一種螺桿鉆具馬達及具有該馬達的螺桿鉆具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鉆具馬達，尤其涉及一種用于石油、天然氣等勘探開發(fā)的螺桿鉆 具馬達及具有該馬達的螺桿鉆具。
【背景技術(shù)】
[0002] 在石油、天然氣等勘探開發(fā)的鉆進工程中所使用的螺桿鉆具，其動力來源是一種 容積式馬達，該馬達包括定子和轉(zhuǎn)子兩個基本部分，并能夠?qū)⒏邏恒@井液的高壓液能轉(zhuǎn)化 為鉆頭旋轉(zhuǎn)的機械能。常規(guī)螺桿鉆具馬達中定子部分包括定子金屬殼體和橡膠襯套，定子 金屬殼體內(nèi)腔為光滑圓柱面；橡膠通過硫化工藝粘結(jié)在定子金屬殼體的內(nèi)壁上形成橡膠襯 套，橡膠襯套的內(nèi)孔為連續(xù)螺旋曲面；轉(zhuǎn)子部分安裝在橡膠襯套的內(nèi)孔中，并與橡膠襯套相 嚙合形成密封腔。在馬達的設(shè)計中，鉆井液過流面積是與馬達的扭矩輸出呈正相關(guān)的一個 常量。目前，螺桿鉆具中馬達的定子金屬殼體內(nèi)腔大多采用等內(nèi)徑設(shè)計，這使得馬達的鉆井 液過流面積設(shè)計受到很大限制，由于鉆井液過流面積是與馬達的扭矩輸出呈正相關(guān)的一個 常量，因而導(dǎo)致螺桿鉆具中馬達的輸出扭矩和效率不能得到有效提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種具有高輸出扭矩和效率的螺桿鉆具馬達 及具有該馬達的螺桿鉆具。
[0004] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：一種螺桿鉆具馬達，包括定子金屬殼 體、橡膠襯套和轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述定子金屬殼體的內(nèi)腔包括中間擴徑部分和位于所述 中間擴徑部分兩端的螺紋連接部分，且所述螺紋連接部分的孔徑小于所述中間擴徑部分的 孔徑；所述橡膠襯套設(shè)置于所述定子金屬殼體的所述中間擴徑部分內(nèi)，所述轉(zhuǎn)子安裝在所 述橡膠襯套的內(nèi)孔中，并與所述橡膠襯套相嚙合形成密封腔。
[0005] 所述橡膠襯套的內(nèi)孔為連續(xù)擺線螺旋曲面，所述轉(zhuǎn)子的外壁亦為連續(xù)擺線螺旋曲 面，所述橡膠襯套與所述轉(zhuǎn)子形成一對共軛擺線嚙合副。
[0006] 所述轉(zhuǎn)子與所述橡膠襯套的頭數(shù)之比為ΝΛΝ+1)，N為大于0的自然數(shù)。
[0007] 所述橡膠襯套為橡膠通過硫化工藝粘結(jié)在所述定子金屬殼體的內(nèi)壁上形成。
[0008] 所述定子金屬殼體的所述中間擴徑部分為光滑圓柱面。
[0009] 一種螺桿鉆具，包括從上到下依次連接的旁通閥總成、馬達總成、萬向軸總成和傳 動軸總成，其特征在于，所述馬達總成為上述的螺桿鉆具馬達。
[0010] 本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點：1、本發(fā)明改變了現(xiàn)有螺桿鉆具 馬達中定子金屬殼體的等內(nèi)徑設(shè)計，且通過擴大螺桿鉆具馬達定子金屬殼體內(nèi)腔中間部分 的孔徑，大大增加了螺桿鉆具馬達的鉆井液過流面積，使得螺桿鉆具馬達具有輸出扭矩高、 扭矩輸出穩(wěn)定、轉(zhuǎn)化效率高等特點，從而有效提高了石油、天然氣勘探開發(fā)的鉆井過程中的 鉆井能力和效率。2、本發(fā)明將螺桿鉆具馬達的橡膠襯套的內(nèi)孔設(shè)計為連續(xù)擺線螺旋曲面， 同時將轉(zhuǎn)子的外壁亦設(shè)計為連續(xù)擺線螺旋曲面，以使橡膠襯套與轉(zhuǎn)子形成一對共軛擺線嚙 合副，此設(shè)計可以進一步提高螺桿鉆具馬達的鉆井液過流面積和動力轉(zhuǎn)化及傳輸能力，從 而進一步提高螺桿鉆具馬達穩(wěn)定輸出高扭矩的能力。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明螺桿鉆具馬達的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012] 圖2是本發(fā)明螺桿鉆具馬達中定子金屬殼體的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013] 圖3是本發(fā)明螺桿鉆具的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0014] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細的描述。
[0015] 圖1、圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明提供的螺桿鉆具馬達100,其包括定子金屬殼體1、橡 膠襯套2和轉(zhuǎn)子3,定子金屬殼體1的內(nèi)腔包括中間擴徑部分11和位于中間擴徑部分11兩 端的螺紋連接部分12,且螺紋連接部分12的孔徑小于中間擴徑部分11的孔徑。橡膠襯套 2設(shè)置于定子金屬殼體1的中間擴徑部分11內(nèi)，轉(zhuǎn)子3安裝在橡膠襯套2的內(nèi)孔中，并與橡 膠襯套2相嚙合形成密封腔。本發(fā)明提供的螺桿鉆具馬達100由于定子金屬殼體1的中間 擴徑部分11的孔徑擴大，因此給馬達的鉆井液過流面積綜合設(shè)計提供了更大的設(shè)計空間， 使橡膠襯套2與轉(zhuǎn)子3形成的馬達副具有更大的鉆井液過流面積和更強的動力轉(zhuǎn)化及傳輸 能力，從而具有更高的輸出扭矩和效率。
