[实用新型]一种无旋距全金属容积式钻井马达

说明书

技术领域

本实用新型属于石油、天然气开采容积式钻井马达领域，尤其是涉及一种无旋距全金属容积式钻井马达。

背景技术

石油钻井领域内容积式钻井马达，俗称螺杆钻具，其产品已经完全系列化，在石油钻井中发挥着不可替代的作用。目前存在的主要问题是：1、使用寿命不足；2、抗高温能力不够。原因是该螺杆钻具的定子受加工工艺、加工技术所限，主要为橡胶，螺杆定子与转子间靠橡胶的预挤压力形成有效密封，由钻井液驱动输出动力。国内外多年以来一直有人在不断尝试着各种各样的加工工艺和加工手段，来尝试金属定子或全金属螺杆的制作，尝试各种提高寿命和抗温能力的方案。主要研究有等厚橡胶层代替不等厚橡胶层工艺，转子挂胶代替定子挂胶工艺，定子膨胀成型技术加工金属定子，电解液加工技术加工金属定子，金属定子分段式及冲压叠片式加工工艺等等。相应样机及专利申报时有出现，但是能工业化应用的产品一直未能问世。比较有代表性的试制样机有渤海钻探工程院压降0.8MPa无有效动力样机和北京石油机械厂试制的压降8.5MPa蹩堵型样机。

根据对两种代表性样机的分析研究，目前广大学者对有旋距导程容积式钻井马达转子的偏心运转机理认识不足，有旋距存在时，马达转子各截面位置受定子的约束力方向不一，甚至互相对抗，沿转子轴线上分布为大小一致方向朝外沿螺旋散发的偏心力作用。当转子与定子的接触部位有橡胶时，橡胶被挤压变形，允许转子运转通过。橡胶高温易老化，塑性弱，因此使用寿命普遍不足。对螺杆钻具的数值模拟技术证明全金属转子与定子间隙大于1mm后，容积效率会大幅度降低，间隙大于2mm后基本无足够动力输出。全金属螺杆钻具样机蹩堵的主要原因可归结为金属转子与金属定子不能被挤压变形，且不能产生有效弯度。

本实用新型从深入研究容积式马达的偏心运转机理入手，在简单受力分析的基础上，敢于突破常规思路，取消现有的有旋距设计，直接采用有利于加工和机件运转的转子与定子均无旋距直齿排列的方案，大大简化了容积式钻井马达的结构。

发明内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种无旋距全金属容积式钻井马达，以解决现有钻井马达使用寿命不足和抗高温能力不够的问题。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种无旋距全金属容积式钻井马达，包括壳体、转子和定子，所述转子位于所述定子的型腔内，在所述定子外还设有所述壳体，且所述壳体固定在所述定子上，所述定子与所述壳体是同心的，而所述转子与所述定子之间有一个偏心距e，在所述转子上均布有与马达轴线相平行的无旋距直齿，在所述定子的内侧壁上开设有与所述转子上的直齿相匹配的齿槽，所述齿槽的数量大于所述直齿的数量，所述转子能以所述定子的轴心为圆心，以偏心距e为半径，绕所述定子圆心做圆周运动，从而输出动力以驱动钻井钻头工作，所述转子各部的运转偏心距e完全同步，转子不存在弯曲力作用，转子与定子间无冲撞力，保证了该钻井马达高效灵活运转。

进一步的，所述转子与定子均为全金属制作，使用寿命长，抗高温能力强，对地层温度的适应范围提高。

进一步的，所述定子与转子，可采用型钢与型模冷拉工艺规模化批量化加工生产，从而降低生产成本。

进一步的，所述定子与壳体可通过铸造一体成型。

进一步的，所述齿槽与直齿之间的齿数差和偏心距e相关，且所述齿数差与钻井液流量一起决定转子的转速。

相对于现有技术，本实用新型所述的一种无旋距全金属容积式钻井马达具有以下优势：

采用有利于加工和机件运转的转子与定子均无旋距直齿排列的方案，大大简化了容积式钻井马达的结构，转子各部的运转偏心距完全同步，转子不存在弯曲力作用，转子与定子间无冲撞力，保证了该钻井马达在极低运转间隙的情况下高效灵活运转；同时由于转子与定子均为全金属制作，转子与定子间无需橡胶层，使用寿命和对地层温度的适应范围大幅度提高，具有结构简单、使用寿命长、温度适应范围广的优点；此外全金属定子与转子均可采用型钢与型模冷拉等加工工艺，按照当前技术产品系列化配套生产，规模化批量化生产，大幅度降低成本，从而开辟螺杆钻井时代。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型的截面示意图。

附图标记说明：

1-壳体，2-转子，3-定子。

具体实施方式