CN107109908B - 电机轴传动干扰装置 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于电机轴传动组合件的干扰装置。所述干扰装置可包括开口环壳体和保持装置。所述干扰装置可安装至所述电机轴传动组合件的中间套筒。所述干扰装置被构造为在由于动态负载引起的所述电机传动装置故障的情况下防止某些电机轴传动组合件组件的损失。

Description

电机轴传动干扰装置

技术领域

本公开大体涉及一种用于电机轴传动装置的组合件，且更具体地(虽然不一定是排他性的)涉及用于井下钻井电机组合件的驱动轴锁。

背景技术

钻井电机利用转换为机械能量的流体能量来向钻柱或钻头提供轴旋转。因为钻井电机是钻井工具的高负载部分，所以在电机传动故障期间容易发生严重损坏。电机传动装置的故障可导致电机传动组合件的严重损坏，包括组件与传动组合件分离。在这种分离发生的情况下，这些组件可能会在井下丢失。掉落井下的丢失组件可阻止钻井时的进一步行进且可造成重大延误。

通常称为“打捞”的过程有时用于取回丢失组件，但是该过程昂贵且耗时，并且在某些情况下可能无效。在某些情况下，井下组件的损失可导致钻井项目的放弃。

附图说明

图1是描绘根据本公开的一方面的包括具有处于井下电机组合件的下端中的干扰装置的电机轴传动组合件的钻井系统的横截面示意图。

图2是根据本公开的一方面的电机轴传动组合件的横截面视图。

图3是根据本公开的一方面的电机轴传动组合件的一部分的横截面视图。

图4是根据本公开的一方面的井下电机组合件的透视图。

图5是描述根据本公开的一方面的用于将干扰装置安装在电机轴传动组合件中的过程的流程图。

具体实施方式

本公开的某些方面和实例涉及具有干扰装置的井下电机组合件。干扰装置可包括容纳在中间套筒的槽中并通过保持装置耦接至中间套筒的开口环壳体。开口环壳体与轴承箱和电机轴分离并独立于它们。间隔套筒可以位于干扰装置和轴承箱之间。

干扰装置的开口环壳体可以是U形壳体，并且可在连接在一起时形成环形。开口环壳体的一部分可从中间套筒径向延伸。如果发生断裂，开口环壳体可卡在固定套筒上并防止组件在井下损失。

如本公开中使用的术语“内”、“外”、“内部的”、“外部的”和“之间”可指朝向或远离电机轴传动组合件的中心的径向定向。如本公开中使用的术语“井口”和“井下”可指朝向或远离表面的轴向定向。

本公开的各个方面可在各种钻井系统中实现。图1示出这种钻井系统10的实例。钻机(未示出)的钻柱11可包括可在诸如井眼13的钻孔中的表面12下方延伸的分段管。钻柱11可传输钻井液和操作钻头14所需的扭矩。此外，钻柱11的重量可在钻头14上提供轴向力。

钻柱11可至少包括钻杆15和井底钻具组合件16。井底钻具组合件16可由诸如井下电机组合件17和钻头14的各种组件组成。

虽然本文公开的组合件的放置可在不脱离本主题的范围的情况下改变，但是本公开的组合件可包括在井下电机组合件17的下端中和钻头14附近。例如，图1中描绘的电机轴传动组合件18表示根据一方面的放置。组合件尽可能靠近钻头14放置可减少从定向钻井引起的力矩臂负载。减少力矩臂负载可导致电机组合件和钻井设备的轴承的长寿命，并可减少电机故障的可能性。

在钻井系统的操作期间，可通过钻头14的作用和钻柱11的振动将动态负载放置在钻机上。在某些情况下，动态负载可引起钻井电机故障，以及电机轴传动组合件18的组件分离。电机轴传动组合件18可包括用以防止组件损失的干扰装置。

图2示出根据一方面的具有干扰装置的电机轴传动组合件18的横截面视图。干扰装置可被设计为在分离的情况下防止电机轴传动组合件18的组件掉落或丢失。在这方面，电机轴传动组合件18包括电机轴21和支撑电机轴21的轴承箱22，并且耦接至井下钻杆15。电机轴传动组合件18还包括间隔套筒23、中间套筒24、固定套筒25、轴向推力轴承26和干扰装置。干扰装置包括开口环壳体27和带28。

在图2中，干扰装置[27、28]安装至电机轴21的扩大部分的井口处的中间套筒24，其中中间套筒24耦接至电机轴21。干扰装置[27、28]径向定位在中间套筒24和轴承箱22之间，并且由间隔套筒23与轴承箱22分离。干扰装置[27、28]独立于轴承箱22。干扰装置[27、28]轴向定位在轴向推力轴承26(在井口侧)和固定套筒25(在井下侧)之间。

