專利名稱：葉片式井下動力鉆具的制作方法
技術領域：
本發(fā)明公開了一種葉片式井下動力鉆具，適用于石油、天然氣的勘探、開發(fā)中作為井下動力鉆具;也可作為其他鉆探工程中的井下動力鉆具。
1977年7月美國《油氣雜志》公開的加里森葉片式井下動力鉆具，采用橡膠作為主要工作元件。目前，橡膠元件的允許使用溫度較低，耐磨損性還較差，從而限制了這種鉆具使用井深的增加及使用壽命的提高。
本發(fā)明的目的在于提供一種取消了不耐高溫、耐磨性差的橡膠作鉆具的主要工作元件，并且選用主要工作元件磨損后能自動補償的新式井下動力鉆具。這種新式井下動力鉆具具有適用井深范圍廣、工作壽命長的特點。
本發(fā)明是這樣實現的一個由旁通閥(1)、動力節(jié)(2)、軸承節(jié)(3)、限壓閥(4)組成的石油鉆井用葉片式井下動力鉆具，其特征是a.動力節(jié)(2)包括外殼(5)、隔液密封架(27)、密封圈(28)、定子頭(6)、定子殼(8)、定子體(26)、定子滑塊(24)、定子簧片(25)組成的固定系統(tǒng)和主軸(19)、葉片體(12)、葉片軸(13)、耐磨塊(14)、葉片片簧(15)、定位塊(20)、擋銷(21)、鋼球(22)、撥簧(9)、撥簧固定鋼絲(10)、鋼絲套(23)、轉子頭耐磨套(16)、轉子頭定位套(17)、轉子頭壓緊套(18)組成的旋轉部分，其旋轉部分位于固定系統(tǒng)之中，并通過上下兩個徑向滑動軸承(30)與固定系統(tǒng)組成動聯結。b.定子殼(8)上端開有兩個進液孔(7)，下端開有兩個出液孔(11)，內徑上開有兩個對稱的全通鍵槽(37)。c.定子殼(8)兩端的定子頭(6)內徑上開有兩個對稱的鍵槽(31)，外徑的對應位置上有兩個對稱的支爪(32)。d.主軸(19)為一空心軸，其內孔(49)為通孔，兩端有螺紋(46、50)，外表面的中部開有四個均布的安裝葉片系統(tǒng)的階梯型長槽一葉片槽(29)及撥簧槽(51)，葉片槽(29)的兩端設有圓形盲孔(47)，撥簧槽(51)的兩端設有鋼絲穿孔(48)。e.四個定位塊(20)上設有偏置的階梯形圓通孔(60、61)和圓柱突臺(62)，其大曲面的曲率半徑等于1主軸大徑半徑，并通過圓柱突臺(62)、擋銷(21)、鋼球(22)、葉片軸(13)使葉片體(12)在主軸(19)上定位和組成動聯接。當地面鉆井泵將鉆井液升壓，并經鉆桿送至本鉆具動力節(jié)(2)的外環(huán)空腔(34)時(參見圖3)，高壓鉆井液會再經定子殼(8)上端的進液孔(7)進入封閉腔(33)，去推動葉片體(12)繞主軸(19)的軸心順時針轉動，葉片體(12)又推動其右側的鉆井液經定子殼(8)下端的出液孔(11)排向鉆頭及外環(huán)形空間后，流向地面的除砂系統(tǒng)。在該葉片體(12)轉動到出液口(11)處，其左側相鄰的葉片體將轉到進液孔(7)的右側，并在撥簧(9)的作用下，葉片體即從葉片槽(29)中跳出，開始接替前一葉片體(12)工作，即帶動主軸(19)順時針轉動。如此，四個葉片體交替不斷地進行工作，主軸(19)即可連續(xù)不斷轉動，從而驅動鉆頭去破碎地層，進行鉆探。
本發(fā)明裝置中的兩個定子體(26)可以是一個帶c型通槽(38)的柱體(參見圖18、19)。兩個裝在定子體(26)c型通槽(38)中的定子滑塊(24)的工作面為v型，定子簧片(25)為波浪式的簧片、裝在定子滑塊(24)和定子體(26)之間，以保證定子滑塊(24)在工作中能同主軸(19)、葉片體(12)形成良好的密封式接觸，即使發(fā)生磨損之后，也可獲得部分補償。
