一種無旋距全金屬容積式鉆井馬達(dá)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于石油、天然氣開采容積式鉆井馬達(dá)領(lǐng)域，尤其是涉及一種無旋距全金屬容積式鉆井馬達(dá)。
【背景技術(shù)】
[0002]石油鉆井領(lǐng)域內(nèi)容積式鉆井馬達(dá)，俗稱螺桿鉆具，其產(chǎn)品已經(jīng)完全系列化，在石油鉆井中發(fā)揮著不可替代的作用。目前存在的主要問題是:1、使用壽命不足；2、抗高溫能力不夠。原因是該螺桿鉆具的定子受加工工藝、加工技術(shù)所限，主要為橡膠，螺桿定子與轉(zhuǎn)子間靠橡膠的預(yù)擠壓力形成有效密封，由鉆井液驅(qū)動(dòng)輸出動(dòng)力。國內(nèi)外多年以來一直有人在不斷嘗試著各種各樣的加工工藝和加工手段，來嘗試金屬定子或全金屬螺桿的制作，嘗試各種提高壽命和抗溫能力的方案。主要研究有等厚橡膠層代替不等厚橡膠層工藝，轉(zhuǎn)子掛膠代替定子掛膠工藝，定子膨脹成型技術(shù)加工金屬定子，電解液加工技術(shù)加工金屬定子，金屬定子分段式及沖壓疊片式加工工藝等等。相應(yīng)樣機(jī)及專利申報(bào)時(shí)有出現(xiàn)，但是能工業(yè)化應(yīng)用的產(chǎn)品一直未能問世。比較有代表性的試制樣機(jī)有渤海鉆探工程院壓降0.8MPa無有效動(dòng)力樣機(jī)和北京石油機(jī)械廠試制的壓降8.5MPa蹩堵型樣機(jī)。
[0003]根據(jù)對(duì)兩種代表性樣機(jī)的分析研究，目前廣大學(xué)者對(duì)有旋距導(dǎo)程容積式鉆井馬達(dá)轉(zhuǎn)子的偏心運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)理認(rèn)識(shí)不足，有旋距存在時(shí)，馬達(dá)轉(zhuǎn)子各截面位置受定子的約束力方向不一，甚至互相對(duì)抗，沿轉(zhuǎn)子軸線上分布為大小一致方向朝外沿螺旋散發(fā)的偏心力作用。當(dāng)轉(zhuǎn)子與定子的接觸部位有橡膠時(shí)，橡膠被擠壓變形，允許轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)通過。橡膠高溫易老化，塑性弱，因此使用壽命普遍不足。對(duì)螺桿鉆具的數(shù)值模擬技術(shù)證明全金屬轉(zhuǎn)子與定子間隙大于1mm后，容積效率會(huì)大幅度降低，間隙大于2mm后基本無足夠動(dòng)力輸出。全金屬螺桿鉆具樣機(jī)蹩堵的主要原因可歸結(jié)為金屬轉(zhuǎn)子與金屬定子不能被擠壓變形，且不能產(chǎn)生有效彎度。
[0004]本實(shí)用新型從深入研究容積式馬達(dá)的偏心運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)理入手，在簡單受力分析的基礎(chǔ)上，敢于突破常規(guī)思路，取消現(xiàn)有的有旋距設(shè)計(jì)，直接采用有利于加工和機(jī)件運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子與定子均無旋距直齒排列的方案，大大簡化了容積式鉆井馬達(dá)的結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本實(shí)用新型旨在提出一種無旋距全金屬容積式鉆井馬達(dá)，以解決現(xiàn)有鉆井馬達(dá)使用壽命不足和抗高溫能力不夠的問題。
[0006]為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0007]—種無旋距全金屬容積式鉆井馬達(dá)，包括殼體、轉(zhuǎn)子和定子，所述轉(zhuǎn)子位于所述定子的型腔內(nèi)，在所述定子外還設(shè)有所述殼體，且所述殼體固定在所述定子上，所述定子與所述殼體是同心的，而所述轉(zhuǎn)子與所述定子之間有一個(gè)偏心距e，在所述轉(zhuǎn)子上均布有與馬達(dá)軸線相平行的無旋距直齒，在所述定子的內(nèi)側(cè)壁上開設(shè)有與所述轉(zhuǎn)子上的直齒相匹配的齒槽，所述齒槽的數(shù)量大于所述直齒的數(shù)量，所述轉(zhuǎn)子能以所述定子的軸心為圓心，以偏心距e為半徑，繞所述定子圓心做圓周運(yùn)動(dòng)，從而輸出動(dòng)力以驅(qū)動(dòng)鉆井鉆頭工作，所述轉(zhuǎn)子各部的運(yùn)轉(zhuǎn)偏心距e完全同步，轉(zhuǎn)子不存在彎曲力作用，轉(zhuǎn)子與定子間無沖撞力，保證了該鉆井馬達(dá)高效靈活運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0008] 進(jìn)一步的，所述轉(zhuǎn)子與定子均為全金屬制作，使用壽命長，抗高溫能力強(qiáng)，對(duì)地層溫度的適應(yīng)范圍提高。
