JPH04503839A - 坑井掘削用の螺旋ダウンホールモータの作業部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 坑井掘削用の螺旋ダウンホールモータの作業部材技術分野 本発明は、広くは掘削装置に関し、より詳しくは油井及びガス井を掘削するダウ ンホールモータ（坑底掘削モータ）の作業部材に間する。螺旋ダウンホールモー タの作業部材は、互いに協働する螺旋歯を備えたロータ又はステータ（これらは 、一般に、螺旋ダウンホールモータの作業対として知られている）で構成される 。

従来技術 螺旋ダウンホールモータの作業部材として知られているものに、１つ以上の歯を 備えたロータ又は２つ以上の歯を備えたステータがある。各作業対において、ス テータの歯数とロータの歯数とは１つだけ異なっている。

一般に、既知の螺旋ダウンホールモータは、金属の中実又は管状構造からなるワ ンピース形ロータを有している０通常、ステータはゴム及び金属で作られており 、弾性ライニングの内側螺旋歯が加硫によりステータの金属本体の円筒状ボアに 連結されている。

一般に、既知の螺旋ダウンホールモータの作業対における螺旋歯のピンチ数は、 ２より幾分大きい０作業対の螺旋歯のピンチ数を大きくすることは技術的な困難 性を伴うものである。しかしながら、ピンチ数を増大させることは、掘削性能に 影響を及ぼす出力軸の力のモーメントを増大させる上で必要である０作業対のピ ンチ数を増大させる１つの傾向として、別々のセフシランを相互連結して作業部 材を作る方法がある。

ロータ又はステータの形態をなす螺旋ダウンホールモータ用の多ピッチ作業部材 が知られている（米国特許第３，９１２．４２６号参照）。

このロータは外側歯を備えた別々のセクションからなり、これらのセクションは 、前後に連続的に配置されておりかつ溶接により堅固に相互連結されている。ま た、ステータは、内側螺旋歯を備えた別々のセクションと、これらのセクション を結合する手段とを有している。この結合手段は、互いに隣接するセクションの 一端における孔及び他端におけるビンの形態をなしている。ステータの端部セク ションは、ねじ連結によりケーシングにクランプされている。

しかしながら、作業部材のセクションを結合する手段のこの構造は、溶接により 相互連結されたロータの全セクションの作業螺旋面を非常に正確に配向すること 、及びセクション間の溶接シームの機械加工が必要であり、この機械加工は、２ つ以上の歯数及び複雑な断面形状をもつ多ロータの場合に特に困難である０作業 部材としてステータを用いる場合には、セクション間の結合部の信鯨性に影響が 及ぶ、これは、力のモーメントが、螺旋ダウンホールモータの断面形状とステー タの歯の高さとにより決定される比較的小径のビンを介してセクション間に伝達 されるからである。

この欠点は、力のモーメントが大きいことを特徴とする多葉形ステータの場合に 特に顕著である。

フランス国特許第２，３４９，７２９号には、坑井掘削用の螺旋ダウンホールモ ータの作業部材すなわちロータが開示されており、該ロータは、外側螺旋歯を備 えた別々のセクションを互いに前後に連続して配置し、これらのセクションを連 結手段により結合することによって作られている。セクション同士を結合するこ の連結手段は、ロータセクションが連続的に取り付けられるロンドエレメントを 有している。ロータセクションの端面ば、セクション同士を連結するビンを受け 入れる孔を備えている。ロンドには幾つかのロータが連続的に配置され、ロータ の端部がねし連結により固定される。この構造のロータのロンドには、製造が容 易な種々の長さからなるロータセクションが収容されている。各ロータセクショ ンの長さは、１５〜３０ｃ■の範囲で変えることができる。

ステータ又はロータとして作用するこの螺旋ダウンホールモータの作業部材は、 互いに前後に連続して配置された別々のセクションを有している。ステータセク ションの端部には、これらのセクションを結合するビンを受け入れる孔が設けら れており、一方、ステータセクションの端部はねじ連結によりケーシングに固定 されている。

