一种气驱液动气体螺杆钻具马达总成的配气装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种气驱液动气体螺杆钻具马达总成的配气装置，包括马达总成套筒、涡轮叶片、凸轮连轴、配气盘、密封盖机构、凸轮机构、轴承机构、气门机构、O型密封圈、进气口A、进气口B、进气道A、进气道B、环形空间、排气道A、排气道B、排气口A、排气口B、气体流道、液体流道、气缸。本发明专利技术使气体能够可控地进出气缸腔体来提供动力，并克服了因进气和排气不协调而导致的工具失效；通过增大进气流道和出气流道的横截面积减少钻具的压降，保证通过螺杆后的高压气体有足够的压力送入井底携岩循环；两组进气和出气通道使气体交替驱动气缸活塞，螺杆平稳输出扭矩，解决了气体钻水平井、定向井和大位移井的持续、稳定井下动力问题。

Gas distribution device of gas drive hydraulic gas screw drilling tool motor assembly

The invention discloses a gas distribution device of gas drive hydraulic gas screw motor assembly, including motor assembly sleeve, turbine blade, cam shaft, valve plate, a sealing mechanism and a cam mechanism, bearing mechanism, valve mechanism, O ring, A, B, air inlet, A inlet B inlet, annular space, exhaust and exhaust of A B, A B, exhaust vent, gas flow, liquid flow, cylinder. The invention can be controlled to import gas cylinder cavity to provide power, and overcomes the defects caused by the intake and exhaust coordination tool failure; reduce the drilling pressure drop through the cross-sectional area of inlet channel and outlet air channel, to ensure the high pressure gas screw after sufficient pressure into the bottom rock carrying cycle; two the gas inlet and outlet channel group alternate drive cylinder piston, screw stable output torque, solve the gas drilling horizontal wells, directional wells and large displacement well sustained and stable downhole problems.

【技术实现步骤摘要】
一种气驱液动气体螺杆钻具马达总成的配气装置
本专利技术涉及钻井设备
，具体来说是一种用在气体钻井中的气驱液动气体螺杆钻具马达总成上的配气装置。
技术介绍
气体钻井是欠平衡钻井技术的一种，主要是采用空气、氮气、天然气或柴油机尾气等作为循环介质的钻井技术。目前，气体钻井技术已被世界公认为一种有效缩短钻井时间、降低钻井成本、解放油气层的实用技术，已成为油气田高效开发的重要手段。气体螺杆钻具是气体钻井必不可少的工具，但是由于气体是可压缩性介质，使得常规气体螺杆钻具马达总成转子在钻井过程中输出扭矩值低且扭矩不稳定，造成钻具憋停和释放后高速转动，出现“飞车”等现象，导致现有气体钻井螺杆钻具性能差、寿命低，不能稳定可靠、高效安全地进行气体钻井定向钻进。申请人在先申请过公开号为105443035A的中国专利文献《一种可遥控调速的气驱液动气体钻井螺杆钻具》，以及公开号为105484665A的中国专利文献《一种气驱液自循环的气体螺杆钻具》，两份专利公布的方案主要包括从上至下依次连接的马达总成、万向轴总成和传动轴总成；气体钻井时，利用地面注入的高压气体推动活塞高速往复运动，驱动螺杆内部不可压缩液体实现自循环运动，将压力能转化为机械能，使液体推动转子转动，通过万向轴和传动轴输出平稳和足够大的扭矩给钻头，从而实现气体钻井定向钻进作业。具有平稳输出扭矩、延长钻具使用寿命的效能。在上述已公开专利技术工作原理基础上，本专利技术设计了一种用于气驱液动气体螺杆钻具马达总成的“井下配气装置”，使地面高压气体能够在配气装置形成的内流道，通过凸轮和气门组的控制，可控地进入和排出气缸腔体，为气驱液动气体螺杆钻具气缸活塞运动提供动力，从而实现气体钻井提速及定向钻井作业。
