CN117027630B - 旋导马达 - Google Patents

Abstract

本发明公开了旋导马达，属于石油钻具技术领域，包括一体定子以及设置在一体定子内的传动轴，传动轴外壁套设轴承结构，轴承结构包括沿传动轴轴向依次设置的第一轴承组件、第二轴承组件和第三轴承组件，其中第一轴承组件的第一外推力轴承和第三轴承组件的第二内推力轴承能够随传动轴一同转动，而第二外推力轴承、第二轴承组件和第一内推力轴承与传动轴相对静止，此种轴承结构形式更有利于钻压的传递，使钻压的传递效率更高，同时消除了因输出扭矩的提高导致原有轴承的使用寿命发生降低的问题。

Description

旋导马达

技术领域

本发明涉及石油钻具技术领域，具体涉及旋导马达。

背景技术

在油气田勘探和开发过程中，随着石油公司对于井眼轨迹的要求不断提高，特别是针对水平井、大位移井、多分支井等类型，旋转导向技术应运而生；旋导马达是一种容积式井底马达，其工作原理为高压钻井液经钻杆进入螺杆钻具后，液流由于压力而迫使转子旋转，将扭矩传递至钻头，以达到钻进岩层的目的。

旋转导向钻井系统是一种卓越的高尖端技术产品，具有极强的适应性和控制性，可灵活、精准地控制井眼轨迹，显著提升钻井效率，从而帮助降低开发成本。由于地层条件越来越复杂，这项技术为了满足暴露更多的储层，进而获取更高产能的需求，同时也为了提高钻井效率、降低成本和减少井下风险，在为提高输出性能的实现过程中，对马达长度进行了有效的优化，增加了长度，输出性能也得到了提升，但是由于输出扭矩的提高导致现有轴承的使用寿命发生降低，无法满足钻井作业，因此，迫切需要一种新型的螺杆钻具来带动旋转导向钻井系统，为此我们提出了旋导马达。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供旋导马达。

本发明提供了旋导马达，包括：

马达结构，所述马达结构包括一体定子；

传动轴结构，所述传动轴结构具有位于所述一体定子内部的第一端和位于所述一体定子外部的第二端，所述第一端连接有防掉结构，所述防掉结构用于防止所述传动轴结构脱离所述一体定子，所述传动轴结构包括有传动轴，所述传动轴远离所述防掉结构的一端为所述第二端；

轴承结构，所述轴承结构具有沿所述传动轴轴向依次套设在所述传动轴上的第一轴承组件、第二轴承组件和第三轴承组件，所述第一轴承组件包括螺纹套接在所述传动轴外壁上的第一外推力轴承以及螺纹套接在所述第二轴承组件上的第二外推力轴承；

所述第二轴承组件包括相啮合的第一径向轴承和第二径向轴承，所述第一径向轴承和所述第二外推力轴承螺纹连接，所述第二径向轴承啮合有所述第三轴承组件，且所述一体定子螺纹套接在所述第一径向轴承上；

所述第三轴承组件包括第一内推力轴承和第二内推力轴承，所述第一内推力轴承和所述第二径向轴承啮合连接，所述第二内推力轴承和所述传动轴结构啮合连接；所述轴承结构和所述传动轴之间设置有耐磨层。

根据本发明提供的技术方案，所述传动轴结构还包括水帽接头，所述水帽接头螺纹套接在所述传动轴远离所述第二端的一端外壁，且所述第二内推力轴承和所述水帽接头啮合连接。

根据本发明提供的技术方案，所述传动轴内部中空，形成第一流动空间，用于供驱动浆流入，所述水帽接头内部设置第二流动空间，所述第二流动空间和所述第一流动空间相接通；

所述水帽接头上径向贯通开设有分流孔，所述分流孔两端分别和所述第二流动空间与所述水帽接头外部相连通。

根据本发明提供的技术方案，所述马达结构还包括有转子，其活动设置于所述一体定子内部，且所述转子内部中空设置，所述转子靠近所述第一端的内壁设置有限位凸起。

根据本发明提供的技术方案，所述传动轴结构还包括有挠杆，其螺纹套接在所述水帽接头远离所述传动轴的一端，所述挠杆远离所述水帽接头的一端为所述第一端，且所述挠杆外壁对应所述限位凸起设置有凸起部。

