具有同心旋转驱动系统的井下马达的制作方法
【专利摘要】一种井下马达，包括轴承组件，所述轴承组件具有在筒形外壳内可旋转的心轴，该心轴可共同旋转地接合同心旋转驱动系统的转子，所述同心旋转驱动系统包含有一种外壳安装的闸门布置，该闸门布置随着转子旋转响应于通过转子和外壳之间的环状空间的流体流而被转子凸起可枢转地偏斜，从而在相邻的闸门和凸起之间形成的纵向腔中积聚压力，由此导致心轴旋转。优选地，驱动系统被直接联接至轴承组件，而不需要连接驱动轴，并且外壳包含有被布置在驱动部分之上的弯曲短节。作为替换，弯曲短节可被设置在所述驱动系统之下，结合驱动轴使用，以将驱动系统连接至轴承部分，以便将弯头布置成尽可能靠近钻头。
【专利说明】具有同心旋转驱动系统的井下马达
【技术领域】
[0001]本公开主要涉及用于在油井、气井和水井的钻探中使用的井下马达的轴承组件。本公开还涉及包含在该井下马达中的驱动系统。
【背景技术】
[0002]在钻进通入大地的井孔时，诸如为了从地下地层开采碳氢化合物或矿物质，传统实践是将钻头连接到端对端连接的钻杆段组件(通常称为“钻柱”)的下端上，然后旋转钻柱以便钻头向下前进到大地中，从而产生期望的井孔。在传统的垂直井孔钻井操作中，钻柱和钻头借助于与在井孔之上的地表面处(或者，在离岸钻井操作中，处于海床支撑的钻井平台上，或适当改变的浮动舰船上)直立的钻架关联的“转台”或“顶驱”旋转。
[0003]在钻井过程期间，在压力下，将钻井流体(在本行业中通常也称为“钻井泥浆”或简单地称为“泥浆”)从地面通过钻柱向下泵送，从钻头流出进入井孔，然后通过在钻柱和井孔之间的环状空间向上返回地面。可能为水基或油基的钻井流体通常有粘性，以提高其将井孔切除物带到地面的能力。钻井流体能够执行各种其它有价值的功能，包括提高钻头性能(例如，通过在压力下，通过钻头中的端口喷射钻井流体，产生泥浆喷射，泥浆喷射在钻头之前喷入并且弱化下层地层)、钻头冷却和在井孔壁上形成保护性沉积物(以稳定和密封井孔壁)。
[0004]特别地，从1980年代中期开始，已经日益普遍并且期望在石油和天然气行业中使用“定向钻井”技术，以钻出水平和其它非垂直井孔，从而与仅使用垂直井孔将可能实现的相比，促进更高效地接触更大区域的地下饱含碳氢化合物的地层，以及从该地层的生产。在定向钻井中，使用专业钻柱组件和“井底钻具”(BHA),以在钻头的路径中广生、监控和控制偏离，以便产生具有期望的非垂直构造的井孔。
[0005]通常使用被包含在直接处于钻头之上的钻柱中的井下马达(通常称为“泥浆马达”)执行定向钻井。典型的现有技术泥浆马达包括下列(顺序从马达组件的顶部开始)几个主要组件:
[0006].适合促进连接至钻柱下端的顶短节(“短节”是石油和天然气行业中的一般术语，指任何小的或次级钻柱组件)；
[0007]?动力部分，该动力部分包括熟知类型的正排量马达，带螺旋叶片的转子可在定子部分中偏心旋转；
[0008].驱动轴外壳，该驱动轴外壳被构造为直的、弯曲的，或者可在O度和最大角度之间步进调整；
[0009].驱动轴，该驱动轴被封入驱动轴外壳内，驱动轴的上端被可操作地连接至动力部分的转子；和
[0010].轴承部分，该轴承部分包括同轴并且可旋转地设置在筒形外壳内的筒形心轴，该心轴的上端联接至驱动轴的下端，并且下端适合连接至钻头。
[0011]心轴被驱动轴旋转，驱动轴响应钻井流体在压力下流经动力部分而旋转。心轴相对于筒形外壳旋转，筒形外壳被连接至钻柱。
[0012]传统的泥浆马达包括下列动力部分，该动力部分使用Moineau驱动系统或涡轮式驱动系统。这些类型的动力部分相对长，对于直径在5〃至8〃之间的马达尺寸，Moineau式动力部分的典型长度为15-20英尺，涡轮的为20-30英尺。为了以弯曲马达组件进行定向钻井，将弯头设置在钻头的几英尺内最佳，以便实现适当水平的钻孔曲率和该组件的合理操纵性。将弯头设置在动力部分或涡轮之上将形成太大的距钻头的距离，从而不起作用，所以这需要将弯头设置在动力部分或涡轮之下。弯头通常被包含在驱动轴外壳中。驱动轴通常包括万向接头，以适应动力部分和轴承组件之间的角度失准，以及Moineau动力部分情况下的偏心操作。驱动轴U接头和螺纹连接通常是马达组件的最弱部分，并且是发生破裂最普遍的位置。
[0013]美国专利N0.6，280，169、N0.6，468，061、N0.6，939，117 和 N0.6，976，832 (其公开内容都在此通过引用以其整体并入)公开了类似类型的流体动力旋转驱动机构。与Moineau和涡轮式动力部分相比，这些机构能够输出多个水平的转速和扭矩，但是动力部分的长度短至3-5英尺。这些机构包括一种具有纵向凸起和闸门的系统，具有引入端口和排出端口用于引导流体以在凸起和闸门之间累积压力，以驱动马达旋转。这些机构通过在内轴和外壳之间的同心旋转来运行。较短长度和同心运行允许这些驱动系统中的任何驱动系统都被直接包含在泥浆马达轴承组件内，或者附接至泥浆马达轴承组件，不需要具有万向接头的驱动组件。固定或可调的弯曲外壳能够附接在驱动部分之上，同时保持与传统井下马达相比一样短或者更短的钻头至弯头长度。马达的结果总长度比传统组件显著缩短。
[0014]与包括将Moineau式系统的运行温度限制为最高约325-350° F的弹性体定子元件的Moineau式驱动系统相比,这些驱动机构不需要任何弹性体元件。另外，Moineau式驱动系统的性能在高于140° F时剧烈下降。因此，这些同心运行的驱动系统适合在超过Moineau式系统极限的极高温度和地热应用(500+° F)中使用，性能降低很小或不降低。
【发明内容】
[0015]本公开教导一种包括驱动系统的井下马达，该驱动系统包括一种具有纵向凸起和闸门的系统，该系统具有用于引导流体的引入端口和排出端口，以在凸起和闸门之间建立压力，从而驱动马达旋转。优选地，驱动系统被同心地连接至轴承组件，同时保持足够短的长度，从而允许弯曲外壳被设置在驱动部分之上，并且消除像现有技术的泥浆马达一样的，对将驱动部分连接至轴承部分的驱动轴的需要。作为替换，弯头可被布置在驱动部分之下，结合驱动轴组件使用，以将驱动部分连接至轴承部分，以便将弯头设置为尽可能地靠近钻头。
