包括插入件的液压工具和相关方法

包括插入件的液压工具和相关方法
【专利摘要】一种液压工具包括定子和能旋转地设置在定子内的转子。定子的至少内部部分和转子的至少外部部分中的至少一者包括插入件，插入件包括硬质材料。一种形成液压工具的方法包括将包括硬质材料的至少一个插入件附接至定子的表面或转子的表面。井下马达或井下泵包括定子和转子。定子包括至少一个插入件和基质材料，至少一个插入件包括硬质材料且被设置在定子的内表面的至少一部分上方，基质材料至少部分地围绕至少一个插入件。转子包括至少一个插入件和基质材料，至少一个插入件被设置在转子的外表面的至少一部分上方，基质材料至少部分地围绕至少一个插入件。
【专利说明】
包括插入件的液压工具和相关方法
[0001] 优先权声明
[0002] 本发明要求于2014年1月6号提交的美国专利申请序列号14/148,489标题为 "HYDRAULIC TOOLS IN化UDING IN沈RTS AND RELATED MET册DS(包括插入件的液压工具和 相关方法r的提交日的优先权益。
技术领域
[0003] 本发明的实施例总体上设及液压工具，比如钻探马达和钻探累，设及包括液压工 具的钻探系统，W及设及形成和使用运种工具和系统的方法。
【背景技术】
[0004] 为了获得控类，比如来自地下地层的油和气体，通过旋转附接于钻柱的端部的钻 头将井孔钻入地层。当前的钻探活动的相当大部分设及在本领域称为"定向"钻探的内容。 定向钻探设及钻探偏斜的/或水平的井孔(如与直线、垂直井孔相对）。现代定向钻探系统通 常使用钻柱的端部处的底孔组件(BHA)，该钻柱包括钻头和用W驱动钻头的旋转的液压致 动马达。钻头通常通过配置为使钻头的路径转向的组件而禪接至马达的驱动轴，且从表面 通过马达（W及朝向钻头)累送的钻探流体驱动钻头所附接的驱动轴的旋转。在钻探工业中 运种液压马达通常称为"泥浆马达"、"钻探马达"和"单螺杆(Moineau)马达"。下面运种马达 称为"液压钻探马达"。
[0005] 液压钻探马达包括动力部分，该动力部分包括定子和设置在定子内的转子。定子 可包括金属壳体，该金属壳体具有垫有螺旋轮廓的或凸角型弹性材料的内部，该材料配制 用W受磨损。在一定量使用之后，或者当检测到选择量磨损或损坏时，可W更换弹性材料。 转子通常由适合的金属制成，比如钢，并配置有外部凸角型表面。加压钻探流体(通常称为 "钻探泥浆"）被累送进入形成于转子和定子凸角型之间的渐进空腔。累送进入空腔W及通 过空腔的加压流体的力使转子W行星式运动转动。经由晓性禪接器连接至转子的输出轴补 偿转子的偏屯、运动。输出轴禪接至支撑驱动轴(还称为"传动接头"）的轴承组件，其反过来 通过前述转向组件旋转钻头。
[0006] 当钻探流体流动通过转子和定子之间的渐进空腔时，转子和定子上的力W及钻探 流体中的研磨剂和化学品可W损坏马达的部件。

【发明内容】

[0007] 在一些实施例中，一种液压工具包括定子和能旋转地设置在定子中的转子。定子 具有多个凸角，转子具有比定子少一个的凸角。转子的凸角配置成当转子移动时（例如，转 动）与定子的凸角相接合。定子的至少内部部分和转子的至少外部部分中的至少一者包括 具有硬质材料的至少一个插入件。
[000引一种形成液压工具(例如，马达或累）的方法包括将包括硬质材料的至少一个插入 件附接至液压工具的定子的内表面或者转子的外表面。
[0009] 在其他实施例中，一种井下马达或井下累包括定子和能旋转地设置在定子中的转 子。定子包括至少一个插入件和基质材料，该至少一个插入件包括设置在其内表面的至少 一部分之上的硬质材料，该基质材料至少部分地围绕该至少一个插入件。转子包括至少一 个插入件和基质材料，该至少一个插入件包括设置在其外表面的至少一部分之上的硬质材 料，该基质材料至少部分地围绕该至少一个插入件。
【附图说明】
[0010] 尽管说明书W权利要求书来作结论，该权利要求书特别指出和清楚地要求被视为 本发明的实施例的内容，但是当结合W下附图阅读时，由W下对本发明的示例性实施例的 描述能更容易地确定本发明的实施例的各种特征和优点，其中：
