CN116856843A - 一种锤击式孔底马达 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及钻井及煤矿开采设备领域，具体涉及一种锤击式孔底马达，使用时，高压钻井液体通过单流阀进入到转子和定子之间组成的多级密封腔中，形成转、定子之间的行星传动，脉冲头和脉冲体套在连体水帽上跟随转子转动，脉冲体卡在脉冲套一端，脉冲套另一端卡住传动轴外壳，所以脉冲头与脉冲体之间能产生相对转动，而脉冲头具有多个第一通孔，脉冲体具有多个第二通孔，使得钻进液进入到脉冲体的第二通孔中，脉冲体和脉冲头相对转动，使得第一通孔和第二通孔相对位置周期性发生变化，从而形成节流、憋压、释放的脉冲钻井液流导致传动轴带动钻头做脉冲锤击作用，有效破裂煤矿结晶体或高硬度煤层，提高工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及钻井及煤矿开采设备领域，尤其涉及一种锤击式孔底马达。
背景技术
螺杆孔底马达是一种用于油田、煤矿开采的马达，它是通过螺杆旋转的方式马达进出口两端的压差来驱动钻头进行钻井作业的。螺杆孔底马达通常由螺杆、转子、定子、轴承、万向轴和传动轴等部件组成，其工作原理是通过螺杆转子沿定子的中心轴线做偏心行星运动的旋转来产生扭矩，驱动钻头进行钻井作业。相比传统的钻井方式，螺杆孔底马达具有钻速快、钻头稳定、钻井效率高等优点，因此在油田开采中得到了广泛应用。
现有的螺杆孔底马达，在井下施工过程中，遇及煤矿结晶体或煤层硬度系数f值≥8时，原有的孔底马达进尺特别缓慢，且对钻头及孔底马达本身损伤特别厉害，严重时可导致孔底马达被憋断。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锤击式孔底马达，旨在施工过程中遇及煤矿结晶体或煤层硬度系数f值≥8时，能通过机构本身的脉冲装置实现锤击，有效破裂煤矿结晶体或高硬度煤层，从而达到施工目的，提高工作效率，减少井下事故的发生。
为实现上述目的，本发明提供了一种锤击式孔底马达，进液组件、液马达总成、脉冲锤击组件、传动轴外壳和万向节外壳，所述进液组件包括单流阀体和防掉接套，所述单流阀体设置在所述防掉接套的一侧，用于引入钻井液，所述液马达总成包括定子、转子和传动件，所述定子固定在所述防掉接套的一侧，所述转子设置在所述定子内，在所述转子和所述定子之间具有多个密封腔，，所述万向节外壳设置在所述传动件外侧，所述传动轴外壳安装在所述万向节外壳的一侧；
所述脉冲锤击组件包括连体水帽、脉冲头、脉冲体、脉冲套、上限位圈、下限位圈、锤击部和传动轴，所述脉冲头具有多个第一通孔、所述脉冲体具有多个第二通孔，所述连体水帽固定在所述转子上，所述脉冲头与所述连体水帽轴向滑动连接，所述脉冲体套设在所述连体水帽上，使得可以相对所述连体水帽转动和滑动，所述脉冲套与所述传动轴外壳固定，并与所述脉冲体滑动连接，所述上限位圈和所述下限位圈设置在所述传动轴外壳的两侧，所述锤击部与所述脉冲头固定连接，并位于上限位圈和所述下限位圈之间，所述传动轴与所述锤击部连接。
其中，所述单流阀体包括阀套、钢球、弹簧和阀芯，所述阀套与所述阀芯螺纹连接在一起，用孔用挡圈限位在单流阀体内，所述弹簧设置在所述阀芯内，所述钢球设置在所述弹簧的一侧，用于堵住所述阀套的进液口。
其中，所述传动件包括活铰、万向轴体和上锁紧帽，所述活铰与所述转子连接，所述万向轴体通过所述上锁紧帽与所述活铰连接。
其中，所述第二通孔的面积大于所述第一通孔。
其中，所述上限位圈包括上外圈和上内圈，所述上外圈固定在所述传动轴外壳上，所述上内圈与所述传动轴固定连接，并位于所述上外圈的一侧。
其中，所述下限位圈包括下外圈、下内圈、中锁母和隔套，所述下内圈通过所述中锁母固定到所述传动轴上，所述下外圈固定到所述传动轴外壳上，所述隔套设置在所述下外圈和所述锤击部之间。
