本發(fā)明涉及石油天然氣井鉆井過(guò)程中，為了抑制巖屑床形成的技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及液磁耦合攜屑工具用的內(nèi)轉(zhuǎn)子液力磁芯總成。

背景技術(shù)：

復(fù)雜結(jié)構(gòu)井是水平井、大位移井、多分支井、多底井等井型的統(tǒng)稱，其特點(diǎn)之一是具有較長(zhǎng)的水平段，能夠大幅度提高井眼泄油面積，最大限度地提高單井產(chǎn)量。已逐漸成為海洋石油天然氣、頁(yè)巖氣開(kāi)采的主要井型，在世界范圍內(nèi)布井?dāng)?shù)量呈逐年增加趨勢(shì)。然而復(fù)雜結(jié)構(gòu)井由于造斜段和水平段較長(zhǎng)，在重力分量的作用下，鉆進(jìn)破碎的巖屑在水平段和造斜段極易沉積形成巖屑床，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)研究均表明井斜大于45度后的造斜段和水平井段鉆井液攜帶巖屑效率低，巖屑易形成巖屑床，堵塞鉆完的井眼，即使少量的巖屑床形成后也會(huì)造成鉆具拖壓，粘卡等井下安全事故，造成機(jī)械鉆速大幅度降低，非生產(chǎn)時(shí)間和作業(yè)成本大幅度增加，這就要求在這類井型的鉆井過(guò)程中，保持較高的井眼巖屑清潔效率，在巖屑床易于形成的井段采用必要的方法，防止巖屑床的形成，保證鉆具和井眼安全。

針對(duì)目前大斜度和水平段存在巖屑清潔困難的問(wèn)題，國(guó)內(nèi)主要采用增大鉆井液排量、調(diào)整鉆井液流變性能、提高鉆桿轉(zhuǎn)速(連續(xù)油管鉆井不能使用)或短起下鉆具來(lái)改善。其中鉆井液排量、流變性和鉆桿轉(zhuǎn)速參數(shù)因其他鉆進(jìn)工藝要求而不能僅考慮巖屑床問(wèn)題，這些參數(shù)只能適當(dāng)調(diào)整，所以現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用最普遍的清潔井眼方法是短起下鉆具和長(zhǎng)距離倒滑眼作業(yè)，但這種方法以犧牲鉆進(jìn)時(shí)間為代價(jià)，增加鉆進(jìn)成本，并不是從本質(zhì)上解決這類井型的井眼清潔問(wèn)題。

近幾年為解決水平井、大位移井的大斜度和水平段巖屑清潔困難問(wèn)題，國(guó)外逐漸開(kāi)始商用帶有葉片的井眼清潔工具，這類工具基本結(jié)構(gòu)是在管柱本體上加工螺旋形或v型的葉片，通過(guò)絲扣與鉆桿連接，工作時(shí)隨鉆桿旋轉(zhuǎn)，環(huán)空鉆井液在葉片旋轉(zhuǎn)作用下獲得周向誘導(dǎo)速度形成螺旋流，使沉積在井眼低邊的巖屑重新啟動(dòng)懸浮，有效抑制巖屑床的形成，提高井眼清潔效率。但國(guó)外商用的井眼清潔工具，均依賴于管柱的旋轉(zhuǎn)，這意味鉆進(jìn)至巖屑沉積嚴(yán)重的造斜段時(shí)，如使用動(dòng)力鉆具滑動(dòng)鉆進(jìn)，因鉆桿與井眼清潔工具不旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致井眼清潔工具失效，即使是復(fù)合鉆進(jìn)，由于鉆桿轉(zhuǎn)速過(guò)低，井眼清潔工具旋轉(zhuǎn)作用效果也不顯著，而配套旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具又因成本原因并不能廣泛使用，因此依賴管柱旋轉(zhuǎn)的井眼清潔工具并不適用我國(guó)的國(guó)情。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題而提供液磁耦合攜屑工具用的內(nèi)轉(zhuǎn)子液力磁芯總成，可以提高液壓勢(shì)能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)動(dòng)能的效率。

一種液磁耦合攜屑工具用的內(nèi)轉(zhuǎn)子液力磁芯總成，包括旋轉(zhuǎn)磁芯和壓差葉片，旋轉(zhuǎn)磁芯成貫通的筒狀，壓差葉片固定安裝于旋轉(zhuǎn)磁芯的一端。