技术实现思路
本专利技术旨在对现有技术进一步完善和优化，提供一种气驱液动气体螺杆钻具马达总成的配气装置，将地面高压气体通过可控地进气通道送入气缸做功，为气驱液动气体螺杆钻具气缸活塞运动提供动力，并且通过排气通道可控地将做功完成后的气体从气缸排入气体流道、进入下部钻具内流道及钻头水眼，克服了因进气和排气不协调而导致的工具失效。本专利技术配气装置的进气流道和出气流道的横截面积大，减少了钻井过程中的压降，保证通过螺杆后的高压气体有足够的压力送入井底携岩作业。本专利技术的配气装置具有两组进气和出气流道，使气体交替驱动气缸活塞，克服了气缸活塞做功不连续的难题，有效解决了气体钻水平井、定向井和大位移井的持续、稳定井下动力问题。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种气驱液动气体螺杆钻具马达总成的配气装置，其特征在于，包括马达总成套筒、涡轮叶片、凸轮连轴、配气盘、密封盖机构、凸轮机构、轴承机构、气门机构、O型密封圈、进气口A、进气口B、进气道A、进气道B、环形空间、排气道A、排气道B、排气口A、排气口B、气体流道、液体流道、气缸；所述密封盖机构由顶盖、环盖A、环盖B、环盖C、环盖D组成；凸轮机构由进气控制凸轮A、进气控制凸轮B、排气控制凸轮A、排气控制凸轮B组成；轴承机构由轴承组A、轴承组B、轴承组C、轴承组D组成；气门机构由排气气门组A、排气气门组B、进气气门组A、进气气门组B组成；所述气缸包括气缸腔体A、气缸腔体B、气缸活塞；所述配气盘上端与马达总成套筒通过锥螺纹连接，配气盘上端以下部分与马达总成套筒形成环形空间；所述环盖A、环盖B、环盖C和环盖D从上至下依次固定连接在配气盘内部，环盖D下端连接气缸；所述气缸中设有气缸腔体A、气缸腔体B，两个气缸活塞分别安装于气缸腔体A和气缸腔体B内；所述环盖A上方安装有顶盖，所述顶盖、环盖A、环盖B、环盖C均设有沉孔，沉孔中部设有贯穿的通孔；所述凸轮连轴贯穿顶盖、环盖A、环盖B、环盖C和环盖D并连接至气缸上部，与顶盖、环盖A、环盖B、环盖C和环盖D的连接处分别采用轴承组A、轴承组B、轴承组C、轴承组D连接，凸轮连轴顶端设有涡轮叶片；所述进气控制凸轮A、进气控制凸轮B、排气控制凸轮A、排气控制凸轮B从上到下分别在顶盖、环盖A、环盖B、环盖C的沉孔中，并安装在凸轮连轴上；所述环盖A、环盖B、环盖C和环盖D侧面均设有斜向下的贯穿孔，其中，环盖A和环盖B的贯穿孔侧面分别设有进气口A和进气口B，环盖A和环盖B的贯穿孔内分别安装有进气气门组A、进气气门组B，进气气门组A、进气气门组B的上部分别与进气控制凸轮A、进气控制凸轮B下部接触；环盖C和环盖D的贯穿孔侧面分别设有排气口B和排气口A，环盖C和环盖D的贯穿孔内分别安装有排气气门组B、排气气门组A，排气气门组A、排气气门组B的上部分别与排气控制凸轮A、排气控制凸轮B下部接触；所述配气盘外壁上设有四个相互轴对称的凸棱，其中两个凸棱相距较窄，凸棱于马达总成套筒内边接触并抵紧密封，将环形空间分成四部分弧形空间，这四部分弧形空间中，相对称的较窄两部分分别与排气口A和排气口B联通，作为气体流道，另外较宽的对称两部分作为液体流道；进气气门组A到气缸腔体A之间由进气气门组A、环盖A、环盖B、环盖C和环盖D密封的空间形成的流道为进气道A；进气气门组B到气缸腔体B之间由进气气门组B、环盖B、环盖C和环盖D密封的空间形成的流道为进气道B；排气气门组A到气缸腔体A之间由排气气门组A和环盖D密封的空间形成的流道为排气道A；排气气门组B到气缸腔体B之间由排气气门组B、环盖C、环盖D密封形成的空间为排气道B。进一步的，所述凸轮机构均设有键槽，进气控制凸轮A和排气控制凸轮B上的键槽位置相同，进气控制凸轮B和排气控制凸轮A上有的键槽位置相同并与进气控制凸轮A和排气控制凸轮B上的键槽保持90°的夹角；所述的凸轮连轴上设有凸型平键，与进气控制凸轮A、进气控制凸轮B、排气控制凸轮A和排气控制凸轮B上的键槽配合；凸轮机构面上设有起伏形状区域，分别是凸起面和凹陷面，凸起面称为凸轮配气开启段，凹陷面称为凸轮配气关闭段，凸轮配气开启段和凸轮配气关闭段都与凸轮轴线夹角为60°，凸轮机构的凸轮配气开启段和凸轮配气关闭段方向相对应，即相邻两凸轮的凸轮配气开启段和凸轮配气关闭段均在同一垂线上；键槽配合的作用是保证凸轮连轴动力传输稳定、避免失效；不同方位键槽的效果时：当进气控制凸轮A和排气控制凸轮B同时开启时，凸轮面起伏形状带动进气气门组A和排气气门组B开启，并同时通过进气控制凸轮B和排气控制凸轮A的凸轮面起伏形状带动进气气门组B和排气气门组A关闭；当进气控制凸轮B和排气控制凸轮A同时开启时，凸轮面起伏形状带动进气气门组B和排气气门组A开启，并同时通过进气控制凸轮A和排气控制凸轮B的凸轮面起伏形状带动进气气门组A和排气气门组B关闭；实现气缸腔体A进气时气缸腔体B出气，或气缸腔体B进气时气缸腔体A出气。