具有径向约束的转子卡子的容积式马达制造技术

一种具有径向约束的转子卡子的容积式马达，例如泥浆马达，包括：转子、定子以及用于约束(即控制或限制)转子相对于定子的移动的一个或多个器械，其中，用于约束的器械可与转子卡子一起操作。

Volumetric motor with radial restraint of a rotor clip

The volume of a motor rotor clip with radial constraints, such as the mud motor includes a rotor, stator and for constraint (i.e. control or limit) rotor relative to one or more mobile devices, the stator which is used to constrain the instrument and rotor clip operation.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有径向约束的转子卡子的容积式马达
本文公开的实施例总体上涉及地下井孔钻井中使用的井下马达。更特别地，本文的实施例涉及使用一个或多个装置向转子提供矫正力或在泥浆马达中约束转子相对于定子的位置来提高马达效率。
技术介绍
通过将流体动力转换成机械扭矩并将此扭矩施加到钻头，井下马达组件(例如，泥浆马达)用于辅助钻井操作。钻井流体或钻井泥浆用于冷却和润滑钻头、带走钻屑，并在环形空间的壁上提供泥饼以防止井孔自身脱落或一起坍塌。图1中示出了使用泥浆马达的钻井组件的一个实例。钻井组件包括马达11，其悬挂在井中管柱上。马达11是螺杆型的，且具有容纳弹性定子17的管状壳体15。定子17是具有贯穿其长度的空腔19的固定弹性件。转子21延伸通过空腔19，且随着流体通过马达11而旋转。井下组件具有纵向轴线35，该纵向轴线35与马达11的纵向轴线重合。转子21的下端将相对于轴线35偏心地沿轨道旋转，如附图标记37所示。例如，距离轴线35的侧向偏差量可在大约3.1mm到大约6.4mm的量级(大约1/8到1/4英寸)。转子21通过转子联接件41连接到连接器轴39。转子联接件41形成刚性连接，该刚性连接使得连接器轴39的上端与转子21的下端一起地沿轨道旋转。连接器轴39的下端连接到驱动轴联接件43，该驱动轴联接件43同样是刚性联接件。驱动轴联接件43在纵向轴线35上同心地旋转。由于连接器轴39的上端沿轨道旋转的移动，连接器轴39将沿着其长度弯曲。然后，驱动轴联接件43通过驱动轴45直接地或间接地连接到钻头。操作中，马达组件将被组装且在管柱上下放到井中。一旦入位，将钻井泥浆供应到马达11，使得转子21偏心地旋转。这使得连接器轴39旋转，从而依次旋转驱动轴45和钻头(未示出)。马达11将从下端将流体释放出，流体再从那里到达钻头用于冷却钻头，且在其流动到地表时用于去除钻屑。钻井马达或泥浆马达(例如，图1中示出的)还可包括转子卡子装置，在未必发生的连接器分离或机械失效的事件中，该转子卡子装置向操作员提供将损坏的马达组件回收的能力。图2示说明了转子卡子装置30，其中，相同的附图标记表示相似的部件。转子卡子装置从转子21的顶部延伸进入顶部接头32中。顶部接头32和定子15可包括螺纹部分34以连接这两个构件。顶部接头32还包括肩部36。转子卡子装置30的顶端的外径大于肩部36的内径。如果外部结构体(例如，转子连接头)的任何部件在顶部接头之下损坏，马达卡子30的大的端部将悬挂在肩部36上，这进而允许转子和马达的剩余部分被拉出井孔。
技术实现思路
在一个方面，本文公开的实施例涉及一种泥浆马达组件，包括：顶部接头，其包括邻近于所述顶部接头的远端的肩部，所述肩部具有第一内径；动力部分，其包括螺杆式马达，所述螺杆式马达包括定子和转子，所述转子配置成当钻井流体通过所述马达时能偏心地旋转，所述定子和转子均具有近端和远端，其中，所述动力部分的近端联接到所述顶部接头的远端；转子卡子，其包括具有近端和远端的轴，且通过偏心转子运动的传动而偏心地旋转；其中，所述轴的远端直接地或间接地联接到所述转子的近端；其中，所述轴从所述转子卡子的远端延伸经过肩部并进入所述顶部接头一段距离，其中，至少所述轴的延伸经过肩部的部分具有小于所述肩部的所述第一内径的外径；其中，所述轴的近端具有大于所述第一内径的有效外径和/或联接到转子卡子组件，所述转子卡子组件包括一个或多个构件，所述一个或多个构件具有大于所述第一内径的有效外径；至少一个器械，其布置在转子卡子的轴的近端与远端之间，所述至少一个器械配置成能约束转子卡子的轴的径向移动和/或切向移动且能通过所述轴的传动约束所述转子的径向移动和/或切向移动。