[0009] 進(jìn)一步的，所述定子與轉(zhuǎn)子，可采用型鋼與型模冷拉工藝規(guī)?；炕庸どa(chǎn)，從而降低生產(chǎn)成本。
[0010] 進(jìn)一步的，所述定子與殼體可通過鑄造一體成型。
[0011] 進(jìn)一步的，所述齒槽與直齒之間的齒數(shù)差和偏心距e相關(guān)，且所述齒數(shù)差與鉆井液流量一起決定轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。
[0012] 相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型所述的一種無旋距全金屬容積式鉆井馬達(dá)具有以下優(yōu)勢(shì):
[0013] 采用有利于加工和機(jī)件運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子與定子均無旋距直齒排列的方案，大大簡化了容積式鉆井馬達(dá)的結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子各部的運(yùn)轉(zhuǎn)偏心距完全同步，轉(zhuǎn)子不存在彎曲力作用，轉(zhuǎn)子與定子間無沖撞力，保證了該鉆井馬達(dá)在極低運(yùn)轉(zhuǎn)間隙的情況下高效靈活運(yùn)轉(zhuǎn)；同時(shí)由于轉(zhuǎn)子與定子均為全金屬制作，轉(zhuǎn)子與定子間無需橡膠層，使用壽命和對(duì)地層溫度的適應(yīng)范圍大幅度提高，具有結(jié)構(gòu)簡單、使用壽命長、溫度適應(yīng)范圍廣的優(yōu)點(diǎn)；此外全金屬定子與轉(zhuǎn)子均可采用型鋼與型模冷拉等加工工藝，按照當(dāng)前技術(shù)產(chǎn)品系列化配套生產(chǎn)，規(guī)模化批量化生產(chǎn)，大幅度降低成本，從而開辟螺桿鉆井時(shí)代。
【附圖說明】
[0014] 構(gòu)成本實(shí)用新型的一部分的附圖用來提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0015]圖1為本實(shí)用新型的截面示意圖。
[0016]附圖標(biāo)記說明:
[0017]1-殼體，2-轉(zhuǎn)子，3-定子。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 需要說明的是，在不沖突的情況下，本實(shí)用新型中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。
[0019] 下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本實(shí)用新型。
[0020] —種無旋距全金屬容積式鉆井馬達(dá)，包括殼體1、轉(zhuǎn)子2和定子3,所述轉(zhuǎn)子2位于所述定子3的型腔內(nèi)，在所述定子3外還設(shè)有所述殼體1，且所述殼體1固定在所述定子3上，所述定子3與所述殼體1是同心的，而所述轉(zhuǎn)子2與所述定子3之間有一個(gè)偏心距e，在所述轉(zhuǎn)子2上均布有與馬達(dá)軸線相平行的無旋距直齒，在所述定子3的內(nèi)側(cè)壁上開設(shè)有與所述轉(zhuǎn)子2上的直齒相匹配的齒槽，所述直齒數(shù)為N，所述齒槽數(shù)為N+X(X為任意數(shù))，X為所述齒槽與直齒之間的齒數(shù)差，所述齒數(shù)差和偏心距e相關(guān)，且所述齒數(shù)差與鉆井液流量一起決定轉(zhuǎn)子2的轉(zhuǎn)速。
