一種氣驅(qū)液自循環(huán)的氣體鉆井螺桿鉆具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鉆井設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體來說是一種用于氣體鉆井技術(shù)鉆定向井、水平井和大斜度井，利用氣驅(qū)液自循環(huán)，能夠平穩(wěn)輸出扭矩的氣體鉆井螺桿鉆具。
【背景技術(shù)】
[0002]氣體鉆井是欠平衡鉆井技術(shù)的一種，主要是采用空氣、氮氣、天然氣或柴油機尾氣等作為循環(huán)介質(zhì)的鉆井技術(shù)。目前，氣體鉆井技術(shù)已被世界公認(rèn)為一種有效縮短鉆井時間、降低鉆井成本、解放油氣層的實用技術(shù)，已成為油氣田高效開發(fā)的重要手段。但是現(xiàn)有氣體鉆井技術(shù)和裝備主要應(yīng)用于直井，還不能高效完成定向鉆井形成定向井、水平井和多分支井等，嚴(yán)重地限制了氣體鉆井的應(yīng)用范圍。造成氣體鉆井困局的主要原因是缺乏可靠的適用于氣體鉆井定向鉆進的關(guān)鍵設(shè)備一氣體鉆井螺桿鉆具。由于氣體是可壓縮性介質(zhì)，使得常規(guī)氣體螺桿鉆具在使用過程中輸出扭矩值低、扭矩輸出不穩(wěn)定，造成鉆具憋停和釋放后高速轉(zhuǎn)動，出現(xiàn)“飛車”等現(xiàn)象，導(dǎo)致現(xiàn)有氣體鉆井螺桿鉆具性能差、壽命低，不能穩(wěn)定可靠、高效安全地進行氣體鉆井定向鉆進。
[0003]克服氣體螺桿的“飛車”現(xiàn)象，實現(xiàn)氣體鉆井扭矩的平穩(wěn)輸出，延長鉆具的使用壽命是氣體鉆水平井、定向井成功的關(guān)鍵。因此設(shè)計發(fā)明了一種用于氣體鉆定向井、水平井和大斜度井，利用氣驅(qū)液自循環(huán)，能夠平穩(wěn)輸出扭矩的氣體螺桿鉆具。本發(fā)明立足于材料力學(xué)、工程力學(xué)和流體動力學(xué)，通過合理的設(shè)計，借鑒“發(fā)動機”原理，充分利用氣體鉆井高壓、大流量、可壓縮性循環(huán)氣體，設(shè)計井下“發(fā)動機”，利用地面壓縮機輸出的高壓氣體推動發(fā)動機井下螺桿活塞機構(gòu)高速往復(fù)運動，驅(qū)動螺桿內(nèi)部不可壓縮液體實現(xiàn)自循環(huán)運動，使液體推動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)氣體壓能-機械能(活塞)-液體壓能-機械能(轉(zhuǎn)子)的能量定向轉(zhuǎn)化，輸出平穩(wěn)和足夠大的扭矩給鉆頭，從而實現(xiàn)氣體鉆井定向鉆進作業(yè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對上述存在的問題，提供一種氣驅(qū)液自循環(huán)的氣體鉆井螺桿鉆具，能夠平穩(wěn)輸出扭矩，用于氣體鉆定向井、水平井和大斜度井的定向鉆進作業(yè)。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種氣驅(qū)液自循環(huán)的氣體鉆井螺桿鉆具，包括從上至下依次連接的馬達(dá)總成、萬向軸總成和傳動軸總成;所述馬達(dá)總成包括葉片、進氣口 A、進氣口 B、凸輪、氣缸A、氣缸B、活塞A、活塞B、連桿、排氣口 A、排氣口 B、進液口 A、進液口 B、液缸A、液缸B、液體單向閥A、液體單向閥B、儲液腔、排液口 A、排液口 