具有悬挂轴承的双轴钻探装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及用于在土中钻探钻孔的钻探电机。具体地，本公开的装置涉及由通过钻探电机传输钻探流体来提供动力的钻探电机。
【背景技术】
[0002]通常，在井下钻探操作中，井下钻探电机从一串钻杆的下端悬挂。钻探流体可通过钻柱进行传输，并且通过钻探电机循环或穿过钻探电机来引起钻头旋转。旋转的钻头接合地层以在其中形成钻孔。在钻探环境中，设备可用的空间至少部分地由所钻的钻孔的尺寸限制。
[0003]为了驱动钻头，必须经常从电机的、相对于钻头远程设置的动力部分传递转矩。在一些情况下，转矩必须通过占据一部分可用空间的设备来传递。因而，驱动部件(即，用于传递转矩的机构)必须经常在驱动部件之间以一定程度的轴向偏移进行操作。另外，因为用于驱动电机的钻探流体可穿过由驱动部件占据的空间，所以驱动部件经常在恶劣的环境下工作。钻探流体的流可能趋于侵蚀或“洗脱(wash out)” 一些驱动部件，并且，在一些情况下，洗脱驱动部件的倾向可能通过由驱动部件限定的迂回流体流动路径而加剧。因此，为了适应有限的空间和恶劣的环境，必须考虑井下钻探装置的设计。
【发明内容】
[0004]在本公开的一个实施方式中，钻探装置包括限定纵轴线的壳体。该装置的动力部分包括适于响应于钻探流体穿过动力部分而以偏心旋转运动相对于纵轴线运动的转子。动力传动轴被设置为具有上端和下端。动力传动轴的上端联接至转子，以使得动力传动轴的上端能够以转子的偏心运动来运动。动力传动轴的下端被约束成相对于纵轴线以同心方式旋转。大体刚性的扭杆具有上端和下端。扭杆的上端和下端被约束成相对于纵轴线以同心方式旋转，并且扭杆的上端联接至动力传动轴的下端，以使得可将转矩从动力传动轴传递至扭杆。心轴与扭杆的下端相互连接，以使得可将转矩从扭杆传递至心轴，心轴包括用于钻头的连接部。
[0005]根据本公开的另一实施方式，钻探装置包括限定纵轴线和标称内径的壳体。壳体包括相对狭窄部分，该部分呈现出小于标称内径的受限的内径。有效载荷架(payload bay)邻近壳体的相对狭窄部分设置，并且扭杆设置在壳体的相对狭窄部分中。该扭杆被支承为关于纵轴线同心地旋转。动力部分包括转子，该转子适于响应于钻探流体穿过动力部分而以偏心旋转运动相对于纵轴线运动。动力传动轴在转子与扭杆之间相互连接，以使得在本文中，动力传动轴的上端能够以转子的偏心旋转运动来运动，并且动力传动轴的下端能够以扭杆的同心运动而运动。用于支承钻头的心轴联接至扭杆并由扭杆驱动。
[0006]根据本公开的另一实施方式，一种操作钻探装置的方法包括以下步骤:(a)提供包括转子的动力部分，其中，转子适于响应于钻探流体穿过动力部分而以偏心旋转运动相对于纵轴线运动；(b)提供具有上端和下端的动力传动轴，其中，动力传动轴的上端联接至转子，并且能够以转子的偏心运动来运动，动力传动轴的下端被约束成相对于纵轴线以同心方式旋转；(C)提供扭杆，该扭杆联接至动力传动轴的下端，并且能够以动力传动轴的下端的同心旋转运动来运动；(d)提供联接至扭杆的心轴，该心轴能够响应于扭杆的旋转而旋转；以及(e)使钻探流体穿过动力部分以使转子运动，从而引起动力传动轴的上端的偏心旋转运动、动力传动轴的下端的同心旋转运动、扭杆的同心旋转运动以及心轴的旋转。
【附图说明】
[0007]当结合附图阅读时，可根据以下详细描述更好地理解本公开。根据本领域的标准实践，可以不按比例绘制各种特征。
[0008]图1是根据本公开的一个或多个方面的钻探装置的侧面剖视图，该钻探装置包括动力部分、轴承部分以及位于动力部分与轴承部分之间的传动部分。
[0009]图2是图1中标记为“A”的关注的区域的放大图，其示出了上悬挂轴承。