[0016]在第一方面，本公开给出了一种旋转流体驱动系统的教导，包括:
[0017].第一主体和第二主体，所选择的其中一个主体被同轴地布置在另一主体内部，从而在两者之间限定工作流体空间，并且第二主体可绕旋转轴线相对于第一主体旋转；
[0018].被第一主体和第二主体中的所选一个主体支撑的至少一个闸门，以便每个闸门都能够绕平行于旋转轴线的轴线摆动或枢转；
[0019].在不支撑该至少一个闸门的主体上设置的至少一个凸起；
[0020].将流体流引入工作流体空间中的一个或更多个流体进口端口 ；和
[0021].与流体进口端口轴向间隔隔开，并且将流体流引出工作流体空间的一个或更多个流体出口端口；
[0022]其中:
[0023].对于每个闸门，支撑该至少一个闸门的主体都限定闸门穴窝，相关的闸门在被凸起接触时摆动到闸门穴窝中；
[0024].每个闸门穴窝和相关闸门都被相对地构造成在两者之间形成钻屑腔，当相关闸门被布置在其中时，该钻屑腔能够容纳钻屑；和
[0025].旋转流体驱动系统限定流体路径，工作流体能够穿过该流体路径进入和流出驱动系统，其中流体路径包括流体进口、工作流体空间和流体出口，以便工作流体沿流体路径的流动将导致第二主体相对于第一主体旋转。
[0026]在特定实施例中，每个闸门及其相关的闸门穴窝都被相对地构造成形成至少一个闸门穴窝流动路径，当闸门已经摆动到进入闸门穴窝中的最大程度时，流体能够穿过该闸门穴窝流动路径在闸门穴窝和闸门之间流动，并且流入工作流体空间。在这些实施例中，每个闸门(将具有自由纵向边缘)及其相关的闸门穴窝可被相对地构造成，当闸门已经最大程度地摆动到其相关的闸门穴窝中时，该纵向边缘将面对并且与闸门穴窝的壁间隔隔开，以便产生闸门穴窝流动路径的下游部分。
[0027]在特定实施例中，可在每个闸门表面的面对其相关的闸门穴窝的表面上形成多个间隔突出体，在相邻的突出体之间具有空间或间隙，产生穴窝流动路径的相关上游部分。在这些实施例中，突出体和闸门穴窝可被相对地构造成，当闸门最大程度地摆动到其相关的闸门穴窝中时，突出体能够抵靠闸门穴窝的表面。优选但不必要地，突出体将沿相应闸门的长度均匀间隔。突出体之间的间隙可按尺寸形成，以便每个闸门上的间隙的累积长度将相应于闸门长度的至少10%。在可替换实施例中，间隙的累积长度可相应于闸门长度的至少30 %，并且在其它实施例中，最多可相应于闸门长度的90 %。
[0028]优选但不必要地，每个闸门都可具有相关的偏压装置(诸如作为非限制性实例的弹簧)，以偏压闸门，从而在远离其相关的闸门穴窝，并且朝着具有该至少一个凸起的主体的方向中摆动。在具有包括弹簧的偏压装置的实施例中，弹簧可沿着并且在相关闸门中形成的纵向孔中延伸。在这些实施例中，可保持每个弹簧的一端都相对于相关闸门可旋转地固定；可选地，每个弹簧的该端部都可键接到主体的设有闸门穴窝的一部分内。
[0029]进口端口可被设置在出口端口的上游，参考工作流体沿流体路径的流动方向。
[0030]在旋转流体驱动系统的特定实施例中，第一主体被布置在第二主体内部。在可替换实施例中，第二主体被布置在第一主体内部。
[0031]在第二方面，本公开教导一种旋转流体驱动系统，包括:
[0032].第一主体和第二主体，所选择的其中一个主体被同轴地布置在另一主体内部，从而在两者之间限定工作流体空间，并且第二主体可绕旋转轴线相对于第一主体旋转；
[0033].被第一和第二主体中的所选一个主体支撑的至少一个闸门，以便每个闸门都能够绕平行于旋转轴线的轴线摆动或枢转；
[0034].在不支撑该至少一个闸门的主体上设置的至少一个凸起；
[0035].将流体流引入工作流体空间中的一个或更多个流体进口端口 ；和
[0036].与流体进口端口轴向间隔隔开并且将流体流引出工作流体空间的一个或更多个流体出口端口；
[0037]其中:
[0038].对于每个闸门，支撑该至少一个闸门的主体都限定闸门穴窝，相关闸门当被凸起连接时能够摆动到该闸门穴窝中；
[0039].每个闸门都具有面对该相关闸门穴窝并且具有多个突出体的表面，相邻突出体之间的间隙限定闸门穴窝流动路径；
[0040].旋转流体驱动系统限定工作流体能够通过其流入和流出驱动系统的流体路径，其中该流体路径包括流体进口、工作流体空间和流体出口，以便工作流体沿流体路径的流动将导致第二主体相对于第一主体旋转。
[0041].当相关闸门最大程度地偏斜到其相关的闸门穴窝中时，工作流体能够流经每个闸门穴窝流动路径，从相关闸门穴窝流动到工作流体空间中。
[0042]在特定实施例中，每个闸门(将具有自由纵向边缘)及其相关的闸门穴窝可被相对地构造成，当闸门已经最大程度地摆动到其相关的闸门穴窝中时，该纵向边缘将面对并且与闸门穴窝的壁间隔隔开，以便产生闸门穴窝流动路径的下游部分。
[0043]优选但不必要地，突出体将沿相应闸门的长度均匀间隔。突出体之间的间隙可按尺寸形成，以便每个闸门上的间隙的累积长度将相应于闸门长度的至少10%。在可替换实施例中，间隙的累积长度可相应于闸门长度的至少30%，并且在其它实施例中，最多可相应于闸门长度的90%。
[0044]优选但不必要地，每个闸门都可具有相关的偏压装置(诸如作为非限制性实例的弹簧)，以偏压闸门，从而在远离其相关的闸门穴窝并且朝着具有该至少一个凸起的主体的方向中摆动。在具有包括弹簧的偏压装置的实施例中，弹簧可沿着并且在相关闸门中形成的纵向孔中延伸。在这些实施例中，可保持每个弹簧的一端都相对于相关闸门可旋转地固定；可选地，每个弹簧的该端部都可被键接到主体的具有闸门穴窝的一部分内。
[0045]进口端口可位于出口端口的上游，参考工作流体沿流体路径的流动方向。
[0046]旋转流体驱动系统可包括在进口端口和出口端口之间的选择点处，布置在第二主体内的流控机构。
[0047]在第三方面，本公开教导一种钻井马达，包括:
[0048].轴承组件，包括:具有上端和下端的大致筒形的外壳；具有上端、下端和纵向孔的大致筒形的心轴，心轴被同轴地布置在外壳内，以便可绕旋转轴线相对于外壳旋转；被布置在外壳和心轴之间的环状空间中的径向轴承装置；和被布置在外壳和心轴之间的环状空间中的推力轴承装置；