[0011] 图IA和图IB是示出了根据本发明的液压马达的一个实施例的简化横截面侧视图；
[0012] 图2是示于图IA和图IB的液压马达沿其中的剖面线A-A截取的一部分的简化横向 截面图；
[0013] 图3是包括基质上的大量硬质多晶材料的插入件的一个实施例的简化部分剖分透 视图；
[0014] 图4是包括基质上的硬质多晶材料的容积的插入件的另一个实施例的简化部分剖 分透视图；
[0015] 图5是具有在其上的插入件的工具的表面的一部分的简化立体图；
[0016] 图6是示于图IA和图IB的液压工具的定子的简化截面图；
[0017] 图7A是具有在其外表面之上的插入件的定子的一部分的简化横向截面图；
[0018] 图7B是图7A的一部分的展开图；
[0019] 图8是具有内部流体通道的定子的一部分的简化横向截面图；
[0020] 图9A是具有内部通道和在其外表面之上的插入件的定子的一部分的简化横向截 面图；
[0021 ]图9B是图9A的一部分的展开图；
[0022] 图IOA至图IOC是根据本发明的另一个转子的部分的简化截面图；
[0023] 图11是带有插入件的基质材料的片材的简化立体图，该插入件用于形成本发明的 工具；
[0024] 图12是带有插入件的基质材料的另一片材的简化俯视图；和
[0025] 图13是根据本发明的另一个转子的一部分的简化截面图。
【具体实施方式】
[0026] 本发明包括各自具有定子和转子的液压工具(例如，钻探马达、渐进空腔累等）。定 子和/或转子包括具有硬质材料的至少一个插入件。插入件可W位于可能经受相对高负载 的定子和/或转子上的位置处。插入件可保护定子和/或转子的表面免受过度磨损。插入件 之间和/或部分地围绕插入件的复合基质材料可W向转子和/或定子的表面提供柔初性，运 会降低或阻止插入件在应力下破裂。因此，工具可具有比传统工具更长的使用寿命，传统工 具具有定子和转子而无硬质材料插入件。
[0027] 本文呈现的图例不是任何特定液压工具、转子、定子、液压钻探马达、液压累或钻 探系统的真实视图，而只是用于描述本发明的示例性实施例的理想化示意图。此外，附图之 间共有的元件可W保持相同的数字编号。
[002引如本文所使用的术语"硬质材料"意思是且包括具有约800Kgf/mm2(7,845M化)或 更多的努普化noop)硬度值的任何材料。硬质材料包括，例如，金钢石、立方氮化棚、碳化鹤 等。
[0029] 术语"多晶材料"意思是且包括具有由晶粒间粘结直接粘结在一起的材料的多种 颗粒(例如，晶粒)的任何材料。单粒材料的晶体结构可W在多晶材料内的空间中随机定向。
[0030] 如本文所使用的术语"钻孔工具"意思是且包括用于移除地下地层材料并借助于 移除一部分地层材料来形成通过地层的孔(例如，井孔）的任何工具。钻孔工具包括，例如， 旋转钻头(例如，固定刀片材或"切削"钻头和牙轮或"岩石"钻头），包括固定刀片材和滚子 元件的混合钻头、岩屯、钻头、冲撞钻头、双中屯、钻头、套管锐刀和钻头、出口工具、绞刀(包括 可扩大绞刀和固定翼绞刀）W及其他所谓的"开孔"工具。
[0031] 参照图IA和图1B，液压钻探马达10包括动力部分1和轴承组件2。动力部分1包括具 有螺旋凸角型内表面8的定子6。转子11能旋转地设置在定子6内并配置成在其内响应于钻 探流体(例如，液体、或液体中的固体颗粒状物质的悬浮液)通过液压钻探马达10的流动而 旋转。转子11可包括具有螺旋凸角型外表面12的细长的金属忍13,定子6可包括具有螺旋凸 角型内表面8的细长的金属外壳7。转子11的外表面12被配置成与定子6的内表面8接合。定 子11还可包括一种或多种流体连接42用W向转子11的内部提供加压流体。