在另一个方面，本文公开的实施例涉及一种钻井组件，包括：泥浆马达组件，其包括顶部接头和动力部分；所述顶部接头包括邻近于所述顶部接头的远端的肩部，所述肩部具有第一内径；所述动力部分包括螺杆式马达，所述螺杆式马达包括定子和转子，所述转子配置成当钻井流体通过所述马达时能偏心地旋转，所述定子和转子均具有近端和远端，其中，所述定子的近端联接到所述顶部接头的远端；转子卡子，其包括具有近端和远端的轴，且通过偏心转子运动的传动而偏心地旋转；其中，所述轴的远端直接地或间接地联接到所述转子的近端；其中，所述轴从所述转子卡子的远端延伸经过肩部并进入所述顶部接头一段距离，其中，至少所述轴的延伸经过肩部的部分具有小于所述肩部的所述第一内径的外径；其中，所述轴的近端具有大于所述第一内径的有效外径和/或联接到转子卡子组件，所述转子卡子组件包括一个或多个构件，所述一个或多个构件具有大于所述第一内径的有效外径；至少一个器械，其布置在转子卡子的轴的近端与远端之间，所述至少一个器械配置成能约束转子卡子的轴的径向移动和/或切向移动且能通过所述轴的传动约束所述转子的径向移动和/或切向移动；马达输出轴，其直接地或间接地联接到所述转子的远端；以及钻头，其直接地或间接地联接到所述马达输出轴的远端。在又一个方面，本文公开的实施例涉及一种穿入地下地层钻出井眼的方法，所述方法包括：使钻井流体通过根据本文公开的实施例的泥浆马达组件或钻井组件，以及使用直接地或间接地联接到转子的钻头对地层钻井。通过下文的说明书和所附权利要求书，其它方面和优点将是显而易见的。附图说明图1说明了现有技术的泥浆马达。图2说明了与泥浆马达一起使用的马达卡子。图3是根据本文公开的实施例的泥浆马达组件的简化示意图。图4是根据本文公开的实施例的泥浆马达组件的简化示意图。图5是根据本文公开的实施例的泥浆马达组件的简化示意图。图6是根据本文公开的实施例的泥浆马达组件的简化示意图。图7-9说明了用于根据本文公开的实施例的泥浆马达组件中的约束器械。图10说明了可用于根据本文公开的实施例的泥浆马达中的非同心内衬的剖视图。图11A示出了根据本文公开的实施例的泥浆马达组件的第一实施例的截面图，该泥浆马达组件具有用于控制转子卡子轴的路径和旋转的旋进器械。图11B示出了通过安装有图11A的器械的泥浆马达组件的部分的纵向截面图。图12说明了泥浆马达组件/钻井组件，其具有用于控制转子相对于定子、与转子的远端和转子卡子的远端均关联的路径和旋转。图13是根据本文公开的实施例的泥浆马达组件的简化示意图。图14-16说明了根据本文公开的实施例的在泥浆马达中有用的转子和定子。具体实施方式已发现，在操作期间施加在转子上的力可沿着马达的长度产生流动缝隙(损失压差驱动力)。这些由于定子/转子对的不当密封而产生的流动缝隙可减少旋转速度且限制形成的扭矩。操作期间施加在转子上的力包括那些由于从入口端到出口端跨过马达的压差而产生的力。压差可导致俯仰力矩。还存在施加在钻柱上的向下的力，通常称为“推力”或“钻压”，其中，这个力必然通过转子-驱动轴-钻头联接件传送。驱动轴联接件的轨道-轴向关系还可导致被施加到转子上的角向力和/或径向力。转子的旋转还导致切向的力。这些力中的每一种都可对其中转子与定子相互作用的方式产生影响，例如压缩力沿着最终的空腔的边缘产生密封、随着转子的旋转在转子与定子之间产生滑动、拖曳或摩擦力。最终，流动缝隙可沿着马达的长度形成，从而会减小马达的效率。此外，这些力的影响在马达的邻近入口端与出口端处可能不同。已经发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种泥浆马达组件，包括：顶部接头，其包括邻近于所述顶部接头的远端的肩部，所述肩部具有第一内径；动力部分，其包括螺杆式马达，所述螺杆式马达包括定子和转子，所述转子配置成当钻井流体通过所述马达时能偏心地旋转，所述定子和转子均具有近端和远端，其中，所述动力部分的近端联接到所述顶部接头的远端；转子卡子，其包括具有近端和远端的轴，且通过偏心转子运动的传动而偏心地旋转；其中，所述轴的远端直接地或间接地联接到所述转子的近端；其中，所述轴从所述转子卡子的远端延伸经过肩部并进入所述顶部接头一段距离，其中，至少所述轴的延伸经过肩部的部分具有小于所述肩部的所述第一内径的外径；其中，所述轴的近端具有大于所述第一内径的有效外径和/或联接到转子卡子组件，所述转子卡子组件包括一个或多个构件，所述一个或多个构件具有大于所述第一内径的有效外径；至少一个器械，其布置在转子卡子的轴的近端与远端之间，所述至少一个器械配置成能约束转子卡子的轴的径向移动和/或切向移动且能通过所述轴的传动约束所述转子的径向移动和/或切向移动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.11.18 US 61/561,704;2012.05.24 US 61/651,3131.