一种螺杆钻具马达及具有该马达的螺杆钻具的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种钻具马达，尤其涉及一种用于石油、天然气等勘探开发的螺杆钻 具马达及具有该马达的螺杆钻具。
【背景技术】
[0002] 在石油、天然气等勘探开发的钻进工程中所使用的螺杆钻具，其动力来源是一种 容积式马达，该马达包括定子和转子两个基本部分，并能够将高压钻井液的高压液能转化 为钻头旋转的机械能。常规螺杆钻具马达中定子部分包括定子金属壳体和橡胶衬套，定子 金属壳体内腔为光滑圆柱面；橡胶通过硫化工艺粘结在定子金属壳体的内壁上形成橡胶衬 套，橡胶衬套的内孔为连续螺旋曲面；转子部分安装在橡胶衬套的内孔中，并与橡胶衬套相 啮合形成密封腔。在马达的设计中，钻井液过流面积是与马达的扭矩输出呈正相关的一个 常量。目前，螺杆钻具中马达的定子金属壳体内腔大多采用等内径设计，这使得马达的钻井 液过流面积设计受到很大限制，由于钻井液过流面积是与马达的扭矩输出呈正相关的一个 常量，因而导致螺杆钻具中马达的输出扭矩和效率不能得到有效提高。
【发明内容】
[0003] 针对上述问题，本发明的目的是提供一种具有高输出扭矩和效率的螺杆钻具马达 及具有该马达的螺杆钻具。
[0004] 为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种螺杆钻具马达，包括定子金属壳 体、橡胶衬套和转子，其特征在于，所述定子金属壳体的内腔包括中间扩径部分和位于所述 中间扩径部分两端的螺纹连接部分，且所述螺纹连接部分的孔径小于所述中间扩径部分的 孔径；所述橡胶衬套设置于所述定子金属壳体的所述中间扩径部分内，所述转子安装在所 述橡胶衬套的内孔中，并与所述橡胶衬套相啮合形成密封腔。
[0005] 所述橡胶衬套的内孔为连续摆线螺旋曲面，所述转子的外壁亦为连续摆线螺旋曲 面，所述橡胶衬套与所述转子形成一对共轭摆线啮合副。
[0006] 所述转子与所述橡胶衬套的头数之比为ΝΛΝ+1)，N为大于0的自然数。
[0007] 所述橡胶衬套为橡胶通过硫化工艺粘结在所述定子金属壳体的内壁上形成。
[0008] 所述定子金属壳体的所述中间扩径部分为光滑圆柱面。
[0009] 一种螺杆钻具，包括从上到下依次连接的旁通阀总成、马达总成、万向轴总成和传 动轴总成，其特征在于，所述马达总成为上述的螺杆钻具马达。
[0010] 本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明改变了现有螺杆钻具 马达中定子金属壳体的等内径设计，且通过扩大螺杆钻具马达定子金属壳体内腔中间部分 的孔径，大大增加了螺杆钻具马达的钻井液过流面积，使得螺杆钻具马达具有输出扭矩高、 扭矩输出稳定、转化效率高等特点，从而有效提高了石油、天然气勘探开发的钻井过程中的 钻井能力和效率。2、本发明将螺杆钻具马达的橡胶衬套的内孔设计为连续摆线螺旋曲面， 同时将转子的外壁亦设计为连续摆线螺旋曲面，以使橡胶衬套与转子形成一对共轭摆线啮 合副，此设计可以进一步提高螺杆钻具马达的钻井液过流面积和动力转化及传输能力，从 而进一步提高螺杆钻具马达稳定输出高扭矩的能力。
【附图说明】
[0011]图1是本发明螺杆钻具马达的剖视结构示意图；
[0012] 图2是本发明螺杆钻具马达中定子金属壳体的剖视结构示意图；
[0013] 图3是本发明螺杆钻具的剖视结构示意图。
【具体实施方式】
[0014] 下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
[0015] 图1、图2显示了根据本发明提供的螺杆钻具马达100,其包括定子金属壳体1、橡 胶衬套2和转子3,定子金属壳体1的内腔包括中间扩径部分11和位于中间扩径部分11两 端的螺纹连接部分12,且螺纹连接部分12的孔径小于中间扩径部分11的孔径。橡胶衬套 2设置于定子金属壳体1的中间扩径部分11内，转子3安装在橡胶衬套2的内孔中，并与橡 胶衬套2相啮合形成密封腔。本发明提供的螺杆钻具马达100由于定子金属壳体1的中间 扩径部分11的孔径扩大，因此给马达的钻井液过流面积综合设计提供了更大的设计空间， 使橡胶衬套2与转子3形成的马达副具有更大的钻井液过流面积和更强的动力转化及传输 能力，从而具有更高的输出扭矩和效率。