B、注液腔、注液孔、防掉帽、轉(zhuǎn)子、定子和馬達(dá)總成殼體;所述馬達(dá)總成殼體內(nèi)上部設(shè)置兩個左右對稱的空腔，所述空腔內(nèi)設(shè)置活塞A和活塞B，所述活塞A和活塞B將空腔分為上部對應(yīng)的氣缸A和氣缸B、下部對應(yīng)的液缸A和液缸B，所述連桿設(shè)于活塞A和活塞B之間，所述進氣口 A和進氣口 B均對應(yīng)設(shè)于氣缸A和氣缸B的上方，所述排氣口 A和排氣口 B均對應(yīng)設(shè)于氣缸A和氣缸B的頂部，所述凸輪設(shè)于進氣口與氣缸之間、且與設(shè)于進氣口 A/B上方的葉片同軸連接，所述凸輪轉(zhuǎn)動可控制進氣口 A、進氣口 B、排氣口 A和排氣口 B的開啟或關(guān)閉，所述進液口 A和進液口 B對應(yīng)設(shè)于液缸A和液缸B的外壁上、且和注液腔連通，所述液缸A和液缸B底部均通過對應(yīng)的液體單向閥A和液體單向閥B和儲液腔連通;所述定子設(shè)于馬達(dá)總成的下部，為具有螺旋內(nèi)孔的管子，所述轉(zhuǎn)子設(shè)于定子內(nèi)，轉(zhuǎn)子螺旋向上延伸至儲液腔內(nèi)和防掉帽連接，所述轉(zhuǎn)子外壁為與定子內(nèi)孔配合的螺旋線形，定子與轉(zhuǎn)子共軛嚙合。
[0006]進一步的，所述萬向軸總成包括萬向軸總成殼體、設(shè)于萬向軸總成殼體內(nèi)的萬向軸和轉(zhuǎn)子-萬向軸接頭，所述萬向軸通過轉(zhuǎn)子-萬向軸接頭與馬達(dá)總成的轉(zhuǎn)子底部連接，將轉(zhuǎn)子的偏心運動變換為傳動軸的定軸旋轉(zhuǎn)，同時傳遞扭矩給傳動軸。
[0007]進一步的，所述傳動軸總成包括傳動軸、徑向軸承和傳動軸總成殼體，所述傳動軸設(shè)于傳動軸殼體內(nèi)，徑向軸承設(shè)于傳動軸殼體和傳動軸之間。
[0008]進一步的，所述傳動軸總成還包括上徑向軸承動圈和上徑向軸承靜圈，所述上徑向軸承動圈和上徑向軸承靜圈設(shè)于徑向軸承上的傳動軸殼體和傳動軸之間，并形成供潤滑油潤滑的潤滑腔。
[0009]進一步的，所述傳動軸總成還包括下徑向軸承動圈和下徑向軸承靜圈，所述下徑向軸承動圈和下徑向軸承靜圈設(shè)于徑向軸承下的傳動軸殼體和傳動軸之間，并形成供潤滑油潤滑的潤滑腔。
[0010]進一步的，所述傳動軸總成還包括上徑向軸承動圈、上徑向軸承靜圈、下徑向軸承動圈和下徑向軸承靜圈;所述上徑向軸承動圈和上徑向軸承靜圈設(shè)于徑向軸承上的傳動軸殼體和傳動軸之間，并形成供潤滑油潤滑的潤滑腔;所述下徑向軸承動圈和下徑向軸承靜圈設(shè)于徑向軸承下的傳動軸殼體和傳動軸之間，并形成供潤滑油潤滑的潤滑腔。
[0011 ]進一步的，所述防掉帽和轉(zhuǎn)子之間為螺紋連接。
[0012]本發(fā)明的有益技術(shù)效果是:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種氣驅(qū)液自循環(huán)的氣體鉆井螺桿鉆具，利用氣體鉆井注入的高壓氣體推動活塞高速往復(fù)運動，驅(qū)動螺桿內(nèi)部不可壓縮液體實現(xiàn)自循環(huán)運動，利用液體推動螺桿轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，輸出平穩(wěn)和足夠大的扭矩給鉆頭，從而實現(xiàn)氣體鉆井定向鉆進作業(yè)?？朔Ｒ?guī)氣體螺桿的“飛車”現(xiàn)象，實現(xiàn)氣體鉆井扭矩的平穩(wěn)輸出，延長鉆具的使用壽命。本發(fā)明為氣體鉆定向井、水平井和大位移井技術(shù)提供了一種新的裝備。
【附圖說明】