[0049].具有上端、下端和纵向孔的大致筒形的转子，转子被同轴地布置在外壳内，以便在其间限定大致环状工作流体空间，并且转子可操作地接合心轴，以便可与其一起旋转；
[0050]?多个细长闸门；
[0051].至少一个轴向定向的凸起，在转子和外壳之间的相对旋转期间，该凸起可接合闸门；
[0052].一个或更多个流体进口，该流体进口允许来自转子孔的上部区域的流体流入工作流体空间；和
[0053].一个或更多个流体出口，该流体出口允许流体从工作流体空间流出，流入转子孔的下部区域中；
[0054]其中钻井马达限定包括流体进口、工作流体空间和流体出口的流体路径，以便工作流体沿流体路径的流动将导致转子和外壳之间的相对旋转，由此导致各凸起依次使各闸门偏斜。
[0055]在一些实施例中，闸门可由外壳支撑，并且可绕平行于旋转轴线的枢轴轴线枢转。在其它实施例中，闸门可由转子支撑，并且可绕平行于旋转轴线的枢轴轴线枢转。在又其它实施例中，闸门可径向致动并且由外壳支撑，或者作为替换，可径向致动并且由转子支撑。
[0056]钻井马达可包括结合闸门的偏压装置，以偏压闸门，使其远离支撑闸门的组件。
[0057]钻井马达可被构造成，心轴接合转子，以便可与其一起同轴旋转。心轴和转子的这种同轴可旋转接合可通过任何功能有效装置来实施，诸如但不限于:
[0058].通过花键连接，心轴的上部被同轴地布置在转子的孔内；
[0059].通过被设置在心轴的上端和转子的下端上的相应配合凸耳；
[0060].通过被布置在心轴的上端和转子的下端之间的离合机构；
[0061].通过被布置在心轴的上端和转子的下端之间的齿轮箱；
[0062].通过大致筒形联接，该大致筒形联接的下部分具有与心轴的上端上的外螺纹可配合接合的内螺纹，该大致筒形联接的上部分具有与转子的下端上的外花键可配合接合的内花键；
[0063]?通过驱动轴，该驱动轴的上端刚性地并且同轴地接合转子的下端，驱动轴的下端包含有万向接头，该万向接头接合与心轴的上端相联的驱动轴外壳；或
[0064].通过驱动轴，该驱动轴的上端包括接合被联接至转子的下端的上部驱动轴外壳的上部万向接头，下端包括接合被联接至心轴的上端的驱动轴外壳的下部万向接头。
[0065]钻井马达的外壳可包括弯曲短节，可选地，该弯曲短节可为固定弯曲短节，或可调弯曲短节。在特定实施例中，弯曲短节将位于转子之上；然而，一般而言，当设置时，弯曲短节的位置将是有关操作参数的设计选择的一个问题。例如，在一些实施例中，弯曲短节可被设置在转子之下。在包括经万向接头同轴地接合转子并且接合心轴的驱动轴的实施例中，弯曲短节可被设置成紧邻万向接头。在包括具有上和下万向接头的驱动轴的实施例中，弯曲短节可被设置在万向接头之间。
[0066]在特定实施例中，径向轴承装置可适合通过转子，将来自心轴的径向负荷转移至外壳，诸如作为非限制性实例，通过采用起径向轴承作用的转子。
[0067]可选地，钻井马达可包括流控装置，以改变流经马达的流体的特性，从而调节马达的转速。在特定实施例中，流控装置可被构造成当工作流体空间两端的压差超过预设值时，就允许流体旁通工作流体空间。在其它实施例中，流控装置可包括，作为非限制性实例的:
[0068].被同轴地布置在转子内的安全阀；
[0069].与心轴和转子中的所选一个集成，并且被布置成在流体进口和流体出口之间分离流量的板件；
[0070].喷嘴，用于连续地旁通流经转子的一部分流体；
[0071].被设置成在流体进口和流体出口之间分离流量的爆破片；或
[0072]?用于使流体转向至外壳外部的装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0073]现在将参考附图描述根据本公开的实施例，其中标识符表示相同的部分，其中:
[0074]图1是穿过根据本公开的包括旋转驱动系统实施例的轴承组件的纵向横截面图。
[0075]图2是穿过图1中所示的轴承组件和旋转驱动系统的放大纵向横截面图。
[0076]图3是穿过图1和2中所示的旋转驱动系统的横向横截面图。
[0077]图4是在图3中所示的旋转驱动系统中使用的其中一个闸门的一个实施例的等轴测视图。
[0078]图4A是和图4的闸门结合使用的扭杆的等轴测视图。
[0079]图4B是和图4A的扭杆结合使用的闸门预载环的等轴测视图。
[0080]图5是穿过图1-3中所示的旋转驱动系统的外壳的等轴侧视横截面图。
[0081]图6是穿过图1-3中所示的旋转驱动系统的等轴测视横截面图，但是未示出心轴和转子。
[0082]图7和8是穿过图3中所示的旋转驱动系统的横截面图，示出凸起轴处于相对于外壳的不同旋转位置中。
[0083]图9是穿过包括下列可替换实施例的轴承组件的纵向横截面图，在该实施例中，旋转驱动系统的转子以端对端关系接合轴承部分的心轴。
[0084]图9A是穿过图9的轴承组件的变体的纵向横截面图。
[0085]图10是用于结合根据本公开的旋转驱动系统使用的安全阀系统的一个实施例的放大截面细节。
[0086]图11是图10中所示的安全阀的变体的放大截面细节。
[0087]图12是在使用螺纹和花键连接器的根据本公开的旋转驱动系统的可替换实施例中的转子和心轴之间的端对端连接的横截面细节。
[0088]图12A和12B分别是图12中的螺纹和花键连接器的等轴测视图和横截面图。
[0089]图13是穿过根据本公开的包含有同心旋转驱动系统的井下马达的可替换实施例的纵向横截面图，其中弯曲外壳被设置在旋转驱动系统之下，并且旋转驱动系统通过具有单U接头的驱动轴可操作地连接至马达的轴承部分。
[0090]图13A是图13中的井下马达的弯曲外壳和驱动轴的放大横截面图。
[0091]图14是穿过包括根据本公开的同心旋转驱动系统的井下马达的进一步实施例的纵向横截面图，其中旋转驱动系统通过具有两个U接头的传统驱动轴连接至传统的轴承部分。
【具体实施方式】
[0092]附图例示了根据本公开的井下马达的各种实施例。图1例示了轴承组件100，轴承组件100包括在其上端处与弯曲外壳200的下端相连的同心旋转驱动系统的第一实施例110，弯曲外壳200包括固定的或可调节的弯曲短节210。虽然例示的轴承组件包括弯曲外壳，但是应理解，弯曲外壳并非必要的，因为作为替换，根据本公开的轴承组件和旋转驱动系统能够无弯曲外壳地运行(即，当钻出井孔的直线部分或不偏斜部分时)。
