[发明专利]带有改进的定子的井下马达和泵及其制造和使用方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年8月26日提交的美国申请号No.13/219289的优先权，该申请全部内容在此引入作为参考。

背景技术

1.技术领域

概括来说，本发明涉及在井眼作业中使用的钻井马达和螺杆泵。

2.相关技术概述

为获得诸如石油和气的烃类，通过使附接于钻柱端部的钻头旋转钻出钻孔或井眼。当前钻井作业有很大比例涉及钻出斜钻孔和水平钻孔，以增大烃开采和/或从地层提取额外的烃。现代定向钻井系统通常采用在底部具有钻头的钻柱，钻头由容积式马达（通常称为“井下动力钻具”或“钻井马达”）带动旋转。典型的井下动力钻具包括包含定子和设置在定子中的转子的动力部分。定子通常包括内部衬有具有螺旋形轮廓或波瓣的弹性体材料的金属外壳。转子包括由诸如钢的金属制成的螺旋形轮廓的波瓣。加压钻井流体（通常被称为“泥浆”或“钻井流体”）被泵送到转子波瓣和定子波瓣之间形成的渐进式空腔中。泵送到空腔中的加压流体的力使转子以行星式运动的方式转动。弹性体定子衬套提供了定子波瓣与转子波瓣之间的密封。弹性体衬套还为转子提供了支撑，从而在井下动力钻具或泵运行期间保持在高负荷状态下。

传统定子利用两种类型的弹性体衬套。在一种类型中，金属管（“外壳”）内部衬有非均匀尺寸的弹性体材料，所述弹性体材料具有螺旋波瓣状内部几何结构。在第二种类型中，外壳具有金属螺旋波瓣状内部几何形状。内部金属波瓣则衬有一层均匀（即，等距或同厚度）的弹性体材料。虽然等距橡胶衬里相比非均匀尺寸弹性体衬套具有某些优点，但是，均匀衬套上的减小的应力和应变与钻井马达的容积效率和功率输出的维持之间仍然存在折衷。

在此，本发明提供钻井马达，所述钻井马达具有改进的弹性体衬套几何结构，其至少解决了现有技术的弹性体衬套存在的一些缺陷。

发明内容

在一个方面，本发明提供了一种用于井下的设备，其包括：定子，所述定子包括具有内轮廓的外壳；和衬套，所述衬套为定子外壳的内轮廓加衬，其中，衬套的厚度围绕内轮廓是非等距的。

在另一个方面，提供了一种提供用于井下的设备的方法，在一个实施例，所述方法包括：提供定子，所述定子包括具有波瓣状内轮廓的外壳；和将用一衬套为定子外壳的内轮廓加衬，其中，衬套的厚度围绕在起状内轮廓是非等距的。

在此披露的设备和方法的某些特征的例子被概括得相当宽，以便可以更好地理解下述的详细说明。当然，下文还披露有设备和方法的附加特征，其形成了所附的权利要求的主题。

附图说明

为了详细地理解本发明，应当结合附图参照下面的详细说明，在附图中同样的元件通常使用同样的数字标记，并且其中：

图1是包括依照本发明的一实施例制成的定子的钻井马达的纵截面；

图2（现有技术）是现有技术定子的截面，所述定子包括作为外壳的圆柱形中空管和其中的弹性体衬套；

图3（现有技术）是现有技术定子的截面，所述定子包括带有预制波瓣状轮廓的金属外壳，其内衬有等距（均匀厚度）的弹性体衬套；

图4是依照本发明的一实施例制成的定子的截面线条图，还显示了图3所示的现有技术定子的截面布局；和

图5是图4所示的定子的一部分的放大图。

具体实施方式

图1显示了依照本发明的一实施例制成的示例性钻井马达100的横截面。钻井马达100包括动力部分110和支承组件150。动力部分110包含定子111和放置在定子111内部的转子120。定子111包括具有若干波瓣115的细长金属外壳112，所述波瓣具有金属波瓣状内轮廓或内构形113。定子外壳112可以预先成型有金属内轮廓113。定子外壳的内轮廓113衬有弹性体衬套114，弹性体衬套包括波瓣状内轮廓118。衬套114通过例如模制、硬化等合适的工艺固定到外壳112内部。转子120通常由合适的金属或合金制成，并包括波瓣122。定子111的波瓣比转子的波瓣数量多一个。转子120可旋转地设置在定子111内部。在许多方面，转子120可以包括一孔124，如图1所示，所述孔终止于转子120的上端128下方的部位127处。孔124经由孔口138保持与转子120下方的钻井流体140流体连通。