通過(guò)將壓差葉片與旋轉(zhuǎn)磁芯固定連接，可以將壓差葉片因受到徑向液體流動(dòng)所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)，傳遞給旋轉(zhuǎn)磁芯，旋轉(zhuǎn)磁芯可以將該旋轉(zhuǎn)向外輸出。因?yàn)槎咧苯庸潭ò惭b，可以盡可能的擴(kuò)大葉片的面積，當(dāng)葉片與鉆井液接觸作用面積增加之后，液壓勢(shì)能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)動(dòng)能效率將會(huì)提高。而且，因葉片間鉆井液過(guò)流面積大，相同鉆井液排量下，葉片間鉆井液流速低，因而可減少高含砂鉆井液對(duì)葉片的沖蝕，降低鉆井固控設(shè)備要求，節(jié)約成本。

優(yōu)選的技術(shù)方案，其附加技術(shù)特征在于：壓差葉片的數(shù)量至少為3片。

通過(guò)設(shè)置至少3片的壓差葉片，可以充分利用旋轉(zhuǎn)磁芯內(nèi)部的流道的面積，將較多的液體流動(dòng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)的動(dòng)能。

進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案，其附加技術(shù)特征在于：壓差葉片的根部設(shè)置在中心軸上，壓差葉片與中心軸為一整體機(jī)械加工件。

通過(guò)設(shè)置中心軸，可以將旋轉(zhuǎn)磁芯內(nèi)的液體流動(dòng)導(dǎo)向距離旋轉(zhuǎn)磁芯的軸線較遠(yuǎn)處，液體沖擊壓差葉片，相對(duì)于旋轉(zhuǎn)磁芯的軸線可以產(chǎn)生較大的扭矩，從而增加了旋轉(zhuǎn)磁芯所可以接受到的扭矩的上限，相應(yīng)的，也可以增加旋轉(zhuǎn)磁芯所能對(duì)外施加的扭矩的上限。而且，整體機(jī)械加工的方式來(lái)形成壓差葉片和中心軸，也可以顯著提高部件的強(qiáng)度，提高使用壽命。

優(yōu)選的技術(shù)方案，其附加技術(shù)特征在于：葉片切面為螺旋形、機(jī)翼形、月牙形或弓形。

采用上述類型截面的葉片，能量轉(zhuǎn)化率高，有利于盡可能的利用液體流動(dòng)的能量在環(huán)空鉆井液獲得周向誘導(dǎo)速度形成螺旋流，以帶動(dòng)巖屑運(yùn)動(dòng)。

進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案，其附加技術(shù)特征在于：各片壓差葉片之間為等螺距設(shè)置。

采用等螺距設(shè)置壓差葉片，相應(yīng)的，各個(gè)壓差葉片相對(duì)于旋轉(zhuǎn)磁芯的周向角度也是均勻分布的，從而能夠保證，在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，無(wú)論壓差葉片在旋轉(zhuǎn)到任何一個(gè)角度時(shí)，都可以保持相同的轉(zhuǎn)矩輸出。

優(yōu)選的技術(shù)方案，其附加技術(shù)特征在于：葉片的外徑大于等于旋轉(zhuǎn)磁芯的內(nèi)徑。

內(nèi)轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)葉片外徑大，與鉆井液接觸作用面積大，液壓勢(shì)能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)動(dòng)能效率更高，可通過(guò)調(diào)節(jié)葉片水力參數(shù)(如螺距角、進(jìn)角、攻角等)獲得更大的扭矩。而且，因葉片間鉆井液過(guò)流面積大，相同鉆井液排量下，葉片間鉆井液流速低，因而可減少高含砂鉆井液對(duì)壓差葉片的沖蝕，降低鉆井固控設(shè)備要求，節(jié)約成本。

優(yōu)選的技術(shù)方案，其附加技術(shù)特征在于：旋轉(zhuǎn)磁芯與壓差葉片通過(guò)緊配合連接。

通過(guò)旋轉(zhuǎn)磁芯與壓差葉片進(jìn)行緊配合連接，可以盡可能擴(kuò)大旋轉(zhuǎn)磁芯內(nèi)部的空間，充分利用旋轉(zhuǎn)磁芯內(nèi)壁的空間以增加葉片間的通道直接和旋轉(zhuǎn)磁芯中空流道聯(lián)通的面積，從而盡量增加對(duì)旋轉(zhuǎn)磁芯中的液體的流動(dòng)能量的利用率。

優(yōu)選的技術(shù)方案，其附加技術(shù)特征在于：旋轉(zhuǎn)磁芯由無(wú)磁合金中空管柱整體機(jī)械加工而成，旋轉(zhuǎn)磁芯外壁設(shè)有至少兩個(gè)永磁鐵鑲嵌槽，永磁鐵鑲嵌槽沿旋轉(zhuǎn)磁芯的軸向延伸，永磁鐵鑲嵌槽中用于在工作時(shí)嵌有永磁鐵，永磁鐵的磁極方向沿旋轉(zhuǎn)磁芯的徑向設(shè)置，每相鄰的兩個(gè)永磁鐵磁極相反。