本發(fā)明裝置中的兩定子體(26′)也可以是一個帶E型長槽的柱體(參見圖11、12、13、14)，并且具有收口邊緣(44)，此時定子滑塊(24′)為四個圓柱形輥子，裝入E型長槽(42、43)內，定子簧片(25′)仍是波浪式的帶狀簧片，裝在定子滑塊(24′)和定子體(26′)之間，以保證定子滑塊(24′)在工作中能同主軸(19)、葉片體(12)形成良好的密封式接觸，除在發(fā)生磨損之后，也可獲得補償外，還因定子滑塊(24′)工作時是滾動的，從而可減少對主軸(19)、葉片體(12)轉動的阻力和磨損;故是一種較好的結構。此處的收口邊緣(44)有阻擋定子滑塊(24′)外掉功能。
本發(fā)明裝置中的四個葉片體(12)可以是開有里大口小式階梯形通槽(52)的長柱形(參見圖24、25、26、27)，柱形面由弧面(54、55、57)和平面(56)組成，其兩端有偏置的葉片軸孔(53)。耐磨塊(14)為L形長柱，它裝在葉片體(12)的階梯形通槽(52)中。葉片片簧(15)也是波浪式帶狀簧片，安裝在葉片體(12)和耐磨塊(14)之間，以便保證葉片體(12)與定子殼(8)內壁的密封式接觸，有磨損后自動補償作用及提高鉆具的安裝和維修性，故是一種較好的葉片體結構。
本發(fā)明裝置中的四個葉片體(12′)也可以是長柱形(參見圖28、29)，柱形面由弧形面(54、55、57)和平面(56)組成，其兩端也有偏置的葉片軸孔(53)。此葉片體(12′)具有結構簡單的特點。
本發(fā)明所公開的葉片式井下動力鉆具，其動力節(jié)中的主要工作元件，即起對磨和密封的元件，如定子滑塊(24、24′)、葉片體(12、12′)、耐磨體(14)均選用的是軟金屬或耐磨材料，從而克服了現有技術中選用橡膠材料所產生的不足，即深井鉆進，井底溫度高于120℃，依靠橡膠工作的鉆具就會失去工作能力，同時橡膠的耐磨性也較差。故本發(fā)明所公開的葉片式井下動力鉆具具有適用井深范圍廣(淺井或超深井均能使用)、工作壽命長。同時，因本鉆具采用外流道(鉆井液在該鉆具內的外環(huán)空間流動，而不是在軸心通過)，增大了流道截面積，減少了鉆井液的壓降損失，有利于深井作業(yè)。


圖1為葉片式井下動力鉆具全機結構示意圖。
圖2為本發(fā)明中動力節(jié)結構之一的剖視圖。
圖3為圖2的B-B剖視圖。
圖4為本發(fā)明中動力節(jié)(結構之二)的B-B剖視圖。
圖5為隔液密封架(27)、密封圈(28)和定子殼(8)裝配視圖。
圖6為圖5的右視圖。
圖7為圖5的D-D剖視圖。
圖8為圖5的E-E剖視圖。
圖9為定子頭(6)的剖視圖。
圖10為圖9的右視圖。
圖11為定子組件的剖視圖。
圖12為圖11的右視圖。
圖13為定子體(26′)的正視圖。
圖14為圖13的H-H剖視圖。
圖15為輥子(24′)的正視圖。
圖16為另一定子組件的剖視圖。
圖17為圖16的右視圖。
圖18為定子體(26)的正視圖。
圖19為圖18的右視圖。
圖20為定子滑塊(24)的正視圖。
圖21為圖20的右視圖。
圖22為主軸的正視局部剖視圖。
圖23為圖22的F-F剖視圖。
圖24為葉片組件的正視局部剖視圖。
圖25為圖24的I-I剖視圖。
圖26為葉片體(12)的正視面剖圖。
圖27為圖26的右視圖。
圖28為另一種葉片體的正視面剖圖。