根据本发明提供的技术方案，所述防掉结构包括有防掉接头，所述防掉接头沿其轴线方向贯穿开设有通槽，所述防掉接头靠近所述第一端的外壁和所述一体定子螺纹连接，所述通槽内设置有防掉帽，所述防掉帽上开设有第三安装槽，所述安装槽内壁设置有螺纹；

所述防掉结构还包括防掉杆，所述防掉杆一端和所述第一端螺纹套接，另一端螺接在第三安装槽内。

根据本发明提供的技术方案，所述防掉杆远离所述防掉帽的一端和所述转子相抵接。

根据本发明提供的技术方案，所述第一外推力轴承和所述第二外推力轴承相靠近的一侧均设置有耐磨层，所述第一内推力轴承和所述第二内推力轴承相靠近的一侧均设置有耐磨层；

所述第一径向轴承和所述第二径向轴承内壁均设置有耐磨层，且所述传动轴外壁对应所述第一径向轴承和所述第二径向轴承的位置同样设置有耐磨层。

根据本发明提供的技术方案，所述传动轴和所述水帽接头之间设置有承压垫圈。

综上所述，本发明具体公开了旋导马达，包括有马达结构，马达结构具有一体定子，一体定子内设置有传动轴结构，传动轴结构包括传动轴，传动轴外壁套设有轴承结构，轴承结构包括沿传动轴轴向依次设置的第一轴承组件、第二轴承组件和第三轴承组件，第一轴承组件包括第一外推力轴承和第二外推力轴承；第二轴承组件包括啮合连接的第一径向轴承和第二径向轴承；第三轴承组件包括第一内推力轴承和第二内推力轴承，其中第一外推力轴承螺纹套接在传动轴外壁，第二外推力轴承和一体定子分别和第一径向轴承螺纹套接，第一内推力轴承和第二径向轴承啮合连接，第二内推力轴承和传动轴结构啮合连接；

在驱动浆输入后，转子发生转动，带动传动轴结构共同转动，从而带动第一外推力轴承和第二内推力轴承一同转动，而一体定子、第二外推力轴承、第一径向轴承、第二径向轴承和第一内推力轴承不会转动，此种连接形式能够使轴承结构具有较大的承载能力，消除了因输出扭矩的提高导致原有轴承的使用寿命发生降低的问题，有利于钻压的传递。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为防掉结构示意图。

图2为传动轴结构和轴承结构示意图。

图3为图2中A处放大图。

图中标号：1、一体定子；2、传动轴；3、第一外推力轴承；4、第二外推力轴承；5、第一径向轴承；6、第二径向轴承；7、第一内推力轴承；8、第二内推力轴承；9、耐磨层；10、水帽接头；11、分流孔；12、转子；13、挠杆；14、防掉接头；15、通槽；16、防掉帽；17、防掉杆；18、承压垫圈；19、抵紧面；20、斜面；21、插齿。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例一

请参考图1和图2所示，旋导马达包括有马达结构，马达结构包括有一体定子1，其内部中空，且设置有能够做行星运动的转子12，一体定子1和转子12之间具有能够供驱动浆流动的间隙，一体定子1内壁设置有定子齿，转子12外壁设置有与定子齿相啮合的转子齿，当驱动浆流过时可迫使转子12旋转并做行星运动，转子12内部中空。

传动轴结构，其具有位于一体定子1内部的第一端和位于一体定子1外部的第二端，第一端贯穿转子12内部连接有防掉结构，防掉结构能够避免传动轴结构和一体定子1相分离；

传动轴结构包括有传动轴2，传动轴2远离防掉结构的一端为第二端，传动轴2远离第二端的一端同轴连接有水帽接头10，具体地，水帽接头10靠近传动轴2的一端开设有第一安装槽，第一安装槽内壁设置有螺纹，传动轴2远离第二端的一端延伸至第一安装槽内，且和第一安装槽螺纹连接；

需要说明的是，第一安装槽内设置有承压垫圈18，传动轴2远离第二端的一端抵在承压垫圈18上；

传动轴2内部中空，形成第一流动空间，用于供驱动浆流入，水帽接头10内部设置有第二流动空间，第二流动空间和第一流动空间相连通；水帽接头10上沿其径向贯穿开设有分流孔11，分流孔11两端和第二流动空间与水帽接头10外部相连通。