[0013]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0014]圖1是本發(fā)明一種氣驅(qū)液自循環(huán)的氣體鉆井螺桿鉆具的三維視圖；
[0015]圖2是M-M剖面視圖，為本發(fā)明的剖面結(jié)構(gòu)視圖；
[0016]圖3是N-N剖面視圖，為本發(fā)明的剖面結(jié)構(gòu)視圖；
[0017]圖4是本發(fā)明的面馬達(dá)總成不意圖；
[0018]圖5是本發(fā)明的N_N#lj面馬達(dá)總成不意圖；
[0019]圖6是圖4和圖5中A-A剖面視圖，為本發(fā)明的氣缸進氣流道凸輪機構(gòu)示意圖；
[0020]圖7是圖4和圖5中B-B剖面視圖，為本發(fā)明的氣缸進氣流道孔和排氣流道孔示意圖；
[0021]圖8是本發(fā)明的凸輪機構(gòu)三維示意圖；
[0022]圖9是本發(fā)明的馬達(dá)總成活塞往復(fù)運動過程中氣體和液體運動軌跡示意圖；
[0023]圖10是本發(fā)明的馬達(dá)總成活塞往復(fù)運動過程中排出氣體的運動軌跡示意圖；
[0024]圖11是本發(fā)明的排出氣體在萬向軸總成和傳動軸總成中運動軌跡示意圖；
[0025]圖中標(biāo)號:1_葉片、2-馬達(dá)總成、3-萬向軸總成、4-傳動軸總成、5-進氣口A、6_進氣口 B、7-凸輪、8-氣缸A、9-氣缸B、10-活塞A、ll-活塞B、12-連桿、13-排氣口 A、14-排氣口 B、15-進液口 A、16-進液口 B、17-液缸A、18-液缸B、19-液體單向閥A、20-液體單向閥B、21-儲液腔、22-排液口 A、23-排液口 B、24-注液腔、25-注液孔、26-防掉帽、27-轉(zhuǎn)子、28-定子、29-馬達(dá)總成殼體、30-轉(zhuǎn)子-萬向軸接頭、31-萬向軸、32-萬向軸總成殼體、33-傳動軸、34-上徑向軸承動圈、35-上徑向軸承靜圈、36-徑向軸承、37-下徑向軸承動圈、38-下徑向軸承靜圈、39-傳動軸總成殼體。
【具體實施方式】
[0026]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0027]本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，這些將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。
[0028]如圖1-3所示，一種氣驅(qū)液自循環(huán)的氣體鉆井螺桿鉆具，包括葉片1、馬達(dá)總成2、萬向軸總成3、傳動軸總成4、進氣口 A5、進氣口 B6、凸輪7、氣缸A8、氣缸B9、活塞A10、活塞B11、連桿12、排氣口 A13、排氣口 B14、進液口 A15、進液口 B16、液缸A17、液缸B18、液體單向閥A19、液體單向閥B20、儲液腔21、排液口 A22、排液口 B23、注液腔24、注液孔25、防掉帽26、轉(zhuǎn)子27、定子28、馬達(dá)總成殼體29、轉(zhuǎn)子-萬向軸接頭30、萬向軸31、萬向軸總成殼體32、傳動軸33、上徑向軸承動圈34、上徑向軸承靜圈35、徑向軸承36、下徑向軸承動圈37、下徑向軸承靜圈38和傳動軸總成殼體39。
[0029]如圖1所示，一種氣驅(qū)液自循環(huán)的氣體鉆井螺桿鉆具，包括從上至下依次連接馬達(dá)總成2、萬向軸總成3和傳動軸總成4;
[0030]如圖2-5所示，馬達(dá)總成2包括葉片1、進氣口 A5、進氣口 B6、凸輪7、氣缸A8、氣缸B9、活塞A10、活塞B11、連桿12、排氣口 A13、排氣口 B14、進液口 A15、進液口 B16、液缸A17、液缸B18、液體單向閥A