[0093]轴承组件100包括被同轴地布置在大致筒形外壳20内、以便可相对于外壳旋转的细长心轴10，心轴10的下端12从外壳20的下端22突出，并且适于连接至马达之下的钻头或其它BHA组件。心轴10包括用作诸如钻液之类工作流体的通道的中心孔14。弯曲外壳200的上端205适于连接至马达之上的钻柱或其它BHA组件。
[0094]在图2和3中更详细地例示了图1中的轴承组件100和旋转驱动系统110的主要特征。旋转驱动系统110包括同心联接至心轴10的大致筒形中心轴120 (作为替换，称为转子120)。因此，在转子120和外壳20之间形成有大致环状空间40。作为替换，在本文中，将环状空间40称为工作流体空间40。端板42U和42L被固定在外壳20内，并且限定工作流体空间40的上边界和下边界。端板42U和42L也起约束转子120相对于外壳20的轴向位置的作用。
[0095]在所示实施例中，转子120通过图3中所示的花键连接方式同轴地联接至心轴10，花键16从与转子120的孔的内表面上的配合凹槽122接合的心轴10的外表面突出。然而，转子120能够通过其它装置可共同旋转地联接至心轴。作为非限制性实例，如图9中所示的可替换实施例(其中心轴10和转子120上的配合凸耳分别由标识符19和129指示)，心轴10和转子120能够以端对端关系彼此抵靠，同时被在各组件上包括配合的轴向排列凸耳的机构以可旋转的方式联接。用于以端对端关系可旋转地联接心轴10和转子120的其它示例性装置包括根据已知技术的螺纹连接、花键连接、齿轮箱，以及离合机构。
[0096]作为非限制性实例，图12示出根据本公开的包括旋转驱动系统的轴承部分的可替换实施例400，其中使用螺纹和花键联接410将来自转子120的扭矩传递给心轴10。在该实施例中，转子120被其自身的一组径向轴承440支撑在转子的两端上(图12中仅示出下部径向轴承440)。
[0097]如图12、12A和12B中所示，联接410包括具有内螺纹425的下部筒形部分420，以及其孔体限定纵向花键432和凹槽435的上部大致筒形部分430。上部和下部430和420同轴毗邻，中心孔415位于上部430和下部420之间的过渡部分中。在该实施例中，心轴10的上端1U具有外螺纹15，该外螺纹15可与联接410的下部420中的内螺纹425接合。转子12的下端120L形成有花键115，花键115可与联接410的上部430上的凹槽435接合。
[0098]如图1、2、5、7和8中所示，在转子120的上游区域中设置穿过心轴10和转子120的流体进口端口 116，从而允许流体从心轴孔14流动到工作流体空间40中，并且在转子120的下游区域中设置穿过转子120和心轴10的流体出口端口 117，从而允许流体从工作流体空间40流回心轴孔14中。因此，旋转驱动系统110能够被视为限定下列流体路径:该流体路径穿过旋转驱动系统，在心轴孔14的上游区域14U中的流体流入区域之间延伸，穿过进口端口 116进入工作流体空间40，并且穿过出口端口 117流出工作流体空间40，进入与转子120的下端120L紧邻的心轴孔14的下游区域14D中的流体流出区域，流体能够从该区域继续在心轴孔14内朝着钻头流动。
[0099]如图3、5、7和8中最佳示出，转子120的外周表面限定有多个均匀间隔的纵向转子凸起124。如图3、5、7和8中最佳示出的，多个细长闸门130被可枢转地安装在外壳20的孔的内表面24中的相应细长闸门接收穴窝26中。
[0100]图4例示了根据本公开的闸门130的一个实施例。在该实施例中，闸门130具有端部131(取决于闸门130在驱动系统的给定实施例中的方向，可具有指定上端131U和下端131L)和细长叶片构件134，细长叶片构件134具有朝向相关闸门穴窝26的第一叶片表面135。叶片构件134的径向外端具有纵向自由边缘139，该纵向自由边缘139被构造成与转子120的外表面充分液密接触(作为可操作性情况，可包括转子凸起124)。优选地(但不必要地)，叶片构件134的自由边缘139具有从第一叶片表面135突出的加厚或球状部分136。加厚部分136可连续，或者如图3-8中所示，加厚部分136可形成从叶片表面135朝着相关闸门穴窝26延伸的多个间隔突出体136A，在相邻的突出体136A之间形成间隙136B。
[0101]外壳20的孔的内表面24形成有细长闸门穴窝26，从而随着具有凸起的转子120在外壳20内的旋转，转子凸起124将依次接合闸门130，并且使它们偏斜到其在外壳20内的相关闸门穴窝26中，以使转子凸起124能够通过。因而，通过使转子凸起124通过，每个闸门130都在当被设置在相邻的转子凸起124之间时的降低位置(即，接触转子120或与转子120紧密相邻)，和当被设置到其相关的闸门穴窝26中时的升高(或偏斜)位置之间枢转。
[0102]可选地，突出体136A和闸门穴窝26可被构造成，当闸门130被最大程度地偏斜到闸门穴窝26中时，给定闸门130的突出体136A将抵靠相关闸门穴窝26的表面。优选地，突出体136A沿闸门130的长度均匀间隔。在一个实施例中，沿闸门130的长度测量的间隙136B的累积长度相应于闸门长度的至少10%。在可替换实施例中，间隙136B的累积长度相应于闸门长度的至少30%。在又另一实施例中，间隙136B的累积长度相应于闸门长度的几乎90%。
[0103]在优选实施例中，每个闸门穴窝26都包括钻屑狭槽或腔27，以容纳或接收可能存在于钻液中的大颗粒物质，并且否则这些大颗粒物质可能通过途经转子凸起124，阻止相关闸门130完全偏斜到闸门穴窝26中。参考图3应最好地明白，其中示出标识符130A指示的例证性闸门完全偏斜到其相关的闸门穴窝26A中。随着转子凸起124经过，钻液携带的过大尺寸物质能够临时驻留在钻屑腔27A内，而非卡在闸门130A之后并且阻止闸门130A完全偏斜到闸门穴窝26A中，如果闸门穴窝被构造成紧密配合闸门130的轮廓，就可能发生上述情况。