圖29為圖28的右視圖。
圖30為定位塊的正視局部剖視圖。
圖31為圖30的右視面剖圖。
圖32為本發(fā)明中動力節(jié)(結構之三)的B-B剖視圖。
圖33為本發(fā)明中動力節(jié)(結構之四)的B-B剖視圖。
實施例1參見圖1，本發(fā)明的葉片式井下動力鉆具，是一種將鉆井液能量轉變?yōu)轵寗鱼@頭轉動的容積式液馬達。主要由旁通閥(1)、動力節(jié)(2)、軸承節(jié)(3)、限壓閥(4)四大部分組成。其中旁通閥(1)、軸承節(jié)(3)、限壓閥(4)均與現有技術相似，這里不作重復敘述。動力節(jié)(2)是本發(fā)明的核心，參見圖2、圖3，將按圖樣要求加工好動力節(jié)的各零件，并進行組裝調試。其中定子殼(8)、隔液密封架(27)、密封圈(28)依靠定子頭(6)固定和定位在外殼(5)中。隔液密封架(27)、密封圈(28)可將流入動力節(jié)的高壓鉆井液和流出動力節(jié)的低壓鉆井液隔離。即高壓鉆井液從定子殼(8)上端進液孔(7)進入封閉腔(33)，推動葉片體作功后經定子殼(8)下端的出液孔(11)排出。封閉腔(33)是由定子殼(8)、葉片體(12)、主軸(19)、定子滑塊(24)及轉子頭耐磨套(16)，轉子頭定位套(17)所圍成。其中定子殼(8)由外殼(5)固定，是不動的，定子滑塊(24)通過定子體(26)及定子殼(8)上的鍵槽(37)固定，也是不動的;轉子頭定位套(17)由轉子頭壓緊套(18)將它們固定在主軸(19)上，并可隨主軸一起轉動。葉片體(12)在高壓鉆井液推動下，帶主軸(19)順時針轉動。葉片體(12)通過葉片軸(13)、定位塊(20)、擋銷(21)、鋼球(22)安裝在主軸(19)的葉片槽(29)中，并組成門扇式動聯結。撥簧(9)依靠固定鋼絲(10)、鋼絲套(23)固定在主軸(19)上的撥簧槽(51)中，以保證葉片體(12)能按需要從葉片槽(29)中跳出。定子體(26)中的定子簧片(25)，葉片體中的葉片片簧(15)，是用來保證封閉腔(33)工作時密封性能和定子滑塊(24)、耐磨塊(14)磨損后進行自動補償用的。
安裝調試好的動力節(jié)，主軸(19)應能靈活轉動，與旁通閥(1)、軸承節(jié)(3)、限壓閥(4)組合，并通入高壓液體。主軸(19)即可轉動，并可帶動鉆頭進行井下鉆探作業(yè)。
實施例2參見圖4，此動力節(jié)(2)與實施例1相比，所不同之處在于定子體(26′)為E型柱體，其定子滑塊(24′)為圓柱形輥子，其他均是相同的。由于定子滑塊(24′)為圓柱形輥子，保證鉆具工作時可以降低磨損阻力、減少主軸(19)、葉片體(12)的磨損，提高鉆具的使用壽命，是種較好的結構。
實施例3參見圖32、28、29，此動力節(jié)與實施例1相比不同之處在于葉片體(12′)上不具有里大口小的階梯形通槽(52)，沒有耐磨塊(14)、葉片片簧(15)，其他均與實施例1相同。故是種葉片較簡單的結構。
實施例4參見圖33、28、29，此動力節(jié)與實施例2相比不同之處在于葉片體(12′)上不具有里大口小的階梯形通槽(52)，沒有耐磨塊(14)、葉片片簧(15)，其他均與實施例1相同。故是種葉片體較簡單的結構。
權利要求