通過(guò)永磁鐵鑲嵌槽嵌裝不同磁極方向的永磁鐵，通過(guò)永磁鐵的周向移動(dòng)，利用磁極之間的相互吸引和排斥作用，以帶動(dòng)外部的相應(yīng)旋轉(zhuǎn)葉片旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)巖屑流動(dòng)。

進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案，其附加技術(shù)特征在于：旋轉(zhuǎn)磁芯的外壁兩端設(shè)置有軸承座。

通過(guò)在旋轉(zhuǎn)磁芯兩端設(shè)置軸承座，可以提高旋轉(zhuǎn)磁芯相對(duì)于周圍部件旋轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，從而保證壓差葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)的角度的穩(wěn)定，以利于充分利用液體流動(dòng)的能量。

再進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案，其附加技術(shù)特征在于：永磁鐵的斷面形狀為梯形、正方形、長(zhǎng)方形或扇環(huán)形。

采用上述截面形狀的永磁鐵，其加工性好，且嵌入到截面中之后可以較為牢固的固定在永磁鐵鑲嵌槽中。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的液磁耦合攜屑工具用的內(nèi)轉(zhuǎn)子液力磁芯總成的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1的右視圖；

圖3是圖2的a-a剖視圖；

圖4是實(shí)施例1從一個(gè)方向觀察的立體圖；

圖5是實(shí)施例1從另一個(gè)方向觀察的立體圖。

具體實(shí)施方式

為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并詳細(xì)說(shuō)明如下：

實(shí)施例1：

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的液磁耦合攜屑工具用的內(nèi)轉(zhuǎn)子液力磁芯總成的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的右視圖；圖3是圖2的a-a剖視圖；圖4是實(shí)施例1從一個(gè)方向觀察的立體圖；圖5是實(shí)施例1從另一個(gè)方向觀察的立體圖。圖中，各個(gè)附圖標(biāo)記表示的含義如下；1、葉片中心軸；2、壓差葉片；3、前軸承座；4、永磁鐵鑲嵌槽；5、旋轉(zhuǎn)磁芯；6、后軸承座；7、鉆井液入口；8、鉆井液出口；9、鉆井液流道。

一種液磁耦合攜屑工具用的內(nèi)轉(zhuǎn)子液力磁芯總成，包括旋轉(zhuǎn)磁芯5和壓差葉片2，旋轉(zhuǎn)磁芯5成貫通的筒狀，壓差葉片2固定安裝于旋轉(zhuǎn)磁芯5的一端。

通過(guò)將壓差葉片2與旋轉(zhuǎn)磁芯5固定連接，可以將壓差葉片2因受到徑向液體流動(dòng)所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)，傳遞給旋轉(zhuǎn)磁芯5，旋轉(zhuǎn)磁芯5可以將該旋轉(zhuǎn)向外輸出。因?yàn)槎咧苯庸潭ò惭b，可以盡可能的擴(kuò)大壓差葉片2的面積，當(dāng)葉片與鉆井液接觸作用面積增加之后，液壓勢(shì)能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)動(dòng)能效率將會(huì)提高。

優(yōu)選的，壓差葉片2的數(shù)量至少為3片。

通過(guò)設(shè)置至少3片的壓差葉片2，可以充分利用旋轉(zhuǎn)磁芯5內(nèi)部的鉆井液流道9的面積，將較多的液體流動(dòng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)的動(dòng)能。

進(jìn)一步優(yōu)選的，壓差葉片2的根部設(shè)置在中心軸1上，壓差葉片2與中心軸1為一整體機(jī)械加工件。

通過(guò)設(shè)置中心軸1，中心軸的具體直徑，可以為旋轉(zhuǎn)磁芯內(nèi)壁直徑的1/5～1/3，可以將旋轉(zhuǎn)磁芯5內(nèi)的液體流動(dòng)導(dǎo)向距離旋轉(zhuǎn)磁芯5的軸線較遠(yuǎn)處，液體沖擊壓差葉片2，相對(duì)于旋轉(zhuǎn)磁芯5的軸線可以產(chǎn)生較大的扭矩，從而增加了旋轉(zhuǎn)磁芯5所可以接受到的扭矩的上限，相應(yīng)的，也可以增加旋轉(zhuǎn)磁芯5所能對(duì)外施加的扭矩的上限。而且，整體機(jī)械加工的方式來(lái)形成壓差葉片2和中心軸1，也可以顯著提高部件的強(qiáng)度，提高使用壽命。

優(yōu)選的，葉片切面為螺旋形、機(jī)翼形、月牙形或弓形。

采用上述類型截面的葉片，能量轉(zhuǎn)化率高，有利于盡可能的利用液體流動(dòng)的能量在環(huán)空鉆井液獲得周向誘導(dǎo)速度形成螺旋流，以帶動(dòng)巖屑運(yùn)動(dòng)。

