[发明专利]具有单向旋转离合器的钻井电机

说明书

技术领域

一般而言，本申请涉及一种与钻探地下井相关而利用的设备和执行的操作，且在下文描述的一个实施例中，尤其提供一种具有单向旋转离合器的钻井电机。

背景技术

涡轮钻井电机响应于钻井流体流动通过电机而产生旋转运动。一般而言，当需要相对较高的转速、相对较低的扭矩时，当钻探复杂井眼轨道时，等等，使用涡轮钻井电机。

不幸的是，如果由典型的涡轮钻井电机旋转的钻头被卡住，不能通过旋转钻井电机上方的一段钻柱来使钻头旋转。这会使卡住的钻头非常难于被释放。

因此应认识到，构造和操作钻井电机的领域一直存在改进的需求。这样的改进可用于涡轮式钻井电机之外的其它钻井电机。

附图说明

图1是可体现本申请原理的油井系统和相关方法的代表性的局部剖视图；

图2是可以体现本申请的原理的一段涡轮钻井电机的放大比例的代表性的局部剖视图；

图3是可用于钻井电机的、且能体现本申请原理的单向旋转离合器的另一幅放大比例的代表性的立体分解图；

图4是一段单向旋转离合器的又一幅放大比例的代表性的剖视图；

图5是钻井电机中的单向旋转离合器的代表性的剖视图。

具体实施方式

图1中代表性地示出了用于地下井的、可以体现本申请的原理的系统10以及相关钻井方法。然而应明确理解的是，系统10和方法仅是本申请的原理在实践中的一种应用的示例，且其它各种各样的示例是可行的。因此，本申请的范围完全不局限于本文描述的和/或附图中描绘的系统10和方法的细节。

在图1的示例中，钻柱12用于钻出井眼14。为此目的，钻头16连接在钻柱12的远端。钻头16可通过使流体(比如钻井流体，有时被称为钻井“泥浆”)流动通过连接在钻柱12中的钻井电机组件18而被旋转。

钻井电机组件18可包括钻井电机20和轴承及密封装置22。优选地，钻井电机20包括涡轮钻井电机，但如有所需，可以使用其它类型的钻井电机(例如正排量(positive displacement，容积式)电机、莫瓦诺(Moineau)式电机等)。

在该示例中，钻井电机组件18还包括单向旋转离合器24，单向旋转离合器使钻头16通过旋转组件18上方的钻柱12(例如，通过使用转盘、顶部驱动装置、另一个钻井电机，等)而被旋转。虽然离合器24在图1被描绘为位于轴承/密封装置22与钻头16之间，在其它示例中，离合器可为轴承/密封装置的一部分、钻井电机20的一部分、或设置在其它位置。

钻柱12中也可包含其它部件，比如转向工具62。在那样的情况下，单向旋转离合器24可为转向工具62的一部分。本申请的范围并不局限于组件18或钻柱12的部件的任何特定组合、布置或构造。

举例来说，如果钻头被卡住而不能通过使流体流动通过钻井电机20而被旋转，那么通过旋转组件18上方的钻柱12来旋转钻头16的能力是有用的。通过旋转钻柱12而旋转钻头12可用于强行移开钻头16，从而使钻井操作能够继续。

然而，本申请的范围并不局限于组件18中的单向离合器24的任何特定用途。单向离合器24可按照各种不同方式使用以阻止钻头16与组件18上方的钻柱12之间沿一个旋转方向的相对旋转，但允许钻头与组件上方的钻柱之间沿相反旋转方向的相对旋转。

现在再参照图2，其中代表性地示出了钻井电机20的动力段的放大比例的局部剖视图。在该视图中，可以更清楚地看出钻井电机20优选地包括多个定子叶片26，定子叶片引导流体28以碰撞多个转子叶片30。定子叶片26相对于外壳32固定，而转子叶片30相对于内轴34固定。

在正常操作中，流体28流过钻井电机20，从而引起转子叶片30和轴34相对于定子叶片26和外壳体32旋转。轴34连接到钻头16，使得钻头响应于流体28通过钻井电机20的流动而旋转。

应注意到，图2示出了涡轮式钻井电机20，且描绘了两套定子叶片26和转子叶片30，用于使轴34相对于壳体32旋转。然而在其它示例中，可使用其它类型的钻井电机，可使用任何数量的定子叶片26和转子叶片30，壳体32和轴34可由多个相互连接的元件组成，等等。因此应理解，本申请的范围完全不局限于附图中描绘的或本文描述的钻井电机20的任何特定细节。

现在再参照图3，其中代表性地示出了单向旋转离合器24的另一放大比例的分解视图。在该视图中，可以看出离合器24包括多个枢转支撑的卡爪36，这些卡爪与多个互补形状的凹部38接合，以阻止壳体40与内芯轴42之间的相对旋转。