一种泥浆马达组件，包括：顶部接头，其包括邻近于所述顶部接头的远端的肩部，所述肩部具有第一内径；动力部分，其包括螺杆式马达，所述螺杆式马达包括定子和转子，所述转子配置成当钻井流体通过所述马达时能偏心地旋转，所述定子和转子均具有近端和远端，其中，所述动力部分的近端联接到所述顶部接头的远端；转子卡子，其包括具有近端和远端的轴，且通过偏心转子运动的传动而偏心地旋转；其中，所述轴的远端直接地或间接地联接到所述转子的近端；其中，所述轴从所述转子卡子的远端延伸经过肩部并进入所述顶部接头一段距离，其中，至少所述轴的延伸经过肩部的部分具有小于所述肩部的所述第一内径的外径；其中，所述轴的近端具有大于所述第一内径的有效外径和/或联接到转子卡子组件，所述转子卡子组件包括一个或多个构件，所述一个或多个构件具有大于所述第一内径的有效外径；至少一个器械，其布置在转子卡子的轴的近端与远端之间，所述至少一个器械配置成能约束转子卡子的轴的径向移动和/或切向移动且能通过所述轴的传动约束所述转子的径向移动和/或切向移动。2.一种钻井组件，包括：泥浆马达组件，其包括顶部接头和动力部分；所述顶部接头包括邻近于所述顶部接头的远端的肩部，所述肩部具有第一内径；所述动力部分包括螺杆式马达，所述螺杆式马达包括定子和转子，所述转子配置成当钻井流体通过所述马达时能偏心地旋转，所述定子和转子均具有近端和远端，其中，所述定子的近端联接到所述顶部接头的远端；转子卡子，其包括具有近端和远端的轴，且通过偏心转子运动的传动而偏心地旋转；其中，所述轴的远端直接地或间接地联接到所述转子的近端；其中，所述轴从所述转子卡子的远端延伸经过肩部并进入所述顶部接头一段距离，其中，至少所述轴的延伸经过肩部的部分具有小于所述肩部的所述第一内径的外径；其中，所述轴的近端具有大于所述第一内径的有效外径和/或联接到转子卡子组件，所述转子卡子组件包括一个或多个构件，所述一个或多个构件具有大于所述第一内径的有效外径；至少一个器械，其布置在转子卡子的轴的近端与远端之间，所述至少一个器械配置成能约束转子卡子的轴的径向移动和/或切向移动且能通过所述轴的传动约束所述转子的径向移动和/或切向移动；马达输出轴，其直接地或间接地联接到所述转子的远端；以及钻头，其直接地或间接地联接到所述马达输出轴的远端。3.根据权利要求1或2所述的组件，其中，所述至少一个器械布置在所述肩部与所述轴的远端之间。4.根据权利要求1或2所述的组件，其中，所述至少一个器械邻近于所述肩部布置。5.根据权利要求1或2所述的组件，其中，所述转子卡子组件包括所述至少一个器械。6.根据权利要求1或2所述的组件，其中，所述至少一个器械与所述顶部接头的内部表面和所述动力部分的内部表面中的至少一个一起操作。7.根据权利要求1或2所述的组件，其中，所述至少一个器械的操作区域与所述转子/定子对的操作区域是同心的。8.根据权利要求1或2所述的组件，其中，所述至少一个器械约束所述转子相对于所述定子的轨道路径。9.根据权利要求1或2所述的组件，其中，所述至少一个器械确定所述转子相对于所述定子的轨道路径。10.根据权利要求1或2所述的组件，其中，所述至少一个器械将所述转子的几何中心的移动限制在预定的路径上。11.根据权利要求1或2所述的组件，其中，所述定子的表面由柔性材料制成以允许在所述转子与所述定子的接触表面之间形成密封，且所述至少一个器械将所述柔性材料的偏移或压缩限制成小于0.64mm。12.根据权利要求1或2所述的组件，其中，所述定子包括由第一刚性材料形成的接触表面。13.根据权利要求12所述的组件，其中，所述第一刚性材料包括金属、复合材料、陶瓷、硬塑料、以及PCD中的至少一种。14.根据权利要求12所述的组件，其中，所述定子具有包括峰部分和谷部分的型廓，所述峰部分包括第一刚性材料，所述谷部分包括弹性材料。15.根据权利要求12所述的组件，其中，所述定子具有包括弹性材料的层和包括第一刚性材料的接触表面层。16.根据权利要求12所述的组件，其中，所述定子包括由第二刚性材料形成的接触表面，所述第二刚性材料与第一刚性材料是相同的或是不同的。17.根据权利要求16所述的组件，其中，所述第二刚性材料包括金属、复合材料、陶瓷、硬塑料、以及PCD中的至少一种。18.根据权利要求16或17所述的组件，其中，所述转...

【专利技术属性】
技术研发人员：W·默里，L·D·安德伍德，P·T·卡里沃，B·P·贾维斯，N·威尔科克斯，B·威廉姆斯，G·唐顿，L·李，O·春，D·阿尔瓦拉多，M·普什卡廖夫，G·通奇，A·普洛普，
申请(专利权)人：史密斯国际有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US