传动轴结构还包括有挠杆13，其连接于水帽接头10远离传动轴2的一端，具体地，水帽接头10远离传动轴2的一端外壁设置有螺纹，挠杆13靠近水帽接头10的一端开设有第二安装槽，第二安装槽内壁设置有螺纹，挠杆13与水帽接头10螺纹连接；

挠杆13远离水帽接头10的一端为第一端，转子12靠近第一端的内壁设置有限位凸起，挠杆13靠近第一端的外壁对应限位凸起设置有凸起部，凸起部抵接限位凸起。

防掉结构包括有防掉接头14，防掉接头14和挠杆同轴设置，且防掉接头14沿其轴向贯穿开设有通槽15，通槽15用于驱动浆流入，通槽15靠近第一端的外壁设置有螺纹，一体定子1靠近第一端的内壁设置有螺纹，一体定子1和防掉接头14螺纹连接；

防掉结构还包括有防掉杆17，防掉杆17靠近挠杆13的一端开设有第四安装槽，第四安装槽内壁设置有螺纹，挠杆13的第一端外壁设置有螺纹，第一端延伸至第四安装槽内且与第四安装槽相螺接，且防掉杆17靠近挠杆13的一端抵接转子12，由此，通过凸起部和防掉杆17将转子12的限位凸起两端抵紧。

防掉杆17远离挠杆13的一端连接有防掉帽16，防掉帽16位于通槽15内，防掉帽16靠近挠杆13的一端开设有第三安装槽，第三安装槽内壁设置有螺纹，防掉杆17外壁对应设置有螺纹，由此防掉帽16和防掉杆17螺纹套接，且防掉帽16悬空在通槽15内部。

需要说明的是，通槽15和一体定子1与转子12之间的间隙相连通，挠杆13和水帽接头10与一体定子1之间均具有供驱动浆流通的间隙，且传动轴2和一体定子1之间也存在间隙；传动轴2、水帽接头10和挠杆13同轴设置。

传动轴2外壁套设有轴承结构，轴承结构包括沿传动轴2轴向依次套设在传动轴2外壁的第一轴承组件、第二轴承组件和第三轴承组件，其中第一轴承组件靠近传动轴2第二端，第一轴承组件包括有第一外推力轴承3和第二外推力轴承4；

具体地，第一外推力轴承3螺纹套接在传动轴2外壁，且传动轴2外壁和第一外推力轴承3相接触的位置设置抵紧面19，第一外推力轴承3靠近传动轴2第二端的一端和抵紧面19相抵；第二外推力轴承4设置在第一外推力轴承3远离传动轴2第二端的一侧，且第二外推力轴承4和第一外推力轴承3相靠近的一侧均设置有耐磨层9，并通过耐磨层9相抵。

第二轴承组件包括有第一径向轴承5和第二径向轴承6，其中，第二外推力轴承4套接在第一径向轴承5外壁，具体地，第二外推力轴承4内壁设置有螺纹，第一径向轴承5外壁靠近第二外推力轴承4的一端外壁设置有螺纹，第二外推力轴承4和第一径向轴承5之间螺纹连接，且第二外推力轴承4和第一径向轴承5通过设置抵紧面19相抵；

第一径向轴承5远离第二外推力轴承4的一侧通过插齿21啮合连接有第二径向轴承6，且第二径向轴承6位于传动轴2和一体定子1之间的空隙处，且第二径向轴承6内壁和外壁分别与传动轴2外壁和一体定子1内壁抵接；一体定子1远离第一端的内壁处设置有螺纹，第一径向轴承5靠近第二径向轴承6的一端外壁设置有螺纹，一体定子1和第一径向轴承5相螺接，且一体定子1和第一径向轴承5通过设置抵紧面19相抵。

需要说明的是第一径向轴承5和第二径向轴承6内壁均设置有耐磨层9，传动轴2外壁对应第一径向轴承5和第二径向轴承6位置同样设置有耐磨层9。

第三轴承组件设置在传动轴2和一体定子1之间的间隙处，具体地，第三轴承组件包括第一内推力轴承7和第二内推力轴承8，第一内推力轴承7和第二径向轴承6通过插齿21啮合连接，第二内推力轴承8远离第一内推力轴承7的一端通过插齿21和水帽接头10啮合连接，第一内推力轴承7和第二内推力轴承8相靠近的一侧均设置有耐磨层9；

