专利名称：带平衡鼓的井下动力钻具的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种石油钻井用的井下动力钻具，尤其是一种在深井、超深井中使用的井下动力钻具。
常规的石油钻井有地面转盘钻井和井底马达钻井二种方式，在井下动力钻具钻井方式中常用的有涡轮钻具和螺杆钻具。涡轮钻具其工作转速高，但寿命短；螺杆钻具上的橡胶件不耐高温，不适宜用在深井、高温井下。现有的在深井、超深井下工作的动力钻具，由于推力轴承所承受的冲击负荷大，易造成脆性断裂，使轴承内、外圈破碎，从而使推力轴承失效，因而现有的钻具一口井一次性连续工作时间为100小时左右。由于技术工具不配套，使深井段所用的钻井时间占整个井钻井时间的60％以上，大大增加了深井、超深井的建井周期和钻井成本。
本实用新型的目的在于提供一种带平衡鼓的井下动力钻具，使其寿命提高，由现有的一口井一次性连续工作时间不足100小时提高到200小时以上；并使推力轴承不发生脆性断裂。
本实用新型的目的是由下述技术方案实现的在一种由支承节和马达组成的带平衡鼓的井下动力钻具中，设有用于减少轴向水推力的平衡鼓装置，该平衡鼓装置位于马达的上端。平衡鼓装置包括上平衡鼓、下平衡鼓和平衡鼓壳，上平衡鼓和下平衡鼓装在涡轮轴上，通过涡轮轴锁母、涡轮轴调整垫及轴头螺母与涡轮转子轴向压紧；平衡鼓壳通过套筒、调整垫及上部短节与涡轮定子轴向压紧。上、下平衡鼓与平衡鼓壳间有间隙。
本实用新型是用在涡轮轴上安装平衡鼓的技术方案来降低作用在推力轴承上的轴向推力，其主要的工作原理是高压泥浆由涡轮入口处经过图2所示的A、B通道，绝大部分进入涡轮流道驱动涡轮工作，少量泥浆由平衡鼓壳和上下平衡鼓之间的微小环空泄漏到腔室C，腔室C通过通道D(图中虚线所示)与钻具和井壁间的环空相通。设涡轮平均流道直径为D1、面积为A1，轴头螺母直径为D2，面积为A2，涡轮钻具的工作压降为P，则平衡鼓平衡掉的轴向水推力为A2×P。即没有平衡鼓的推力轴承所承受的轴向水推力为A1×P，即承受全部水推力。加了平衡鼓的推力轴承所承受的轴向水推力为(A1-A2)×P。在压力一定时，由于承压面积的减小，则所承受的轴向负荷也相应减小。通过计算，平衡鼓可将涡轮钻具工作时产生的轴向推力降低60％以上，也就是说，将涡轮钻具支撑节推力轴承所承受的轴向负荷降低了60％以上，因此可使井下动力钻具的寿命提高，由现有的一口井一次性连续工作时间100小时左右，提高到200小时以上。由于推力轴承的轴向推力降低了一半以上，使推力轴承不发生脆性断裂，只是正常的工作磨损，由此提高了深井钻井速度、降低钻井成本。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明
图1是本实用新型带平衡鼓的井下动力钻具的实施例结构图图2是本实用新型中平衡鼓装置的实施例图图中，1.上部短节2.轴头螺母3.涡轮轴调整垫4.涡轮轴锁母5.套筒6.上平衡鼓7.下平衡鼓8.平衡鼓壳9.涡轮轴10.调整垫11.转子12.定子I.支承节II.马达III.平衡鼓装置
图1所示的本实用新型的实施例为一带平衡鼓装置的井下涡轮钻具，该钻具由支承节I、马达II及平衡鼓装置III组成，平衡鼓装置III位于马达的上端。平衡鼓装置的实施例如图2所示。图2中，在涡轮轴9上依次装有轴头螺母2、涡轮轴调整垫3、涡轮轴锁母4、上平衡鼓6和下平衡鼓7，上、下平衡鼓6、7通过涡轮轴锁母4、涡轮轴调整垫3及轴头螺母2与涡轮转子11轴向压紧。钻具的上部短节1与调整垫10、套筒5相连，平衡鼓壳8通过套筒5、调整垫10及上部短节1与涡轮定子12轴向压紧。上、下平衡鼓6、7与平衡鼓壳8之间有间隙，该间隙为微小间隙，以形成节流。根据钻具结构的不同要求，也可将上、下平衡鼓制成一体，与平衡鼓壳8共同形成一个平衡鼓装置。当平衡鼓要求的长度过长，则为便于加工和热处理，可制成上、下平衡鼓装置。
在工作时，高压泥浆由涡轮入口处进入高压区，经过平衡鼓与平衡鼓壳间的间隙泄流后形成低压区，当工况决定了以后，压降ΔP是一个定数，此时泄流量Q与过流面积A，压降ΔP及过流长度L之间的关系为Q正比于ΔPA/L
在压降一定时，泄流量与过流长度L成反比，长度越长，则泄流量就越小，但是长度过长造成加工困难。设计时应兼顾平衡鼓及平衡鼓壳的加工精度，使泄流量控制在2％-3％，平衡鼓和平衡鼓壳间的间隙为0.2毫米-3毫米为宜。
本实用新型应用平衡鼓装置来减少钻具轴向载荷的结构不仅用于涡轮钻具，也适用于螺杆钻具。本实用新型为全金属结构，适于用深井、高温井的井下动力钻具。
权利要求1.一种带平衡鼓的井下动力钻具，包括支承节(I)和马达(II)，其特征在于还包括用于减少轴向水推力的平衡鼓装置(III)，该平衡鼓装置(III)位于马达(14)的上端。
2.根据权利要求1所述的带平衡鼓的井下动力钻具，其特征在于所述的平衡鼓装置(III)包括上平衡鼓(6)、下平衡鼓(7)及平衡鼓壳(8)，上平衡鼓(6)和下平衡鼓(7)装在涡轮轴(9)上，通过涡轮轴锁母(4)、涡轮轴调整垫(3)及轴头螺母(2)与涡轮转子(11)轴向压紧；平衡鼓壳(8)通过套筒(5)、调整垫(10)及上部短节(1)与涡轮定子(12)轴向压紧，上、下平衡鼓(6)、(7)与平衡鼓壳(8)之间有间隙。
3.根据权利要求1或2所述的带平衡鼓的井下动力钻具，其特征在于上平衡鼓(6)和下平衡鼓(7)连为一体，和平衡鼓壳(8)共同形成一个平衡鼓装置。
4.根据权利要求1或2所述的带平衡鼓的井下动力钻具，其特征在于上、下平衡鼓(6)、(7)与平衡鼓壳(8)之间的间隙为0.2毫米-0.3毫米。
专利摘要一种带平衡鼓的井下动力钻具,其平衡鼓装置包括上平衡鼓、下平衡鼓及平衡鼓壳。平衡鼓和平衡鼓壳间有微小间隙。当高压泥浆进入高压区,经鼓与壳间的间隙泄流后,由高压变成低压,使钻具推力轴承轴向负荷降低60%以上,从而使推力轴承不发生脆性断裂,提高了钻具的工作寿命和可靠性。一口井一次性连续工作时间可达200小时以上。本实用新型为全金属结构,适用于深井、高温井的井下动力钻具。
文档编号E21B4/00GK2410408SQ0020015
公开日2000年12月13日 申请日期2000年1月6日 优先权日2000年1月6日
发明者孟庆昆, 谢正凯, 王辉, 马家骥 申请人:石油勘探开发科学研究院机械研究所