CN106014199A - 一种分段式等壁厚螺杆钻具定子 - Google Patents

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陈继刚
杨建生
鲁会
刘冬冬
李朋飞
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    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B4/00—Drives for drilling, used in the borehole
    • E21B4/02—Fluid rotary type drives
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03C—POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINES DRIVEN BY LIQUIDS
    • F03C2/00—Rotary-piston engines
    • F03C2/08—Rotary-piston engines of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing

Abstract

一种分段式等壁厚螺杆钻具定子，其定子段的内部设有内螺旋曲面，在定子段的两端，螺旋曲面向心的凸起部分均加工有轴向槽孔即定位孔，与每个定位孔对应的定子段外周面上加工有卯键槽，该卯键槽是由中心线为同一母线的圆形槽和直槽组成即直槽的一端与圆形槽相连，直槽的另一端位于定子段的端面上。所述相邻的两个定子段对接通过设在两定位孔内的销钉进行定位，对接后的卯键槽形成双圆头卯键槽，在该双圆头卯键槽内设有双圆头卯键，若干个定子段连接组成整个定子，在连接之后的定子段组内部螺旋曲面上硫化有一层厚度相等的橡胶层。本发明在使用拉削方法加工时，刀具磨损小、加工精度高，可以直接增加定子段来增大马达的级数。

Description

一种分段式等壁厚螺杆钻具定子
技术领域
本发明涉及一种石油、天然气钻井用的螺杆钻具马达定子。
背景技术
螺杆钻具是一种以钻井液为动力的井下动力钻具，是石油、天然气钻井工程中常用的井下动力钻具，在定向井、大斜度井、水平井、多分支井和大位移井等复杂井眼施工中发挥重要作用。螺杆钻具主要由旁通阀总成、马达总成、万向轴总成和传动轴总成等部件组成，其中马达总成是为螺杆钻具提供动力的核心部件，也是容易发生失效的部件，马达总成由转子和定子两个基本部件组成，常规的定子由定子壳体和橡胶衬套组成，定子壳体为光滑圆筒，橡胶硫化在圆筒内壁上，形成定子内螺旋曲面，但是由于橡胶受力不均匀，导致橡胶很容易磨损，且产生的热量不容易散失，橡胶容易疲劳变形，使得马达失效发生泄漏，缩短马达总成的使用寿命，随后为了解决定子橡胶受力不均匀、容易磨损的问题，等壁厚螺杆钻具研制成功，在定子壳体的内部预先加工出内螺旋曲面，然后在内螺旋曲面上硫化一层厚度相等的橡胶层，使得橡胶层的厚度一致，受力均匀，更加的耐磨，也增加了马达总成的寿命。但是由于定子壳体较长，其内螺旋曲面的加工极为困难，使得内螺旋曲面的加工精度低，加工成本高，在使用拉刀拉削加工时，由于定子壳较长，需要极大的拉削力，加大了刀具的磨损，增加了定子壳体的加工成本，同时也降低了加工精度。为解决上述问题，专利号为ZL201120377132.8《一种组合型全金属螺杆定子》公开了一种组合型螺杆定子，定子壳体的内壁上加工有键槽，全金属定子短节的外表面加工有长键，在组合过程中定子壳体的键槽和定子短节的长键及定子短节的内表面都要求具有较高的加工精度，这无疑增加了制造成本，且为了满足强度要求，定子壳体的厚度较厚，增加了定子的直径和整体重量，不利于钻具的钻进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在拉削方法加工时刀具磨损小、加工精度高的分段式等壁厚螺杆钻具定子。本发明主要是将定子分段加工后，再进行组合，形成完整的定子壳体。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该等壁厚螺杆钻具定子主要包括：若干定子段、双圆头卯键和销钉。其中，定子段的内部设有通过拉刀拉削方法加工出的内螺旋曲面，定子段的长度为内螺旋曲面的一个导程，即定子段长度L＝内螺旋曲面导程A。在定子段的两端，螺旋曲面向心的凸起部分均加工有轴向槽孔即定位孔，与每个定位孔对应的定子段外周面上加工有卯键槽，该卯键槽是由中心线为同一母线的圆形槽和直槽组成即直槽的一端与圆形槽相连，直槽的另一端位于定子段的端面上，直槽的顶尺寸B与直槽的底尺寸C符合下面数学式：－0.05mm≤B－C≤－0.1mm，这个尺寸差可以将双圆头卯键牢牢地固定在圆头卯键槽内，防止双圆头卯键松动掉落。所述相邻的两个定子段对接通过设在两定位孔内的销钉进行定位，同时又防止定子段发生相对转动。对接后的卯键槽形成双圆头卯键槽，在该双圆头卯键槽内设有双圆头卯键，若干个定子段连接组成整个定子。最好，双圆头卯键的外表面为弧面，且弧面的曲率与定子段的曲率相等，使得连接后的定子外表面光滑。在连接之后的定子段组内部螺旋曲面上硫化有一层厚度相等的橡胶层。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、由于定子段的长度较短，采用拉削的方法时，刀具磨损小、加工精度高，很容易通过拉削获得高精度的内螺旋曲面，解决了现有等壁厚螺杆钻具定子拉削过程中刀具磨损严重、加工精度低的问题，
2、定子段的长度为内螺旋曲面的一个导程，可以直接增加定子段的段数来增大马达的级数，制造超长螺杆钻具，
3、由于橡胶层的厚度相等，使得橡胶的各部分变形一致，磨损均匀，更有利于热量的散失，使得螺杆钻具马达寿命增加。
附图说明
图1为本发明的主视剖面示意图；
图2为本发明的定子段端面示意图；
图3为本发明的双圆头卯键主视示意图；
图4为图3的A-A剖面图；
图5为本发明定子的主视示意图。
图中：1、定子段，2、橡胶层，3、双圆头卯键，4、销钉，5、卯键槽，6、定位孔，7、圆形槽，8、直槽，9、内螺旋曲面。
具体实施方式
在图1所示的分段式等壁厚螺杆钻具定子的剖面示意图中，定子段1的内部设有通过拉刀拉削方法加工出的内螺旋曲面9，定子段的长度为内螺旋曲面的一个导程，即定子段长度L＝内螺旋曲面导程A。在定子段的两端，如图2所示，螺旋曲面向心的凸起部分均加工有轴向槽孔即定位孔6，与每个定位孔对应的定子段外周面上加工有卯键槽5，该卯键槽是由中心线为同一母线的圆形槽7和直槽8组成即直槽的一端与圆形槽相连，直槽的另一端位于定子段的端面上，直槽的顶尺寸B与直槽的底尺寸C符合下面数学式：－0.05mm≤B－C≤－0.1mm。所述相邻的两个定子段对接通过设在两定位孔内的销钉4进行定位。对接后的卯键槽形成双圆头卯键槽，在该双圆头卯键槽内设有双圆头卯键3，如图3所示，若干个定子段连接组成整个定子，如图5所示。双圆头卯键的外表面为弧面，且弧面的曲率与定子段的曲率相等，如图4所示。在连接之后的定子段组内部螺旋曲面上硫化有一层厚度相等的橡胶层2。