[0016] 上述实施例中，如图1所示，橡胶衬套2的内孔为连续摆线螺旋曲面，同时转子3 的外壁亦为连续摆线螺旋曲面，以使橡胶衬套2与转子3形成一对共轭摆线啮合副，此设计 可以进一步提高螺杆钻具马达100的钻井液过流面积和动力转化及传输能力，从而进一步 提高螺杆钻具马达100稳定输出高扭矩的能力。
[0017] 上述实施例中，如图1所示，转子3与橡胶衬套2的头数之比为ΝΛΝ+1)，N为大于 〇的自然数。其中，螺杆钻具马达100的定子和转子3上螺旋线的条数被称为头数，在本实 施例中橡胶衬套2即为定子。
[0018] 上述实施例中，橡胶衬套2为橡胶通过硫化工艺粘结在定子金属壳体1的内壁上 形成。
[0019] 上述实施例中，定子金属壳体1的中间扩径部分11为光滑圆柱面。
[0020] 图3显示了根据本发明提供的螺杆钻具200,其包括从上到下依次连接的旁通阀 总成10、马达总成20、万向轴总成30和传动轴总成40,其中，马达总成20为上述任一实施 例提供的螺杆钻具马达100。
[0021] 本发明螺钻具马达依据的原理如下：
[0022] 1、容积式机械工作过程中的能量守恒原理：
[0023] Μω = ApQ ①
[0024] 其中，M为螺杆钻具马达输出的扭矩（单位：Ν·πι)，ω为螺杆钻具马达转子的转 速（单位 ：rad/s)，Λρ为螺杆钻具马达出口和入口两端的压差（单位：MPa)，Q为流过螺杆 钻具马达的流量（单位：L/ S)。
[0025] 2、容积式机械的转速关系：
【主权项】
1. 一种螺杆钻具马达，包括定子金属壳体、橡胶衬套和转子，其特征在于，所述定子金 属壳体的内腔包括中间扩径部分和位于所述中间扩径部分两端的螺纹连接部分，且所述螺 纹连接部分的孔径小于所述中间扩径部分的孔径；所述橡胶衬套设置于所述定子金属壳体 的所述中间扩径部分内，所述转子安装在所述橡胶衬套的内孔中，并与所述橡胶衬套相啮 合形成密封腔。
2. 如权利要求1所述的一种螺杆钻具马达，其特征在于，所述橡胶衬套的内孔为连续 摆线螺旋曲面，所述转子的外壁亦为连续摆线螺旋曲面，所述橡胶衬套与所述转子形成一 对共轭摆线啮合副。
3. 如权利要求2所述的一种螺杆钻具马达，其特征在于，所述转子与所述橡胶衬套的 头数之比为NAN+l)，N为大于O的自然数。
4. 如权利要求1或2或3所述的一种螺杆钻具马达，其特征在于，所述橡胶衬套为橡胶 通过硫化工艺粘结在所述定子金属壳体的内壁上形成。
5. 如权利要求1或2或3所述的一种螺杆钻具马达，其特征在于，所述定子金属壳体的 所述中间扩径部分为光滑圆柱面。
6. 如权利要求4所述的一种螺杆钻具马达，其特征在于，所述定子金属壳体的所述中 间扩径部分为光滑圆柱面。
7. -种螺杆钻具，包括从上到下依次连接的旁通阀总成、马达总成、万向轴总成和传动 轴总成，其特征在于，所述马达总成为如权利要求1至6中任一项所述的螺杆钻具马达。
【专利摘要】本发明涉及一种螺杆钻具马达及具有该马达的螺杆钻具，其中螺杆钻具马达包括定子金属壳体、橡胶衬套和转子，定子金属壳体的内腔包括中间扩径部分和位于中间扩径部分两端的螺纹连接部分，且螺纹连接部分的孔径小于中间扩径部分的孔径；橡胶衬套设置于定子金属壳体的中间扩径部分内，转子安装在橡胶衬套的内孔中，并与橡胶衬套相啮合形成密封腔。本发明可广泛应用于石油、天然气勘探开发的钻进作业中。本发明通过扩大螺杆钻具马达定子金属壳体内腔中间部分的孔径，大大增加了螺杆钻具马达的钻井液过流面积，使得螺杆钻具马达具有输出扭矩高、扭矩输出稳定、转化效率高等特点，从而有效提高石油、天然气勘探开发的钻井过程中的钻井能力和效率。
【IPC分类】E21B4-02
【公开号】CN104695853
【申请号】CN201510096676
【发明人】曹砚锋, 李汉兴, 武广瑷, 李峰飞, 杨太安, 张鹏飞, 饶岩岩
【申请人】中国海洋石油总公司, 中海油研究总院
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年3月4日