用于定向钻探的井下马达制造技术

一种用于定向钻探的井下马达，该井下马达包括传动轴组件，该传动轴组件包括传动轴壳体和以可旋转的方式布置在传动轴壳体内的传动轴。另外，该井下马达包括轴承组件，该轴承组件包括轴承壳体和以可旋转的方式布置在轴承壳体内的轴承心轴。轴承心轴具有借助万向接头直接连接至传动轴的第一端以及联接至钻头的第二端。另外，该井下马达包括调节心轴，该调节心轴构造成调节轴承壳体的中心轴线与传动轴壳体的中心轴线之间的偏斜锐角。调节心轴具有与轴承壳体同轴地对准的中心轴线、联接至传动轴壳体的第一端以及联接至轴承壳体的第二端。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于定向钻探的井下马达相关申请的交叉引用本申请要求于2013年3月5日提交的、名称为“AdjustableBendAssemblyforaDowholeMotor”的美国申请No.13/786,076的优先权，该项申请的全部内容通过参引合并在本文中用于所有目的。关于联邦政府资助的研究或研发的声明不适用。
本公开总体上涉及井下马达，该井下马达用来在地层中钻井眼以最终开采油、气体或矿物。更具体地，本公开涉及包括有用于进行定向钻探的可调节的弯曲组件的井下马达。
技术介绍
在将井眼钻探到地层中比如用于从地下地层中开采碳氢化合物或矿物期间，常见的做法是：将钻头连接到由端对端连接连接在一起的多个管接头形成的钻柱的下端上，并且然后使钻柱旋转为使得钻头向下前进进入到地表中以沿着预定轨迹产生井眼。除了管接头之外，钻柱通常还包括定位在管接头与钻头之间的称为钻铤的较重的管状构件。钻铤增大施加于钻头的竖向载荷，从而增强钻头的操作效力。通常结合在钻柱中的其它配件包括用以帮助保持所钻探井眼的期望方向的稳定器和用以确保所钻探井眼保持为期望标准尺寸(即，直径)的扩孔器。在竖向钻探操作中，钻柱和钻头通常借助顶部驱动装置或旋转台自地表旋转。在钻探操作期间，钻探流体或泥浆在压力作用下沿着钻柱被向下泵送，从钻头的面部中出来泵送到井眼中，并且然后沿着钻柱与井眼侧壁之间的环形空间向上泵送到达地表。钻探流体——钻探流体可以是水基的或油基的钻探流体——通常是粘性的以增强其将井眼钻屑带至地表的能力。钻探流体能够执行各种其它有用的功能，这些功能包括(例如，通过将处于压力下的流体喷射通过钻头中的口、从而产生在钻头之前冲击和削弱下伏地层的泥浆射流)增强钻头性能、增强钻头冷却以及增强在井眼壁上形成保护性沉积物(用以稳定和密封井眼壁)。近来，在油气工业中越来越常见和期望钻探水平的井眼和其它非竖向的或偏斜的井眼(即，“定向钻探”)，以便于更大程度地暴露和开采比仅利用竖向井眼所可能实现的更大区域的含碳氢化合物的地层。在定向钻探中，通常使用专用的钻柱部件和“井底组件”(BHA)来产生、监测以及控制钻头的路径中的偏斜，以便产生具有期望偏斜构型的井眼。通常使用设置在位于钻柱的下端处、在钻头紧上方的井底组件(BHA)中的井下马达或泥浆马达来执行定向钻探。井下马达通常包含若干部件，比如(从马达的顶部开始按顺序)：(1)动力部段，该动力部段包括定子和以可旋转的方式布置在定子中的转子；(2)传动轴组件，该传动轴组件包括布置在壳体内的传动轴，其中，传动轴的上端联接至转子的下端；以及(3)轴承组件，该轴承组件定位在传动轴组件与钻头之间用于承受径向载荷和推力载荷。对于定向钻探而言，马达通常包括弯曲壳体，该弯曲壳体用以提供钻头与BHA之间的偏斜角。