[0032] 转子11的外表面12和定子6的内表面8可具有相同但略有不同的轮廓。例如，转子 11的外表面12可具有比定子6的内表面8少一个的凸角。转子11的外表面12和定子6的内表 面8可W配置成使得密封件W离散的间隔沿着并且周向围绕其间的界面直接创建在转子11 和定子6的部分之间，从而导致流体腔室或空腔26在转子11的外表面和定子6的内表面8之 间的形成。转子11和定子6可各自包括金属和/或硬质材料，且如果转子11的外表面12和定 子6的内表面8二者均不包括弹性材料，则在液压钻探马达10的操作期间转子11与定子6之 间的接触可W特征化为金属间。在液压钻探马达10的操作期间，空腔26可W采用加压钻探 流体40进行填充。
[0033] 当加压钻探流体40从动力部分1的顶部30如流动箭头34所示流向底部32时，加压 钻探流体40使转子11在定子6内旋转。凸角的数量W及转子11的外表面12和定子6的内表面 8的几何结构可W改变W取得期望输入（即，流体流动速率和容积)和输出（即，旋转速度和 转矩）需要并且适应不同的钻探操作。转子11可W禪接至柔性轴50,且柔性轴50可W连接至 轴承组件2中的驱动轴52。如前所述，钻头可W附接至驱动轴52。例如，驱动轴52可包括带螺 纹的盒54,钻头可设置有带螺纹的销，该带螺纹的销可W与驱动轴52的带螺纹的盒54接合。
[0034] 图2是沿图IA的截面A-A截取的液压钻探马达10的定子6和转子11的截面图。如图2 所示，要么定子6的邻近其内表面8的一部分、转子11的邻近其外表面12的一部分，要么二者 可包括一个或多个插入件20。插入件20可位于定子6和转子11的凸角42、48的表面上。插入 件20可W在转子11的忍13中，在转子11的忍13上或在转子11的忍13之上，或者在定子6的外 壳7之上。插入件20可包括硬质多晶材料，比如金刚石、立方氮化棚、碳化鹤、或碳化娃。例 如，插入件20可包括由天然或人造金刚石形成的多晶金刚石。替代或者除了硬质多晶材料， 插入件20还可包括其他硬质材料，比如氧化错、氧化被、棚化错、氮化铁、碳化粗、碳化错、氧 化侣、碳化被、碳化铁、棚化侣、或碳化棚。
[0035] 定子6的内部部分和转子11的外部部分可各自包括邻近插入件20并与插入件20接 触的基质材料22。基质材料22可选择成向定子6和转子11提供柔初性和耐久性。例如，基质 材料22可在负载下弹性地变形，使得定子6和转子11上的力可引起基质材料22的变形，而不 是插入件20的变形或破裂。因此，插入件20与基质材料22的组合可W比多晶材料的连续涂 层更不易破碎且更具柔性，还可比单独的基质材料22具有更高的硬度和耐久性。
[0036] 基质材料22可包括金属，比如钻、钻基合金、铁、铁基合金、儀、儀基合金、钻和儀基 合金、铁和儀基合金，铁和钻基合金，侣基合金、铜基合金、儀基合金、或铁基合金。在一些实 施例中，基质材料22还可包括分散在其中的其他材料，比如显示出大于基质材料22(例如， 金刚石、立方氮化棚、碳化鹤等)的硬度的颗粒。更硬的颗粒可W与金属的连续基质混合，运 可增强基质材料22的强度、初性、或弹性模量中的一种或多种。如果基质材料22包括更硬的 颗粒、则更硬的颗粒可具有例如，约50]im至约1 OOjim、约20]im至约200皿、或甚至约1 Ojim至约 500WI1的平均粒径。在一些实施例中，基质材料22可包括纳米颗粒（即，具有小于Iwii平均粒 径的颗粒）。基质材料22可显示出约IOM化至约3000MPa，比如约IOOM化至约3000M化或约 500M化至约3000M化的强度。基质材料22可显示出约0.3kJ/m2至约300kJ/m2，比如约0.化J/ m2至约lOOkJ/m2的初性。基质材料22可显示出约IOOG化至约400G化，比如约IOOG化至约 200G化的弹性模量。
