19、液體單向閥B20、儲(chǔ)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和馬達(dá)總成殼體29;
[0031]馬達(dá)總成殼體內(nèi)上部設(shè)置兩個(gè)左右對(duì)稱的空腔，空腔內(nèi)設(shè)置活塞A和活塞B，活塞A和活塞B將空腔分為上部對(duì)應(yīng)的氣缸A和氣缸B、下部對(duì)應(yīng)的液缸A和液缸B，連桿設(shè)于活塞A和活塞B之間，進(jìn)氣口 A和進(jìn)氣口 B均對(duì)應(yīng)設(shè)于氣缸A和氣缸B的上方，排氣口 A和排氣口 B均對(duì)應(yīng)設(shè)于氣缸A和氣缸B的頂部，凸輪設(shè)于進(jìn)氣口與氣缸之間、且與設(shè)于進(jìn)氣口 A/B上方的葉片同軸連接，凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)可控制進(jìn)氣口 A、進(jìn)氣口 B、排氣口 A和排氣口 B的開啟或關(guān)閉，進(jìn)液口 A和進(jìn)液口 B對(duì)應(yīng)設(shè)于液缸A和液缸B的外壁上、且和注液腔連通，液缸A和液缸B底部均通過對(duì)應(yīng)的液體單向閥A和液體單向閥B和儲(chǔ)液腔連通;定子設(shè)于馬達(dá)總成的下部，為具有螺旋內(nèi)孔的管子，轉(zhuǎn)子設(shè)于定子內(nèi)，轉(zhuǎn)子螺旋向上延伸至儲(chǔ)液腔內(nèi)和防掉帽連接，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。
[0032]馬達(dá)總成殼體接上部鉆具，地面高壓氣體通過上部鉆具和馬達(dá)總成殼體進(jìn)入螺桿鉆具氣缸流道，帶動(dòng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，由于凸輪與葉片同軸，從而帶動(dòng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而控制氣缸A、氣缸B進(jìn)氣口和排氣口的開啟和關(guān)閉，氣缸B的進(jìn)氣口 B開啟時(shí)氣缸A的進(jìn)氣口 A關(guān)閉，同時(shí)氣缸B的排氣口 B關(guān)閉，氣缸A的排氣口 A開啟；高壓氣體由進(jìn)氣口 B進(jìn)入氣缸B內(nèi)，推動(dòng)活塞B移動(dòng)，帶動(dòng)液缸B的進(jìn)液口 B關(guān)閉，驅(qū)動(dòng)液缸B內(nèi)液體通過液體單向閥B進(jìn)入儲(chǔ)液腔，同時(shí)由于活塞A和活塞B通過連桿相連，活塞A向相反方向移動(dòng)，從進(jìn)液口 A吸入自循環(huán)液體，并使氣體由排氣口 A排出氣缸A。
[0033]萬向軸總成包括萬向軸總成殼體32、設(shè)于萬向軸總成殼體內(nèi)的萬向軸31和轉(zhuǎn)子-萬向軸接頭30，萬向軸通過轉(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(yùn)動(dòng)變換為傳動(dòng)軸的定軸旋轉(zhuǎn)，同時(shí)傳遞扭矩給傳動(dòng)軸。
[0034]傳動(dòng)軸總成包括傳動(dòng)軸33、徑向軸承36和傳動(dòng)軸總成殼體39，傳動(dòng)軸設(shè)于傳動(dòng)軸殼體內(nèi)，徑向軸承設(shè)于傳動(dòng)軸殼體和傳動(dòng)軸之間。
[0035]為了保證傳動(dòng)軸平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，傳動(dòng)軸總成還包括上徑向軸承動(dòng)圈34、上徑向軸承靜圈35、下徑向軸承動(dòng)圈37和下徑向軸承靜圈38;上徑向軸承動(dòng)圈和上徑向軸承靜圈設(shè)于徑向軸承上的傳動(dòng)軸殼體和傳動(dòng)軸之間、并形成供潤(rùn)滑油潤(rùn)滑的潤(rùn)滑腔；下徑向軸承動(dòng)圈和下徑向軸承靜圈設(shè)于徑向軸承下的傳動(dòng)軸殼體和傳動(dòng)軸之間、并形成供潤(rùn)滑油潤(rùn)滑的潤(rùn)滑腔;傳動(dòng)軸總成承受轉(zhuǎn)子作行星運(yùn)動(dòng)引起的彎曲載荷和鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的側(cè)向力，保證傳動(dòng)軸能夠平穩(wěn)輸出扭矩和傳遞鉆壓。
[0036]如圖6所示，通過凸輪的旋轉(zhuǎn)控制進(jìn)氣口A、進(jìn)氣口 B、排氣口 A和排氣口 B的開啟和關(guān)閉，控制氣體的流入和排出氣缸A、氣缸B。
[0037]如圖7和圖8所示，排氣通道從氣缸頂端繞過進(jìn)氣通道，因此B-B剖面視圖中共有兩個(gè)進(jìn)氣口，四個(gè)排氣出口。