偏斜角通常介于0°与5°之间。钻头的下端与马达中的弯曲件之间的轴向距离通常称为“钻头至弯曲件”的距离。为了借助弯曲马达钻探井眼的平直部段，整个钻柱和BHA借助钻柱自地表旋转，由此使钻头绕钻柱的纵向轴线旋转；并且为了改变井眼的轨迹，钻头借助井下马达单独旋转，由此使得钻头能够绕其自身中心轴线旋转，其中，由于弯曲壳体，钻头自身的中心轴线定向为相对于钻柱成偏斜角。由于当在钻探平直部段时整个钻柱旋转时钻头是倾斜的(即，定向为成偏斜角)，因此井下马达受到弯曲力矩的作用，这可能会在马达内的重要位置处引起潜在的损伤应力。
技术实现思路
在一个实施方式中，通过这样的一种用于定向钻探的井下马达解决了现有技术中的这些及其它需要。在实施方式中，该井下马达包括传动轴组件，该传动轴组件包括传动轴壳体和以可旋转的方式布置在传动轴壳体内的传动轴。传动轴壳体具有中心轴线、第一端以及与该第一端相反的第二端。传动轴具有中心轴线、第一端以及与该第一端相反的第二端。另外，该井下马达包括轴承组件，该轴承组件包括轴承壳体和以可旋转的方式布设在轴承壳体内的轴承心轴。轴承壳体具有中心轴线、包括有连接件的第一端以及与该第一端相反的第二端。轴承心轴具有与轴承壳体的中心轴线同轴地对准的中心轴线、借助万向接头与传动轴的第二端直接连接的第一端以及联接至钻头的第二端。另外，该井下马达包括调节心轴，该调节心轴构造成调节轴承壳体的中心轴线与传动轴壳体的中心轴线之间的偏斜锐角θ。调节心轴具有与轴承壳体的中心轴线同轴地对准的中心轴线、第一端、以及与该第一端相反的第二端。调节心轴的第一端联接至传动轴壳体的第二端并且调节心轴的第二端联接至轴承壳体的第一端。在另一实施方式中，通过这样的一种用于定向钻探的井下马达解决了现有技术中的这些及其它需要。在实施方式中，该井下马达包括传动轴组件，该传动轴组件包括传动轴壳体和以可旋转的方式布置在传动轴壳体内的传动轴。传动轴壳体具有中心轴线、第一端以及该第一端相反的第二端。传动轴具有中心轴线、第一端以及与该第一端相反的第二端。另外，该井下马达包括轴承组件，该轴承组件包括轴承壳体和同轴地布置在轴承壳体内的轴承心轴。轴承壳体具有中心轴线、第一端以及该第一端相反的第二端。轴承心轴具有与传动轴的第二端枢转地联接的第一端以及联接至钻头的第二端。轴承心轴的第一端从轴承壳体延伸到传动轴壳体中。另外，该井下马达包括调节心轴，该调节心轴具有与传动轴壳体的第二端联接的第一端以及与轴承壳体的第一端联接的第二端。调节心轴相对于传动轴壳体的转动构造成调节传动轴壳体的中心轴线与轴承壳体的中心轴线之间的偏斜锐角θ。在另一实施方式中，通过这样的一种用于定向钻探的井下马达解决了现有技术中的这些及其它需要。在实施方式中，该井下马达包括传动轴组件，该传动轴组件包括传动轴壳体和以可旋转的方式布置在传动轴壳体内的传动轴。传动轴壳体具有中心轴线、第一端以及与该第一端相反的第二端。传动轴具有中心轴线、第一端、与该第一端相反的第二端、以及从传动轴的第二端轴向地延伸的接纳部。另外，该井下马达包括轴承组件，该轴承组件包括轴承壳体和以可旋转的方式布置在轴承壳体内的轴承心轴。轴承壳体具有中心轴线、第一端以及与该第一端相反的第二端。轴承心轴具有与传动轴枢转地联接的第一端以及联接至钻头的第二端。轴承心轴的第一端布置在传动轴的接纳部内。传动轴壳体的中心轴线定向成相对于轴承壳体的中心轴线成偏斜锐角θ。