[0037] 在一些实施例中，定子6和转子11可W没有通常用W提供某些传统工具中的流体 密封的弹性材料。相反，定子6的基质材料22和插入件20可直接接触转子11的基质材料22和 插入件20。定子6和转子11的基质材料22之间的接触可W在本领域成为"金属间"接触。运种 金属间接触可W形成任何显著容积的钻探流体不能通过其的密封。尽管插入件20不必为金 属，但插入件20与另一个插入件20之间的接触或者插入件20与基质材料22之间的接触还可 形成密封。在转子11的旋转期间基质材料22的金属的变形可维持定子6的内表面和转子11 的外表面之间的密封。缺乏弹性材料可允许液压钻探马达10在低于弹性材料通常退化的溫 度下操作。例如，液压钻探马达10可能够在至少约200°C的溫度下，在至少约300°C的溫度 下，或设置在至少约40(TC的溫度下操作，而不牺牲工具部件的一体性或者定子6和转子11 之间的密封。液压钻探马达10的最大操作溫度可W根据基质材料22的组分而改变。例如，液 压钻探马达10的最大操作溫度可W为基质材料22的烙点，或者可W低于基质材料22的烙点 (例如，低于在此溫度下基质材料22开始软化的溫度），比如低于基质材料22的烙点至少约 50°C、低于基质材料22的烙点至少约100°C，或者低于基质材料22的烙点至少约200°C。在一 些实施例中，液压钻探马达10的最大操作溫度可W选择成具有低于基质材料22的烙点的安 全限度。
[0038] 在其他实施例中，基质材料22可W为弹性材料。基质材料22可包括例如聚合物，比 如氣娃橡胶(FVMQ，例如氣乙締基和甲基硅氧烷的共聚物）、下腊橡胶(NBR)、氣弹性体(FKM， 例如，氣碳共聚物、S元聚合物、五聚物等）、氨化下腊橡胶化NBR)、氣化乙締丙締(FEP)、乙 締基甲基聚硅氧烷(VMQ)、碳化下腊橡胶(XNBR)、聚丙締酸醋丙締酸橡胶(ACM)、全氣弹性体 (FFKM)、乙丙橡胶巧PM)、乙丙二締单体橡胶化PDM)或丙締酸乙締共聚物(AEM)。基质材料22 可能够在拉长、延伸或挤压后恢复到其原始形状，并因此可W提高液压钻探马达10的使用 寿命。
[0039] 插入件20(图2)可定位在预期会经受相对高负载的定子6和/或转子11的点处。插 入件20可具有至少约0.5mm的厚度(如沿与定子6或转子11的表面垂直的方向所测量），比如 从约Imm至约5mm(例如，约2mm)。在其他实施例中，插入件20可具有5mm或更厚的厚度。插入 件20的厚度可基于预期操作条件、插入件20的组分、插入件20的数量、插入件20的形状、基 质材料22的组分，或任何其他相关因素而改变。例如，多晶金刚石的圆柱形插入件20可选择 成具有从约Imm至约2mm，而包括碳化鹤且具有相同形状(如垂直于厚度所测量)的插入件20 可具有从约3mm至约5mm的厚度。可基于插入件20预期会经受的负载来选择插入件20的厚 度。例如，预期会经受相对较高负载的插入件20可厚于预期会经受相对较低负载的插入件 20 O
[0040] 如图3中所示，插入件20可具有通常为圆柱形或圆盘形的配置。插入件20包括硬质 多晶材料60的暴露的主表面62,而主表面62可W如图所示是平面的或可W不是平面的。在 一些实施例中，硬质多晶材料60可包括通常为平面的台面。硬质多晶材料60的外侧表面64 从硬质多晶材料60的外侧上的主表面62延伸出。插入件20可任选地包括硬质多晶材料60附 接于其的基板66。虽然在硬质多晶材料60和基板66之间示出了平面界面，但是也可使用不 同配置的非平面界面。在一些实施例中，邻近主表面62的硬质多晶材料60的外侧表面64的 上部可具有成角度的、截头圆锥形的形状且可限定或包括，例如，插入件20的一个或多个倒 角表面68。插入件20在图3中被示为具有圆柱形横截面，但可具有任何适当的形状。在一些 实施例中，插入件20可具有被配置成与定子6或转子11相匹配的主表面62(图2)。例如，主表 面62可凹入、凸出，或成形使得一些部分是凹入而其他部分是凸出。
[0041] 在一些实施例中，且如图4中所示，插入件20"可具有具有凹入部分的外表面65。外 表面65可限定基质材料22(图2)可填充的容积，使得基质材料22提供机械锁W在使用过程 中将插入件20"固定就位。