需要说明的是，第一外推力轴承3、第二外推力轴承4、第一径向轴承5、第二径向轴承6、第一内推力轴承7和第二内推力轴承8可采用聚晶金刚石材料制作而成，聚晶金刚石(PCD)(微粉)是利用独特的定向爆破法由石墨制得，高爆速炸药定向爆破的冲击波使金属飞片加速飞行，撞击石墨片从而导致石墨转化为聚晶金刚石，聚晶金刚石材料具有很好的韧性；通过采用聚晶金刚石材料，有利于提高轴承的使用寿命和轴承质量稳定性。

需要说明的是，承压垫圈18起到一定缓冲作用，避免传动轴2和水帽接头10之间过于抵紧，避免第一外推力轴承3、第二外推力轴承4、第一径向轴承5、第二径向轴承6、第一内推力轴承7和第二内推力轴承8之间被过于抵紧。

需要说明的是，第一径向轴承5靠近第二外推力轴承4的一端内壁设置斜面20，如图3所示，增加了第一径向轴承5和传动轴2的接触面积，使得受力面积增大，增强了第一径向轴承5的承载能力。

需要说明的是，轴承结构用于吸收井上提供的钻压、装置的重量、马达总成的轴向力以及旋转导向返回来的作用力等，此种轴承结构形式更有利于钻压的传递，避免了中间过程中的损耗，提高了传递效率。

需要说明的是，转子12与一体定子1的啮合长度为7米，是现有技术中马达结构的1.5倍长度，马达结构的长度越长，导程越多，其提供的扭矩也就越大，即动力会越大，马达结构的输出性能也提高为原来的1.5倍，而通过挠杆13直接插入转子12的方式进行安装，缩短了旋导马达的总体长度，降低了成本，同时利于使用，具有较强的实用性。

本发明公开了旋导马达，通过向防掉接头的通槽15注入驱动浆，驱动浆自防掉帽16和防掉杆17外侧流过，进入转子12和一体定子1之间的间隙，使得转子12旋转并做行星运动，由于转子12的限位凸起被挠杆13的凸起部和防掉杆17夹持，且防掉杆17抵接转子并和挠杆13螺纹连接，由此可防止挠杆13掉落，同时由于转子12转动，能够带动挠杆13转动，挠杆13可将行星运动转换为定心运动；

由于挠杆13和水帽接头10螺接，水帽接头10和传动轴2螺接，因此挠杆13转动能够使水帽接头10和传动轴2一同转动，从而可以进行钻井作业；由于第二内推力轴承8和水帽接头10啮合连接，第一外推力轴承3和传动轴2螺接，因此第二内推力轴承8和第一外推力轴承3能够随传动轴2一同转动，与一体定子1形成相对运动；

第二外推力轴承4与一体定子1螺接，因此第二外推力轴承4和第一外推力轴承3形成相对运动，在第一外推力轴承3转动时，第二外推力轴承4不转动；第二外推力轴承4、第一径向轴承5和第二径向轴承6依次啮合连接，因此第一径向轴承5和第二径向轴承6也不转动，第二外推力轴承4、第一径向轴承5和第二径向轴承6与传动轴2形成相对运动；耐磨层9的设置降低了轴承之间、第一径向轴承5和第二径向轴承6与传动轴2之间的磨损，从而提高了旋导马达的使用寿命。

在传动轴2转动时具有一定幅度的晃动，因此斜面20的设置能够增加第一径向轴承5和传动轴2的接触面积，使得受力面积增大，第一径向轴承5的承载能力得到增强。

驱动浆通过一体定子1和转子12之间的间隙之后，在水帽接头10处形成分流，一部分通过分流孔11进入水帽接头10的第二流动空间，而后进入传动轴2的第一流动空间，另一部分进入传动轴2和一体定子1之间的间隙，从而流向轴承结构，能够对轴承结构进行降温冷却，从而提高了旋导马达的使用寿命。

对比传统的螺纹连接的分体式外壳结构，本发明采用一体定子1的结构，去除了连接螺纹，降低了断裂风险，确保钻探安全稳定。

以上描述仅为本发明的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本发明中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本发明中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (9)