其中，所述锤击部包括合金片轴承外套、合金片轴承内套、第一垫圈和第二垫圈，所述合金片轴承外套固定在所述传动轴外壳上，并位于所述上外圈和所述下外圈之间，所述合金片轴承内套固定在所述传动轴上，并位于所述上外圈和所述下外圈之间，所述第一垫圈设置在所述合金片轴承外套和所述传动轴之间，所述第二垫圈设置在所述合金片轴承内套和所述传动轴外壳之间，在所述合金片轴承外套和合金片轴承内套之间具有一定行程的锤击行程。
本发明的一种锤击式孔底马达，所述单流阀体、所述防掉接套、所述万向节外壳、所述定子和所述传动轴外壳共同构成马达的外部支撑壳体，便于内部组件的安装。其中所述单流阀体用于外部的高压钻井液的进入，使得钻井液可以进入到所述转子和所述定子之间的密封腔中带动所述转子转动，并通过所述转子将扭力传动到所述脉冲锤击组件。其中所述连体水帽、脉冲套、锤击部和传动轴跟随所述转子转动，由于所述脉冲头和所述脉冲体套在所述连体水帽上，而所述脉冲头具有多个第一通孔，所述脉冲体具有多个第二通孔，使得钻进液可以进入到所述脉冲体的第二通孔中，所述脉冲体和所述脉冲头相对转动，使得第一通孔和所述第二通孔相对位置周期性发生变化，从而可以形成节流、憋压、释放的脉冲钻井液流，从而导致传动轴带动钻头做脉冲锤击作用，因传动轴外壳内部与传动轴之间周向运转自如，轴向相对传动量能满足足够的锤击行程，从而该孔底马达锤击作用形成。
本发明的锤击式孔底马达在使用过程中，不会因遇及煤矿结晶体或高硬度煤层而更换孔底马达(正常更换一根孔底马达需要耗时6小时，甚至更长时间)，且锤击式孔底马达因内部组装脉冲装置，使钻头在钻进过程中呈节流、憋压、释放--节流、憋压、释放，瞬间释放的钻压远大于普通孔底马达，从而能使锤击式孔底马达快速破裂煤矿结晶体或高硬度煤层，提高了工作效率，节约了工作时间。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的一种锤击式孔底马达的上部分结构图。
图2是本发明的一种锤击式孔底马达的下部分结构图。
图3是本发明的脉冲头的结构图。
图4是本发明的脉冲体的结构图。
图5是本发明的图2细节A的局部放大图。
图6是本发明的图2细节B的局部放大图。
图7是本发明的图2细节C的局部放大图。
图8是本发明的图1细节D的局部放大图。
图9是本发明的图1细节F的局部放大图。
进液组件101、液马达总成102、脉冲锤击组件103、传动轴外壳104、万向节外壳105、定子106、转子107、传动件108、脉冲头109、脉冲体110、上限位圈111、下限位圈112、锤击部113、传动轴114、第一通孔115、第二通孔116、连体水帽117、脉冲套118、阀套201、钢球202、弹簧203、阀芯204、活铰205、万向轴体206、上锁紧帽207、上外圈208、上内圈209、下外圈210、下内圈211、中锁母212、隔套213、合金片轴承外套214、合金片轴承内套215、第一垫圈216、第二垫圈217。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
第一实施例
请参阅图1～图5，本发明提供一种锤击式孔底马达：
包括进液组件101、液马达总成102、脉冲锤击组件103、传动轴外壳104和万向节外壳105，所述进液组件101包括单流阀体和防掉接套，所述单流阀体设置在所述防掉接套的一侧，用于引入钻井液，所述液马达总成102包括定子106、转子107和传动件108，所述定子106固定在所述防掉接套的一侧，所述转子107设置在所述定子106内，在所述转子107和所述定子106之间具有多个密封腔，所述传动件108连接在所述转子107上，所述万向节外壳105设置在所述传动件108外侧，所述传动轴外壳104安装在所述万向节外壳105的一侧；
