[发明专利]一种阴/阳转子全金属马达螺杆钻具

说明书

技术领域

本发明涉及钻井技术领域，具体涉及一种用于高温深井超深井的带有阴/阳转子的全金属马达螺杆钻具。

背景技术

螺杆钻具(PDM drill)是一种以钻井液为动力，液体压力能转为机械能的容积式井下动力钻具。当泥浆泵泵出的泥浆流经旁通阀进入马达，在马达的进、出口形成一定的压力差，推动转子绕定子的轴线旋转，并将转速和扭矩通过万向轴和传动轴传递给钻头，从而实现钻井作业，是目前应用最广泛的井下动力钻具，主要用于定向井、水平井的造斜及扭方位施工。

在螺杆钻井工程施工中，钻具的寿命稳定性和钻具使用的成功率对于工程的正常施工有着重要的影响。通过大量分析钻具出现故障的情况发现，马达定子部件出现的故障频率较高，且影响最严重，一旦发生问题，一般都需要起钻维修更换，给井下作业带来麻烦。马达定子部件出现故障的主要原因有如下几点：(1)马达工作的环境经常处在超高压的状态下；(2)马达工作的过程中出现滞动的次数过多；(3)过盈配合的现象经常出现的马达定转子之间的配合上。疲劳失效是由于转子的旋转导致的，其旋转对橡胶做的功，会由于高频交变载荷作用的原因而作用在定子橡胶上，定子橡胶基体工作环境的温度长时间地超过额定温度，进而就会导致定子橡胶疲劳失效的产生，导致故障的出现。

针对目前存在的橡胶失效问题，国内外专家对此进行过很多相关研究，并主要采用了两种方式进行处理，一种方式是对橡胶的材料和加工工艺进行改良，并同时对螺杆钻具转子表面制备耐磨耐腐蚀的涂层，提高其使用寿命，但采用这种方法所制造的螺杆钻具，在深井和超深井的应用中表现效果不佳，寿命并未明显提高，不能满足现场需求。

另一种方式是在螺杆钻具中减少橡胶的使用，甚至完全采用金属结构的螺杆钻具，但目前存在的全金属结构螺杆钻具，和传统结构并无实质性不同，只是简单地把橡胶定子换为其他金属材料，虽然解决了橡胶磨损和老化的问题，但其使用效果比采用橡胶的抗冲击性差，且容易发生卡顿现象，在一定程度上降低了螺杆钻具的使用效果。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种阴/阳转子全金属马达螺杆钻具，通过改变螺杆钻具的结构，实现去橡胶的效果，减少螺杆钻具万向轴总成和水帽等零部件，减少零部件失效的概率，同时利用三瓣螺旋扶正式壳体能增强扶正、排岩屑及传导效果。

本发明的技术方案如下：

一种阴/阳转子全金属马达螺杆钻具，由传动轴总成和马达总成组成，所述马达总成包括旁通阀阀体、阀芯、弹簧、密封圈Ⅰ、塞销、密封圈Ⅱ、阀套、密封圈Ⅲ、隔套、中间壳、马达壳体、阳转子、阴转子、圆柱滚子轴承组、外齿轮Ⅰ、外齿轮Ⅱ、内齿轮传动杆；所述传动轴总成包括下壳体、上TC轴承静套、上TC轴承动套、扶正器壳体、串轴承组、合金齿、防掉环、套筒、下TC轴承动套、下TC轴承静套、传动轴；

所述旁通阀阀体的下部外螺纹和上部内螺纹都使用API标准的NC螺纹扣，上部连接钻铤或钻杆，下部连接中间壳体，旁通阀阀体周向均匀布置5个塞销孔，塞销孔中设有内螺纹，塞销上设有与其相配的外螺纹；所述阀芯、阀套从上到下镶嵌在旁通阀阀体内孔中，旁通阀阀体内孔设有台阶，向下固定阀芯和阀套；阀芯和阀套中间以弹簧连接支撑，阀套和上方的阀芯采用间隙配合，阀芯侧边安装有密封圈Ⅰ、阀套安装有2个紧挨的密封圈Ⅱ，旁通阀阀体螺纹下端密封面部位设有密封圈Ⅲ，可以起到双重密封作用；

所述中间壳下方连接马达壳体，马达壳体内平行地配置着一对相互啮合的螺旋形阳转子和阴转子，阳转子节圆外加工有凸齿，阴转子节圆内具有凹齿，两者啮合配合后可由阳转子带动阴转子转动，所述阳转子、阴转子的轴头都镶嵌在轴承座上，轴承座固定在下接头小端内孔端部，阳转子和阴转子下方连接有一对圆柱滚子轴承组，用于实现阳转子和阴转子的轴向和径向定位，并承受螺杆钻具传动轴的传动轴轴向力、径向力；阳转子前端通过轴向固定与外齿轮Ⅰ过盈配合，阴转子前端通过轴向固定与齿轮Ⅱ过盈配合，齿轮Ⅰ、齿轮Ⅱ与内齿轮传动杆的啮合配合，内齿轮传动杆将扭矩和转速传递给下端传动轴，传动轴连接钻头转动；