防失速螺杆马达的制作方法

本实用新型属于石油天然气钻井、煤层气钻井、地质勘探、矿山钻探装置领域，主要涉及一种防失速螺杆马达。

背景技术：

着我国油气资源勘探开发的过程中，螺杆马达由于具有使用寿命长、输出功率大、制造成本低、使用效果显著等特点，已经成为应用范围最为广泛的井下动力钻具之一。螺杆马达根据容积式液压原理，将液动能转化为机械能，即高压钻井液进入定子与转子之间形成的容积腔，高压钻井液同时作用在定子与转子的受力面上，由于定子固定不动，因此钻井液的液压力驱动转子旋转产生扭矩，进而输出能量驱动钻头旋转破岩，根据物理力学原理可知，力的作用是相互的，虽然定子固定不能转动，而转子发生转动，但定子具有反转的趋势。常规螺杆马达可分为直马达和弯马达，直马达的外壳体是直的，主要用于直井段的钻进作业，弯马达外壳体的前端加工有弯角，主要用于定向井钻进作业，螺杆马达安装在井底钻具组合和钻头之间，当螺杆马达提供给钻头的扭矩不足以破碎岩石时，钻头停止转动，即螺杆马达的转子停止转动，造成螺杆马达制动失速，此时定子的反转趋势最强，螺杆马达的制动失速对于直马达的钻井作业影响相对较小，但对于弯马达的钻井作业影响较大，极易造成定向时工具面的偏离，导致井眼轨迹无法满足设计要求；研究分析可知，螺杆马达制动失速的主要原因是钻头破岩反扭矩超过了螺杆马达的输出扭矩，常规解决办法是，发现螺杆马达制动失速时，迅速上提钻具组合，将钻头提离井底，钻头破岩反扭矩消失，螺杆马达正常旋转，然后再缓慢下放钻具组合，使钻头平稳旋转破岩，若再次发生螺杆马达制动失速，则重复上述过程，这种操作的结果必然降低钻进施工的时效性，延长了钻井周期，增加了钻井综合成本。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述国内外现有螺杆马达使用过程中存在的制动失速问题，设计研发一种结构简单、操作便捷、成本低廉、兼容性强的防失速螺杆马达，这对于进一步提高钻进施工效率、增强井下钻进施工的安全性、降低钻井综合成本具有重要意义。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

防失速螺杆马达，包括壳体、定子和转子，壳体上部内设内凸沿，定子上部设有外凸沿，壳体内凸沿与定子外凸沿构成轴向限位配合，壳体与定子构成周向旋转密封配合；在壳体与定子之间的环形空腔内设置螺旋花键和弹簧装置，壳体内表面和定子外表面分别加工有与螺旋花键相啮合的螺旋花键槽结构，弹簧装置上、下分别与壳体内凸沿和螺旋花键支撑配合。

所述定子外凸沿上部呈喇叭口。

在壳体与定子之间的环形空腔开口端设有密封装置。

在壳体与定子之间的环形空腔内充满润滑油。

本实用新型的防失速螺杆马达能够自动消除钻头制动的不利影响，无需上提钻具组合，使钻头破岩处于动态稳定，不仅保持工具面角度不变，而且有效保护了钻头，延长了钻头使用寿命。而常规螺杆马达只具有驱动钻头破岩的作用，当发生失速制动时，不仅工具面角度瞬间发生变化，还必须上提钻具组合才能消除制动力，防失速螺杆马达不仅能驱动钻头旋转破岩，还能有效降低钻头破岩扭矩不足导致马达失速制动的不利影响，保持工具面角度不变，保护并延长钻头使用寿命，这是常规螺杆马达所不具备的，也是常规螺杆马达无法实现的。现场试验结果表明，防失速螺杆马达钻井效率平均提高30%以上，钻头使用寿命平均延长20%以上，有效降低了钻井综合成本，提升了经济效益，为石油天然气钻井、煤层气钻井、地质勘探、矿山钻探等的高效开发提供了有力技术支撑。

同时，防失速螺杆马达还具有结构计简单，性能可靠，操作方便等特点。

附图说明

图1是依据本发明所提出的防失速螺杆马达结构示意图。

图中：1-壳体、2-外凸沿、3-定子、4-弹簧装置、5-螺旋花键、6-密封装置。

具体实施方式

下面结合附图来详细描述本实用新型。

参照附图1，防失速螺杆马达是在现有的由壳体1、定子3和转子（图中未标记）组成螺杆马达基础上进行了如下的改进：

壳体1上部内设内凸沿，定子3上部设有外凸沿2，壳体1内凸沿与定子外凸沿2构成轴向限位配合，防止定子3从壳体1中脱落，同时壳体1与定子3构成周向旋转密封配合。在壳体1与定子3之间的环形空腔内设置螺旋花键5和弹簧装置4，壳体1内表面和定子3外表面分别加工有与螺旋花键5相啮合的螺旋花键槽结构，弹簧装置4上、下分别与壳体1内凸沿和螺旋花键5支撑配合。

为了便于液体引流，定子1外凸沿2上部呈喇叭口结构。

为了增加壳体1与定子3的密封性，在壳体1与定子3之间的环形空腔开口端设有密封装置6（优选环形密封圈、件）。

为了提高螺旋花键5与壳体1、定子3的润滑性能，在壳体1与定子3之间的环形空腔内充满润滑油。

壳体1与定子3之间加工螺旋花键5，定子3上部加工防掉装置2，壳体1与定子3之间安装弹簧装置4和密封装置6。螺旋花键5分别与壳体1和定子3构成螺旋花键配合，壳体1内表面和定子3外表面分别加工有与螺旋花键5相啮合的花键结构。

本实用新型的防失速螺杆马达的工作原理和应用效果：

防失速螺杆马达连接在钻具组合与钻头之间，钻压通过壳体4、弹簧装置4、定子3，传递至钻头，扭矩通过壳体4、螺旋花键5传递至定子3，钻井液进入壳体1，然后进入定子3，驱动螺杆马达转子，通过输出总成驱动钻头旋转破岩，当钻头破岩扭矩不足时，转子瞬间停止转动，马达内部液压力升高，定子3反转趋势逐渐增强，即定子3的反扭矩逐渐增大，当反扭矩超过螺旋花键5的表面摩擦力时，定子3开始反转，并在螺旋花键5的作用下，定子3向上移动，螺旋花键5压缩弹簧装置4。随着定子3的上移，进而将钻头提离井底，钻头离开井底的瞬间，制动力消失，转子开始转动，定子3反转趋势减弱，弹簧装置复位，定子3下移，钻头再次接触井底并破岩。