进一步的，所述的进气气门组A、进气气门组B和排气气门组A、排气气门组B均由气门盖、气门弹簧、气门、气门弹簧座组成，安装后与凸轮连轴轴向方向夹角为30°；进气气门组A、进气气门组B和排气气门组A、排气气门组B的气门盖顶与各自对应的进气控制凸轮A、进气控制凸轮B、排气控制凸轮A、排气控制凸轮B的底面实现面接触。进一步的，所述的轴承组A、轴承组B、轴承组C和轴承组D与各自对应的环盖机构之间和凸轮连轴的接触方式都是过盈接触，轴承机构起到刚性支撑和同轴旋转作用；顶盖、环盖A、环盖B、环盖本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气驱液动气体螺杆钻具马达总成的配气装置，其特征在于，包括马达总成套筒(1)、涡轮叶片(2)、凸轮连轴(3)、配气盘(4)、密封盖机构、凸轮机构、轴承机构、气门机构、O型密封圈(7)、进气口A(29)、进气口B(37)、进气道A(31)、进气道B(32)、环形空间(33)、排气道A(23)、排气道B(20)、排气口A(35)、排气口B(15)、气体流道(36)、液体流道(34)、气缸；所述密封盖机构由顶盖(5)、环盖A(9)、环盖B(12)、环盖C(17)、环盖D(22)组成；凸轮机构由进气控制凸轮A(6)、进气控制凸轮B(10)、排气控制凸轮A(18)、排气控制凸轮B(13)组成；轴承机构由轴承组A(8)、轴承组B(11)、轴承组C(16)、轴承组D(21)组成；气门机构由排气气门组A(19)、排气气门组B(14)、进气气门组A(28)、进气气门组B(30)组成；所述气缸包括气缸腔体A(26)、气缸腔体B(25)、气缸活塞(27)；所述配气盘(4)上端与马达总成套筒(1)通过锥螺纹连接，配气盘(4)上端以下部分与马达总成套筒(1)形成环形空间(33)；所述环盖A(9)、环盖B(12)、环盖C(17)和环盖D(22)从上至下依次固定连接在配气盘(4)内部，环盖D(22)下端连接气缸；所述气缸中设有气缸腔体A(26)、气缸腔体B(25)，两个气缸活塞(27)分别安装于气缸腔体A(26)和气缸腔体B(25)内；所述环盖A(9)上方安装有顶盖(5)，所述顶盖(5)、环盖A(9)、环盖B(12)、环盖C(17)均设有沉孔，沉孔中部设有贯穿的通孔；所述凸轮连轴(3)贯穿顶盖(5)、环盖A(9)、环盖B(12)、环盖C(17)和环盖D(22)并连接至气缸上部，与顶盖(5)、环盖A(9)、环盖B(12)、环盖C(17)和环盖D(22)的连接处分别采用轴承组A(8)、轴承组B(11)、轴承组C(16)、轴承组D(21)连接，凸轮连轴(3)顶端设有涡轮叶片(2)；所述进气控制凸轮A(6)、进气控制凸轮B(10)、排气控制凸轮A(18)、排气控制凸轮B(13)从上到下分别在顶盖(5)、环盖A(9)、环盖B(12)、环盖C(17)的沉孔中，并安装在凸轮连轴(3)上；所述环盖A(9)、环盖B(12)、环盖C(17)和环盖D(22)侧面均设有斜向下的贯穿孔，其中，环盖A(9)和环盖B(12)的贯穿孔侧面分别设有进气口A(29)和进气口B(37)，环盖A(9)和环盖B(12)的贯穿孔内分别安装有进气气门组A(28)、进气气门组B(30)，进气气门组A(28)、进气气门组B(30)的上部分别与进气控制凸轮A(6)、进气控制凸轮B(10)下部接触；环盖C(17)和环盖D(22)的贯穿孔侧面分别设有排气口B(15)和排气口A(35)，环盖C(17)和环盖D(22)的贯穿孔内分别安装有排气气门组B(14)、排气气门组A(19)，排气气门组A(19)、排气气门组B(14)的上部分别与排气控制凸轮A(18)、排气控制凸轮B(13)下部接触；所述配气盘(4)外壁上设有四个相互轴对称的凸棱(24)，其中两个凸棱(24)相距较窄，凸棱(24)于马达总成套筒(1)内边接触并抵紧密封，将环形空间分成四部分弧形空间，这四部分弧形空间中，相对称的较窄两部分分别与排气口A(35)和排气口B(15)联通，作为气体流道(36)，另外较宽的对称两部分作为液体流道(34)；进气气门组A(28)到气缸腔体A(26)之间由进气气门组A(28)、环盖A(9)、环盖B(12)、环盖C(17)和环盖D(22)密封的空间形成的流道为进气道A(31)；进气气门组B(30)到气缸腔体B(25)之间由进气气门组B(30)、环盖B(12)、环盖C(17)和环盖D(22)密封的空间形成的流道为进气道B(32)；排气气门组A(19)到气缸腔体A(26)之间由排气气门组A(19)和环盖D(22)密封的空间形成的流道为排气道A(23)；排气气门组B(14)到气缸腔体B(25)之间由排气气门组B(14)、环盖C(17)、环盖D(22)密封形成的空间为排气道B(20)。...

