一种井下钻具电机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及井下钻井技术领域，更具体地说涉及一种井下钻具电机。
【背景技术】
[0002]目前井下钻具常用的驱动方式为涡轮驱动或螺杆驱动:
涡轮钻具具有高速大扭矩的软特性，无横向振动，机械钻速高;全金属的涡轮钻具耐高温，适宜于深井和高温环境下作业;对油基钻井液不敏感，能适应在高密度的钻井液中工作。缺点是:钻具较长，钻头的适用范围小(减速涡轮钻具除外)；安装调整轴向间隙较繁琐。
[0003]螺杆钻具是smithlnternat1nal总公司根据Moineau栗原理设计的，它克服了祸轮钻具的某些弱点。在性能上，具有低速、大扭矩的特征，压力降在4MPa以下，单瓣(或称单头、单线)螺杆钻具的输出转速低于400r/min，多瓣螺杆钻具的输出转速为90-150r/min，适合与牙轮钻头配套钻井。在结构上，具有零件少、装配简单、维修工作量小的特点，小尺寸规格的钻具也容易制作。整机长度6?sm，比较适合于钻定向井和丛式井的工艺要求。但钻井效率低，不易实现钻井作业的自动化、智能化。
【发明内容】
[0004]为了解决上述现有技术中存在的缺陷和不足，本发明提供了一种井下钻具电机，本发明的发明目的旨在于解决现有技术中钻具较长、钻头使用范围小、安装轴向间隙较繁琐、钻井效率低，不易实现钻井作业的自动化和智能化的问题。
[0005]为了克服上述现有技术中存在的问题，本发明是通过下述技术方案实现的:
一种井下钻具电机，其特征在于:包括保护器、仪器舱、上部密封装置、永磁电动机、下部密封装置和主轴;所述主轴为分段式连接，且分段贯穿保护器、仪器舱、上部密封装置、永磁电动机和下部密封装置;所述上部密封装置与永磁电动机连接且固定在永磁电动机上部;所述下部密封装置与永磁电动机连接且固定在永磁电动机下部;所述保护器平衡钻具电机内部和外部的压力;所述仪器舱检测钻具电机信号并与地面之间实时通讯。
[0006]所述保护器包括保护器壳体I和固定在保护器壳体I上的底座;主轴位于保护器壳体I内且固定在底座上，底座上开有通油孔I，所述保护器壳体I与主轴之间设置有波纹管组件，波纹管组件包括外波纹管、内波纹管、固定座、活动座和连接在活动座上的导向环，所述导向环滑动连接在主轴上，固定座固定在主轴上，所述外波纹管一端与固定座连接，另一端与活动座连接，所述内波纹管与活动座连接，外波纹管、内波纹管、固定座和活动座围成一个腔体，所述主轴上开有压力平衡孔。
[0007]所述保护器包括保护器壳体Π、连接内部介质腔的支座和固定在支座上的保护器活塞杆，支座固定在保护器壳体Π上，保护器活塞杆位于保护器壳体Π内，所述保护器活塞杆与保护器壳体Π之间通过密封圈连接有第一活塞和与外部介质腔相通的第二活塞，所述第一活塞、第二活塞、保护器壳体Π和保护器活塞杆围成保护器过渡腔，所述第一活塞、保护器壳体Π、保护器活塞杆和支座围成稀油腔，所述支座上开有通油孔Π，通油孔Π分别与稀油腔和内部介质腔连通。
[0008]所述上部密封装置与下部密封装置结构相同。
[0009]所述上部密封装置包括密封座，所述主轴转动连接在密封座上;所述密封座内至少嵌有两个密封圈Π，密封座、主轴和两个相邻的密封圈Π之间形成一个环形过渡腔，环形过渡腔内填充有油脂，所述环形过渡腔上开有径向孔，径向孔上嵌有堵头，所述密封座内至少开有一个轴向孔，轴向孔与径向孔连通，所述轴向孔内装有可沿轴向孔作轴向移动的单向阀。
[0010]所述永磁电动机包括电机外壳、定子铁芯和转子铁芯，所述定子铁芯包括若干块定子铁芯模块，定子铁芯模块间隔固定在电机外壳内壁上;所述转子铁芯包括若干块转子铁芯模块，转子铁芯模块与定子铁芯模块对应且固定在主轴上;相邻两定子铁芯模块之间设置有支撑件;相邻两转子铁芯模块之间设置有轴承，所述轴承与支撑件对应设置，所述轴承包括轴承外圈和轴承内圈，所述轴承外圈与支撑件接触且通过固定件固定，所述轴承内圈固定在主轴上。
[0011]所述下部密封装置包括与电机外壳连接的密封第一接头和与主轴连接的密封第二接头，密封第一接头和密封第二接头通过螺纹连接，所述主轴上套有密封活塞杆，密封活塞杆上连接有密封活塞，密封第一接头一端连接有活塞端盖，另一端连接有第一密封件，所述密封第二接头通过第二密封件与主轴连接，密封第一接头、密封第二接头和主轴围成密封过渡腔，电机外壳、主轴和活塞端盖围成内腔，所述密封第一接头上开有第一压力平衡孔，活塞端盖上开有第二压力平衡孔。
[0012]上部密封装置(3)与永磁电动机(4)之间设置有油路连通装置(7)。
[0013]永磁电动机(4)和下部密封装置(5)之间设置有油路连通装置(7)。