所述脉冲锤击组件103包括连体水帽、脉冲头109、脉冲体110、脉冲套、上限位圈111、下限位圈112、锤击部113和传动轴114，所述脉冲头109具有多个第一通孔115、所述脉冲体110具有多个第二通孔116，所述连体水帽固定在所述转子107上，所述脉冲头109与所述连体水帽轴向滑动连接，所述脉冲体110套设在所述连体水帽上，使得可以相对所述连体水帽转动和滑动，所述脉冲套与所述传动轴外壳104固定，并与所述脉冲体110滑动连接，所述上限位圈111和所述下限位圈112设置在所述传动轴外壳104的两侧，所述锤击部113与所述脉冲头109固定连接，并位于上限位圈111和所述下限位圈112之间，所述传动轴114与所述锤击部113连接。
在本实施方式中，所述防掉接套、所述万向节外壳105和所述传动轴外壳104共同构成马达的外部支撑壳体，便于内部组件的安装。其中所述单流阀体用于外部的高压钻井液的进入，其中所述定子具有六等份螺旋凹槽、而转子具有五等份螺旋突起，在槽和突起之间形成密封腔，使得钻井液可以进入到所述转子107和所述定子106之间的密封腔中带动所述转子107转动，并通过所述传动件108将动力传动到所述脉冲锤击组件103。其中所述连体水帽、脉冲套、锤击部113和传动轴114跟随所述传动件108转动，由于所述脉冲头109和所述脉冲体110套在所述连体水帽上，而所述脉冲头109具有多个第一通孔115，所述脉冲体110具有多个第二通孔116，使得钻进液可以进入到所述脉冲体110的第二通孔116中，所述脉冲头109跟随所述连体水帽转动，而所述脉冲体110则受到所述脉冲套的限位作用而无法转动，使得第一通孔115和所述第二通孔116的相对位置周期性发生变化，从而可以形成节流、憋压、释放的脉冲钻井液流，从而导致传动轴114带动钻头做脉冲锤击作用，因传动轴外壳104内部与传动轴114之间周向运转自如，轴向相对传动量能满足足够的锤击行程，从而该孔底马达锤击作用形成。
本发明的锤击式孔底马达在使用过程中，不会因遇及煤矿结晶体或高硬度煤层而更换孔底马达(正常更换一根孔底马达需要耗时6小时，甚至更长时间)，且锤击式孔底马达因内部组装脉冲装置，使钻头在钻进过程中呈节流、憋压、释放--节流、憋压、释放，瞬间释放的钻压远大于普通孔底马达，从而能使锤击式孔底马达快速破裂煤矿结晶体或高硬度煤层，提高了工作效率，节约了工作时间。
第二实施例：所述单流阀包括阀套、钢球、弹簧和阀芯，
请参阅图6～图9，在第一实施例的基础上，本发明还提供一种锤击式孔底马达，所述单流阀体包括阀套201、钢球202、弹簧203和阀芯204，所述阀套201与所述阀芯204螺纹连接在一起，用孔用挡圈限位在单流阀体内，所述弹簧203设置在所述阀芯204内，所述钢球202设置在所述弹簧203的一侧，用于堵住所述阀套的进液口。所述阀套201用于对所述阀芯204进行支撑，所述钢球202可以通过所述弹簧203的支撑对所述阀套201的进液口进行封闭，使得在压力达到一定值时，压缩所述弹簧203，推开所述钢球202使得钻井液进入到所述阀套201内，并进入到马达内部进行工作。
在本实施方式中，所述传动件108包括活铰205、万向轴体206和上锁紧帽207，所述活铰205与所述转子107连接，所述万向轴体206通过所述上锁紧帽207与所述活铰205连接。通过所述活铰205可以将所述转子107和所述万向轴体206进行固定，然后通过所述上锁紧帽进行固定，使得传动更加稳定。
其中，所述第二通孔116的面积大于所述第一通孔115。两者相对在连体水帽上周向转动过程中，钻井液流经第一通孔和第二通孔，可以使得流经量呈规则的大--缓--慢释放，但不可能停，周而复始，产生脉冲，带动传动轴114呈规则性的锤击伸缩。
其次，所述上限位圈111包括上外圈208和上内圈209，所述上外圈208固定在所述传动轴外壳104上，所述上内圈209与所述传动轴114固定连接，并位于所述上外圈208的一侧。通过上外圈和上内圈可以形成合金片轴承内套和合金片轴承外套的有效锤击行程，使得可以通过对其尺寸的控制来控制锤击行程。
所述下限位圈112包括下外圈210、下内圈211、中锁母212和隔套213，所述下内圈211通过所述中锁母212固定到所述传动轴114上，所述下外圈210固定到所述传动轴外壳104上，所述隔套213设置在所述下外圈210和所述锤击部113之间。通过所述下外圈和所述下内圈可以增加装置的密封性，避免外部杂质进入损坏装置。