しかしながら、螺旋ダウンホールモータのこの作業部材においては、セクション 同士が充分な信輔性を以て相互連結されてはいない、これは、作業部材（ロータ 又はステータ）の歯数を趙えない数のビンを介して作業部材のセクション間に力 のモーメントが伝達される一方、ビンの直径がロータ又はステータの断面形状及 び歯の高さにより制限されるためである。

−このような作業部材の連結可能セクションの螺旋面の配向には、ビンと孔との 整合、ロータのロンドにおける（又はステータのケーシングにおける）セクショ ンの嵌合面に対する孔の位置決め、及び各作業部材の端面内でのロータ又はステ ータの螺旋歯に対するビン及び孔の配置に高精度が要求される。これらのエレメ ントの相互の位置決めに誤差があると、配向精度が低下し、ロータ及びステータ の組立てが不能になる。

発明の開示 従って本発明の目的は、坑井掘削用の螺旋ダウンホールモータの作業部材であっ て、該作業部材のセクションの連結エレメントが、セクションの製造又は該セク ションの結合による作業部材の製造を過度に複雑化することなく、大きな力のモ ーメントを伝達できるようにセクションを信転性を以て結合できる構成の作業部 材を提供することにある。

本発明の上記目的は、螺旋歯を備えた別々の管状セクションを有する坑井掘削用 の螺旋ダウンホールモータの作業部材でありで、管状セクションが連続的に配置 されておりかつ連結エレメントにより相互連結されている螺旋ダウンホールモー タの作業部材において、各連結エレメントがリングの形状を有しており、該リン グが、連結可能セクションに堅固に固定されておりかつ該連結可能セクションの 螺旋歯のピッチ及び方向に等しいピッチ及び方向の螺旋歯を有しており、リング の螺旋歯が連結可能セクションの螺旋歯の輪郭（歯形）に対して等距離（ｅｑｕ ｉｄｉｓｔａｎｔ）にあることを特徴とする坑井掘削用の螺旋ダウンホールモー タの作業部材により達成される。

各リングは、不定厚さの壁を有していることが好ましい。

本発明によれば、作業部材のセクション（管状セクション、連結可能セクション ）を連結するリングがセクションの螺旋歯のピッチ及び方向と同じピッチ及び方 向を有している一方、リングの螺旋歯の輪郭がセクションの歯の輪郭に対して等 距離にあるため、力のモーメントは、横方向及び軸線方向のセクションの全体を 介して互いに係合している歯状の螺旋面を介して伝達される。この結果、互いに 係合している作業部材のセクションの螺旋面とセクション同士を連結しているリ ングとの間の大きな係合領域により、結合部の応力を小さくでき、従って結合部 の信鯨性が高められる。

また、作業部材のセクションの螺旋歯と、該螺旋歯のピンチ及び方向と同じピッ チ及び方向をもつリングの螺旋歯とが等距離の輪郭をもつため、セクションの螺 旋歯及びセクション間の結合部における螺旋面の連続性の正確な自動配向が可能 になる。

また、一定厚さの壁をもつリングの形態の連結エレメントが設けられているため 、作業部材のマス（質量）を低減できかつ製造工程を簡単化できる。

不定厚さの壁をもつ１つ又は数個の作業部材（例えばロータ）を用いる場合には 、リングに、ロータとカルダン軸又は可撓性の軸とをリンクさせる連結エレメン トを設けることができ、上記カルダン軸又は可撓性軸を介して、力のモーメント を、ロータから螺旋ダウンホールモータのベアリングユニットの出力軸に伝達す ることが可能になる。

更に、不定厚さの壁をもつリングにより作業部材（例えばロータ）のセクション を長手方向に連結すれば、作業部材の薄い壁で力のモーメントを信軌性を以て伝 達することが可能になる。

