[发明专利]一种同轴全金属凸轮定转子井下动力钻具

说明书

技术领域

本发明属于石油钻井井下动力钻具技术领域，具体涉及一种同轴全金属凸轮定转子井下动力钻具。

背景技术

随着油气勘探开发的发展，特殊油气田开发区块的工艺环境日趋复杂，而钻井工程中目前广泛应用的螺杆钻具的马达定子由定子壳体和橡胶衬套构成，橡胶衬套存在一些技术劣势：1）橡胶衬套的承压能力较弱，工作工程中容易产生漏失；2）橡胶衬套的散热不均，热滞后现象严重，使橡胶极易老化和撕裂，降低马达的使用寿命；3）在井温和油井碳氢化合物的侵蚀下，橡胶衬套的溶胀不均匀会使定子线型发生改变；4）现有橡胶衬套的尺寸稳定性较差，在高温环境下极易失效，无法有效应对例如深井、超深井钻井中过程中的高温、高压、腐蚀的复杂工况。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供了一种同轴全金属凸轮定转子井下动力钻具，解决了螺杆钻具中螺杆定子承压能力低、不耐高温、尺寸稳定性差的缺点，具有耐磨、耐腐蚀、耐高温、耐老化，寿命长、结构简单和易加工的特点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种同轴全金属凸轮定转子井下动力钻具，包括过渡接头，过渡接头通过螺纹连接马达总成，马达总成通过螺纹连接传动轴总成。

所述的马达总成包括上马达座壳体、下马达座壳体，在上马达座壳体与下马达座壳体内设有定子、上转子和下转子，定子设在上转子和下转子外，上转子与定子的上端设有上端盖，定子的下端设有支撑端盖，支撑端盖与上马达座壳体之间的斜面之间设有密封垫，上转子通过花键轴与下转子相连，下马达座壳体内的定子上端设有端盖，在上转子与定子之间设有大金属密封棒，在下转子与定子之间设有小金属密封棒，上马达座壳体与定子通过螺钉紧固，所述的马达总成采用金属材料。

所述的传动轴总成包括有与下马达座壳体相连的传动轴壳体，下转子通过传动轴接头与传动轴壳体内的传动轴主轴相连，传动轴接头设有上TC轴承内圈，上TC轴承内圈外部设有上TC轴承外圈，上TC轴承外圈外设有键，上TC轴承内圈与上TC轴承外圈的下端设有推力轴承，推力轴承的下端设有下固定圆环，下固定圆环通过支撑套支撑，支撑套下部设有止推环，止推环下部设有下TC轴承内圈，下TC轴承内圈与传动轴壳体之间设有下TC轴承外圈。

所述过渡接头上端采用API标准钻杆接头，与过滤装置螺纹连接，下端与上马达座壳体螺纹连接。

所述的上马达座壳体、下马达座壳体的内腔壁为锥形台阶状，上马达座壳体上端通过内螺纹与过渡接头连接，其下端通过外螺纹与下马达座壳体连接；下马达座壳体上端通过内螺纹与上马达座壳体连接，下端通过外螺纹与传动轴壳体连接。

所述的上端盖为锥帽状，其内部开有孔，与上转子间隙配合。

所述的定子外轮廓为凸轮状，内壁为圆柱筒状，内壁表面喷涂有陶瓷涂层，两侧斜开有多组环状均布的进液端口，进液端口与上马达座壳体、定子之间环空连通。

所述的上转子为空心凸轮轴状，其外表面喷涂有陶瓷涂层，其凸轮处沿径向设计有多组圆孔状出液端口，连通上转子凸轮处的中心通孔；上转子的上部突出一段轴肩，与上端盖的孔配合，紧接上转子凸轮的轴下端设有一带有轴肩的空心轴，其上开有径向布置的四个斜孔。

所述下转子上部下部通过螺纹与传动轴接头连接，所述传动轴接头上开有径向均布的数个斜孔。

所述支撑端盖支撑转子，构成密封腔室的腔壁，所述大金属密封棒起到分隔高低压腔室的作用。

本发明的有益效果是：

1）马达外形选用凸轮形式的定、转子配合转动，取代了螺杆钻具定、转子啮合过程中转子的行星运动，因此实现了定、转子的同轴转动，去除了螺杆钻具结构中必不可少的万向轴总成，缩短了马达总体长度尺寸。

2）使用全金属材料的凸轮外形的定、转子组成的马达结构，取代螺杆钻具定子橡胶衬套、金属转子的结构，有效避免了因采用橡胶件带来的不耐高温、不耐腐蚀、易磨损的问题。

3）马达采用的结构设计能够实现防掉功能，去除了螺杆钻具中的防掉总成，进一步缩短了马达总体长度尺寸。

4）使用热喷涂陶瓷涂层的表面处理技术取代了螺杆钻具常规采用的镀硬铬表面处理，提高了马达定、转子表面的耐高温、耐腐蚀、耐磨损性能。

马达动力部分的零件为全金属材料，没有橡胶件，比普通定子更耐磨、耐腐蚀，避免了使用橡胶衬套时出现的溶胀不均、尺寸变化等缺陷，能够适应较高的工作温度，且由于耐高温、耐老化，大大提高了使用寿命；凸轮转子转动同轴，运行平稳，不需要万向轴，进一步缩短了马达的整体长度；钻具结构简单，简化了制造加工工艺。