[0016] 上述實施例中，如圖1所示，橡膠襯套2的內(nèi)孔為連續(xù)擺線螺旋曲面，同時轉(zhuǎn)子3 的外壁亦為連續(xù)擺線螺旋曲面，以使橡膠襯套2與轉(zhuǎn)子3形成一對共軛擺線嚙合副，此設(shè)計 可以進一步提高螺桿鉆具馬達100的鉆井液過流面積和動力轉(zhuǎn)化及傳輸能力，從而進一步 提高螺桿鉆具馬達100穩(wěn)定輸出高扭矩的能力。
[0017] 上述實施例中，如圖1所示，轉(zhuǎn)子3與橡膠襯套2的頭數(shù)之比為ΝΛΝ+1)，N為大于 〇的自然數(shù)。其中，螺桿鉆具馬達100的定子和轉(zhuǎn)子3上螺旋線的條數(shù)被稱為頭數(shù)，在本實 施例中橡膠襯套2即為定子。
[0018] 上述實施例中，橡膠襯套2為橡膠通過硫化工藝粘結(jié)在定子金屬殼體1的內(nèi)壁上 形成。
[0019] 上述實施例中，定子金屬殼體1的中間擴徑部分11為光滑圓柱面。
[0020] 圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明提供的螺桿鉆具200,其包括從上到下依次連接的旁通閥 總成10、馬達總成20、萬向軸總成30和傳動軸總成40,其中，馬達總成20為上述任一實施 例提供的螺桿鉆具馬達100。
[0021] 本發(fā)明螺鉆具馬達依據(jù)的原理如下：
[0022] 1、容積式機械工作過程中的能量守恒原理：
[0023] Μω = ApQ ①
[0024] 其中，M為螺桿鉆具馬達輸出的扭矩（單位：Ν·πι)，ω為螺桿鉆具馬達轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn) 速（單位 ：rad/s)，Λρ為螺桿鉆具馬達出口和入口兩端的壓差（單位：MPa)，Q為流過螺桿 鉆具馬達的流量（單位：L/ S)。
[0025] 2、容積式機械的轉(zhuǎn)速關(guān)系：
【主權(quán)項】
1. 一種螺桿鉆具馬達，包括定子金屬殼體、橡膠襯套和轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述定子金 屬殼體的內(nèi)腔包括中間擴徑部分和位于所述中間擴徑部分兩端的螺紋連接部分，且所述螺 紋連接部分的孔徑小于所述中間擴徑部分的孔徑；所述橡膠襯套設(shè)置于所述定子金屬殼體 的所述中間擴徑部分內(nèi)，所述轉(zhuǎn)子安裝在所述橡膠襯套的內(nèi)孔中，并與所述橡膠襯套相嚙 合形成密封腔。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種螺桿鉆具馬達，其特征在于，所述橡膠襯套的內(nèi)孔為連續(xù) 擺線螺旋曲面，所述轉(zhuǎn)子的外壁亦為連續(xù)擺線螺旋曲面，所述橡膠襯套與所述轉(zhuǎn)子形成一 對共軛擺線嚙合副。
3. 如權(quán)利要求2所述的一種螺桿鉆具馬達，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子與所述橡膠襯套的 頭數(shù)之比為NAN+l)，N為大于O的自然數(shù)。
4. 如權(quán)利要求1或2或3所述的一種螺桿鉆具馬達，其特征在于，所述橡膠襯套為橡膠 通過硫化工藝粘結(jié)在所述定子金屬殼體的內(nèi)壁上形成。
5. 如權(quán)利要求1或2或3所述的一種螺桿鉆具馬達，其特征在于，所述定子金屬殼體的 所述中間擴徑部分為光滑圓柱面。
6. 如權(quán)利要求4所述的一種螺桿鉆具馬達，其特征在于，所述定子金屬殼體的所述中 間擴徑部分為光滑圓柱面。
7. -種螺桿鉆具，包括從上到下依次連接的旁通閥總成、馬達總成、萬向軸總成和傳動 軸總成，其特征在于，所述馬達總成為如權(quán)利要求1至6中任一項所述的螺桿鉆具馬達。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種螺桿鉆具馬達及具有該馬達的螺桿鉆具，其中螺桿鉆具馬達包括定子金屬殼體、橡膠襯套和轉(zhuǎn)子，定子金屬殼體的內(nèi)腔包括中間擴徑部分和位于中間擴徑部分兩端的螺紋連接部分，且螺紋連接部分的孔徑小于中間擴徑部分的孔徑；橡膠襯套設(shè)置于定子金屬殼體的中間擴徑部分內(nèi)，轉(zhuǎn)子安裝在橡膠襯套的內(nèi)孔中，并與橡膠襯套相嚙合形成密封腔。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于石油、天然氣勘探開發(fā)的鉆進作業(yè)中。本發(fā)明通過擴大螺桿鉆具馬達定子金屬殼體內(nèi)腔中間部分的孔徑，大大增加了螺桿鉆具馬達的鉆井液過流面積，使得螺桿鉆具馬達具有輸出扭矩高、扭矩輸出穩(wěn)定、轉(zhuǎn)化效率高等特點，從而有效提高石油、天然氣勘探開發(fā)的鉆井過程中的鉆井能力和效率。
【IPC分類】E21B4-02
【公開號】CN104695853
【申請?zhí)枴緾N201510096676
【發(fā)明人】曹硯鋒, 李漢興, 武廣璦, 李峰飛, 楊太安, 張鵬飛, 饒巖巖
【申請人】中國海洋石油總公司, 中海油研究總院
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年3月4日