[0010]图3是图1中标记为“B”的关注的区域的放大图，其示出了下悬挂轴承。
[0011]图4A和图4B分别是根据本公开的一个或多个方面的悬挂轴承的替代实施方式的主视图和侧面剖视图，其示出了围绕悬挂轴承的环形钻探流体流动路径。
[0012]图5是悬挂轴承的替代实施方式的侧面剖视图，内部钻探流体流动路径通过该悬挂轴承限定。
【具体实施方式】
[0013]应理解，以下公开提供了用于实施各种实施方式的不同特征的很多不同的实施方式或示例。以下对部件和布置的具体示例进行描述以简化本公开。当然，这些仅为示例，并且并不旨在为限制性的。
[0014]图1示出了本公开的钻探装置10的纵向剖视图。该装置10通常包括位于其上端处的动力部分12、位于下端处的轴承部分16以及位于动力部分与轴承部分之间的传动部分18。如本文所使用的，术语“上”指的是朝向钻孔的表面定向的部件的侧部或方向，而术语“下”指的是钻孔的朝向距离表面最远的部分定向的部件的侧部或方向。动力部分12适于向钻头“B”提供旋转运动，钻头“B”可联接至轴承部分的下端。传动部分18适于将动力部分12中产生的旋转运动传递至轴承部分16。动力部分12限定中央纵轴线X-X，并且轴承部分16限定了相对于纵轴线X-X以弯曲角度“ α ”设置的轴线Υ-Υ。角度“ α ”可在大约O度至4度的范围内，因而，轴承部分16可相对于动力部分12以倾斜角支承钻头“B”的旋转运动。
[0015]动力部分12包括位于其上端处的顶组件或顶部件20。顶部件20在其上端处具有螺纹管式连接部22，用于将装置10联接至设置在装置10之上的钻柱“S”。钻柱“S”可包括以端对端方式彼此互相连接的多段钻铤和/或钻杆，因而，可使装置10与位于钻孔表面处的设备相互连接。
[0016]动力部分12还包括由顶部件20的下端固定地支承的定子30。定子30限定了包围转子32的螺旋成轮廓的内表面30a。转子32限定了螺旋轮廓的外表面32a，外表面32a被配置成与定子30内表面的螺旋轮廓的内表面30a相接合，以引导转子的运动。定子30和转子32 —起可包括由钻探流体(或泥浆)从其中通过的通道操作的“Moineau”，或正位移式电机。钻探流体可通过钻柱“S”并通过定子30向下泵送，从而引起转子围绕通过转子32限定的轴线R-R同时旋转并同时围绕定子30的内表面30a做轨道运动或滚动。部分地根据轮廓表面30a和32a的具体几何形状，转子32的轨道运动可为大致圆形、椭圆形、多边形或可遵循替代路径。因为旋转运动的分量可能不与轴线X-X对齐，因此转子32的旋转运动的特征大体上在于相对于纵轴线x-x的偏心运动。
[0017]转子阻挡杆36联接至转子32的上端，以使得转子阻挡杆名义上随着转子32的偏心运动而运动。转子阻挡杆36延伸通过转子阻挡环38，转子阻挡环38固定至定子30并为转子阻挡杆36的相对狭窄部分36a的标称运动提供间隙。然而，在装置10内发生允许转子32相对于定子30下落的破损或故障的情况下，转子阻挡环38将与转子阻挡杆36的相对宽的部分36b发生干涉。因而，转子阻挡杆36连同转子阻挡环38 —起用于“阻挡”或中断转子32和连接至转子32的任何部件的下降。
[0018]在动力部分12之下，传动部分包括联接至定子30的外壳体40，以使得外壳体相对于定子30和顶部件20保持相对静止。外壳体40沿其长度可包括多个部分:40a、40b、40c和40d，这些部分通过与纵轴线X-X对齐的螺纹连接部或类似连接部彼此联接。外壳体部分40a限定被指定为“N”的标称内径。
[0019]动力传动轴包括挠性轴42，并且设置在外壳体部分40a内。挠性轴42由能够通过其传递转矩的适型材料构成。挠性轴42的上端42a联接至转子32，并从转子32