[实用新型]大功率高速高效涡轮钻具定子和转子组合件

说明书

技术领域：

本实用新型属于石油钻井行业，具体涉及一种大功率高速高效涡轮钻具定子和转子组合件。

背景技术：

涡轮钻具利用高速高压泥浆冲击叶片，使其获得能量，从而带动与之相连的钻头旋转破岩。涡轮钻具主要由涡轮定子、涡轮转子、主轴、止推轴承、中部轴承、下部轴承和外壳组成。钻探时钻杆不转动，钻杆工作条件可以得到明显改善，也没有旋转钻杆所需功率的消耗。与其它钻具相比，涡轮钻具具有高钻速、钻井效率高、钻时短等优点；将能量集中在井底，驱动钻头旋转破岩；钻井时钻杆不动，减少了钻杆、套管的磨损及事故的发生。因此，采用涡轮钻具钻井特别适合于硬质地层深井作业。

20世纪30年代，前苏联在石油钻探中最早采用涡轮钻具。到50年代，涡轮钻获得了迅速的发展。在前苏联和罗马尼亚已成为基本的钻探方法，欧美国家涡轮钻探工作量已占总量的5-10%。近年来国外涡轮钻具钻井技术发展迅速，国外使用涡轮钻具钻井一般能节省钻时50％，节约成本l/3。中国在50年代曾进行过涡轮钻的研究，一直没有推广应用。

但由于涡轮钻具是由钻井液驱动涡轮叶片做功的动力机械，钻井液中固相颗粒对涡轮叶片的冲蚀作用明显，叶片的过度磨损会导致涡轮钻具的失效，所以一般涡轮钻具的寿命只有200-300小时。由于现有的钻井液粘度较大，导致涡轮钻具的涡轮级效率及涡轮钻具的使用寿命低。

传统的涡轮钻具都是利用在地面的泵将钻井液打压到涡轮处，推动涡轮旋转做功，而且一般转速较低，携带的钻头类型有限，因此，当钻至不同的地层时需要重新更换钻头及钻具涡轮，耽误钻井时间及进度。

实用新型内容：

本实用新型的目的是为了解决现有的低速涡轮钻具携带钻头种类有限、级数较多、效率偏低等问题，导致涡轮钻具钻速受限、尺寸较长及使用效率偏低的问题，进而提供一种大功率高速高效涡轮钻具定子和转子组合件。

本实用新型的技术方案是：一种大功率高速高效涡轮钻具定子和转子组合件，其特征在于：包括轴、壳体、定子和转子，定子上设有定子叶片盘，转子上设有转子叶片盘，定子叶片盘和转子叶片盘组成一个级，级的反动度小于0.5，级的内壁套装在轴上，轴上设有十个级，级与级之间的端面为压紧配合，轴的下端设有钻头，级的外壁套有壳体。所述定子叶片盘包括圆筒状的定子内圆盘、圆筒状的定子外圆盘和样条曲线形状为撇字形的定子叶片，定子叶片均匀环形分布在以轴心为中心的定子叶片盘上，且位于圆筒状的定子内圆盘和圆筒状的定子外圆盘之间。所述转子叶片盘包括圆筒状的转子内圆盘、圆筒状的转子外圆盘和样条曲线形状为捺字形的转子叶片，转子叶片均匀环形分布在以轴心为中心的转子叶片盘上，且位于圆筒状的转子内圆盘和圆筒状的转子外圆盘之间，所述的轴和壳体上均设有锁紧机构。

所述的钻头为PDC钻头、TSP钻头、金刚石钻头。

所述的壳体上的锁紧机构为壳体的上部边缘和下部边缘处均设有内螺纹和与内螺纹配合的第一螺栓。

所述的轴上的锁紧机构为轴的上部边缘和下部边缘处均设有外螺纹和与外螺纹配合的第二螺栓。

所述的壳体内表面设有第一卡槽，定子外侧设有与第一卡槽相吻合的突起，轴的外表面设有第二卡槽，转子的外侧设有与轴的外表面相吻合的突起。

级压降为450-600kPa，容积流量为28-32L/s，转子转速为2500-3300rpm时，级效率为60-75%，功率为8-12kW。

级压降为535kPa，容积流量为30L/s，转子转速为3000rpm时，级效率可达70%，功率为11kW。

本实用新型与现有技术相比具有以下效果：1.通过提高设计转速，有效的增加了涡轮级的做功，从而减少了级数，缩短了涡轮钻具的长度。2. 转速较高，便于携带PDC钻头、TSP钻头、金刚石钻头，从而提高钻具速度，缩短钻井周期。3.转子叶片及定子叶片形状的改变，便于提高涡轮钻具的效率，而且使得涡轮钻具具有明显的低速降压特性，转速偏离设计转速时，级压降减小。4.还具有便于远程监控和操作性更强的优点。5.锁紧机构可避免级在轴上发生纵向移动。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图；

图2是本实用新型的转子的主视图；

图3是本实用新型的定子的主视图；

图4是本实用新型的转子和定子配合的示意图；

图5是本实用新型的转子叶片的形状示意图；

图6是本实用新型的定子叶片的形状示意图。

具体实施方式：