在图2中，开口环壳体27包括两个弯曲组件，每个弯曲组件都被构造为半圆形或“U”形，使得当连接在一起时，开口环壳体27形成环形。虽然示出两个组件，但是根据各种示例的开口环壳体27可包括两个以上的壳体。在一些方面，开口环壳体27的横截面可具有带有两个垂直支腿或边缘的“L”形。中间套筒24可形成有槽，槽的尺寸被设计为容纳开口环壳体27的一个支腿。当第一支腿容纳在中间套筒24的槽中时，开口环壳体27的第二支腿可邻接(例如，平压抵靠)中间套筒24的外表面，如图2所示。

开口环壳体27可通过带28安装至中间套筒24。当安装至中间套筒24时，开口环壳体27可围绕中间套筒连接在一起，使得开口环壳体27形成环绕中间套筒24的环形。开口环壳体27的外径可大于中间套筒24在开口环壳体27的安装点附近的外径，使得当开口环壳体27安装在中间套筒24的槽中时，开口环壳体27的外径径向延伸超过中间套筒24的外径和固定套筒25的内径。

干扰装置的带28可耦接至开口环壳体27的外表面(沿其外径)。开口环壳体27可包括外表面上的凹口。该凹口的尺寸可被设计为容纳带28。带28的内径的尺寸可被设计为将开口环壳体27固定至中间套筒24。在一些示例中，带28的外径可等于开口环壳体27的外径，使得当带28由开口环壳体27中的凹口容纳时，带28的外表面与开口环壳体27的外表面形成连续表面。在其它示例中，带28可延伸超过开口环壳体27的直径。开口环壳体27可包括钢或类似材料，或以其它方式可以是刚性的。带28可以是刚性的或柔性的，并且可由足够坚固的材料制成，以将开口环壳体27牢固地安装至中间套筒24。带28可通过滑动、卡扣、推动或以其它方式将带插入开口环壳体27中的凹口中而耦接至开口环壳体27，或者它可被焊接、紧固或以其它方式连接在开口环壳体中的凹口周围。

电机轴传动组合件18的中间套筒24可定位在电机轴21和干扰装置之间，并且可耦接至电机轴21的扩大部分，如图2所示。中间套筒24可以是旋转轴承，并且可不固定至轴承箱22。在一些方面，电机轴传动组合件18还可包括定位在中间套筒24和轴承箱22之间的固定套筒25。固定套筒25可耦接至轴承箱22，并且可被构造为在径向方向上支撑电机轴21。

在一些方面，电机轴传动组合件还可包括间隔套筒23和轴向推力轴承26。轴向推力轴承26可在轴向方向上包含电机轴21。间隔套筒23可将轴向预负载放置在轴向推力轴承26上。如图2所示，间隔套筒23可定位在干扰装置和轴承箱22之间。轴向推力轴承26可定位在电机轴21和轴承箱22之间。

在电机轴传动组合件18的干扰装置的钻井电机发生故障之后，干扰装置可防止电机轴传动组合件18的某些组件在分离的情况下掉落或丢失。例如，当发生分离时，开口环壳体27的外表面可与固定套筒25的井口轴向端产生干扰，从而防止干扰装置在井下方向上移动超过固定套筒25的井口轴向端。当开口环壳体27接触固定套筒25时，可能会具有放置在开口环壳体27上的力矩。开口环壳体27的横截面的L形可支撑力矩加载并且可帮助防止开口环壳体从中间套筒24滚出。因为开口环壳体27可安装至中间套筒24，所以开口环壳体27与固定套筒25的干扰可防止中间套筒24在井下掉落。类似地，因为中间套筒24耦接至电机轴21，所以可防止电机轴21和耦接至其上的任何其它组件(例如，钻头14)在井下掉落。

除了带之外，各种类型的保持装置可用于固定开口环壳体。图3和图4示出具有带有不同保持装置的根据另一方面的干扰装置的电机轴传动组合件18。图3描绘具有干扰装置的电机轴传动组合件18的放大(相对于图2)横截面图，该干扰装置包括安装在电机轴传动组合件18中的开口环壳体27、圆柱形壳体31和环32。图4示出具有干扰装置的分解的部分拆解视图的电机轴传动组合件18的透视图，该干扰装置包括开口环壳体27、圆柱形壳体31和环32。