本文中描述的实施方式包括旨在解决与一些现有技术的装置、系统以及方法相关联的各种缺点的特征和优点的组合。上文相当广泛地概括本专利技术的特征和技术优点是为了可以更好地理解下文中的本专利技术的详细描述内容。在阅读以下详细描述内容时并且通过参照附图，上述各种特性及其它特征对于本领域技术人员而言将是明显的。本领域技术人员应当理解的是，可以容易地将所公开的概念和具体实施方式用作对用于执行本专利技术的相同目的的其它结构进行修改或设计的基础。本领域技术人员还应当认识到的是，这种等同构造并未背离如所附权利要求中阐述的本专利技术的精神和范围。附图说明为了详细地描述本公开的优选实施方式，现在将参照附图，在附图中：图1为包括有根据本文中公开的原理的井下泥浆马达的实施方式的钻井系统的示意性局部剖视图；图2为图1中的动力部段的立体局部剖视图；图3为图1中的动力部段的截面端视图；图4为图1中的泥浆马达的放大剖视图，其示出了传动轴组件、轴承组件和弯曲调节组件；图5为图4中的传动轴壳体的下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于定向钻探的井下马达，所述井下马达包括：传动轴组件，所述传动轴组件包括传动轴壳体和以可旋转的方式布置在所述传动轴壳体内的传动轴；其中，所述传动轴壳体具有中心轴线、第一端以及与该第一端相反的第二端；其中，所述传动轴具有中心轴线、第一端以及与该第一端相反的第二端；轴承组件，所述轴承组件包括轴承壳体和以可旋转的方式布置在所述轴承壳体内的轴承心轴；其中，所述轴承壳体具有中心轴线、包括有连接件的第一端、以及与该第一端相反的第二端；其中，所述轴承心轴具有与所述轴承壳体的所述中心轴线同轴地对准的中心轴线、借助万向接头与所述传动轴的所述第二端直接连接的第一端、以及联接至钻头的第二端；调节心轴，所述调节心轴构造成调节所述轴承壳体的所述中心轴线与所述传动轴壳体的所述中心轴线之间的偏斜锐角θ；其中，所述调节心轴具有与所述轴承壳体的所述中心轴线同轴地对准的中心轴线、第一端以及与该第一端相反的第二端；其中，所述调节心轴的所述第一端联接至所述传动轴壳体的所述第二端，并且所述调节心轴的所述第二端联接至所述轴承壳体的所述第一端。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.03.05 US 13/786,0761.一种用于定向钻探的井下马达，所述井下马达包括：传动轴组件，所述传动轴组件包括传动轴壳体和以可旋转的方式布置在所述传动轴壳体内的传动轴；其中，所述传动轴壳体具有中心轴线、第一端以及与该第一端相反的第二端；其中，所述传动轴具有中心轴线、第一端、与该第一端相反的第二端、以及从所述传动轴的所述第二端轴向地延伸出的接纳部；轴承组件，所述轴承组件包括轴承壳体和以可旋转的方式布置在所述轴承壳体内的轴承心轴；其中，所述轴承壳体具有中心轴线、包括有连接件的第一端、以及与该第一端相反的第二端；其中，所述轴承心轴具有与所述轴承壳体的所述中心轴线同轴地对准的中心轴线、借助万向接头与所述传动轴的所述第二端直接连接的第一端、以及联接至钻头的第二端，其中，所述轴承心轴的所述第一端布置在所述传动轴的所述接纳部内；调节心轴，所述调节心轴构造成调节所述轴承壳体的所述中心轴线与所述传动轴壳体的所述中心轴线之间的偏斜锐角θ；其中，所述调节心轴具有与所述轴承壳体的所述中心轴线同轴地对准的中心轴线、第一端以及与该第一端相反的第二端；其中，所述调节心轴的所述第一端联接至所述传动轴壳体的所述第二端，并且所述调节心轴的所述第二端联接至所述轴承壳体的所述第一端。