所述锤击部113包括合金片轴承外套214、合金片轴承内套215、第一垫圈216和第二垫圈217，所述合金片轴承外套214固定在所述传动轴外壳104上，并位于所述上外圈208和所述下外圈210之间，所述合金片轴承内套215固定在所述传动轴114上，并位于所述上外圈208和所述下外圈210之间，所述第一垫圈216设置在所述合金片轴承外套214和所述传动轴114之间，所述第二垫圈217设置在所述合金片轴承内套215和所述传动轴外壳104之间，在所述合金片轴承外套214和合金片轴承内套215之间具有锤击行程。在传动轴114总成里组装耐冲击的合金串轴承组，并且相连串轴承片之间留有足够的锤击行程，还要保证传动轴总成的正常运转，从而可以使得所述传动轴114在转动时还可以进行轴向冲击，从而带动钻头对煤矿结晶体或较高硬度系数的煤层进行锤击，达到煤矿结晶体或较高硬度系数的煤层碎裂，便于锤击式孔底马达继续前进，达到预期效果及目的。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于本发明所涵盖的范围。
Claims (7)
1.一种锤击式孔底马达，其特征在于，
包括进液组件、液马达总成、脉冲锤击组件、传动轴外壳和万向节外壳，所述进液组件包括单流阀体和防掉接套，所述单流阀体设置在所述防掉接套的一侧，用于引入钻井液，所述液马达总成包括定子、转子和传动件，所述定子固定在所述防掉接套的一侧，所述转子设置在所述定子内，在所述转子和所述定子之间具有多个密封腔，，所述万向节外壳设置在所述传动件外侧，所述传动轴外壳安装在所述万向节外壳的一侧；
所述脉冲锤击组件包括连体水帽、脉冲头、脉冲体、脉冲套、上限位圈、下限位圈、锤击部和传动轴，所述脉冲头具有多个第一通孔、所述脉冲体具有多个第二通孔，所述连体水帽固定在所述转子上，所述脉冲头与所述连体水帽轴向滑动连接，所述脉冲体套设在所述连体水帽上，使得可以相对所述连体水帽转动和滑动，所述脉冲套与所述传动轴外壳固定，并与所述脉冲体滑动连接，所述上限位圈和所述下限位圈设置在所述传动轴外壳的两侧，所述锤击部与所述脉冲头固定连接，并位于上限位圈和所述下限位圈之间，所述传动轴与所述锤击部连接。
2.如权利要求1所述的一种锤击式孔底马达，其特征在于，
所述单流阀体包括阀套、钢球、弹簧和阀芯，所述阀套与所述阀芯螺纹连接在一起，用孔用挡圈限位在单流阀体内，所述弹簧设置在所述阀芯内，所述钢球设置在所述弹簧的一侧，用于堵住所述阀套的进液口。
3.如权利要求2所述的一种锤击式孔底马达，其特征在于，
所述传动件包括活铰、万向轴体和上锁紧帽，所述活铰与所述转子连接，所述万向轴体通过所述上锁紧帽与所述活铰连接。
4.如权利要求3所述的一种锤击式孔底马达，其特征在于，
所述第二通孔的面积大于所述第一通孔。
5.如权利要求4所述的一种锤击式孔底马达，其特征在于，
所述上限位圈包括上外圈和上内圈，所述上外圈固定在所述传动轴外壳上，所述上内圈与所述传动轴固定连接，并位于所述上外圈的一侧。
6.如权利要求5所述的一种锤击式孔底马达，其特征在于，
所述下限位圈包括下外圈、下内圈、中锁母和隔套，所述下内圈通过所述中锁母固定到所述传动轴上，所述下外圈固定到所述传动轴外壳上，所述隔套设置在所述下外圈和所述锤击部之间。
7.如权利要求6所述的一种锤击式孔底马达，其特征在于，
所述锤击部包括合金片轴承外套、合金片轴承内套、第一垫圈和第二垫圈，所述合金片轴承外套固定在所述传动轴外壳上，并位于所述上外圈和所述下外圈之间，所述合金片轴承内套固定在所述传动轴上，并位于所述上外圈和所述下外圈之间，所述第一垫圈设置在所述合金片轴承外套和所述传动轴之间，所述第二垫圈设置在所述合金片轴承内套和所述传动轴外壳之间，在所述合金片轴承外套和合金片轴承内套之间具有锤击行程。
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