涡轮马达主轴的中空结构以串联 方式贯通;所述平衡毂内套4-2、上径向扶正轴承内套5-2、涡轮转子7和下径向扶正轴承9的 内套通过锁紧螺母2与涡轮马达主轴3下部的轴肩端面压紧，成为一个随涡轮转子旋转的整 体;所述平衡毂外套4-1、上径向扶正轴承外套5-1、涡轮定子6和下径向扶正轴承9的外套通 过上接头1、下接头10与涡轮马达壳体8端面压紧，成为一个静止的整体。
[0028] 参看图7,当涡轮钻具中空马达处于工作状态时，具有一定压力的工作液11由涡轮 钻具上端进入涡轮马达工作腔前，少量工作液由上径向扶正轴承5下端面，通过上径向扶正 轴承5的轴承配合间隙5-3、平衡毂外套4-1和平衡毂内套4-2之间的环状缝隙4-3进入压力 平衡腔H，再由锁紧螺母2及涡轮马达主轴3的内孔到达下接头10处，与通过涡轮马达工作腔 的工作液汇合。根据流体力学的节流减压原理，在上述工作过程中，流经上径向扶正轴承5 的轴承配合间隙5-3、平衡毂外套4-1和平衡毂内套4-2之间的环状缝隙4-3、进入压力平衡 腔H的少量工作液压力会受到很大损失，因此由锁紧螺母2上端面传递给涡轮马达主轴3的 轴向压力会显著降低，因涡轮马达主轴3上端与下端压差造成的向下轴向力很小。例如：一 种涡轮转子7的叶冠外径为220mm，涡轮转子7基体外径为158mm的涡轮钻具，采用现有技术 时，涡轮马达主轴3受到的轴向力为288.10 kN，其中工作液通过涡轮马达涡轮转子时产生 的向下轴向力为92.03kN，涡轮马达主轴3上端与下端因马达压降(AIi = IOMPa)产生的向下 轴向力为196.07 kN。对上述涡轮钻具配置轴向力平衡毂4,使其上径向扶正轴承5的轴承外 套5-1内径D3=158.3mm，轴承内套5-2的外径D4=158mm，上径向扶正轴承5的轴向长度L3= 100mm，平衡毂外套4-1的内径D5=158.35mm，平衡毂内套4-2的外径D2=158mm，平衡毂外套4-1的轴向长度LI =400mm，平衡毂内套4-2的轴向长度L2=300mm;通过轴向力平衡毂4的轴向力 平衡作用，该涡轮钻具的涡轮马达主轴3上、下两端承受的工作液压力十分微小，可忽略不 计，此时涡轮马达主轴3受到的轴向力仅包括工作液11通过涡轮马达涡轮转子时产生的向 下轴向力，大小为92.03kN;由此可见，与现有技术比较，采用轴向力平衡毂的涡轮钻具，其 涡轮马达主轴受到的轴向力可减小68%以上。
[0029]参看图8、图9,在本实用新型所述的带有轴向力平衡毂的涡轮钻具中空马达中，所 述平衡毂4的另一实施例为与绳索取芯钻进工艺匹配的结构，该实施例在平衡毂外套4-1的 端盖上设有阶梯孔4-4,所述阶梯孔4-4用于装配绳索取芯钻进工艺中的取芯内管总成12， 其工作原理为：当钻探涡轮钻具中空马达进行绳索取芯钻进时，具有一定压力的工作液11 由涡轮钻具上端进入涡轮马达工作腔前，少量工作液由上径向扶正轴承5下端面，通过上径 向扶正轴承5的轴承配合间隙5-3、平衡毂外套4-1和平衡毂内套4-2之间的环状缝隙4-3进 入压力平衡腔H，再由锁紧螺母2及涡轮马达主轴3的内孔与取芯内管总成12的间隙到达下 接头10处，与通过涡轮马达工作腔的工作液汇合。根据流体力学的节流减压原理，在上述工 作过程中，流经上径向扶正轴承5的轴承配合间隙5-3、平衡毂外套4-1和平衡毂内套4-2之 间的环状缝隙4-3、进入压力平衡腔H的少量工作液压力会受到很大损失，由锁紧螺母2上端 面传递给涡轮马达主轴3的轴向压力会显著降低，因此涡轮马达主轴3上端与下端压差造成 的向下轴向力很小。
【主权项】