2.根据权利要求1所述的井下马达，其中，所述轴承壳体的所述第一端的所述连接件包括带螺纹的连接件，并且其中，所述调节心轴的所述第一端能够通过螺纹联接至所述传动轴壳体的所述第二端，并且所述调节心轴的所述第二端能够通过螺纹联接至所述轴承壳体的所述第一端。3.根据权利要求2所述的井下马达，其中，所述传动轴壳体的所述第二端包括带螺纹的连接件，该带螺纹的连接件围绕定向成相对于所述传动轴壳体的所述中心轴线成锐角α的第一偏移轴线同心地布置；其中，所述调节心轴的所述第一端包括带螺纹的连接件，该带螺纹的连接件围绕定向成相对于所述调节心轴的所述中心轴线成锐角β的第二偏移轴线同心地布置。4.根据权利要求3所述的井下马达，其中，所述轴承心轴的所述第一端和所述万向接头布置在所述接纳部中。5.根据权利要求3所述的井下马达，其中，在所述轴承壳体的所述第一端与所述轴承心轴之间径向地定位有推力轴承和至少一个径向轴承，其中，所述至少一个径向轴承构造成承受径向载荷，并且所述推力轴承构造成承受轴向载荷。6.根据权利要求3所述的井下马达，其中，所述传动轴壳体的所述第二端包括带内螺纹的连接件，所述调节心轴的所述第一端包括带外螺纹的连接件，所述调节心轴的所述第二端包括带内螺纹的连接件，所述轴承壳体的所述第一端包括带外螺纹的连接件。7.根据权利要求2所述的井下马达，还包括围绕所述调节心轴和所述轴承壳体的所述第一端布置的锁定环，其中，所述锁定环构造成将所述调节心轴转动地锁定至所述传动轴壳体。8.根据权利要求7所述的井下马达，其中，所述锁定环构造成相对于所述调节心轴轴向地移动，并且所述锁定环被阻止相对于所述调节心轴转动地移动。9.根据权利要求8所述的井下马达，其中，所述锁定环具有内表面，所述内表面包括多个周向隔开的凹部；其中，所述调节心轴具有外表面，所述外表面包括多个周向隔开的凹部，其中，所述调节心轴的一个凹部与所述锁定环的一个凹部在周向上对准；并且其中，在每组对准的凹部中均设置有花键。10.根据权利要求8所述的井下马达，其中，所述锁定环具有包括多个周向隔开的齿的第一端，所述多个周向隔开的齿与所述传动轴壳体的所述第二端上的多个相配合的周向隔开的齿以可释放的方式接合和互锁。11.根据权利要求2所述的井下马达，其中，所述轴承心轴轴向地延伸到所述传动轴壳体中。12.根据权利要求2所述的井下马达，其中，所述轴承心轴完全延伸穿过所述调节心轴。13.根据权利要求2所述的井下马达，其中，所述轴承心轴是整体的单件式轴承心轴，并且所述传动轴是整体的单件式传动轴。14.根据权利要求2所述的井下马达，其中，在所述轴承心轴与所述传动轴之间仅设置有一个万向接头。15.根据权利要求2所述的井下马达，其中，所述传动轴的所述中心轴线是直线形的，并且所述轴承心轴具有直线形的中心轴线。16.根据权利要求2所述的井下马达，其中，所述轴承心轴包括轴向隔开的多个端口，并且其中，每个端口均布置成相对于所述轴承心轴的中心轴线成锐角。17.根据权利要求16所述的井下马达，还包括围绕所述轴承心轴的外表面形成的环形空间，所述环形空间具有随着轴向地朝向所述多个端口移位而减小的径向宽度。18.根据权利要求1所述的井下马达，其中，所述调节心轴的所述中心轴线与所述传动轴壳体的所述中心轴线之间的角度偏移是围绕所述轴承心轴同心地布置的。19.