[发明专利]用于钻井泥浆马达的连接件更换

说明书

技术领域

本发明一般涉及一种用于修复在地表钻井行业中所使用的类型的泥浆马达的部件的方法，更具体地，涉及使用接头焊接技术修复转子的磨损的旋转连接件的方法。

背景技术

泥浆马达(mud motor)用于各种钻井任务，如直孔、水平和定向油田钻井、河道穿越以及其它设施的钻井。它们连接到钻柱以旋转并引导钻头。由动力部分提供旋转，该动力部分通常是由钻井液循环所驱动的正排量马达(positive displacement motor，容积马达)。轴向和径向钻井载荷通过轴承组件内的轴承定向到钻柱。

在典型的水平钻井应用中，地面泵用于循环钻井液以将岩石钻屑冲洗到地面进行处置。钻井液向下流过钻柱的钻孔，通过钻头中的喷嘴离开并进入井的环形空间。钻屑由返回的钻井液冲洗到井的环形空间上。由于当钻井液通过钻头喷嘴时发生的压降，环形空间压力基本上低于钻柱钻孔的压力。

典型的泥浆马达是一种渐进式腔正排量泵(PCPD)。如上所述，PCPD泵使用钻井液以在马达的动力部分中产生偏心运动，该偏心运动传输给钻头同心动力。基于由Rene Moineau所开发的原理，该理论指出，当定子包含比转子更多的裂片(lobe，圆裂片)时，具有一个或多个裂片的螺旋转子将偏心旋转。泥浆马达使用不同的转子和定子配置以为期望的钻井操作提供最佳性能。在某些应用中，压缩空气或其它气体可用于泥浆马达输入动力。

正常泥浆马达结构由包括以下部件：顶部接头(sub)，该顶部接头将泥浆马达连接到钻柱；动力部分，其由转子和定子组成；传动部分，其中来自转子的偏心动力传输为钻头的同心动力；轴承组件，其保护工具免受底部和底部压力的影响；以及底部接头，其将泥浆马达连接到钻头。

泥浆马达通常按照其阶段数、裂片比和外径来描述。阶段是定子从一端部到另一端部的完全扭曲数，并且裂片比是定子上的裂片数比转子上的裂片数(定子总是比转子多一个裂片)。操作参数包括流率、钻头转速和扭矩。转子与定子几何之间的关系确定转速和扭矩。转速与流率成比例，并且扭矩与当流体流过马达时流体中的压降成正比。这些原理对于相关领域的技术人员将是熟悉的。

美国德克萨斯州休斯顿以及美国怀俄明州卡斯珀的狩猎能源服务公司(Hunting Energy Services,Houston,Texas,and Casper,Wyoming)是以渐进式腔的正排量泥浆马达的领先者。典型尺寸范围从1英尺又11/16英寸到9英尺又5/8英寸，用于各种应用，无论是螺旋管还是大孔应用。这些包括直孔和定向应用两者。动力部分能在速度的大范围中是可用的。

在多种条件下泥浆马达的内部部件在使用中可能损坏。例如，当钻头达到底部并且马达有效地工作时，流体系统中的压力显着增加。这是由马达内的限制引起的。如果压差太高，则马达会停止，这意味着钻头已停止转动并且这可能会严重损坏定子的内表面。另一个特别的问题是处理转子的一个端部处的“旋转连接件”，其用于将转子体连接到马达的配合的内部部件。有时，由于正常使用或使用不当，旋转连接件可能会被损坏，因此其需要被更换。

行业内用于维修或更换损坏的旋转连接件的现有“接头焊接(stub welding)”技术无法胜任这样的工作。当使用例如17-4不锈钢材料时，通常不可能使旋转连接件回到可接受的机械状态。因此，可能无法使马达返回到服务于多个行程或使用次数的状态。

结果，需要一种用于修复钻井泥浆马达的转子的技术，该技术优选地使用改进的接头焊接技术，以修复转子的旋转连接件。

发明内容

示出了一种用于修复钻井泥浆马达上的旋转连接件的方法，其中钻井泥浆马达具有包括转子体和定子的动力部分。简单地说，提供了一种新的旋转连接件，其由大体为柱形的实心金属坯件制成。新的金属连接件设置有外螺纹端部，其随后螺旋进入设置在转子体的选定端部上的配合的凹螺纹开口中。然后将新的金属连接件在连接件和转子体的选定端部的交点处焊接到转子体上。在焊接步骤之前，新的连接件的螺纹端部螺拧预定深度，该预定深度被选择为达到设置在转子体上的配合的凹螺纹开口内的选定深度处的最底部。

本发明的优选方法用于修复钻井泥浆马达的转子，其中转子在其一端部具有磨损或损坏的旋转连接件。钻井泥浆马达通常具有：顶部接头，其将泥浆马达连接到钻柱；动力部分，其由转子和定子构成；传动部分，在该传递部分中来自转子的偏心动力传输为钻头的同心动力；轴承组件，其保护钻井泥浆马达免受底部和底部压力的影响；以及底部接头，其将钻井泥浆马达连接到钻头。优选的方法包括以下步骤：