[发明专利]用于螺旋马达的定子

说明书

技术领域

本发明涉及用于井下钻孔螺旋马达的定子。

背景技术

井下钻头往往通过靠近钻头布置的并由泥浆泵操作的螺旋马达驱动。螺旋马达包括联接到钻柱的定子和联接到钻头的转子。

这类螺旋马达在非常严酷的条件下工作。

本发明的发明人已经认识到，在多种情况下在定子中设置孔例如用于容纳通信线路和/或流体流动将是有利的。

过去，一直不能在由高级材料制成的金属定子中形成通孔，其中需要使用这类材料来提供适于承受井下钻孔定子在使用中所遇到的磨蚀、腐蚀和侵蚀条件的金属定子，这是因为这类金属不能被钻孔，除非形成非常短的孔。

发明内容

根据本发明的一个方案，提供一种用于井下钻孔螺旋马达的定子，除主定子内孔之外，该定子还设有通孔。

定子优选通过粉末冶金工艺制成。

孔可沿任何方向延伸穿过定子。特别是，孔可以是平行于定子轴线延伸的直孔，或者孔可以呈螺旋形，该螺旋结构以定子轴线为中心延伸。

本发明因此提供穿过线性马达/泵的定子部件的孔，通过该孔，能传输信息来控制和/或采集数据和信息。

信息能通过导电材料和/或光纤传输。可穿过金属定子地设置多于一个的孔，孔的尺寸不会削弱定子的强度，但将优化这样的孔的潜在用途。

除了传输电信号和光信号之外，孔还可被(但不是必须)用于其它用途，包括冷却和/或流体传输。在这种情况下，孔可以(但不是必须)仿照内部设有一个或多个螺旋槽的定子的内部形状的螺旋形式。

通过孔传输的信息一般(但非必要)局限于温度、压力、流速、负载转矩和振动的采集。还能够明白，这样的孔能够以当前就金属定子而言尚无法获得的方式提供用于控制钻头状况的机构。

根据本发明的另一方案，提供一种由金属基粉末制造净成形或近净成形的螺旋马达定子的方法，该方法包括制造具有精确尺寸的型芯，该精确尺寸对应于要在成品定子中形成的内孔的尺寸的，内孔的长度至少为750mm；还包括将型芯支承在模具型腔中；用金属基粉末填充模具型腔；对粉末进行等静压成型，并随后移走型芯材料。

众所周知，模具可以是独立模具，该独立模具在将粉末聚结成预成型坯的初始步骤后被移走，该预成型坯随后被封装在合适的壳体中，该壳体可以是罐体或喷涂涂层，或者具有合适的内部形状的罐可作为模具，该罐自身在进行热等静压前被排空。

优选的是，型芯通过多个内模在模具型腔内支承就位，该内模的材料与最终的固结粉末相容。

型芯可以是由随后能通过化学刻蚀去除的材料制成的金属型芯，该材料优选为铜。化学刻蚀可由电解反应辅助。

在合适的情况下，型芯仅需涂覆有随后能通过蚀刻去除的材料，以脱模型芯而使其能被拔出。

金属型芯优选涂覆有合适的材料，该材料提供扩散阻隔层来阻止型芯材料在热等静压过程中通过原子扩散而扩散入正固结的粉末中。

本发明允许在定子中设置螺旋内孔。

具体实施方式

在一个优选实施例中，例如直径在6mm到10mm范围内且长度超过2m的铜棒首先被弯曲成具有所需尺寸的螺旋形，然后螺旋形铜棒在将粉末填充入壳体之前在该壳体内保持就位。封装粉末、铜棒以及内模的该壳体随后利用热等静压法通过固态扩散进行固结。

扩散阻隔层可以是通过气相沉积或通过高速喷涂施加的Al₂O₃。或者，扩散阻隔层可以通过喷涂施加氮化硼水溶液来形成。

在另一个实施例中，例如直径为6mm到10mm的预制金属管填充有陶瓷微粒并被弯曲成螺旋形，在将粉末填充入壳体之前在该壳体内保持就位。该金属管通过与最终的固结粉末相容的多个内模保持就位。封装金属和/或金属陶瓷/金属基复合材料(MMC)粉末的整个壳体随后使用热等静压法通过固态扩散进行固结。

在固结过程中，金属管可以完全扩散结合入已固结部件中，但是陶瓷微粒将保持预加工微粒形式，从而通过振动技术被机械除去，留下穿过该部件的平整孔。

实例

本发明还可被用来在设在定子主体内部的一个或多个螺旋凸起中提供一个或多个孔，该定子主体的长度约为2m或更长。所述一个或多个孔沿着螺旋槽的中心布置，该螺旋槽具有大约为1m的螺距和关于主体轴线的约50mm半径。螺旋凸起由在芯杆中的多个螺旋槽限定，在压制定子主体的过程中，该芯杆布置在模具内。