根据权利要求1所述的井下马达，其中，所述调节心轴的所述第一端包括具有中心轴线的带螺纹的连接件，并且其中，所述传动轴壳体的所述第二端包括具有如下中心轴线的带螺纹的连接件，该中心轴线与所述调节心轴的所述带螺纹的连接件的所述中心轴线同轴地对准并且定向成相对于所述传动轴壳体的所述中心轴线成锐角。20.根据权利要求16所述的井下马达，其中，每个端口均具有定向成相对于所述轴承心轴的所述中心轴线成45°的中心轴线。21.根据权利要求17所述的井下马达，其中，所述环形空间包括具有第一径向宽度的第一部分、具有第二径向宽度的第二部分以及具有第三径向宽度的第三部分，其中，所述第一部分从所述轴承心轴的所述第一端轴向地延伸至所述第二部分，其中，所述第三部分从径向的所述第二部分轴向地延伸至所述多个端口，其中，所述第一径向宽度大于所述第二径向宽度和所述第三径向宽度，并且其中，所述第三径向宽度小于所述第二径向宽度。22.根据权利要求8所述的井下马达，其中，所述轴承壳体的所述第一端与所述调节心轴的所述第二端的螺纹接合限制所述锁定环的轴向移动。23.一种用于定向钻探的井下马达，所述井下马达包括：传动轴组件，所述传动轴组件包括传动轴壳体和以可旋转的方式布置在所述传动轴壳体内的传动轴；其中，所述传动轴壳体具有中心轴线、第一端以及与该第一端相反的第二端；其中，所述传动轴具有中心轴线、第一端、与该第一端相反的第二端、以及从所述传动轴的所述第二端轴向地延伸出的接纳部；轴承组件，所述轴承组件包括轴承壳体和同轴地布置在所述轴承壳体内的轴承心轴；其中，所述轴承壳体具有中心轴线、第一端以及该第一端相反的第二端；其中，所述轴承心轴具有与所述传动轴的所述第二端枢转地联接的第一端以及联接至钻头的第二端，其中，所述轴承心轴的所述第一端布置在所述传动轴的所述接纳部内，其中，所述轴承心轴的所述第一端从所述轴承壳体延伸到所述传动轴壳体中；调节心轴，所述调节心轴具有与所述传动轴壳体的所述第二端联接的第一端以及与所述轴承壳体的所述第一端联接的第二端，其中，所述调节心轴相对于所述传动轴壳体的转动构造成调节所述传动轴壳体的所述中心轴线与所述轴承壳体的所述中心轴线之间的偏斜锐角θ。24.根据权利要求23所述的井下马达，其中，所述调节心轴的所述第一端能够通过螺纹联接至所述传动轴壳体的所述第二端，并且所述调节心轴的所述第二端能够通过螺纹联接至所述轴承壳体的所述第一端。25.根据权利要求24所述的井下马达，其中，所述传动轴壳体的所述第二端包括带螺纹的连接件，该带螺纹的连接件围绕定向成相对于所述传动轴壳体的所述中心轴线成锐角α的第一偏移轴线同心地布置；其中，所述调节心轴的所述第一端包括带螺纹的连接件，该带螺纹的连接件围绕定向成相对于所述调节心轴的所述中心轴线成锐角β的第二偏移轴线同心地布置。26.根据权利要求25所述的井下马达，其中，所述轴承心轴的所述第一端和万向接头布置在所述接纳部中。27.根据权利要求25所述的井下马达，其中，在所述轴承壳体的所述第一端与所述轴承心轴之间径向地定位有推力轴承和至少一个径向轴承，其中，所述至少一个径向轴承构造成承受径向载荷，并且所述推力轴承构造成承受轴向载荷。28.根据权利要求25所述的井下马达，其中，所述传动轴壳体的所述第二端包括带内螺纹的连接件，所述调节...

【专利技术属性】
技术研发人员：尼古拉斯·瑞安·马昌德，乔纳森·瑞安·普里尔，
申请(专利权)人：国民油井华高有限合伙公司，
类型：发明
国别省市：美国;US