轴承心轴与所述传动轴之间仅设置有一个万向接头。
28.根据权利要求19所述的井下马达，其中，所述传动轴的所述中心轴线是直线形的，并且所述轴承心轴具有直线形的中心轴线。
29.根据权利要求19所述的井下马达，其中，所述轴承心轴包括多个轴向隔开的端口，并且其中，每个端口均布置成相对于所述轴承心轴的所述中心轴线成锐角。
30.根据权利要求29所述的井下马达，还包括围绕所述轴承心轴的外表面形成的环形空间，所述环形空间具有随着轴向地朝向所述多个端口移位而减小的径向宽度。
31.一种用于定向钻探的井下马达，所述井下马达包括：
传动轴组件，所述传动轴组件包括传动轴壳体和以可旋转的方式布置在所述传动轴壳体内的传动轴；
其中，所述传动轴壳体具有中心轴线、第一端以及与该第一端相反的第二端；
其中，所述传动轴具有中心轴线、第一端、与该第一端相反的第二端、以及从所述传动轴的所述第二端轴向地延伸出的接纳部；
轴承组件，所述轴承组件包括轴承壳体和以可旋转的方式布置在所述轴承壳体内的轴承心轴；
其中，所述轴承壳体具有中心轴线、第一端以及与该第一端相反的第二端；
其中，所述轴承心轴具有枢转地联接至所述传动轴的第一端以及联接至钻头的第二端，其中，所述轴承心轴的所述第一端布置在所述传动轴的所述接纳部内；
其中，所述传动轴壳体的所述中心轴线定向成相对于所述轴承壳体的所述中心轴线成偏斜锐角θ。
32.根据权利要求31所述的井下马达，还包括调节心轴，所述调节心轴具有能够通过螺纹与所述传动轴壳体的所述第二端联接的第一端以及能够通过螺纹与所述轴承壳体的所述第一端联接的第二端。
33.根据权利要求32所述的井下马达，其中，所述传动轴壳体的所述第二端包括带螺纹的连接件，该带螺纹的连接件围绕定向成相对于所述传动轴壳体的所述中心轴线成锐角α的第一偏移轴线同心地布置；
其中，所述调节心轴的所述第一端包括带螺纹的连接件，该带螺纹的连接件围绕定向成相对于所述调节心轴的所述中心轴线成锐角β的第二偏移轴线同心地布置。
34.根据权利要求32所述的井下马达，其中，在所述轴承壳体的所述第一端与所述轴承心轴之间径向地定位有推力轴承和至少一个径向轴承，其中，所述至少一个径向轴承构造成承受径向载荷，并且所述推力轴承构造成承受轴向载荷。
35.根据权利要求32所述的井下马达，还包括围绕所述调节心轴和所述轴承壳体的所述第一端布置的锁定环，其中，所述锁定环构造成将所述调节心轴转动地锁定至所述传动轴壳体。
36.根据权利要求32所述的井下马达，其中，所述轴承心轴完全延伸穿过所述调节心轴进入到所述传动轴壳体中。
37.根据权利要求32所述的井下马达，其中，所述轴承心轴是整体的单件式轴承心轴，并且所述传动轴心轴是整体的单件式传动轴。
38.根据权利要求32所述的井下马达，其中，在所述轴承心轴与所述传动轴之间仅设置有一个万向接头。
39.根据权利要求32所述的井下马达，其中，所述传动轴的所述中心轴线是直线形的，并且所述轴承心轴具有直线形的中心轴线。
40.根据权利要求32所述的井下马达，其中，所述轴承心轴包括多个轴向隔开的端口，并且其中，每个端口均布置成相对于所述轴承心轴的所述中心轴线成锐角。
41.根据权利要求40所述的井下马达，还包括围绕所述轴承心轴的外表面形成的环形空间，所述环形空间具有随着轴向地朝向所述多个端口移位而减小的径向宽度。
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