Claims (4)

1.一种分段式等壁厚螺杆钻具定子，其特征在于：其包括若干定子段、双圆头卯键和销钉，定子段的内部设有通过拉刀拉削方法加工出的内螺旋曲面，在定子段的两端，螺旋曲面向心的凸起部分均加工有轴向槽孔即定位孔，与每个定位孔对应的定子段外周面上加工有卯键槽，该卯键槽是由中心线为同一母线的圆形槽和直槽组成即直槽的一端与圆形槽相连，直槽的另一端位于定子段的端面上，所述相邻的两个定子段对接通过设在两定位孔内的销钉进行定位，对接后的卯键槽形成双圆头卯键槽，在该双圆头卯键槽内设有双圆头卯键，若干个定子段连接组成整个定子，在连接之后的定子段组内部螺旋曲面上硫化有一层厚度相等的橡胶层。
2.根据权利要求1所述的分段式等壁厚螺杆钻具定子，其特征在于：直槽的顶尺寸B与直槽的底尺寸C符合下面数学式：－0.05mm≤B－C≤－0.1mm。
3.根据权利要求1或2所述的分段式等壁厚螺杆钻具定子，其特征在于：定子段的长度为内螺旋曲面的一个导程，即定子段长度L＝内螺旋曲面导程A。
4.根据权利要求1所述的分段式等壁厚螺杆钻具定子，其特征在于：双圆头卯键的外表面为弧面，且弧面的曲率与定子段的曲率相等。
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