1.一個由旁通閥(1)、動力節(jié)(2)、軸承節(jié)(3)、限壓閥(4)組成的石油鉆井用葉片式井下動力鉆具，其特征是a.動力節(jié)(2)包括外殼(5)、隔液密封架(27)、密封圈(28)、定子頭(6)、定子殼(8)、定子體(26)、定子滑塊(24)、定子簧片(25)組成的固定系統(tǒng)和主軸(19)、葉片體(12)、葉片軸(13)、耐磨塊(14)、葉片片簧(15)、定位塊(20)、擋銷(21)、鋼球(22)、撥簧(9)、撥簧固定鋼絲(10)、鋼絲套(23)、轉子頭耐磨套(16)、轉子頭定位套(17)、轉子頭壓緊套(18)組成的旋轉部分，其旋轉部分位于固定系統(tǒng)之中，并通過上下兩個徑向滑動軸承(30)與固定系統(tǒng)組成動聯結；b.定子殼(8)上端開有兩個進液孔(7)，下端開有兩個出液孔(11)，內徑上開有兩個對稱的全通鍵槽(37)；c.定子殼(8)兩端的定子頭(6)內徑上開有兩個對稱的鍵槽(31)，外徑的對應位置上有兩個對稱的支爪(32)；d.主軸(19)為一空心軸，其內孔(49)為通孔，兩端有螺紋(46、50)，外表面的中部開有四個均布的安裝葉片系統(tǒng)的階梯型長槽-葉片槽(29)及撥簧槽(51)，葉片槽(29)的兩端設有圓形盲孔(47)，撥簧槽(51)的兩端設有鋼絲穿孔(48)；e.四個定位塊(20)上設有偏置的階梯形圓通孔(60、61)和圓柱突臺(62)，其大曲面的曲率半徑等于主軸大徑半徑，并通過圓柱突臺(62)、擋銷(21)、鋼球(22)、葉片軸(13)使葉片體(12)在主軸(19)上定位和組成動聯接。
2.根據權利要求1所述的石油鉆井用葉片式井下動力鉆具，其特征是兩個定子體(26)是一個帶c型通槽(38)的柱體，兩個裝在定子體(26)c型通槽(38)中的定子滑塊(24)的工作面為v型，定子簧片(25)為波浪式的簧片、裝在定子滑塊(24)和定子體(26)之間，整個定子體裝入定子殼(8)的全通鍵槽(37)中。
3.根據權利要求1或2所述的石油鉆井用葉片式井下動力鉆具，其特征是兩定子體(26′)是一個帶E型長槽的柱體，槽上還具有收口邊緣(44)，而定子滑塊(24′)為四個圓柱形輥子，裝入E型長槽(42、43)內，定子簧片(25′)為波浪式簧片，裝在定子滑塊(24′)和定子體(26′)之間，整個定子被裝入定子殼(8)的全通槽(37)中。
4.根據權利要求1所述的石油鉆井用葉片式井下動力鉆具，其特征是葉片體(12)為長柱形，柱形面由弧面(54、55、57)、平面(56)組成，其上開有里大口小的階梯形通槽(52)、兩端有偏置的葉片軸孔(53)。
5.根據權利要求1或4所述的石油鉆井用葉片式井下動力鉆具，其特征是葉片體(12′)是長柱形，柱形面由弧形面(54、55、57)和平面(56)組成，其兩端有偏置的葉片軸孔(53)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種葉片式井下動力鉆具，適用于石油、天然氣勘探、開發(fā)中作為井下動力鉆具。其動力節(jié)中的主要對磨、密封元件，如葉片體、耐磨體、定子滑塊均選用軟金屬或耐磨材料制造，在結構上選用磨損后元件具有自動補償功能的結構。從而提高了葉片式井下動力鉆具的使用壽命，并擴大了該鉆具的井深適用范圍，即淺井或超深井均能使用。
文檔編號E21B4/02GK1064911SQ9210046
公開日1992年9月30日 申請日期1992年1月25日 優(yōu)先權日1992年1月25日
發(fā)明者顏波, 朱國新, 顏振魯, 張桂琴 申請人:機械電子工業(yè)部蘭州石油機械研究所, 濰坊工藝美術集團公司