1. 一种带有轴向力平衡毂的涡轮钻具中空马达，其特征是，所述带有轴向力平衡毂的 涡轮钻具中空马达包括上接头（1)、锁紧螺母(2)、平衡毂(4)、涡轮马达主轴(3)、上径向扶 正轴承(5)、涡轮转子(7)、涡轮定子(6)、涡轮马达壳体(8)、下径向扶正轴承(9)和下接头 (10);所述锁紧螺母(2)与涡轮马达主轴(3)均为中空结构，锁紧螺母(2)配装在涡轮马达主 轴(3)的上端;所述平衡毂(4)、上径向扶正轴承(5)、涡轮转子(7)和下径向扶正轴承(9)从 上至下依次套装在涡轮马达主轴(3)的外面;所述平衡毂(4)由平衡毂外套(4-1)和平衡毂 内套(4-2)组成，所述平衡毂外套(4-1)上端设有端盖，在平衡毂外套内壁与锁紧螺母上端 面之间形成压力平衡腔(H)，平衡毂外套(4-1)和平衡毂内套(4-2)以间隙配合方式装配，在 平衡毂外套(4-1)和平衡毂内套(4-2)之间形成环状缝隙(4-3);所述上径向扶正轴承(5)由 轴承内套(5-2)和轴承外套(5-1)组成，在轴承内套(5-2)与轴承外套(5-1)之间形成轴承配 合间隙（5-3);所述轴承配合间隙（5-3)、环状缝隙(4-3)、压力平衡腔(H)、锁紧螺母及涡轮 马达主轴的中空结构以串联方式贯通。2. 根据权利要求1所述的带有轴向力平衡毂的涡轮钻具中空马达，其特征是，所述平衡 毂内套(4-2)、上径向扶正轴承内套(5-2)、涡轮转子(7)和下径向扶正轴承(9)的内套通过 锁紧螺母(2)与涡轮马达主轴(3)下部的轴肩端面压紧，成为一个随涡轮转子旋转的整体； 所述平衡毂外套(4-1)、上径向扶正轴承外套(5-1)、涡轮定子(6)和下径向扶正轴承(9)的 外套通过上接头(1 )、下接头(10)与涡轮马达壳体(8)端面压紧，成为一个静止的整体。3. 根据权利要求2所述的带有轴向力平衡毂的涡轮钻具中空马达，其特征是，所述平衡 毂外套(4-1)在端盖上设有阶梯孔(4-4)，所述阶梯孔(4-4)与绳索取芯钻进工艺中的取芯 内管总成（12)相匹配。4. 根据权利要求1或2或3所述的带有轴向力平衡毂的涡轮钻具中空马达，其特征是，所 述平衡毂外套(4-1)内径为D1，平衡毂内套(4-2)外径为D2,在平衡毂外套(4-1)和平衡毂内 套(4-2)之间形成的环状缝隙（4-3)的宽度Δ l=(Dl-D2)/2,且0.20mm< Δ 1 < 1.00mm，平衡 毂外套(4-1)的轴向长度LI 2 200mm，平衡毂内套(4-2)的轴向长度L2 2 150mm。5. 根据权利要求4所述的带有轴向力平衡毂的涡轮钻具中空马达，其特征是，所述上径 向扶正轴承(5)的轴向长度L3 2 60mm，上径向扶正轴承（5)的轴承外套（5-1)内径D3与轴承 内套（5-2)外径D4的配合间隙 A2=(D3-D4)/2,且0.20mm< Δ2< 1.00mm。6. 根据权利要求5所述的带有轴向力平衡毂的涡轮钻具中空马达，其特征是，所述马达 主轴(3)的内孔直径D3 2 Φ 20mm。
【专利摘要】一种带有轴向力平衡毂的涡轮钻具中空马达，属于钻井设备技术领域，它设有锁紧螺母、平衡毂、涡轮马达主轴、上径向扶正轴承、涡轮转子、涡轮定子和下径向扶正轴承；所述锁紧螺母配装在涡轮马达主轴的上端，锁紧螺母与涡轮马达主轴均为中空结构；所述平衡毂、上径向扶正轴承、涡轮转子和下径向扶正轴承从上至下依次套装在涡轮马达主轴上；所述平衡毂的平衡毂外套内壁与锁紧螺母上端面形成压力平衡腔，在平衡毂外套和平衡毂内套之间形成环状缝隙；所述上径向扶正轴承在轴承内套与轴承外套之间形成轴承配合间隙；轴承配合间隙、环状缝隙、压力平衡腔、锁紧螺母及涡轮马达主轴的中空结构贯通。本实用新型解决了涡轮马达主轴轴向力与钻压不平衡的问题。
【IPC分类】F03B11/00, F03B13/02, E21B4/02
【公开号】CN205172798
【申请号】CN201520928363
【发明人】赵红梅
【申请人】北京春仑石油技术开发有限公司
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年11月20日