[0038]如圖9所示，在具有壓力能的液體進(jìn)入儲(chǔ)液腔后，通過轉(zhuǎn)子與定子之間密封腔的形成、變化和消失，迫使轉(zhuǎn)子在定子中作連續(xù)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)萬向軸旋轉(zhuǎn)，再帶動(dòng)傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，傳動(dòng)軸總成內(nèi)徑向滑動(dòng)軸承承受鉆壓所產(chǎn)生的軸向和徑向負(fù)荷，保證傳動(dòng)軸能夠平穩(wěn)輸出扭矩，傳動(dòng)軸再將馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力傳遞給鉆頭。液體經(jīng)轉(zhuǎn)子底部排液口 A和排液口 B流出，流入液體循環(huán)通道內(nèi)，當(dāng)進(jìn)液口B開啟時(shí)，液體流入液缸A中。可通過注液孔在地面向注液腔加入循環(huán)液體，保證馬達(dá)內(nèi)有充足的液體以滿足驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子的要求。因此，液體在螺桿鉆具馬達(dá)中實(shí)現(xiàn)自循環(huán)，通過液體帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，克服常規(guī)氣體螺桿的“飛車”現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)氣體鉆井扭矩的平穩(wěn)輸出，延長(zhǎng)鉆具的使用壽命。
[0039]如圖10和圖11所示，馬達(dá)排出的氣體經(jīng)排氣口B進(jìn)入馬達(dá)內(nèi)氣體流動(dòng)通道，并通過萬向軸總成，進(jìn)入傳動(dòng)軸內(nèi)，最終進(jìn)入鉆頭，實(shí)現(xiàn)氣體在螺桿鉆具中的流動(dòng)。萬向軸把轉(zhuǎn)子的偏心運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，再結(jié)合傳動(dòng)軸總成，將馬達(dá)的轉(zhuǎn)速和扭矩平穩(wěn)地輸出給鉆頭。
[0040]本發(fā)明氣體鉆井螺桿鉆具兩端均為母接頭，一端連接上部鉆具，另一端連接鉆頭。
[0041]本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會(huì)用理想化或過于正式的含義來解釋。
[0042]本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解:實(shí)施例中的裝置中的部件可以按照實(shí)施例描述分布于實(shí)施例的裝置中，也可以進(jìn)行相應(yīng)變化位于不同于本實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)裝置中。上述實(shí)施例的部件可以合并為一個(gè)部件，也可以進(jìn)一步拆分成多個(gè)子部件。
[0043]最后所應(yīng)說明的是:以上實(shí)施例僅用以說明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解:依然可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種氣驅(qū)液自循環(huán)的氣體鉆井螺桿鉆具，其特征在于，包括從上至下依次連接的馬達(dá)總成、萬向軸總成和傳動(dòng)軸總成，所述馬達(dá)總成包括葉片、進(jìn)氣口A、進(jìn)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(jìn)液口 A、進(jìn)液口 B、液缸A、液缸B、液體單向閥A、液體單向閥B、儲(chǔ)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(gè)左右對(duì)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(duì)應(yīng)的氣缸A和氣缸B、下部對(duì)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(jìn)氣口 A和進(jìn)氣口 B均對(duì)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(duì)應(yīng)設(shè)于氣缸A和氣缸B的頂部，所述凸輪設(shè)于進(jìn)氣口與氣缸之間、且與設(shè)于進(jìn)氣口 A/B上方的葉片同軸連接，所述凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)可控制進(jìn)氣口 A、進(jìn)氣口 B、排氣口 A和排氣口 B的開啟或關(guān)閉，所述進(jìn)液口 A和進(jìn)液口 B對(duì)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(duì)應(yīng)的液體單向閥A和液體單向閥B和儲(chǔ)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(chǔ)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)子共軛嗤合。