図面の簡単な説明 以下、添付図面に関連して本発明の特定の実施例を詳細に説明する。

第１図は、外側螺旋歯を備えた坑井掘削用の螺旋ダウンホールモータの作業部材 （例えばロータ）を示す縦断面図である。

第２図は、第１図のｎ−ｎ線に沿う拡大断面図である。

第３図は、第１図の■−■線に沿う拡大断面図である。

第４図は、内側螺旋歯を備えた坑井掘削用の螺旋ダウンホールモータの作業部材 （例えばステータ）を示す縦断面図である。

第５図は、第４図のｖ−ｖ′ｌａに沿う拡大断面図である。

第６図は、外面にコーティングが設けられた第１図の作業部材を示す縦断面図で ある。

第７図は、第６図の■−■線に沿う拡大断面図である。

発明の好ましい実施例 螺旋歯を備えた螺旋ダウンホールモータの作業部材（例えばロータ）は、互いに 前後に連続して配置される別々の管状セクション１をリング２の形態の連結エレ メントで相互連結することにより作られる。

作業部材のセクション１は管状シェルの形状を存し、該管状シェルは、管状セク ション１の作業面として機能する一定厚さの歯からなる壁を備えている。各リン グエレメント２は、連結可能セクション１の内部に配置されて、これらの連結可 能セクション１の端部にオーバーランプしている。また、各リングエレメント２ は外側螺旋歯４を有しており、該外側螺旋歯４のピッチを及び方向は、作業部材 の管状セクション１のピンチｔ、及び方向と一致している。リングエレメント２ の歯（外側螺旋歯）４の輪郭は、連結可能セクション１の歯３の形状に対して等 距離にある。このため、リングエレメント２の歯４は、互いに隣接する２つの管 状セクションＩの歯３の内側螺旋面５（第２図、第３図）に対し緊密に嵌合する 。連結部の気密性及び非分離性を確保するため、リングエレメント２は、ろう付 け、溶接、接着等の任意の既知の適当な方法により、管状セクション１との連結 部で堅固に固定される。

リングエレメント２は、外側螺旋歯４をもつ中空の形状を有しており、また第２ 図に最も良く示すような一定厚さｒａＪの壁又は第３図に最も良く示すような不 定厚さｒｂＪ、「ｂｌ」の壁を有している。リングエレメント２の長さは、連結 可能セクション１の長さの１７８〜１／２０である。

リングエレメント２が不定厚さの壁を存するものである場合には、このリングエ レメント２は、管状セクション１を連結するためだけでなく、カルダン軸の作業 部材（ロータ）への連結にも使用でき、或いは、ロータからの力のモーメント及 び軸線方向の荷重を螺旋ダウンホールモータのベアリングユニットの軸に伝達す る可撓性軸への連結にも使用することができる（カルダン軸及びベアリングユニ ットは図示されていない）。

本発明により１！する連結リングは、螺旋ダウンホールモータの作業部材の管状 セクション（特に、第４図及び第５図に最も良く示すようなステータ）の連結に 使用することができる。

この場合には、作業部材のセクション７は互いに前後に連続して配置され、かつ 一定厚さの壁をもつ成形管状シェルの形状を存している。また、この連結可能セ クション７は、該連結可能セクション７の外側に配置される一定厚さのリングエ レメント８により連結される。

各リングエレメント８は内側螺旋歯９を有しており、該内側螺旋歯９のピッチｔ 、及び方向は、作業部材のセクション７の内側歯１０のピッチｔ、及び方向に一 致している。

リングエレメント８の内側螺旋歯９の輪郭は、作業部材の連結可能セクション７ の内側歯１０の形状に対して等距離にある。このため、リングエレメント８の内 側螺旋歯９は、互いに隣接するセクション７の外側螺旋面１１に対して緊密に嵌 合されかつ既知の任意の適当な方法により外側螺旋面１１に固定される。

作業部材（例えばステータ）の端部のセクション７の自由部分は、掘削パイプの ストリング及びベアリング組立体（第４図には示されていない）に連結される。

螺旋ダウンホールモータは掘削泥水の摩擦媒体中で作動するため、作業対をなす 一方のエレメントを、ニトリルゴムのような弾性コーティング又は耐磨耗性を増 大させる目的に適した他の任意の材料で被覆するのが好ましい。

