一种全金属螺杆钻具.pdf

本发明公开了一种全金属螺杆钻具，它包括依次相连的旁通阀总成、钻具马达、万向轴、传动轴总成，所述钻具马达包括定子和转子，所述转子安设在定子的内孔中，所述定子的内螺旋面为全金属螺旋面，所述转子的上端与防掉杆总成连接，所述转子的下端通过内啮合齿轮总成与导流套总成相连，从而将转子的偏心运动转化为导流套的定轴运动。全金属螺杆钻具马达的定子内部没有橡胶元件，因而全金属螺杆钻具马达不受转子对定子的连续挤压及井底高温的影响，不会产生热在马达内聚集，从而保证螺杆钻具的性能，提高螺杆钻具的使用寿命。

1.  一种全金属螺杆钻具，它包括依次相连的旁通阀总成、钻具马达、万向轴、传动轴总成，所述钻具马达包括定子和转子，所述转子安设在定子的内孔中，其特征在于：所述定子的内螺旋面为全金属螺旋面，所述转子的上端与防掉杆总成连接，所述转子的下端通过内啮合齿轮总成与导流套总成相连，从而将转子的偏心运动转化为导流套的定轴运动。

2.  根据权利要求1或2所述的一种全金属螺杆钻具，其特征在于，内啮合齿轮总成包括安设在转子下端的外齿轮、固设在导流套内并与外齿轮相啮合的内齿轮。

3.  根据权利要求1 或2 所述的一种全金属螺杆钻具，其特征在于，所述导流套总成包括与定子下端相连的中间壳体、设置在中间壳体内孔内的导流套、设置在导流套与中间壳体之间的衬套，安设在中间壳体下端的下壳体，所述导流套通过下径向轴承在衬套内，在导流套内设置有钻井液流经的内孔，所述下壳体用于将衬套压装在中间壳体内。

4.  根据权利要求3所述的一种全金属螺杆钻具，其特征在于，所述下壳体为直壳体或弯壳体。

5.  根据权利要求4所述的一种全金属螺杆钻具，其特征在于，当下壳体为直壳体时，钻井液直接从导流套内孔中进入传动轴总成；当下壳体为弯壳体时，在导流套的侧壁上设置有泄流孔，钻井液通过导流套的内孔经泄流孔道后流入传动轴总成。

6.  根据权利要求1或2所述的一种全金属螺杆钻具，其特征在于，在定子内设置有限位机构与防掉杆相配设，转子的下端通过下轴承支承在导流套总成的中间壳体上，并通过下轴承限制转子的径向位置。

7.  根据权利要求6所述的一种全金属螺杆钻具，其特征在于，所述限位机构包括固定设置在定子上端的上径向轴承，上径向轴承包括静圈和动圈，静圈固定在定子内，动圈可以转动，所述防掉杆上设有外齿轮与动圈内设置的内齿轮相啮合。