[0042] 图5示出了具有各种形状、尺寸和布置的插入件72、74、76的表面70(例如，定子6的 内表面8或转子11的外表面12)的一部分。插入件72被示出具有近似矩形的横截面，而插入 件74和76被示出具有近似圆形的横截面。插入件72、74被示为由相对宽间隙间隔开，运可被 基质材料22填充。在一些实施例中。插入件72、74可被至少约1mm、至少约5mm或甚至至少约 IOmm的距离彼此间隔开。一些插入件76可一起相对更靠近。例如，插入件76可被约ImmW下 或甚至约〇.5mmW下的距离与邻近插入件76间隔开。在一些实施例中，一些插入件76可与一 个或多个其他插入件76直接接触。
[0043] 插入件20可W处于定子6和/或转子11的表面上的各种位置。例如，图6示出了图1 中示出的液压钻探马达10的定子6的另一个视图。定子6可具有主要位于靠近其端部的插入 件20，比如靠近预期会暴露于与定子6的其他部分相比相对较高的压力的端部，比如靠近定 子6的中部或靠近定子6的相对端部。在其他实施例中，插入件20可位于定子6的整个长度 中。
[0044] 图7A和7B示出了具有忍13的另一个转子11'，所述忍13具有位于其外部上的插入 件20'。图7B示出了图7A的圆圈80中示出的转子11'的一部分的放大详图。插入件20'可被配 置成形成一个或多个弯曲表面，比如凹入表面或凹入表面。在一些实施例中，基质材料22可 提供机械锁W防止或限制插入件20'从基质材料22的移动。插入件20'可成形使得邻近插入 件20'的容积具有近似一致的厚度。例如，插入件20'的一个表面可W凹入，W及邻近插入件 20'的邻近表面可W凸出，具有近似相同的曲率。容积可部分或完全由基质材料22填充。基 质材料22还可填充插入件20 '和转子11'的忍13之间的容积。
[0045] 如图8中所示，转子11'可至少限定一个穿过其忍13的内部流体通道90。例如，转子 11'可限定偶数个流体通道90,使得当转子11"正在使用时，流体可循环穿过流体通道90W 冷却转子11"。图8中所示的转子11"包括内部流体通道90的数量是凸角48的两倍。在使用过 程中，转子11"或定子6上无弹性材料的液压钻探马达10(例如，金属间马达)可展现相对高 加热负载。冷却流体(例如，钻探流体、水、乙二醇等)可将热量从定子6和转子11"中去除W 便在较高扭矩和/或速度下操作而不损坏液压钻探马达10。
[0046] 在某些实施例中，液压钻探马达10可在表面或忍溫度在基质材料22的烙点W上操 作。例如，图9A中还示出的转子11"'可包括一个或多个径向通道82,基质材料22可在转子 11"'内从胆存器22'流动穿过所述径向通道82。图9B示出了图9A的圆圈81中示出的转子 11"'的一部分的放大详图。转子11"'可包括配置成维持胆存器22'上的压力的流体86。当邻 近插入件20 '的基质材料烙化时，部分基质材料22可在邻近插入件20 '之间被挤出。流体86 可从胆存器22'推动其他基质材料W替换损失的基质材料22并维持插入件20'。流体可W是 钻探流体或穿过钻柱供给的其他材料(例如，水、压缩空气等）。
[0047] 图IOA示出了根据本发明的另一个转子110的一部分。转子110包括忍13,而插入件 112被放置于其上方。插入件112可包括支架116上方的多晶部分114,而支架116可在基座 118上方。多晶部分114可W是，例如多晶金刚石或另一种硬质材料。多晶部分114可相对薄， 例如在与其暴露的表面垂直的方向上所测量的约1mm。多晶部分114可配制成具有高抗战性 (耐磨损性）。支架116可包括具有高硬度的材料，比如碳化鹤。支架116可相对厚于多晶部分 114(例如，约3mm厚）W向多晶部分114提供刚性并避免多晶部分114的断裂。基座118可包括 相对较柔软的材料，比如金属(例如，铁)或配置成提供柔初性的合金。因此，当力作用于多 晶部分114的暴露表面时，基座118允许多晶部分114和支架116在不断裂的情况下移动。如 上所述，基质材料22可W在邻近插入件112之间W及插入件112和忍13之间。