第６図及び第７図には、外側螺旋歯１２を備えたロータの形態をなす作業部材で あって、既知の任意の適当な方法で付着されたコーティング１３を備えた作業部 材が示されている。このロータは、第４図に示したステータと共に使用すること ができる。コーティングは、ステータの螺旋歯の内側面にも付着できることは明 白であり、その場合には第１図のロータと共に使用することができる。

リングエレメントにより相互連結された幾つかの管状セクションで構成された螺 旋ダウンホールモータの作業部材は、任意の所望の長さにすることができる。

ロータのような作業部材を組み立てるとき、管状セクション１は螺旋歯面に沿っ てリングエレメント２に結合され、かつ既知の任意の適当な方法（例えば、ろう 付け、溶接又は接着）によりリングエレメント２に固定されて、連結部の非分離 性及び気密性が確保される。

このようにして組み立てられた作業部材は、螺旋ダウンホールモータの作業対と して使用され、次のように作動する。

作業対（すなわち、管状セクション１　（第１図）により構成されたロータ）の 内部に洗浄流体を供給すると、この洗浄流体による不釣り合い圧力がこのロータ を回転させるように作用し、このロータの外側歯が、相手の作業部材（すなわち 、管状セクション７（第４図）により構成されたステータ）の内側歯止でローリ ングする。従って、リングエレメント２又は８により相互連結された別々の管状 セクションからなる管状作業部材は、一体構造となって作動する。

小さい】を設けても、作業部材の振動を増大させることにはならず、高負荷の下 での作業部材の作業性が確保される。ロータの管状セクション１での力のモーメ ントは、枢動可能な連結部又は可撓性軸を介して螺旋ダウンホールモータのベア リングユニットの出力軸に伝達される（螺旋ダウンホールモータのベアリングユ ニット及び他の部品及びエレメントは図示しない）。

上記のように、螺旋ダウンホールモータの作業部材の本発明による構造は、本発 明で提案するリングエレメントにより別々のステータ又はロータを相互連結する ことによって、作業対のピッチ数を増大させることができ、かつ出力軸での力の モーメントを増大させることができる。

リングエレメントは、一方の管状セクションに対する他方の管状セクションの自 動配向を可能にし、結合部に気密性を与え、作業対における特定圧力を低下させ 、かつ信転性を向上させることができる。他の利点は、ステータの歯の曲げに対 する抵抗が大きいことである。また、作業部材の製造に要する高価な耐蝕鋼の使 用量が低減できる。更に、中空のリングエレメントにより相互連結される作業部 材の管状セクションの使用により、螺旋ダウンホールモータの横方向振動の大き さ及び該横方向振動に伴う作業部材の過度の磨耗を大幅に低減させることができ る。

産業上の利用可能性 本発明により構成された作業部材を備えた螺旋ダウンホールモータは、油井及び ガス井の掘削に使用でき、かつ螺旋ダウンホールモータの作業部材を、螺旋歯を 備えたステータ又はロータで構成することができる。

国際調査報告

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．螺旋歯（３又は１０）を備えた別々の管状セクション（１又は７）を有する 坑井掘削用の螺旋ダウンボールモータの作業部材であって、前記管状セクション （１又は７）が連続的に配置されておりかつ連結エレメントにより相互連結され ている螺旋ダウンボールモータの作業部材において、前記各連結エレメントがリ ング（２又は８）の形状を有しており、該リング（２又は８）が、連結可能セク ション（１又は７）に堅固に固定されておりかつ該連結可能セクション（１又は ７）の螺旋歯（３又は１０）のピッチ及び方向に等しいピッチ及び方向の螺旋歯 （４又は９）を有しており、前記リング（２又は８）の螺旋歯（４又は９）が前 記連結可能セクション（１又は７）の螺旋歯（３又は１０）の輪郭に対して等距 離にあることを特徴とする坑井掘削用の螺旋ダウンボールモータの作業部材。
2. ２．前記各リング（２又は８）が、一定厚さの壁を有していることを特徴とする 請求の範囲第１項に記載の作業部材。
3. ３．前記各リング（２又は８）が、不定厚さの壁を有していることを特徴とする 請求の範囲第１項に記載の作業部材。