[0104]图7例示了以标识符130C指示的、具有在其外面中形成的钻屑通道27C的变体闸门，并且不存在形成到关联闸门130C的变体闸门穴窝26C中的钻屑腔27。
[0105]优选地，每个闸门130和相关的闸门穴窝26都可被相对地构造成在至少一个闸门穴窝流动路径(在图3中以点线141指示)处形成，以即使当闸门130最大程度地偏斜到闸门穴窝26中，流体也能够流出闸门穴窝26，流入工作流体空间40。在图3中所示的实施例中，闸门穴窝流动路径141包括在厚度方向中与间隙136B同延的上游部141U。闸门130和闸门穴窝26被构造成:当闸门130最大程度地偏斜到其关联的闸门穴窝26中时，闸门的自由纵向边缘139与闸门穴窝的纵向壁143间隔隔开，以产生与工作流体空间40流体连通的闸门穴窝流动路径141的下游部141D。
[0106]如图2、3、7和8中最佳示出的，由于闸门130被偏压成与转子120充分液密接触，所以转子120和外壳20之间的工作流体空间40被划分为转子凸起124和相邻的闸门130之间的纵向腔140。纵向腔140在任一端处由端板42U和42L划界。在操作中，通过进口端口 116将加压工作流体(诸如从地面泵送的钻井泥浆，在各幅图中以流动箭头F概念性地指示)引入旋转驱动系统110中，因而对一个或更多个纵向腔140加压(在任何给定时间)，并且导致转子120 (以及与其一起的心轴10)相对于外壳20旋转。与凸起的高压侧相反，引导流体通过流体出口端口 117，并且穿过钻头向前流动。
[0107]特别参考图7和8应明白，随着转子120在外壳20内并且相对于外壳20旋转，每个腔140的构造和体积都将改变。例如，图8例示了标识符140A指示的，具有比较大的体积的第一纵向腔，以及标识符140B指示的，随着转子凸起124B接近相关闸门130B而具有极大缩小体积的第二纵向腔。因此，流体必须从腔140输出，以防止过大流体压力的积聚。在例示实施例中，通过形成具有压力释放通道121的转子120实现该目标，以将钻液从腔140输送至流体出口端口 117 (可参见图3和5)。
[0108]可通过任何适当的装置实现闸门130的可枢转性，并且本公开范围内的实施例不限于，或者不受限于使用任何特殊的枢转装置。为了提供一个非限制性实例，每个闸门130都可设有图3中大致示出的纵向销孔133，以接收细长枢转销，细长枢转销的末端被可旋转地接收在关联外壳20的穴窝或轴承内。然而，在特别例示的实施例中，闸门130被可枢转地固位在外壳20中形成的筒形枢转穴窝25中。在图4中所示的实施例中，每个闸门130都具有细长凸起筒形表面138，该表面被配合地接收在相应的筒形枢转穴窝25内，以形成筒形枢转接口。在例示实施例中，枢转穴窝25的筒形部绕超过180度的圆弧延伸，以便枢转穴窝完全固位闸门，同样不需要枢转销；实际上，具有筒形表面138的闸门130部分起枢转销的作用。
[0109]优选地，闸门130具有偏压装置，以偏压闸门130，使其远离外壳20，并且充分密封地接触转子120。该偏压装置能够包括扭杆弹簧、扭力旋转弹簧、凸轮主体、流体压力或任何其它适当的机构或液压装置。在一个实施例中，并且特别参考图4、4A和4B，偏压装置可包括被设置在销孔133内的扭杆50，如图3中所示，销孔133被设置在闸门130中。每个扭杆50都具有在被构造成接合旋转约束装置的上端部分54U和下端部分54L之间延伸的、圆形横截面的中心部分52。
[0110]在图4A中所示的实施例中，可通过形成横截面为正方形的上端部分54U和下端部分和54L来实现该旋转约束。图4B例示了具有相应于旋转驱动系统110中的闸门130点的数目的多个正方形孔62的闸门预加载环60，正方形孔62按尺寸形成，以配合地接合扭杆50的上端部分54U。在图1和2中所示的实施例中，预加载环被同轴地固定至直接处于端板42U之上的外壳20，以不可相对于外壳20旋转，从而在所装配的驱动系统中，从处于相关闸门130的上端131U处，从其相关销孔133的上端突出的每个扭杆50的上端54U都将被配合地布置在闸门预加载环60中的其中一个正方形孔62中。因而，将可约束扭杆50的上端相对于外壳20的旋转，但是将不约束扭杆50的上端在它们的相关闸门130的销孔133内，并且相对于其上端131U的旋转。
[0111]然而，参考图4应理解，将约束扭杆50的下端50L相对于它们相关的闸门130的下端130L的旋转。在该实施例中，闸门130的下端131L适配盖构件70，该构件具有用于配合地接收扭杆50的正方形下端54L的正方形孔72，因而有效地锁定扭杆50，使其不相对于闸门130的下端131L旋转。然而，不约束闸门130的下端相对于外壳20的旋转。因此，闸门130和扭杆50能够被装配在旋转驱动系统110中，以便与闸门130的外边缘139相关的密封表面137将最初紧邻转子120的表面，或者与其接触。可选地，扭杆50可被安装成，最初相对转子120预加载地偏压闸门130。流经旋转驱动系统110的流体导致的闸门130点的枢轴偏斜将在扭杆50中导致扭转应变(或者增大任何初始扭转应变)，因而朝着转子120可靠地偏压闸门130。
[0112]转子凸起124的数目和闸门130的数目能够改变。然而，优选地，在任何时间都将始终存在位于相邻的转子凸起124之间的至少一个流体进口端口 116和至少一个流体出口端口 117，并且在任何时间，相邻的流体进口和出口端口之间都存在至少一个闸门130密封。
[0113]旋转驱动系统110的扭矩和速度输出取决于腔室140的长度和径向高度(即，闸门提升高度)。对于给定驱动系统长度，较小的闸门提升高度产生较高的转速和较低扭矩。相反，较大的闸门提升高度产生较高的扭矩和较低的转速。在优选实施例中，能够使用具有变水平闸门提升高度的不同构造的闸门130和转子凸起124，以实现不同钻井应用，从低速/高扭矩性能钻井至高速度涡轮应用可能需要的广泛扭矩和速度范围。
