恒压式旋转振击螺杆马达制造技术

本发明专利技术公开了一种恒压式旋转振击螺杆马达，其包括外壳体以及其内安装的旋转机构，其中：旋转机构包括自上而下依次连接的容积式动力总成、传动轴以及定阀，定阀外壁中部与外壳体之间形成环空B且其环空内安装有能够绕定阀相对旋转的动阀；恒压式旋转振击马达安装在底部钻具组合与钻头之间，既符合常规“PDC+马达”复合钻井工艺技术要求，又能消除轴向振动，保持钻头的钻压恒定，有利于保护PDC钻头，延长钻头使用寿命；并且还能为PDC钻头破岩提供旋转振击能量，克服了深井、超深井钻井过程中轴向振动对PDC钻头的损坏，及破岩能量不足等问题，在满足防斜打直技术要求的基础上，进一步提高了钻井速度。

Constant pressure rotary vibrating screw motor

The invention discloses a constant pressure rotary vibrating screw motor, which includes a shell body and a rotating mechanism installed in it. The rotating mechanism includes a volumetric power assembly, a transmission shaft and a fixed valve connected from top to bottom, and a annular B between the middle of the outer wall of the fixed valve and the outer shell, and the inner ring is installed in the annular space. The constant pressure rotary vibratory motor is installed between the bottom drill assembly and the drill bit, which not only meets the requirements of the conventional \PDC+ motor\ compound drilling technology, but also eliminates the axial vibration, keeps the drill pressure constant, is beneficial to the protection of the PDC bit and the long drill life; and it can also be used for the PDC drill. The spun rock provides the rotational vibration energy, and overcomes the problems of the damage of the axial vibration to the PDC bit in the deep well and the ultra deep well drilling, and the insufficient energy of the rock breaking. On the basis of meeting the requirements of the anti slanting and straightening technology, the drilling speed is further improved.