开口环壳体27的外表面可具有外径不同的两个部分(或端部)。开口环壳体27的外表面的井下端的外径可大于开口环壳体27的井口端的外径。开口环壳体27可通过耦接至开口环壳体27的井口端的外表面的圆柱形壳体31安装至中间套筒24。圆柱形壳体31可通过滑动、推动或以其它方式将圆柱形壳体31放置在井口端的外表面上而耦接至开口环壳体27，使得其接触开口环壳体27的井下端的轴向边缘。圆柱形壳体31的尺寸可被设计为使得其将开口环壳体27固定至中间套筒24。环32可耦接至开口环壳体27，使得其防止圆柱形壳体31从开口环壳体27脱落。环32可通过滑动、卡扣、推动或以其它方式将环32放置到中间套筒并接触圆柱形壳体31的轴向边缘而耦接至开口环壳体27。在一些方面，开口环壳体27可包括用于容纳环32的凹口。在这些方面，环32可具有外径，使得当环32容纳在开口环壳体27的凹口中时，环32的外表面径向延伸超过开口环壳体27的井口端的外表面。

圆柱形壳体31可由钢或类似材料制成，或者以其它方式可以是刚性的。环32可以是刚性的或柔性的，并且可由足够坚固的材料制成，以将圆柱形壳体31固定至开口环壳体。

图5示出将干扰装置安装在电机轴传动组合件中的过程。参考图3和图4来描述图5所示的过程，但该过程也可应用于其它实例。在框51中，可供开口环壳体27和保持装置。开口环壳体27可包括当连接在一起时形成环形的两个或更多个组件(例如，上文图4中所示的开口环壳体27)。开口环壳体27可由与电机轴传动组合件18的其它组件相同的材料(例如钢)制成，并且可以是刚性的且足够坚固以在分离后与固定套筒25接触的情况下承受开口环壳体27上的任何负载。在一些方面，保持装置可以是带。带可以是保持环、螺旋环、带条、夹具或其它紧固件，并且可以是柔性的或刚性的。带28可由足够坚固的材料制成，以防止在钻井系统10的操作期间且在电机轴传动组合件18的组件分离之后开口环壳体从中间套筒24卸落。

在其它方面，保持装置可包括圆柱形壳体31和环32。圆柱形壳体31可由与电机轴传动组合件18的其它组件相同的材料(例如钢)制成，并且可以是刚性的且足够坚固以防止在钻井系统10的操作期间且在电机轴传动组合件18的组件分离之后开口环壳体27从中间套筒24卸落。环32可以是保持环、螺旋环、带条、夹具或本领域已知的其它紧固件，并且可以是柔性的或刚性的。环32可由足够坚固的材料制成，以防止在钻井系统10的操作期间且在电机轴传动组合件18的组件分离之后，圆柱形壳体从开口环壳体脱落。

在框52中，开口环壳体27可安装至电机轴传动组合件18的中间套筒24。在一些方面，开口环壳体27可通过将开口环壳体的一个支腿插入形成于中间套筒24中的槽(其尺寸被设计为容纳开口环壳体27的该支腿)中而安装至中间套筒24。开口环壳体27可围绕中间套筒24连接在一起，使得开口环壳体27形成环绕中间套筒24的环形。

在框53中，保持装置耦接至开口环壳体。在一些方面，开口环壳体27可包括开口环壳体的外表面上的凹口(其尺寸被设计为容纳带28)。带28可滑动、卡扣、推动或以其它方式插入开口环壳体27的凹口中，以防止开口环壳体27从中间套筒24卸落。在其它方面，开口环壳体27可包括具有不同外径的两端的外表面。开口环壳体27的井下端的外径可大于开口环壳体27的井口端的外径。圆柱形壳体31可滑动至开口环壳体27的井口端，直到圆柱形壳体31到达开口环壳体27的井下端的轴向边缘或与其接触。环可滑动至开口环壳体27的井口端，使得环32防止圆柱形壳体31从开口环壳体27的井口端滑出。在一些方面，开口环壳体27的井口端的外表面可包括尺寸被设计为容纳环32的凹口。环32可具有外径，使得当环32容纳在开口环壳体27的凹口中时，环32的外表面径向延伸超过开口环壳体27的井口端的外表面。

仅为了说明和描述的目的，提供包括所示示例的多个示例的前述描述，并且不旨在穷举或将主题限于所公开的精确形式。在不脱离本公开的范围的情况下，许多修改、改编、使用和其安装对于本领域技术人员是显而易见的。给出上述说明性示例以向读者介绍本文讨论的大体主题，且不旨在限制所公开概念的范围。

Claims (14)

1.一种用于电机轴传动组合件的干扰装置，所述电机轴传动组合件至少包括电机轴、轴承箱、中间套筒、和固定套筒，所述干扰装置包括：

开口环壳体，其成形为至少部分地容纳在所述中间套筒的槽中，所述中间套筒耦接至所述电机轴的扩大部分，所述开口环壳体的至少部分从所述中间套筒的外径径向延伸；和

保持装置，其用于将所述开口环壳体耦接至所述中间套筒，

其中所述固定套筒位于所述中间套筒和所述轴承箱之间且在径向方向上支撑所述电机轴，

其中所述开口环壳体包括第一端和第二端，所述第二端的外径大于所述第一端的外径，

其中所述保持装置包括圆柱形壳体和环，所述圆柱形壳体耦接至所述开口环壳体的所述第一端，且所述环耦接至所述开口环壳体的所述第一端并定位为防止所述圆柱形壳体脱离所述开口环壳体。