[0114]轴承组件100包括多个轴承，以在心轴10和外壳20之间传递钻井过程期间发生的各种轴向和径向负荷。推力轴承102和103分别传递底部上和底部外运行负荷，而径向轴承104和105在心轴10和外壳20之间传递径向负荷。在优选实施例中，推力轴承和径向轴承是泥浆润滑roc(聚晶金刚石复合片)插入体轴承，并且小部分钻液穿过轴承转向，以提供润滑和冷却。在其它实施例中，可使用其它类型的泥浆润滑轴承，或者可油封一个或更多个轴承。
[0115]在图2中所示的实施例中，通过轴承104将径向负荷从心轴10传递至外壳20，而非从心轴10传递至转子120。然而，在可替换实施例中，能够视需要，通过使用转子120本身代替径向轴承104作为径向轴承，通过转子120传递径向负荷。
[0116]在图9A中所示的可替换实施例中，径向和轴向轴承的布置改变，以便径向负荷由心轴10承载，并且优选地，不传递至转子120。在该实施例中，轴承组件部分100包括轴承驱动组件之下的下部径向轴承301 (与图2中的径向轴承105类似)和另外的径向轴承303，与图2中所示的实施例中的径向轴承104起相同的一般作用，但是出于不同位置。可使用另一组轴承304和305，以径向和轴向地定位转子120。
[0117]在优选实施例中，不使用弹性动态密封。通过在驱动系统110内的组件之间保持少量间隙，最小化渗漏。少量渗漏将降低驱动系统的整体效率，但是对于该应用，这是可以接受的。效率仍将等于或高于Moineau动力部分。此外，通过不使用弹性动态密封，马达将适用于Moineau动力部分不能承受的高温/地热应用。
[0118]虽然上文讨论了井下马达轴承部分中的推力轴承和径向轴承，但是应注意，可在根据本公开的包括旋转驱动系统的轴承组件中使用的具体类型和布置的轴承不直接与该旋转驱动系统相关，并且不形成其最广泛实施例的一部分。
[0119]图2和3例示了对于根据本公开的旋转驱动系统有意但是不必要的可选另外特征。其中一种该可选特征是安全阀150形式的流控机构，安全阀150通过限制能够在旋转驱动组件中积聚的压力量，保护该组件不受过量扭矩负荷。安全阀150通过在流体压力超过预设压力时，允许流体旁通旋转驱动系统，穿过安全阀150中的下游孔154排放到心轴孔14中，提供这种保护。图2和3中例示的安全阀150仅为可选地用于限制根据本公开的旋转驱动系统内的压力积聚的装置的一个非限制性实例。
[0120]图10例示了能够用于通过旁通流经转子120的流体，限制旋转驱动系统两端的压差的机械安全阀系统350的一个实施例。该同一机构也能够被用作速度控制器，以将RPM限于预设限制。安全阀系统350这样工作，即流体流F从右到左(参见图10)地进入该机构，安全阀系统350封锁流体，以便迫使其穿过旋转驱动机构的流体进口和出口以及闸门(如本文中先前大致所述的)。当安全阀系统350两端的压差达到预设限制时，弹簧321偏压的阀门325将移动到左侧，允许一部分流体穿过转子120的中心旁通旋转驱动系统。作为替换，能够机械或液压地偏压阀门325。
[0121]图11例示了可替换机械安全阀组件350A，安全阀组件350A很大程度上可以和上文关于图10中所示的安全阀系统350所述的相同的方式运行。安全阀组件350A这样运行，即流动流体从右到左地进入装置，安全阀组件350封锁流体，以便迫使其穿过旋转驱动机构的流体进口和出口端口以及闸门。当压差达到预设限制时，弹簧321A偏压的阀门325AA将移动至左侧，允许一部分流体通过转子120的中心旁通旋转驱动系统。作为替换，能够机械或液压地偏压阀门325A。
[0122]作为替换，也能够使用与美国专利N0.7，523，792 (其公开内容在此通过弓丨用以其整体并入)中公开的双速马达类似的机构，以允许操作者使用相同的旋转驱动外形，在给定流速下具有两个不同的速度范围。这将通过开启和闭合流体流动实现。作为替换，这能够通过电子控制阀系统实现。该阀系统能够对钻井条件，诸如振动、钻头旋转和粘滑做出反应，和/或该阀系统能够与地面或井下信号发生器通信，以改变在旋转驱动系统中，穿过转子120旁通的流体量。
[0123]虽然在上文进行了讨论，但是不必限制根据本公开的旋转驱动系统两端的压差。可替换实施例可使用其它形式的流控器，诸如作为非限制性实例的实心板(与心轴或转子集成，或者是单独密封的组件)，以在流体进口和出口端口之间进行分流。可替换实施例可使用喷嘴，以通过转子连续地旁通一部分流体，以便降低驱动部分的转速。可替换实施例也可使用爆破片，以在进口和出口端口之间进行分流。在其中超过爆破片的容量，并且爆破片破裂的情况下，全部的或一部分流体将随后旁通过转子。可替换实施例可包括美国专利N0.6，976，832中所述的偏流器，用以沿驱动部分的全部或一部分长度均匀地分配流体进口和出口流体。
[0124]可替换实施例可通过使钻液直接旁通，到达外壳20和井孔之间，或者作为替换，弯曲外壳200和井孔之间的环状空间而释放。
[0125]图2中例示的另一可选特征是使用密封板160，密封板160包括仅渗漏少量钻液的配合耐磨表面，以便通过心轴反向，并且通过钻头向前引导被转向，以润滑和冷却轴承的几乎所有流体。能够使用旋转密封代替密封板160 ;作为替换，能够使用传统类型的或金刚石材料(例如，roc)的流量约束器。
[0126]在可替换实施例中，能够改变设计，以允许定子部分(具有闸门130的外壳20)相对于转子120和心轴10旋转。例如，这能够通过改进图1、2、9和9A中所示的实施例实现。在这些变体构造中，心轴10将附接至钻柱，这将使流体流动路径倒转；即虽然图1、2和9中所示的流体流动路径F是从右到左的，但是变体构造中的流体流动路径将为从左到右的，流体进口和出口端口被适当地构造成用于该倒转的流体流动路径。参考图2和9，这能够使得需要按下文改变设计:
[0127].首先，弯曲短节能够被移动至心轴的左(即，下)侦U。
[0128].将需要添加适当的钻头盒短节，以代替外壳200，从而允许连接至钻头(作为替换，该连接能够为销连接)。
[0129].也将使用旁通阀，用以“翻转”，从而允许流体从左到右地旁通。
[0130]本领域技术人员应易于明白，当保持心轴固定，并且允许定子部分(外壳)旋转时，驱动轴/离合、串联或并联的另外级、进口和出口端口、闸门定向和轴承能够在动力部分之上或之下移动。