【技术实现步骤摘要】
恒压式旋转振击螺杆马达
本专利技术属于石油天然气钻井、煤层气钻井、地质勘探、矿山钻探等行业井下作业设备领域，具体涉及一种恒压式旋转振击马达。
技术介绍
随着浅部油气藏的开发殆尽，深井、超深井的数量逐年增加，但随着井深的增加，岩层更加坚硬难以破碎，严重影响了机械钻速的提高，钻速的降低已经成为制约我国深层油气藏高效开发的技术瓶颈，而现有常规破岩钻井技术不能满足提速提效的工艺要求，国外对于先进提速技术保密垄断，限制了国内技术的发展。“PDC+马达”复合钻井工艺技术既能发挥PDC钻头高效切削的优势，又能进行复合钻进，防斜打直效果较好，还能降低地面机泵的能耗，因此在深井、超深井的钻探过程中得到了广泛应用，但为了防止井斜只能采用小钻压的钻井方式，而钻压是影响钻速的关键因素，对于常规“PDC+马达”工艺，钻压较小虽然有利于确保井身质量，有利于防斜打直，但在一定程度上是以牺牲钻速为代价的，现场实践证明，适当增大钻压能够大幅提高钻井速度，但容易造成井斜角过大，影响井身质量，并且导致井底钻头发生轴向振动，使得施加在钻头上的钻压不稳定，损坏钻头切削齿，减小钻头使用寿命，降低机械钻速，国内外相关研究结果表明，轴向减振工具越靠近钻头，减振效果越好，而现有螺杆马达不具备减振功能，如果将现有常规减振工具安装在螺杆马达的上部，就延长了减振工具到钻头的距离，从而降低了减振效果，并且目前未见到减振工具安装在马达与钻头之间的应用实例；现场实践证明，旋转振击效应能够有效提高PDC钻头的切削能量，防止粘滑振动的影响，保护钻头，对于提高钻速具有积极作用，国内外也提出了相关扭力冲击工具的专利（CN201520767504.6、CN201410514618.X、CN201310726252.8、CN201410306930.X、CN201310586179.9、CN201010511421.2、CN200910058083.9、CN201310698227.3、CN201420040141.1），但是现有扭力冲击工具结构复杂，零部件较多，体积较大，且扭力冲击工具需要在较大钻压条件下才能发挥功效，而钻压大时，不仅会造成井眼发生偏斜，影响井身质量，还会产生轴向振动，如果减小钻压，确保了井身质量，但又不能发挥扭力冲击工具的功效，目前国内外也未见到扭力冲击工具与马达配合使用的应用实例，由此可见，如果将常规扭力冲击工具与马达简单的连接起来，不仅影响“PDC+马达”工艺的提速效果，还可能引起马达内部结构的损坏；并且国内外现有马达只具有利用钻井液能量驱动钻头旋转的简单功能，不同时具备轴向减振或旋转振击的功能，因此急需设计研发一种既具有减振功能，且减振器尽可能靠近钻头，还能够产生旋转振击效应，在发挥PDC钻头技术优势的同时还能保护钻头，还要结构简单，性能可靠，维护操作方便的恒压式旋转振击螺杆马达，这对于发挥“PDC+马达”钻井工艺技术优势，进一步提高钻井破岩的效率，提升我国深层油气藏高效开发的钻井工艺技术水平，增强国际竞争力具有重要的经济价值和社会价值。
技术实现思路
为了进一步提高深井、超深井的钻井速度，在现有技术装备的基础上，既要充分发挥“PDC+马达”复合钻井工艺的提速优势，又要兼顾防斜打直效果，提高井眼质量的控制能力，还要降低钻井综合成本，缩短施工作业周期，满足深层油气藏高效开发钻井的工艺要求，打破国外在深井、超深井提高钻速方面的技术垄断。本专利技术的目的就是为石油天然气钻井、煤层气钻井、地质勘探、矿山钻探等的现场提供一种具有减振或旋转振击功能的恒压式旋转振击马达。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种恒压式旋转振击螺杆马达，包括外壳体以及其内安装的旋转机构，其中：所述旋转机构包括自上而下依次连接的容积式动力总成、传动轴以及定阀；所述传动轴为中空管状且其与外壳体之间形成环空A，所述定阀上端与传动轴下端传动连接，且定阀外壁上下两端与外壳体之间形成密封配合，所述传动轴壁上设有将环空环空A与其内腔连通的旁通孔；所述定阀外壁中部与外壳体之间形成环空B且其环空内安装有能够绕定阀相对旋转的动阀；所述定阀外壁中部对称设有两条轴向的导向块且将环空B间隔为对称布置的两个半腔，所述导向块与外壳体之间形成密封配合；所述动阀包括分别位于所述两半腔中的滑块，每个滑块分别将对应的半腔分为腔室A和腔室C且每个滑块的中央开槽并与外壳体、定阀包围构成腔室B；所述定阀的内腔中央通过安全阀分割为上下两腔，且上腔侧壁设有多个高压孔、下腔侧壁设有多个低压孔，所述高压孔与腔室B对应连通，所述低压孔与腔室A和腔室C对应连通；所述定阀外壁上开设有两条槽型通道，用于分别连通腔室A与腔室B、腔室B与腔室C；当所述动阀绕定阀转动时，所述滑块上部能够交替打开槽型通道而将腔室A与腔室B、腔室B与腔室C分别连通，同时所述滑块下部能够将腔室A与腔室C交替连通低压孔。进一步的，所述容积式动力总成与传动轴之间安装联轴器。进一步的，所述传动轴与定阀之间安装弹簧，传动轴与定阀构成花键配合。进一步的，所述传动轴下部设有花键，传动轴通过花键与定阀内壁构成花键配合。进一步的，所述定阀外壁与外壳体内壁之间安装有密封装置、密封装置构成密封配合。进一步的，所述传动轴和外壳体上部之间安装上扶正轴承；所述定阀下部与外壳体下部之间安装下扶正轴承。进一步的，恒压式旋转振击马达还包括推力轴承，所述推力轴承安装传动轴与弹簧之间，并且安装在上扶正轴承下部。本专利技术的原理是：定阀、动阀、外壳体内壁之间分别形成腔室A、腔室B、腔室C、腔室D、腔室E、腔室F（腔室A、腔室B、腔室C位于一个半腔，腔室D、腔室E、腔室F元位于另一个半腔，结构以及作用原理相同），在钻井液作用下，容积式动力总成产生旋转扭矩，通过联轴器传递至传动轴，由于传动轴与定阀之间是花键配合方式，因此定阀也随之转动，由于钻头直接与定阀下端相连，进而驱动钻头转动破岩；钻井液经过容积式动力总成后，经旁通孔进入传动轴，然后到达定阀内部，初始状态时，腔室A与腔室B连通，腔室D与腔室E连通，腔室C与腔室F经过低压孔与钻头连通，此时钻井液经过高压孔先进入腔室B与腔室D，然后进入腔室A与腔室E，此时腔室A与腔室E是高压腔，而腔室C与腔室F是低压腔，在高压钻井液的作用下，动阀开始顺时针快速转动，在这个过程中，腔室A与腔室E空间逐渐增大，腔室C与腔室F空间逐渐减小，且腔室内的钻井液通过低压孔流到钻头，当动阀与定阀撞击时就会产生旋转振击力，并由定阀传递至钻头，与此同时，腔室A与腔室B间的流道关闭，腔室D与腔室E间的流道关闭，高压钻井液无法再次进入，并且腔室A与腔室E经过低压孔与钻头连通，腔室A与腔室E转化为低压腔，而腔室B与腔室C连通，腔室D与腔室F连通，腔室C与腔室F转化为高压腔，随着钻井液的进入，动阀就会逆时针转动，随着动阀的转动，腔室A与腔室E空间逐渐减小，腔室内的钻井液经低压孔流到钻头，直至与定阀撞击，动阀逆时针撞击定阀时，腔室A与腔室B再次连通，腔室D与腔室E再次连通，腔室C与腔室F经过低压孔与钻头连通，高压钻井液即可驱动动阀顺时针撞击定阀，从而完成一次旋转振击的过程，连接腔室C与腔室F的低压孔的设计位置根据计算进行了专门优化设计，确保动阀逆时针回转撞击定阀产生的振击力较小，因为井底钻头是顺时针旋本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种恒压式旋转振击螺杆马达，其特征在于：包括外壳体（1）以及其内安装的旋转机构，其中：所述旋转机构包括自上而下依次连接的容积式动力总成（2）、传动轴（6）以及定阀（11）； 所述传动轴（6）为中空管状且其与外壳体（1）之间形成环空A，所述定阀（11）上端与传动轴（6）下端传动连接，且定阀（11）外壁上下两端与外壳体（1）之间形成密封配合，所述传动轴（6）壁上设有将环空环空A与其内腔连通的旁通孔（4）；所述定阀（11）外壁中部与外壳体（1）之间形成环空B且其环空内安装有能够绕定阀（11）相对旋转的动阀（13）；所述定阀（11）外壁中部对称设有两条轴向的导向块且将环空B间隔为对称布置的两个半腔，所述导向块与外壳体（1）之间形成密封配合；所述动阀（13）包括分别位于所述两半腔中的滑块，每个滑块分别将对应的半腔分为腔室A（18）和腔室C（20）且每个滑块的中央开槽并与外壳体（1）、定阀（11）包围构成腔室B（19）；所述定阀（11）的内腔中央通过安全阀（12）分割为上下两腔，且上腔侧壁设有多个高压孔（16）、下腔侧壁设有多个低压孔（17），所述高压孔（16）与腔室B（19）对应连通，所述低压孔（17）与腔室A（18）和腔室C（20）对应连通；所述定阀（11）外壁上开设有两条槽型通道，用于分别连通腔室A（18）与腔室B（19）、腔室B（19）与腔室C（20）；当所述动阀（13）绕定阀（11）转动时，所述滑块上部能够交替打开槽型通道而将腔室A（18）与腔室B（19）、腔室B（19）与腔室C（20）分别连通，同时所述滑块下部能够将腔室A（18）与腔室C（20）交替连通低压孔（17）。...