[0014]所述油路连通装置包括第一接头件、接头管和第二接头件，所述第一接头件包括第一壳体、油路连通第一接头和第一中心管，第一壳体与油路连通第一接头连接，油路连通第一接头与第一中心管通过密封圈连接，所述油路连通第一接头上开有第一介质通道和与第一介质通道连通的第一中心孔，第一介质通道内通过第一弹性元件固定有第一阀芯顶针，第一阀芯顶针上开有第一环形凹槽，第一环形凹槽上套有第一 O环;所述第二接头件包括第二壳体、油路连通第二接头和第二中心管，第二壳体与油路连通第二接头连接，油路连通第二接头与第二中心管通过密封圈连接，所述油路连通第二接头上开有第二介质通道和与第二介质通道连通的第二中心孔，第二介质通道内通过第二弹性元件固定有第二阀芯顶针，第二阀芯顶针上开有第二环形凹槽，第二环形凹槽上套有第二 O环;所述油路连通第一接头和油路连通第二接头，接头管上连接有圆环，所述接头管的一端嵌在第一中心孔内，另一端嵌在第二中心孔内。
[0015]与现有技术相比，本发明所带来的有益的技术效果表现在:
1、相较于传统的涡轮、螺杆钻具钻井方式，本发明的井下钻具电机是通过井下电动机驱动钻具有以下优势:电钻具是一种电动机械，能有效地使钻井过程自动化;钻井时钻头功率消耗的变化马上就会反映在电流大小的变化上；用电流表可监测钻头的负荷，判断和确定钻头磨损程度和预防事故；降低了振动，减小了对陀螺仪定位的影响，使其它设备更可靠;较高的温度适应能力和较高的钻井效率。
[0016]2、电动钻具是一种电动机械，能有效地使钻井过程自动化;钻井时钻头功率消耗的变化马上就会反映在电流大小的变化上；用电流表可监测钻头的负荷，判断和确定钻头磨损程度和预防事故;降低了振动，减小了对陀螺仪定位的影响，使其它设备更可靠;相较于传统的钻井方式，井下钻具电机的使用使钻具系统较高的温度适应能力和较高的钻井效率。
[0017]3、本发明的保护器由于外波纹管、内波纹管、固定座和活动座围成一个腔体，当电机处在高温高压环境中时，主轴内的外部介质通过压力平衡孔流入腔体内，在外部介质压力作用下，活动座向左侧移动；同时，从通油孔进入的稀油也会膨胀，推动活动座向右侧移动;在外部介质和稀油共同作用下，使得活动座实现自平衡，进而实现外部介质压力与电机内部介质压力的平衡，起到良好的保护作用，从而保障电机正常稳定的运行。
[0018]4、本发明保护器的另外一种结构形式，随着外部介质压力和温度的升高，由于外部介质腔压力的增加，第二活塞将向右侧移动，同时，通过通油孔进入稀油腔内的油，由于具有热膨胀性，将推动第一活塞向左侧移动，使外部介质腔、过渡腔、稀油腔和内部介质腔的压力达到自动平衡，实现保护器对电机的压力补偿保护，作为一个完整的技术方案，通过双活塞结构，有效降低了整个保护器工作过程中的压力脉动，提高了工作可靠性，从而能够保障电机长时间正常稳定的运行。
[0019]5、本发明的上部密封装置和下部密封装置结构可以相同，也可以不同，其中一种结构形式就是通过采用至少两级冗余密封，配合单向阀的单向通油性，只允许内部油腔介质通过单向阀流向环形过渡腔，通过单向阀在轴向孔内的移动来改变环形过渡腔的容积，使环形过渡腔压力与内部油腔压力之间实现平衡或接近平衡，从而能够防止密封圈Π因为压差而损坏，保障密封圈Π的长效密封性，既能够防止电机内部稀油泄漏，又能够防止外部多相液体进入电机内部，从而能够有效保障电机长期稳定的运行。
[0020]6、本发明的上部密封装置和下部密封装置的另外一种结构形式是通过采用第一密封件和第二密封件相结合的方式，较现有技术单一密封而言，能够有效延长电机的维护周期;通过密封活塞平衡密封之间的压力差，使密封在零压差环境下工作，提高了密封可靠性，有效防止电机内部稀油泄漏和外部多相液体进入电机内部，进而能够保障电机在高温、高压环境下稳定工作。
[0021]7、本发明的永磁电机更易实现低转速、大扭矩的工况，更适用于坚硬地质钻井；由于电机在井下直接驱动钻头，相较于其它方式使钻井作业更为高效、便捷;钻井时钻头功率消耗的变化马上就会反映在电流大小的变化上；电钻具是一种电动机械，能有效地使钻井过程自动化;通过井上的电流表可监测钻头的负荷，判断和确定钻头磨损程度和预防事故；降低了振动，减小了对陀螺仪定位的影响，使其它设备更可靠;较高的温度适应能力。
[0022]8、本发明的油路连通装置是为了应对分段设备之间的油路连接，本发明的油路连通装置通过连接第一接头件和第二接头件，随着油路连通第一接头和油路连通第二接头逐渐旋紧，同时接头管也被逐渐推挤在油路连通第一接头和油路连通第二接头的轴向空间内，第一阀芯顶针被接头管上的圆环轴向推挤，并使位于第一环形凹槽上的第一 O环与第一介质通道之