[0131]可替换实施例可使用大致在美国专利N0.6，280, 169、N0.6，468，061和N0.6，939，117中任何一个专利中公开的旋转驱动系统，结合钻井马达中的类似联接装置，以及类似的轴承布置。这些系统采用类似的操作原理，但是具有可替换形式的闸门/凸起系统，诸如相对枢转闸门的径向致动闸门，或者被连接至心轴、并且可由轴承部分外壳上形成的凸起接合的可枢转闸门。
[0132]例如，参考图3，外壳20、闸门130和扭杆50能够被来自美国专利N0.6，280，169中的图33中所示的径向致动闸门系统的必要组件代替。作为另一实例，再次参考图3，外壳20、闸门130、扭杆50和转子120能够被来自美国专利N0.6,939, 117中的图9A中所示的系统的必要组件代替，其中凸起被固定至外壳，并且闸门绕心轴的外表面安装。
[0133]通过上文讨论，应明白，根据本公开的同心旋转驱动系统不限于下列实施例，其中闸门被安装至外壳(并且可偏斜到外壳中形成的闸门穴窝中)，以及其中闸门致动凸起被包含到可在外壳内同心旋转的轴承中。本公开也延伸到下列可替换实施例，该可替换实施例具有被安装至心轴的闸门(并且可偏斜到心轴中形成的闸门穴窝中)，并且其中闸门致动凸起被包含到外壳中，并且本公开也延伸到包含径向致动闸门的实施例。
[0134]因此，能够将根据本公开的一种同心旋转驱动系统描述为包括:
[0135].第一主体和第二主体，所选的一个主体被同轴地设置在另一主体内部，从而在两者之间限定工作流体空间，并且第二主体可绕旋转轴线，相对于第一主体旋转；
[0136].至少一个闸门，该至少一个闸门由第一和第二主体中的所选一个主体可枢转地支撑，并且可绕平行于旋转轴线的枢转轴线枢转；和
[0137].被设置在不支撑该至少一个闸门的主体上的至少一个凸起，该至少一个凸起被构造成，在第二主体旋转期间接触该至少一个闸门。
[0138]因此，在可替换实施例中，先前在详细说明中被称为“外壳20”的组件能够被描述为“第一主体”或“第二主体”，被称为转子120的组件可被描述为“第二主体”或“第一主体”。也应明白，在特定可替换实施例中，旋转驱动系统能够被构造成，被同轴地设置在其它主体内的所选主体能够相对于钻柱不旋转；即，其它(或外)主体将可相对于“所选”(即内)主体旋转。本领域技术人员应明白，能够基于本公开，实践该可替换实施例，给定实施例的改进可能需要参考本文提供的信息和本领域的共知知识，并且不需要特定例示、大量实验或发明性输入。
[0139]图13和13A例示了包括根据本公开的同心旋转驱动系统110的井下马达的可替换实施例500。在该变体实施例中，弯曲短节210位于旋转驱动系统110之下，并且旋转驱动系统110通过驱动轴510可操作地连接至马达的轴承部分100。由于旋转驱动系统110不像传统的井下马达驱动部分一样偏心运行，所以驱动轴510仅在其下端510L处需要万向接头(U接头)515，其中驱动轴接合与弯曲短节210相邻的、与至轴承部分100的心轴10的上端1U相联的下部驱动轴外壳520。在其上端510U处，驱动轴510通过任何功能适合的装置刚性并且同轴地3连接至转子120的下端120L。
[0140]图14例示了包括根据本公开的同心旋转驱动系统的井下马达的进一步可替换实施例600。在该实施例中，旋转驱动系统110通过在其上和下端61U和61L处具有上和下U接头615U和615L的传统驱动轴610连接至传统的轴承部分100。与图13和13A中所示的实施例类似，下U接头615L接合与心轴10的上端1U相联的下驱动轴外壳620L。在该实施例中，弯曲短节210被设置在位于U接头615U和615L之间的大致中部。
[0141]上部U接头615U接合上部驱动轴外壳620U，上部驱动轴外壳620U继而被刚性和同轴地连接至转子120的下端120L。在图14中所示的特定实施例中，上部驱动轴外壳620U通过大致与图12、12A和12B中所示的联接410类似的螺纹和花键联接650连接至转子120。然而，这仅作为非限制性实例，并且作为替换，能够通过任何功能性适当的装置，实现上部驱动轴外壳620U和转子120之间的连接。
[0142]附图中例示的旋转驱动系统110的实施例可被称为单级驱动系统；即具有与带凸起转子120关联的单组闸门130。然而，视实现所需性能的需要和期望，旋转驱动系统110的实施例可包括多级驱动系统。
[0143]对于具有串联对齐的多个动力部分的实施例，动力部分能够通过花键和/或螺纹连接，诸如图12、12A和12B中例示的连接而联接。作为替换，动力部分能够通过图9中的例证性实施例的布置联接，在转子的右端上使用组件129，以连接至类似类型的另一动力部分，或者将本文所述的动力部分连接至传统的Moineau或涡轮式驱动系统。这种布置也能够使用旋转驱动系统和Moineau或涡轮式驱动系统之间的驱动轴。这种布置将允许更大扭矩输出，但是比仅使用一个动力部分的布置压差高。
[0144]在进一步可替换实施例中，能够将齿轮箱包含在串联联接的两个动力部分之间的联接中。
[0145]对于具有被布置成并联延伸的多个动力部分的实施例，本文中公开的两个动力部分能够端对端地延伸，并且通过上述花键、螺纹或离合式接合而联接。将需要偏流器，从而仅将穿过第一级的一部分流体传送至第二级，并且然后传送到钻头上。该偏流器将允许流体仅进入第一级或第二级，然后不进入其它级地流出钻头。这种布置将允许在相同的在旋转驱动系统两端的压差情况下输出更大的扭矩。
[0146]本领域技术人员应明白，在不偏离本教导的范围和教导的情况，可对根据本公开的实施例做出各种变型，包括可使用日后构想或开发的等效结构或材料的变型。特别应理解，本公开的范围不限于所述或例示的实施例，并且不对功能性进行任何有明显结果的改变，对所要求的元件或特征的变体的替换将不构成对本公开范围的偏离。也应明白，可单独地或以任何适当的组合采用本文所述和讨论的实施例的不同教导，以产生期望结果。
[0147]在本文件中，应将任何形式的词语“包括…”都以其非限制性意义理解为意思是，包括这个词之后的任何项目，但是不排除未特别提及的项目。涉及不定冠词“一”的元件不排除下列可能性，即存在超过一个元件的，除非上下文明确要求存在一个并且仅一个该元件。