[0021]實(shí)施例1，如圖1所示，定子上開設(shè)有六個(gè)齒槽，轉(zhuǎn)子上設(shè)有五個(gè)直齒，所述轉(zhuǎn)子2能以所述定子3的軸心為圓心，以偏心距e為半徑，繞所述定子3圓心做圓周運(yùn)動(dòng)，從而輸出動(dòng)力以驅(qū)動(dòng)鉆井鉆頭工作，所述轉(zhuǎn)子2各部的運(yùn)轉(zhuǎn)偏心距e完全同步，轉(zhuǎn)子2不存在彎曲力作用，轉(zhuǎn)子2與定子3間無沖撞力，保證了該鉆井馬達(dá)高效靈活運(yùn)轉(zhuǎn)，所述轉(zhuǎn)子2與定子3均為全金屬制作，使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于目前的定子3或轉(zhuǎn)子2含橡膠薄層螺桿鉆具，且抗高溫能力強(qiáng)，對(duì)地層溫度的適應(yīng)范圍擴(kuò)展，可適應(yīng)深井、超深井等高地溫環(huán)境下工作，所述定子3與轉(zhuǎn)子2可采用型鋼與型模冷拉工藝規(guī)?；炕庸どa(chǎn)，從而降低生產(chǎn)成本。
[0022]本實(shí)用新型的工作過程:轉(zhuǎn)子2在與之相配套的鉆井液壓裝置引導(dǎo)驅(qū)動(dòng)下，以定子3的軸心為圓心，以偏心距e為半徑，繞定子3圓心做圓周運(yùn)動(dòng)，從而輸出動(dòng)力驅(qū)動(dòng)鉆井鉆頭工作。
[0023]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種無旋距全金屬容積式鉆井馬達(dá)，其特征在于：包括殼體、轉(zhuǎn)子和定子，所述轉(zhuǎn)子位于所述定子的型腔內(nèi)，在所述定子外還設(shè)有所述殼體，且所述殼體固定在所述定子上，所述定子與所述殼體是同心的，所述轉(zhuǎn)子與所述定子之間有一個(gè)偏心距e，在所述轉(zhuǎn)子上均布有與馬達(dá)軸線相平行的無旋距直齒，在所述定子的內(nèi)側(cè)壁上開設(shè)有與所述轉(zhuǎn)子上的直齒相匹配的齒槽，所述齒槽的數(shù)量大于所述直齒的數(shù)量。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無旋距全金屬容積式鉆井馬達(dá)，其特征在于：所述轉(zhuǎn)子與定子均為全金屬制作。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種無旋距全金屬容積式鉆井馬達(dá)，其特征在于：所述定子與轉(zhuǎn)子可采用型鋼與型模冷拉工藝加工生產(chǎn)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種無旋距全金屬容積式鉆井馬達(dá)，其特征在于：所述定子與殼體可通過鑄造一體成型。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種無旋距全金屬容積式鉆井馬達(dá)，其特征在于：所述齒槽與直齒之間的齒數(shù)差和偏心距e相關(guān)，且所述齒數(shù)差與鉆井液流量一起決定轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種無旋距全金屬容積式鉆井馬達(dá)，包括殼體、轉(zhuǎn)子和定子，轉(zhuǎn)子位于定子的型腔內(nèi)，在定子外還設(shè)有殼體，定子與殼體是同心的，轉(zhuǎn)子與定子之間有一個(gè)偏心距e，在轉(zhuǎn)子上均布有與馬達(dá)軸線相平行的無旋距直齒，在定子的內(nèi)側(cè)壁上開設(shè)有與轉(zhuǎn)子上的直齒相匹配的齒槽，齒槽的數(shù)量大于直齒的數(shù)量。本實(shí)用新型的有益效果：轉(zhuǎn)子與定子均采用無旋距直齒排列的方案，簡化馬達(dá)結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子各部的運(yùn)轉(zhuǎn)偏心距完全同步，不存在彎曲力作用和沖撞力，保證了馬達(dá)在極低運(yùn)轉(zhuǎn)間隙的情況下高效靈活運(yùn)轉(zhuǎn)；同時(shí)轉(zhuǎn)子與定子為全金屬，使用壽命長，溫度適應(yīng)范圍廣，且金屬定子與轉(zhuǎn)子均可采用型鋼與型模冷拉等加工工藝，成本低可批量生產(chǎn)。
【IPC分類】E21B4/02, F03C2/22
【公開號(hào)】CN205089524
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520744005
【發(fā)明人】張振海
【申請(qǐng)人】中國石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司
【公開日】2016年3月16日
【申請(qǐng)日】2015年9月22日