進(jìn)一步優(yōu)選的，各片壓差葉片2之間為等螺距設(shè)置。

采用等螺距設(shè)置壓差葉片2，相應(yīng)的，各個(gè)壓差葉片2相對(duì)于旋轉(zhuǎn)磁芯5的周向角度也是均勻分布的，從而能夠保證，在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，無(wú)論壓差葉片2在旋轉(zhuǎn)到任何一個(gè)角度時(shí)，都可以保持相同的轉(zhuǎn)矩輸出。

優(yōu)選的，葉片的外徑大于等于旋轉(zhuǎn)磁芯5的內(nèi)徑。

內(nèi)轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)葉片外徑大，與鉆井液接觸作用面積大，液壓勢(shì)能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)動(dòng)能效率更高，可通過(guò)調(diào)節(jié)葉片水力參數(shù)(如螺距角、進(jìn)角、攻角等)獲得更大的扭矩。而且，因葉片間鉆井液過(guò)流面積大，相同鉆井液排量下，葉片間鉆井液流速低，因而可減少高含砂鉆井液對(duì)葉片的沖蝕，降低鉆井固控設(shè)備要求，節(jié)約成本。

優(yōu)選的，旋轉(zhuǎn)磁芯5與壓差葉片2通過(guò)緊配合連接。

通過(guò)旋轉(zhuǎn)磁芯5與壓差葉片2進(jìn)行緊配合連接，可以盡可能擴(kuò)大旋轉(zhuǎn)磁芯5內(nèi)部的空間，充分利用旋轉(zhuǎn)磁芯5內(nèi)壁的空間以增加葉片間的通道直接和旋轉(zhuǎn)磁芯5中空流道聯(lián)通的面積，即擴(kuò)大鉆井液入口7處的截面積，從而盡量增加對(duì)旋轉(zhuǎn)磁芯5中的液體的流動(dòng)能量的利用率。

優(yōu)選的，旋轉(zhuǎn)磁芯5由無(wú)磁合金中空管柱整體機(jī)械加工而成，旋轉(zhuǎn)磁芯5外壁設(shè)有至少兩個(gè)永磁鐵鑲嵌槽4，永磁鐵鑲嵌槽4沿旋轉(zhuǎn)磁芯5的軸向延伸，每個(gè)永磁鐵鑲嵌槽4中均嵌有永磁鐵，永磁鐵的磁極方向沿旋轉(zhuǎn)磁芯5的徑向設(shè)置，每相鄰的兩個(gè)永磁鐵磁極相反。

通過(guò)永磁鐵鑲嵌槽4嵌裝不同磁極方向的永磁鐵，通過(guò)永磁鐵的周向移動(dòng)，利用磁極之間的相互吸引和排斥作用，以帶動(dòng)外部的相應(yīng)旋轉(zhuǎn)葉片旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)巖屑流動(dòng)。

具體說(shuō)來(lái)，可以在工作時(shí)把永磁鐵鑲嵌在槽內(nèi)，并且做注膠防震保護(hù)。旋轉(zhuǎn)磁芯5在滿足強(qiáng)度的情況下，永磁鐵鑲嵌數(shù)量?jī)?yōu)先取上限，優(yōu)點(diǎn)是每相鄰兩永磁鐵形成的周期性變化磁場(chǎng)沿周向分布較密集，使外側(cè)旋轉(zhuǎn)葉片受到的周向力變化相對(duì)較小，旋轉(zhuǎn)時(shí)扭矩更加均勻，有助于保護(hù)軸承，減緩軸承磨損。

進(jìn)一步優(yōu)選的，旋轉(zhuǎn)磁芯5的外壁兩端設(shè)置有軸承座。其中，在鉆井液入口7處的為前軸承座3，在鉆井液出口8處的為后軸承座6。

通過(guò)在旋轉(zhuǎn)磁芯5兩端設(shè)置軸承座，可以提高旋轉(zhuǎn)磁芯5相對(duì)于周圍部件旋轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，從而保證壓差葉片2旋轉(zhuǎn)時(shí)的角度的穩(wěn)定，以利于充分利用液體流動(dòng)的能量。

再進(jìn)一步優(yōu)選的，永磁鐵的斷面形狀為梯形、正方形、長(zhǎng)方形或扇環(huán)形。

采用上述截面形狀的永磁鐵，其加工性好，且嵌入到截面中之后可以較為牢固的固定在永磁鐵鑲嵌槽4中。

盡管上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以作出很多形式，例如：①除了實(shí)施例中所列舉的壓差葉片與旋轉(zhuǎn)磁芯之間是通過(guò)緊配合連接的，實(shí)際上還可以通過(guò)鍵槽配合進(jìn)行連接。這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。