下保径体7，流筒壳体I外壁还设置有限位环8，上保径体3安装在限位环8 一侧。流筒壳体I由坯料整体机械加工，没有任何通孔，可以保证高压钻井液在内部流动时不刺漏壳体，造成工具断裂。流筒外壳I与上保径体3通过键连接，限位环8内安装常用的机械式卡环，用于锁定键和上保径体3，当键和上保径体3在流筒壳体I上安装到位后，限位环8内的卡环使键和上保径体3在流筒壳体I上保持锁定状态，不能沿流筒壳体I轴向移动。流筒壳体I由无磁合金材料加工，其主要功能是连接其他钻具，为钻井液提供密闭流动通道。
[0023]参阅图3，旋转磁芯2由转筒9与转轴10 —体形成，转筒9与转轴10的过渡连接段有钻井液孔16，转轴10外固定液力转换装置11，旋转磁芯2的转筒9外壁具有轴向的镶嵌槽12，镶嵌槽12均布在转筒9外壁上，永磁铁13镶嵌在镶嵌槽12 ;永磁铁13镶嵌数量为2?20个，旋转磁芯2的转筒9在满足强度的情况下永磁铁13镶嵌数量优先取上限，这样每相邻两永磁铁13形成的周期性变化磁场沿周向分布较密集，使外侧旋转叶片4受到的周向力变化相对较小，旋转时受力更加均匀。参阅图4，每根永磁铁13沿筒体轴向设置，永磁铁13磁极方向沿径向设置，相邻两根永磁铁13磁极方向反向。
[0024]旋转磁芯2的主要功能是在钻井液循环的情况下，将钻井液的压力势能转换为磁芯的旋转动能，旋转磁芯2旋转的同时，磁芯内的镶嵌的永磁铁13形成周期性变化的磁场。旋转磁芯2本体为无磁性合金材料，选用这种材料的优点是即能保证所需的强度，同时不影响永磁铁13磁场分布。
[0025]参阅图10，旋转叶片4为具有叶片的筒状体，旋转叶片4上的叶片沿轴向加工为螺旋形或V形，可根据井下工况、水力条件、钻井液含砂量等变化而选择不同切面和剖面形状；旋转叶片4的筒体内壁具有轴向的镶嵌槽12，镶嵌槽12均匀布置，永磁铁13镶嵌在镶嵌槽12。旋转叶片4中永磁铁13镶嵌数量均为2?20个，旋转磁芯2和旋转叶片4在满足强度的情况下永磁铁13镶嵌数量优先取上限，这样每相邻两永磁铁13形成的周期性变化磁场沿周向分布较密集，与液力旋转磁芯2的永磁铁13作用产生推拉力时，力的大小变化相对较小，旋转时受力更加均匀。参阅图4，每根永磁铁13沿筒体轴向设置，永磁铁13磁极方向沿径向设置，相邻两根永磁铁13磁极方向反向。
[0026]旋转叶片4内永磁铁13镶嵌数量与旋转磁芯2内永磁铁13镶嵌数量可以不同。
[0027]旋转叶片4为分体可拆卸的，由两个半体对扣在一起，插入连接栓18连接，再使用锁定销19对连接栓18锁定形成。旋转叶片4的两个半体由高强度无磁合金还料机械加工而成。实际组装时，旋转叶片4的两个半体在流筒壳体I上对扣到位后，插入连接栓18连接，再使用锁定销19对连接栓18锁定。需要拆卸更换旋转叶片4时，分别解锁锁定销19和连接栓18即可拆卸两个半体，不需要卸开流筒壳体I。
[0028]参阅图5，当旋转磁芯2旋转时，与旋转叶片4的永磁铁13磁场形成周期性的推力(斥力，记为F1)和拉力(吸力，记为F2),推力和拉力作用方向如图3所示，推力和拉力的合力(记为F)—定存在沿圆周切向的分量，该合力沿圆周的切向分量可以驱动旋转叶片4周向旋转。
[0029]参阅图9，上保径体3和下保径体7均为外部带有保径叶片14的环状体，上保径体3的保径叶片14外径与下保径体7的保径叶片14外径相同，且二者的保径叶片14略大于旋转叶片4的外径。上保径体3为无磁合金坯料整体加工，内部有用于安装固定的键槽17，作用是有助于改善分体式永磁旋转叶片4在下井工作时频繁刮井壁，造成磨损或断裂等问题。
[0030]液力转换装置11为双层筒状体，两层筒之间设置有轴向的压差叶片15，将两层筒之间的环形空间分隔出若干通道；液力转换装置11的内筒有键，旋转磁芯2的转轴有键槽17，液力转换装置11通过键固定在转轴10上。液力转换装置11是将钻井液压力势能转换为旋转磁芯2旋转动能的功能部件，根据钻井液的排量大小，含砂量等因素来选择液力转换装置11，这种液力转换装置11工作的原理是内部加工有能够产生压差的叶片，钻井液流过叶片时，在叶片表面产生压力差，推动叶片周向旋转，从而带动液力旋转磁芯2总成旋转，实现钻井液的压势能转换为磁芯旋转的动能。
【主权项】