【技术特征摘要】
1.一种恒压式旋转振击螺杆马达，其特征在于：包括外壳体（1）以及其内安装的旋转机构，其中：所述旋转机构包括自上而下依次连接的容积式动力总成（2）、传动轴（6）以及定阀（11）；所述传动轴（6）为中空管状且其与外壳体（1）之间形成环空A，所述定阀（11）上端与传动轴（6）下端传动连接，且定阀（11）外壁上下两端与外壳体（1）之间形成密封配合，所述传动轴（6）壁上设有将环空环空A与其内腔连通的旁通孔（4）；所述定阀（11）外壁中部与外壳体（1）之间形成环空B且其环空内安装有能够绕定阀（11）相对旋转的动阀（13）；所述定阀（11）外壁中部对称设有两条轴向的导向块且将环空B间隔为对称布置的两个半腔，所述导向块与外壳体（1）之间形成密封配合；所述动阀（13）包括分别位于所述两半腔中的滑块，每个滑块分别将对应的半腔分为腔室A（18）和腔室C（20）且每个滑块的中央开槽并与外壳体（1）、定阀（11）包围构成腔室B（19）；所述定阀（11）的内腔中央通过安全阀（12）分割为上下两腔，且上腔侧壁设有多个高压孔（16）、下腔侧壁设有多个低压孔（17），所述高压孔（16）与腔室B（19）对应连通，所述低压孔（17）与腔室A（18）和腔室C（20）对应连通；所述定阀（11）外壁上开设有两条槽型通道，用于分别连通腔室A（18）与腔室B（19）、腔室B（19）与...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文飞，周延军，何洪涛，夏文安，于丽丽，
申请(专利权)人：中石化石油工程技术服务有限公司，中石化胜利石油工程有限公司，中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11