1.旋导马达，其特征在于，包括：

马达结构，所述马达结构包括一体定子(1)；

传动轴结构，所述传动轴结构具有位于所述一体定子(1)内部的第一端和位于所述一体定子(1)外部的第二端，所述第一端连接有防掉结构，所述防掉结构用于防止所述传动轴结构脱离所述一体定子(1)，所述传动轴结构包括有传动轴(2)，所述传动轴(2)远离所述防掉结构的一端为所述第二端；

轴承结构，所述轴承结构具有沿所述传动轴(2)轴向依次套设在所述传动轴(2)上的第一轴承组件、第二轴承组件和第三轴承组件，所述第一轴承组件包括螺纹套接在所述传动轴(2)外壁上的第一外推力轴承(3)以及螺纹套接在所述第二轴承组件上的第二外推力轴承(4)；

所述第二轴承组件包括相啮合的第一径向轴承(5)和第二径向轴承(6)，所述第一径向轴承(5)和所述第二外推力轴承(4)螺纹连接，所述第二径向轴承(6)啮合有所述第三轴承组件，且所述一体定子(1)螺纹套接在所述第一径向轴承(5)上；

所述第三轴承组件包括第一内推力轴承(7)和第二内推力轴承(8)，所述第一内推力轴承(7)和所述第二径向轴承(6)啮合连接，所述第二内推力轴承(8)和所述传动轴结构啮合连接；所述轴承结构和所述传动轴(2)之间设置有耐磨层(9)。

2.根据权利要求1所述的旋导马达，其特征在于，所述传动轴结构还包括水帽接头(10)，所述水帽接头(10)螺纹套接在所述传动轴(2)远离所述第二端的一端外壁，且所述第二内推力轴承(8)和所述水帽接头(10)啮合连接。

3.根据权利要求2所述的旋导马达，其特征在于，所述传动轴(2)内部中空，形成第一流动空间，用于供驱动浆流入，所述水帽接头(10)内部设置第二流动空间，所述第二流动空间和所述第一流动空间相接通；

所述水帽接头(10)上径向贯通开设有分流孔(11)，所述分流孔(11)两端分别和所述第二流动空间与所述水帽接头(10)外部相连通。

4.根据权利要求3所述的旋导马达，其特征在于，所述马达结构还包括有转子(12)，其活动设置于所述一体定子(1)内部，且所述转子(12)内部中空设置，所述转子(12)靠近所述第一端的内壁设置有限位凸起。

5.根据权利要求4所述的旋导马达，其特征在于，所述传动轴结构还包括有挠杆(13)，其螺纹套接在所述水帽接头(10)远离所述传动轴(2)的一端，所述挠杆(13)远离所述水帽接头(10)的一端为所述第一端，且所述挠杆(13)外壁对应所述限位凸起设置有凸起部。

6.根据权利要求5所述的旋导马达，其特征在于，所述防掉结构包括有防掉接头(14)，所述防掉接头(14)沿其轴线方向贯穿开设有通槽(15)，所述防掉接头(14)靠近所述第一端的外壁和所述一体定子(1)螺纹连接，所述通槽(15)内设置有防掉帽(16)，所述防掉帽(16)上开设有第三安装槽，所述安装槽内壁设置有螺纹；

所述防掉结构还包括防掉杆(17)，所述防掉杆(17)一端和所述第一端螺纹套接，另一端螺接在第三安装槽内。

7.根据权利要求6所述的旋导马达，其特征在于，所述防掉杆(17)远离所述防掉帽(16)的一端和所述转子(12)相抵接。

8.根据权利要求7所述的旋导马达，其特征在于，所述第一外推力轴承(3)和所述第二外推力轴承(4)相靠近的一侧均设置有耐磨层(9)，所述第一内推力轴承(7)和所述第二内推力轴承(8)相靠近的一侧均设置有耐磨层(9)；

所述第一径向轴承(5)和所述第二径向轴承(6)内壁均设置有耐磨层(9)，且所述传动轴(2)外壁对应所述第一径向轴承(5)和所述第二径向轴承(6)的位置同样设置有耐磨层(9)。

9.根据权利要求8所述的旋导马达，其特征在于，所述传动轴(2)和所述水帽接头(10)之间设置有承压垫圈(18)。