[0148]使用任何形式的术语“连接”、“接合”、“联接”、“附接”或描述元件之间的相互作用任何其它术语都无意将该相互关系限于主旨元件之间的直接相互关系，并且也可包括元件之间，诸如通过二级或中间结构的间接相互关系。
[0149]相关术语“平行”、“同心”和“同轴”无意指示或要求绝对的数学或外形精确性。因此，应将这些术语理解为仅指示或要求基本精确性(例如，“基本平行”)，除非上下文另外明确要求。
[0150]只要在本文件中使用，术语“典型”和“典型地”都应被理解为意思是代表通常用途或实践，并且不应被解释为按时必要性或不可变性。
【权利要求】
1.一种钻井马达，包括: (a)轴承组件,包括: 大致筒形的外壳，所述外壳具有上端和下端； 大致筒形的心轴，所述心轴具有上端、下端和纵向孔，所述心轴被同轴地布置在所述外壳内，以能够相对于所述外壳围绕旋转轴线旋转； 径向轴承装置，所述径向轴承装置被设置在所述外壳和所述心轴之间的环状空间中；和 推力轴承装置，所述推力轴承装置被设置在所述外壳和所述心轴之间的环状空间中； (b)大致筒形的转子，所述转子具有上端、下端和纵向孔，所述转子被同轴地设置在所述外壳内，以在所述转子和所述外壳之间限定大致环状的工作流体空间，所述转子以可运行的方式与所述心轴相接合，以能够与所述心轴一起旋转； (C)多个细长闸门； (d)至少一个轴向定向的凸起，所述凸起在所述转子和所述外壳之间的相对旋转期间能够接合所述闸门； (e)一个或多个流体进口，所述流体进口允许来自所述转子孔的上部区域的流体流入所述工作流体空间；和 (f)一个或多个流体出口，所述流体出口允许流体从所述工作流体空间流出，并流入所述转子孔的下部区域中； 其中，所述钻井马达限定有包括所述流体进口、所述工作流体空间和所述流体出口的流体路径，从而工作流体沿着所述流体路径的流动将造成所述转子和所述外壳之间的相对旋转，由此导致每个所述凸起依次使得每个闸门发生偏斜。
2.根据权利要求1所述的钻井马达，其中，所述闸门由所述外壳所支撑，并且能够围绕平行于所述旋转轴线的枢转轴来枢转。
3.根据权利要求1所述的钻井马达，其中，所述闸门由所述转子所支撑，并且绕平行于所述旋转轴线的枢转轴线可枢转。
4.根据权利要求1所述的钻井马达，其中，所述闸门是径向致动，并且由所述外壳支撑。
5.根据权利要求1所述的钻井马达，其中，所述闸门是径向致动，并且由所述转子支撑。
6.根据权利要求1所述的钻井马达，还包括与所述闸门相关联的偏压装置。
7.根据权利要求1所述的钻井马达，其中，所述外壳包含有被布置在所述转子上方的弯曲短节。
8.根据权利要求1所述的钻井马达，其中，所述心轴与所述转子相接合，以能够与所述转子同轴地旋转。
9.根据权利要求8所述的钻井马达，其中，所述心轴通过花键连接装置与所述转子相接合，所述心轴的上部被同轴地布置在所述转子的孔内。
10.根据权利要求8所述的钻井马达，其中，所述心轴的上端通过设置在所述心轴的上端以及所述转子的下端上的各个配合凸耳来接合所述转子的下端。
11.根据权利要求8所述的钻井马达，其中，所述心轴通过布置在所述心轴的上端和所述转子的下端之间的离合机构来接合所述转子。
12.根据权利要求8所述的钻井马达，其中，所述心轴通过布置在所述心轴的上端和所述转子的下端之间的齿轮箱来接合所述转子。
13.根据权利要求8所述的钻井马达，其中，所述心轴通过大致筒形的联接器来接合所述转子，所述联接器具有下部和上部，所述下部具有能够与所述心轴的上端上的外螺纹配合接合的内螺纹，所述上部具有能够与所述转子的下端上的外花键配合接合的内花键。
14.根据权利要求1所述的钻井马达，其中，所述心轴通过驱动轴来接合所述转子，所述驱动轴的上端刚性地、同轴地接合所述转子的下端，并且所述驱动轴的下端包含有万向接头，所述万向接头与联接至所述心轴的上端的驱动轴外壳相接合。
15.根据权利要求14所述的钻井马达，其中，所述外壳包含有被布置在所述转子的下端下方的弯曲短节。
16.根据权利要求15所述的钻井马达，其中，所述弯曲短节被布置成邻近所述万向接头。
17.根据权利要求1所述的钻井马达，其中，所述心轴通过驱动轴来接合所述转子，所述驱动轴的上端包含有上部万向接头，所述上部万向接头与联接至所述转子的下端的上部驱动轴外壳相接合；所述驱动轴的下端包含有下部万向接头，所述下部万向接头与联接至所述心轴的上端的驱动轴外壳相接合。
18.根据权利要求17所述的钻井马达，其中，所述外壳包含有位于所述上部万向接头和所述下部万向接头之间的弯曲短节。
19.根据权利要求1所述的钻井马达，其中，所述径向轴承装置适于将径向负荷从所述心轴通过所述转子传递到所述外壳。
20.根据权利要求19所述的钻井马达，其中，所述转子适于用作径向轴承。
21.根据权利要求1所述的钻井马达，还包括流控装置，用于改变流过所述马达的流体流动特性，以调节所述马达的转速。
22.根据权利要求21所述的钻井马达，其中，所述流控装置被构造成:当所述工作流体空间两端的压差超过预设值时，允许流体绕开所述工作流体空间。
23.根据权利要求21所述的钻井马达，其中，所述流控装置包括被同轴地布置在所述转子内的安全阀。
24.根据权利要求21所述的钻井马达，其中，所述流控装置包括板，所述板与所述心轴和所述转子中的所选一个整体地形成，并且被布置成在所述流体进口和所述流体出口之间进行分流。
25.根据权利要求21所述的钻井马达，其中，所述流控装置包括喷嘴，用于连续地旁通流过所述转子的流体的一部分。
26.根据权利要求21所述的钻井马达，其中，所述流控装置包括爆破片，所述爆破片被布置成在所述流体进口和所述流体出口之间进行分流。
27.根据权利要求21所述的钻井马达，其中，所述流控装置包括用于使流体转向至所述外壳的外部的装置。
【文档编号】E21B4/02GK104246106SQ201380022356
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年4月26日 优先权日:2012年4月27日
【发明者】尼古拉斯·瑞恩·马钱德, 杰弗里·罗纳德·克劳森, 乔纳森·瑞恩·普里尔 申请人:国民油井华高有限公司