[004引图IOB示出了插入件112如何被固定到转子110的忍13上。插入件112可W被燕尾接 头固定。例如，插入件112的基座118可包括尾部120, W及忍13可包括对应的插口 121。尾部 120可滑入插口 121，但是尾部120和插口 121的尺寸可限制插入件112从忍13向外移动。
[0049] 图IOC示出了可将插入件112固定到忍13的另一个燕尾接头。例如，忍13可包括尾 部122, W及插入件112的基座可包括对应的插口 123。尾部122可滑入插口 123,但是尾部122 和插口 123的尺寸可限制插入件112从忍13向外移动。
[0050] 如图IOB和IOC中所示的燕尾接头可W在利用基质材料22模制插入件112前作为用 于部件的固定件和/或放置引导件操作。在一些实施例中，运种固定件可W牢固地保持插入 件112而不需要基质材料22。从而，基质材料22可W选择性地被省去，或者基质材料22可W 在插入件112已经被放置后应用。使用诸如燕尾接头的对齐部件可W利于检测后替换磨损 的插入件112,并且从而可W降低维护成本和停机时间。
[0051] 在一些实施例中，形成液压钻探马达10的方法可W包括将至少一个插入件20附接 至定子6的表面、转子11的表面或者两者。插入件20可W通过基质材料22固定到定子6和/或 转子11。例如，基质材料22可W被模制为抵靠插入件20,该插入件20邻近转子11的忍13或定 子6的外壳7。在一些实施例中，并且如图11所示，插入件20可W设置在基质材料22的片材 100上。图12示出了基质材料22的另一个片材102,六边形插入件21可W被设置在该基质材 料22上或基质材料22中。六边形插入件21可W被间隔开W使得在邻近的插入件21之间的基 质材料22的宽度是近似一致的。插入件20、21可W为任何合适的形状。片材100、102可W变 形W适应于转子11的忍13或者定子6的外壳7的形状。例如，片材100、102可W被加热并压覆 在忍13上W将片材100、102粘结至忍13。片材100、102的侧表面可W彼此相互连接W使得片 材100、102围绕忍13的外部或外壳7的内部完全覆盖。位于片材100、102的一个面或边缘的 基质材料22的部分可W被粘结至位于片材100、102另一面或边缘的另一部分。片材100、102 可W包括粘合材料W利于放置片材1〇〇、1〇2。粘合材料，如果存在的话，可W在后续的处理 过程中融化或分解。
[0052] 为了形成定子6,片材100(或片材102)可W在形如定子6内表面的模具上压制。在 适应于模具形成片材100后，定子6的外壳7可W在片材100上形成并与片材100接触。例如， 外壳7可W围绕片材100铸造。可W在形成外壳7之前或者之后将模具从片材100内移除。由 于定子6可W是相对较长的，在外壳7形成后将插入件20精确地朝定子6的中间固定可能会 相对较难。通过围绕包括插入件20的片材100形成定子6的外壳7而不是预制外壳7,插入件 20可W沿定子6的长度放置，而不是仅仅在端附近。
[0053] 在一些实施例中，片材100的部分可W通过诸如加工的方式去除。基质材料22的部 分和/或插入件20可W被去除W使转子11和定子6形成合适的形状W在液压钻探马达10中 使用，比如在转子11和定子6之间促进合适的密封。
[0054] 定子11的部分的另一视图在图13中示出。插入件20可W包括上部20a和下部20b。 基质材料22可W填充邻近的插入件20之间的容积。插入件20和基质材料22可W在忍13之 上。W下的表1指示了插入件的上部20a和下部20bW及基质材料22的一组相对机械特性。术 语"高"、"中等高"、"中等"、"中等低"和"低"是相对彼此而言的。因此，虽然材料22被列为具 有"低"硬度，运仅仅意味着它的硬度比具有"中等低"和"高"的材料20a和20b的硬度低。
[0化5] 表1 「msAl