【技术特征摘要】
1.一种气驱液动气体螺杆钻具马达总成的配气装置，其特征在于，包括马达总成套筒(1)、涡轮叶片(2)、凸轮连轴(3)、配气盘(4)、密封盖机构、凸轮机构、轴承机构、气门机构、O型密封圈(7)、进气口A(29)、进气口B(37)、进气道A(31)、进气道B(32)、环形空间(33)、排气道A(23)、排气道B(20)、排气口A(35)、排气口B(15)、气体流道(36)、液体流道(34)、气缸；所述密封盖机构由顶盖(5)、环盖A(9)、环盖B(12)、环盖C(17)、环盖D(22)组成；凸轮机构由进气控制凸轮A(6)、进气控制凸轮B(10)、排气控制凸轮A(18)、排气控制凸轮B(13)组成；轴承机构由轴承组A(8)、轴承组B(11)、轴承组C(16)、轴承组D(21)组成；气门机构由排气气门组A(19)、排气气门组B(14)、进气气门组A(28)、进气气门组B(30)组成；所述气缸包括气缸腔体A(26)、气缸腔体B(25)、气缸活塞(27)；所述配气盘(4)上端与马达总成套筒(1)通过锥螺纹连接，配气盘(4)上端以下部分与马达总成套筒(1)形成环形空间(33)；所述环盖A(9)、环盖B(12)、环盖C(17)和环盖D(22)从上至下依次固定连接在配气盘(4)内部，环盖D(22)下端连接气缸；所述气缸中设有气缸腔体A(26)、气缸腔体B(25)，两个气缸活塞(27)分别安装于气缸腔体A(26)和气缸腔体B(25)内；所述环盖A(9)上方安装有顶盖(5)，所述顶盖(5)、环盖A(9)、环盖B(12)、环盖C(17)均设有沉孔，沉孔中部设有贯穿的通孔；所述凸轮连轴(3)贯穿顶盖(5)、环盖A(9)、环盖B(12)、环盖C(17)和环盖D(22)并连接至气缸上部，与顶盖(5)、环盖A(9)、环盖B(12)、环盖C(17)和环盖D(22)的连接处分别采用轴承组A(8)、轴承组B(11)、轴承组C(16)、轴承组D(21)连接，凸轮连轴(3)顶端设有涡轮叶片(2)；所述进气控制凸轮A(6)、进气控制凸轮B(10)、排气控制凸轮A(18)、排气控制凸轮B(13)从上到下分别在顶盖(5)、环盖A(9)、环盖B(12)、环盖C(17)的沉孔中，并安装在凸轮连轴(3)上；所述环盖A(9)、环盖B(12)、环盖C(17)和环盖D(22)侧面均设有斜向下的贯穿孔，其中，环盖A(9)和环盖B(12)的贯穿孔侧面分别设有进气口A(29)和进气口B(37)，环盖A(9)和环盖B(12)的贯穿孔内分别安装有进气气门组A(28)、进气气门组B(30)，进气气门组A(28)、进气气门组B(30)的上部分别与进气控制凸轮A(6)、进气控制凸轮B(10)下部接触；环盖C(17)和环盖D(22)的贯穿孔侧面分别设有排气口B(15)和排气口A(35)，环盖C(17)和环盖D(22)的贯穿孔内分别安装有排气气门组B(14)、排气气门组A(19)，排气气门组A(19)、排气气门组B(14)的上部分别与排气控制凸轮A(18)、排气控制凸轮B(13)下部接触；所述配气盘(4)外壁上设有四个相互轴对称的凸棱(24)，其中两个凸棱(24)相距较窄，凸棱(24)于马达总成套筒(1)内边接触并抵紧密封，将环形空间分成四部分弧形空间，这四部分弧形空间中，相对称的较窄两部分分别与排气口A(35)和排气口B(15)联通，作为气体流道(36)，另外较宽的对称两部分作为液体流道(34)；进气气门组A(28)到气缸腔...

【专利技术属性】
技术研发人员：林铁军，何勇，练章华，张强，张颖，于浩，许定江，刘洋，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川,51