1.一种分体式叶片液力-磁传动井眼清洁工具，其特征在于:这种分体式叶片液力-磁传动井眼清洁工具由流筒壳体(I)、旋转磁芯(2 )、上保径体(3 )、旋转叶片(4)构成，流筒壳体入口端(5)有内螺纹，出口端(6)有外螺纹，流筒壳体(I)外壁靠近外螺纹处设置有下保径体(7 )，流筒壳体(I)外壁还设置有限位环(8 )，上保径体(3 )安装在限位环(8 ) —侧； 旋转磁芯(2)由转筒(9)与转轴(10) —体形成，转筒(9)与转轴(10)的过渡连接段有钻井液孔(16 )，转轴(10 )外固定液力转换装置(11)，转筒(9 )的外壁均布有永磁铁(13 )，每根永磁铁(13)沿筒体轴向设置，永磁铁(13)磁极方向沿径向设置，相邻两根永磁铁(13)磁极方向反向；旋转磁芯(2 )安装在流筒壳体(I)内，转筒(9 )与流筒壳体(I)出口相通，旋转叶片(4)套装在流筒壳体(I)外，旋转叶片(4)位于上保径体(3)与下保径体(7)之间，旋转叶片(4)与转筒(9)对应设置； 旋转叶片(4)为具有叶片的筒状体，筒体内壁均布有永磁铁(13)，每根永磁铁(13)沿筒体轴向设置，永磁铁(13)磁极方向沿径向设置，相邻两根永磁铁(13)磁极方向反向； 上保径体(3)和下保径体(7)均为外部带有保径叶片(14)的环状体，上保径体(3)的保径叶片(14)外径与下保径体(7)的保径叶片(14)外径相同，且二者的保径叶片(14)略大于旋转叶片(4)的外径； 液力转换装置(11)为双层筒状体，两层筒之间设置有轴向的压差叶片(15)，将两层筒之间的环形空间分隔出若干通道； 旋转叶片(4)为分体可拆卸的，由两个半体对扣在一起，插入连接栓(18)连接，再使用锁定销(19 )对连接栓(18 )锁定形成。
2.根据权利要求1所述的分体式叶片液力-磁传动井眼清洁工具，其特征在于:所述的旋转磁芯(2)和旋转叶片(4)中永磁铁(13)镶嵌数量均为2?20个，旋转磁芯(2)和旋转叶片(4)在满足强度的情况下永磁铁(13)镶嵌数量优先取上限。
3.根据权利要求2所述的分体式叶片液力-磁传动井眼清洁工具，其特征在于:所述的旋转磁芯(2)的转筒外壁具有轴向的镶嵌槽(12)，镶嵌槽(12)均布在转筒(9)外壁上，永磁铁(13)镶嵌在镶嵌槽(12);旋转叶片(4)的筒体内壁具有轴向的镶嵌槽(12)，镶嵌槽(12)均匀布置，永磁铁(13)镶嵌在镶嵌槽(12)。
4.根据权利要求3所述的分体式叶片液力-磁传动井眼清洁工具，其特征在于:所述的液力转换装置(11)的内筒有键，旋转磁芯(2)的转轴有键槽(17)，液力转换装置(11)通过键固定在转轴(10)上。
5.根据权利要求4所述的分体式叶片液力-磁传动井眼清洁工具，其特征在于:所述的流筒壳体(I)由坯料整体机械加工，没有任何通孔，保证高压钻井液在内部流动时不刺漏壳体，造成工具断裂。
6.根据权利要求5所述的分体式叶片液力-磁传动井眼清洁工具，其特征在于:所述的流筒外壳与上保径体(3 )通过键连接，限位环(8 )内安装常用的机械式卡环，用于锁定键和上保径体(3)，当键和上保径体(3)在流筒壳体(I)上安装到位后，限位环(8)内的卡环使键和上保径体(3)在流筒壳体(I)上保持锁定状态。
7.根据权利要求6所述的分体式叶片液力-磁传动井眼清洁工具，其特征在于:所述的旋转叶片(4)上的叶片沿轴向加工为螺旋形或V形。
【专利摘要】本发明涉及的是分体式叶片液力-磁传动井眼清洁工具，这种分体式叶片液力-磁传动井眼清洁工具由流筒壳体、旋转磁芯、上保径体、旋转叶片构成，流筒壳体外壁靠近外螺纹处设置有下保径体，流筒壳体外壁还设置有限位环，上保径体安装在限位环一侧；旋转磁芯由转筒与转轴一体形成，转筒与转轴的过渡连接段有钻井液孔，转轴外固定液力转换装置，转筒的外壁均布有永磁铁，相邻两根永磁铁磁极方向反向；旋转磁芯安装在流筒壳体内，旋转叶片筒体内壁均布有永磁铁，相邻两根永磁铁磁极方向反向；液力转换装置为双层筒状体，两层筒之间设置有轴向的压差叶片；旋转叶片为分体可拆卸的。本发明通过液力-磁耦合传动，不受钻杆是否旋转限制，在钻井液循环的情况下，实现液力-磁耦合传动，提高井眼清洁效率。
【IPC分类】E21B21-00
【公开号】CN104675346
【申请号】CN201510078585
【发明人】孙晓峰, 闫铁, 刘维凯, 柏明星, 陈烨, 李显义
【申请人】东北石油大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年2月15日