[0化7] 如表1所示，插入件20的上部20a可W比基质材料和插入件20的下部20b相对较硬， W当在插入件20上施加力时提供耐磨损性。基质材料22可W具有比插入件20的上部20和下 部20b相对更高的延展性，从而基质材料可W弯曲W允许插入件20移动。利用具有表1中所 示相对特性的材料，插入件20在使用中可W抗裂。
[0058] 通过提供可操作于在深的结晶岩层的高溫环境的能力，运里所描述的具有液压钻 探马达的系统可W用于深的、高洽地热能的勘探和生产。此外，如上所述的液压钻探马达可 W比传统马达具有对磨粒更高的抗磨损性。
[0059] 本发明的另外的非限制性的示例性实施例如下所述。
[0060] 实施例1: 一种液压工具，其包括定子和能旋转地设置在定子内的转子。转子具有 多个凸角，并且转子的凸角比定子少一个。转子的凸角配置为当转子移动时与定子的凸角 接合。定子的至少内部部分和转子的至少外部部分中的至少一者包括具有硬质材料的插入 件。
[0061 ]实施例2:如实施例1的液压工具，其中硬质材料包括多晶材料。
[0062] 实施例3:如实施例1或实施例2的液压工具，其中硬质材料包括具有等于或超过碳 化鹤的硬度的硬度的材料。
[0063] 实施例4:如实施例1至3的液压工具，其中定子的至少内部部分和转子的至少外部 部分中的至少一者包括至少部分围绕所述一个插入件的基质材料。
[0064] 实施例5:如实施例4的液压工具，其中基质材料包括具有高于所述至少一个插入 件的材料的柔初度的材料。
[0065] 实施例6:如实施例4或实施例5的液压工具，其中基质材料包括硬质材料的颗粒。
[0066] 实施例7:如实施例6的液压工具，其中硬质材料的颗粒具有从约50皿至约IOOmi的 平均颗粒大小。
[0067] 实施例8:如实施例1至7中任一实施例所述的液压工具，其中至少一个插入件包括 多个横向邻近的插入件。
[006引实施例9:如实施例1至8中任一实施例所述的液压工具，其中至少一个插入件具有 至少Imm的厚度。
[0069] 实施例10:如实施例1至9中任一实施例所述的液压工具，其中转子被配置为随着 该转子在定子内旋转而抵着定子形成金属间密封件。
[0070] 实施例11:如实施例1至10中任一实施例所述的液压工具，其中转子界定至少一个 内部通道。
[0071] 实施例12:如实施例1至11中任一实施例所述的液压工具，其中液压工具被配置为 附接至钻孔钻头和钻柱中的至少一个。
[0072] 实施例13:形成液压工具的方法包括将包括硬质材料的至少一个插入件附接至液 压工具的定子的内表面或转子的外表面。
[0073] 实施例14:如实施例13的方法，其中将包括硬质材料的至少一个插入件附接至定 子的内表面或转子的外表面包括将包括金属的基质材料附接至该定子的内表面和该转子 的外表面中的至少一个。
[0074] 实施例15:如实施例14的方法，其中将包括金属的基质材料附接至定子的内表面 和转子的外表面中的至少一者包括使基质材料变形W界定定子的至少内部部分和转子的 至少外部部分中的至少一个。
[0075] 实施例16:如实施例15的方法，其进一步包括将基质材料的部分粘结至基质材料 的另一部分。
[0076] 实施例17:如实施例14至16中任一所述的方法，其进一步包括从液压工具中去除 插入件和基质材料中的至少一个的部分。
[0077] 实施例18:如实施例17的方法，其中从液压工具中去除插入件和基质材料中的至 少一个的部分包括加工或打磨液压工具的表面的至少一个。
[0078] 实施例19: 一种井下马达或井下累，其包括定子和能旋转地设置在定子内的转子。 定子包括至少一个插入件，其包括被设置在定子的内表面的至少一部分上方的硬质材料。 定子还包括至少部分围绕至少一个插入件的基质材料。转子包括至少一个插入件，其包括 被设置在转子的外表面的至少一部分上方的硬质材料。转子还包括至少部分围绕至少一个 插入件的基质材料。
[0079] 实施例20:根据实施例19所述的井下马达或井下累，其中转子被配置为使得当转 子在定子内旋转时，转子的至少一个插入件间歇地接触定子的至少一个插入件。