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述氣驅(qū)液自循環(huán)的氣體鉆井螺桿鉆具，其特征在于，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(yùn)動(dòng)變換為傳動(dòng)軸的定軸旋轉(zhuǎn)，同時(shí)傳遞扭矩給傳動(dòng)軸。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述氣驅(qū)液自循環(huán)的氣體鉆井螺桿鉆具，其特征在于，所述傳動(dòng)軸總成包括傳動(dòng)軸、徑向軸承和傳動(dòng)軸總成殼體，所述傳動(dòng)軸設(shè)于傳動(dòng)軸殼體內(nèi)，徑向軸承設(shè)于傳動(dòng)軸殼體和傳動(dòng)軸之間。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述氣驅(qū)液自循環(huán)的氣體鉆井螺桿鉆具，其特征在于，所述傳動(dòng)軸總成還包括上徑向軸承動(dòng)圈和上徑向軸承靜圈，所述上徑向軸承動(dòng)圈和上徑向軸承靜圈設(shè)于徑向軸承上的傳動(dòng)軸殼體和傳動(dòng)軸之間，并形成供潤(rùn)滑油潤(rùn)滑的潤(rùn)滑腔。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述氣驅(qū)液自循環(huán)的氣體鉆井螺桿鉆具，其特征在于，所述傳動(dòng)軸總成還包括下徑向軸承動(dòng)圈和下徑向軸承靜圈，所述下徑向軸承動(dòng)圈和下徑向軸承靜圈設(shè)于徑向軸承下的傳動(dòng)軸殼體和傳動(dòng)軸之間，并形成供潤(rùn)滑油潤(rùn)滑的潤(rùn)滑腔。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述氣驅(qū)液自循環(huán)的氣體鉆井螺桿鉆具，其特征在于，所述傳動(dòng)軸總成還包括上徑向軸承動(dòng)圈、上徑向軸承靜圈、下徑向軸承動(dòng)圈和下徑向軸承靜圈;所述上徑向軸承動(dòng)圈和上徑向軸承靜圈設(shè)于徑向軸承上的傳動(dòng)軸殼體和傳動(dòng)軸之間，并形成供潤(rùn)滑油潤(rùn)滑的潤(rùn)滑腔;所述下徑向軸承動(dòng)圈和下徑向軸承靜圈設(shè)于徑向軸承下的傳動(dòng)軸殼體和傳動(dòng)軸之間，并形成供潤(rùn)滑油潤(rùn)滑的潤(rùn)滑腔。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述氣驅(qū)液自循環(huán)的氣體鉆井螺桿鉆具，其特征在于，所述防掉帽和轉(zhuǎn)子之間為螺紋連接。
【專利摘要】本發(fā)明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；包括從上至下依次連接的馬達(dá)總成、萬向軸總成和傳動(dòng)軸總成，馬達(dá)總成包括葉片、進(jìn)氣口、凸輪、氣缸、活塞、連桿、排氣口、進(jìn)液口、液缸、液體單向閥、儲(chǔ)液腔、排液口、注液腔、注液孔、防掉帽、轉(zhuǎn)子、定子和馬達(dá)總成殼體；氣體鉆井時(shí)，利用地面注入的高壓氣體推動(dòng)活塞高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)螺桿內(nèi)部不可壓縮液體實(shí)現(xiàn)自循環(huán)運(yùn)動(dòng)，將壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，使液體推動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，通過萬向軸和傳動(dòng)軸輸出平穩(wěn)和足夠大的扭矩給鉆頭，從而實(shí)現(xiàn)氣體鉆井定向鉆進(jìn)作業(yè)。本發(fā)明具有平穩(wěn)輸出扭矩、延長(zhǎng)鉆具使用壽命的效能。
【IPC分類】E21B4/00, E21B7/04
【公開號(hào)】CN105484665
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201511028393
【發(fā)明人】林鐵軍, 張強(qiáng), 練章華, 陳勇, 張穎, 李皋, 何勇, 于浩
【申請(qǐng)人】西南石油大學(xué)
【公開日】2016年4月13日
【申請(qǐng)日】2015年12月31日