2.根据权利要求1所述的干扰装置，其中从所述中间套筒的外径径向延伸的所述开口环壳体的所述至少部分防止在由于在所述电机轴传动组合件的操作期间产生的动态负载引起的电机轴传动组合件组件的分离之后，井下的所述电机轴传动组合件组件的损失。

3.根据权利要求1所述的干扰装置，其中所述开口环壳体的外径大于所述固定套筒的内径，且

其中所述开口环壳体独立于所述轴承箱。

4.根据权利要求1所述的干扰装置，其中所述干扰装置位于所述中间套筒和所述轴承箱之间。

5.根据权利要求1所述的干扰装置，其中所述开口环壳体的所述第一端包括尺寸设计为容纳所述环的凹口，

其中所述环进一步定位在所述凹口中。

6.根据权利要求1所述的干扰装置，其中所述开口环壳体的横截面形状是具有第一支腿和第二支腿的L形状，所述第一支腿成形为容纳在所述中间套筒的所述槽中，且所述第二支腿成形为耦接至所述中间套筒的外壁。

7.根据权利要求1所述的干扰装置，其中所述干扰装置定位在所述中间套筒和间隔套筒之间，所述间隔套筒定位在所述中间套筒和轴承箱之间。

8.一种电机轴传动组合件，包括：

电机轴；

轴承箱，支撑所述电机轴；

中间套筒，其耦接至所述电机轴并定位在所述电机轴和所述轴承箱之间，所述中间套筒具有槽；

固定套筒，位于所述中间套筒和所述轴承箱之间且在径向方向上支撑所述电机轴；和

开口环壳体，其处于所述轴承箱内部且独立于所述轴承箱，并且容纳在所述槽中，所述开口环壳体通过保持装置耦接至所述中间套筒，所述开口环壳体的至少部分从所述中间套筒的外径径向延伸，

其中所述开口环壳体包括第一端和第二端，所述第二端的外径大于所述第一端的外径，

其中所述保持装置包括圆柱形壳体和环，所述圆柱形壳体耦接至所述开口环壳体的所述第一端，且所述环耦接至所述开口环壳体的所述第一端并定位为防止所述圆柱形壳体脱离所述开口环壳体。

9.根据权利要求8所述的电机轴传动组合件，其中从所述中间套筒的外径径向延伸的所述开口环壳体的所述至少部分防止在由于所述电机轴传动组合件的操作期间产生的动态负载引起的电机轴传动组合件组件的分离之后，井下的所述电机轴传动组合件组件的损失。

10.根据权利要求8所述的电机轴传动组合件，其中所述固定套筒耦接至所述轴承箱。

11.根据权利要求8所述的电机轴传动组合件，其还包括轴向推力轴承，所述轴向推力轴承定位在所述电机轴和所述轴承箱之间。

12.根据权利要求8所述的电机轴传动组合件，其还包括间隔套筒，所述间隔套筒定位在所述中间套筒和所述轴承箱之间，

其中所述开口环壳体定位在所述中间套筒和所述间隔套筒之间。

13.一种用于安装电机轴传动组合件的干扰装置的方法，所述电机轴传动组合件至少包括电机轴、轴承箱、中间套筒、和固定套筒，所述方法包括：

提供开口环壳体和保持装置；

将所述中间套筒耦接至所述电机轴；

将所述开口环壳体安装至所述中间套筒；

将所述保持装置耦接至所述开口环壳体，使得所述保持装置防止所述开口环壳体从所述中间套筒卸落；和

将所述固定套筒定位在所述中间套筒和所述轴承箱之间，且将所述固定套筒耦接至所述轴承箱，以在径向方向上支撑所述电机轴，

其中提供所述保持装置包括提供圆柱形壳体和环，

其中将所述保持装置安装至所述开口环壳体包括：

将所述圆柱形壳体滑动至所述开口环壳体的第一端上，直到所述圆柱形壳体到达所述开口环壳体的第二端，所述第二端的外径大于所述第一端的外径；和

将所述环插入所述开口环壳体的所述第一端，以防止所述圆柱形壳体从所述开口环壳体的所述第一端滑出。

14.根据权利要求13所述的方法，其中将所述开口环壳体安装至所述中间套筒包括：

将所述开口环壳体的一部分插入所述中间套筒中的槽中，所述槽的尺寸被设计为容纳所述开口环壳体的所述部分；和

连接所述开口环壳体，使得所述开口环壳体形成环绕所述中间套筒的环形。