[0080] 实施例21:根据实施例19或实施例20所述的井下马达或井下累，其中转子的外表 面和定子的内表面各自均无弹性材料。
[0081] 实施例22:根据实施例19至21中任一项所述的井下马达或井下累，其中转子的材 料和定子的材料各自均在至少30(TC的溫度下是稳定的。
[0082] 实施例23:-种液压工具，其包括定子和能旋转地设置在定子内的转子。转子界定 转子内的至少一个流体通道。
[0083] 虽然本文已关于某些所说明的实施例描述了本发明，但是本领域一般技术人员将 认识并且明白本发明并无此限制。实情是，在不脱离如下文所述的本发明的范围（包括本发 明的合法等同物）的情况下可W对所说明的实施例进行许多增加、删除和修改。另外，来自 一个实施例的特征可结合另一个实施例的特征并同时仍然包括在如
【发明人】所预期的本发 明的范围内。另外，本公开的实施例具有包括不同且各种工具类型和配置的实用工具。
【主权项】
1. 一种液压工具，其包括： 定子，其具有多个凸角；以及 转子，其能旋转地设置在所述定子内，所述转子具有比所述定子少一个的凸角，其中所 述转子的所述凸角被配置为在所述转子移动时接合所述定子的所述凸角； 其中所述定子的至少内部部分和所述转子的至少外部部分中的至少一者包括至少一 个插入件，所述至少一个插入件包括硬质材料。2. 根据权利要求1所述的液压工具，其中所述硬质材料包括多晶材料。3. 根据权利要求1所述的液压工具，其中所述硬质材料包括具有等于或超过碳化钨的 硬度的硬度的材料。4. 根据权利要求1所述的液压工具，其中所述定子的至少内部部分和所述转子的至少 外部部分中的所述至少一者包括至少部分围绕所述至少一个插入件的基质材料。5. 根据权利要求4所述的液压工具，其中所述基质材料包括具有高于所述至少一个插 入件的所述材料的柔韧度的材料。6. 根据权利要求4所述的液压工具，其中所述基质材料包括硬质材料颗粒。7. 根据权利要求6所述的液压工具，其中所述硬质材料颗粒具有从约50μπι至约100μπι的 平均粒子大小。8. 根据权利要求1至7中任一项所述的液压工具，其中所述至少一个插入件包括多个横 向相邻的插入件。9. 根据权利要求1至7中任一项所述的液压工具，其中所述至少一个插入件具有至少 1mm的厚度。10. 根据权利要求1至7中任一项所述的液压工具，其中所述转子被配置为随着所述转 子在所述定子内旋转而相对于所述定子形成金属间的密封。11. 根据权利要求1至7中任一项所述的液压工具，其中所述转子界定至少一个内部通 道。12. 根据权利要求1至7中任一项所述的液压工具，其中所述液压工具被配置为附接至 钻地钻头和钻柱中的至少一者。13. 根据权利要求1至7中任一项所述的液压工具，其中所述液压工具包括井下马达或 井下栗。14. 一种形成液压工具的方法，其包括将包括硬质材料的至少一个插入件附接至所述 液压工具的定子的内表面或所述液压工具的转子的外表面。15. 根据权利要求14所述的方法，其中将包括硬质材料的至少一个插入件附接至定子 的内表面或转子的外表面包括将包括金属的基质材料附接至所述定子的所述内表面和所 述转子的所述外表面中的至少一者。16. 根据权利要求15所述的方法，其中将包括金属的基质材料附接至所述定子的所述 内表面和所述转子的所述外表面中的至少一者包括使所述基质材料变形以界定所述定子 的至少内部部分和所述转子的至少外部部分中的至少一者。17. 根据权利要求16所述的方法，其进一步包括将所述基质材料的一部分粘结至所述 基质材料的另一部分。18. 根据权利要求15至17中任一项所述的方法，其进一步包括从所述液压工具中移除
【文档编号】E21B17/00GK106030018SQ201580010070
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2015年1月5日
【发明人】J·莱尔, D·弗勒利希, C·霍尔
【申请人】贝克休斯公司