8.  根据权利要求1或2所述的一种全金属螺杆钻具，其特征在于，所述万向轴只有一个万向节。

一种全金属螺杆钻具
技术领域
本发明涉及一种用于石油、天然气钻井领域的螺杆钻具马达。
背景技术
螺杆钻具是目前最广泛使用的一种井下动力钻具，主要用于定向井、水平井的造斜及扭方位施工， 一部分也用于直井反扣或侧钻作业中。美国50年代中期开始研制螺杆钻具，1962年用于生产，不同厂家生产的有迪纳钻具（Smith公司）、纳维钻具（Christensen公司）和波斯钻具，其基本原理都是基于容积式马达。传统的螺杆钻具马达的定子内部有大量的橡胶，而橡胶在转子的连续挤压及井底高温的连续作用下，容易造成热在橡胶内聚集，导致橡胶的高温老化，从而降低螺杆钻具的性能，减小螺杆钻具的使用寿命。而且随着现代钻井工业的发展，现在的井越来越深，也就伴随着井底温度越来越高，传统的螺杆钻具越来越难以适应这样的高温使用环境。另外，传统的螺杆钻具不论是直螺杆钻具或者弯螺杆钻具，其万向轴是有两个万向节的；传动效率有限。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种不受井温限制、传动效率高的全金属螺杆钻具。
本发明所采用的技术方案为：一种全金属螺杆钻具，它包括依次相连的旁通阀总成、钻具马达、万向轴、传动轴总成，所述钻具马达包括定子和转子，所述转子安设在定子的内孔中，其特征在于：所述定子的内螺旋面为全金属螺旋面，所述转子的上端与防掉杆总成连接，所述转子的下端通过内啮合齿轮总成与导流套总成相连，从而将转子的偏心运动转化为导流套的定轴运动。、
按上述技术方案，内啮合齿轮总成包括安设在转子下端的外齿轮、固设在导流套内并与外齿轮相啮合的内齿轮。
按上述技术方案，所述导流套总成包括与定子下端相连的中间壳体、设置在中间壳体内孔内的导流套、设置在导流套与中间壳体之间的衬套，安设在中间壳体下端的下壳体，所述导流套通过下径向轴承在衬套内，在导流套内设置有钻井液流经的内孔，所述下壳体用于将衬套压装在中间壳体内。
按上述技术方案，所述下壳体为直壳体或弯壳体。
按上述技术方案，当下壳体为直壳体时，钻井液直接从导流套内孔中进入传动轴总成；当下壳体为弯壳体时，在导流套的侧壁上设置有泄流孔，钻井液通过导流套的内孔经泄流孔道后流入传动轴总成。
按上述技术方案，在定子内设置有限位机构与防掉杆相配设。
按上述技术方案，所述限位机构包括固定设置在定子上端的上径向轴承，上径向轴承包括静圈和动圈，静圈固定在定子内，动圈可以转动，所述防掉杆上设有外齿轮与动圈内设置的内齿轮相啮合。
按上述技术方案，所述万向轴只有一个万向节。
本发明所取得的有益效果为：
1、全金属螺杆钻具马达的定子内部没有橡胶元件，因而全金属螺杆钻具马达不受转子对定子的连续挤压及井底高温的影响，不会产生热在马达内聚集，从而保证螺杆钻具的性能，提高螺杆钻具的使用寿命。
2、传统的螺杆钻具不论是直螺杆钻具或者弯螺杆钻具，其万向轴是有两个万向节的；而本发明中的转子下端通过内啮合齿轮总成与导流套总成相连，从而将转子的偏心运动转化为导流套的定轴运动，使万向轴只有一个万向节，能增大螺杆钻具马达的扭矩，提高其传动效率。
3、转子的上端和下端分别通过设置限位机构和下轴承，能有效的控制转子和定子的过盈量或间隙，从而保证螺杆钻具的性能，提高螺杆钻具的使用寿命。
附图说明
图1是全金属螺杆钻具马达的上部分装配示意图。
图2是全金属直螺杆钻具马达的下部分装配示意图。
图3是全金属弯螺杆钻具马达的下部分装配示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1：
如图1、2所示，本实施例提供了一种全金属螺杆钻具，它包括依次相连的旁通阀总成、钻具马达、万向轴、传动轴总成，所述钻具马达包括定子6和转子5，转子5安设在定子6的内孔中，述定子的内螺旋面为全金属螺旋面，转子5的上端与防掉杆总成连接，下端通过内啮合齿轮总成与导流套总成相连。
所述防掉杆总成包括与定子6上端螺纹相连的防掉壳体1、与转子5上端连接的防掉杆2、设置在防掉杆2上端的锁紧螺母13和防掉螺母14，在定子6内设有限位机构与防掉杆相配合。其中，限位机构包括上径向轴承4，防掉壳体将隔套3和上径向轴承4固定在定子6的上端，上径向轴承4包括静圈和动圈，静圈固定在定子6内，动圈可以转动，在防掉杆2上设有外齿轮与动圈内设置的内齿轮相啮合（实施例可以选择传动比为i₁=1.24）以限制转子5和定子6之间的间隙。本实施例中，定子和转子啮合间隙可以控制在0~5mm。
所述导流套总成包括与定子6下端相连的中间壳体21、设置在中间壳体内孔内的导流套11、设置在导流套11与中间壳体21之间的衬套10，安设在中间壳体21下端的下壳体12，所述导流套11通过下径向轴承9在衬套10内，其上端设有垫圈9，所述下壳体12用于衬套10压装在中间壳体21内。在导流套11上设有钻井液的流经通道，在导流套11的外壁的一端或两端设置有耐磨层，在衬套的内壁的一端或两端对应设有耐磨层。
本实施例中，转子5的下端通过下轴承7支承在中间壳体21上，下轴承7安设在衬套的上方，通过中间壳体21上的台肩定位，下轴承7为转子5提供轴向支承，其中，内啮合齿轮总成包括安设在转子5下端的外齿轮、固设在导流套内并与外齿轮相啮合的内齿轮（本实施例可以选择传动比为i₂=1.23，其中，i₂  < i₁）。
本发明通过转子5下端的外齿轮和导流套11上端的内齿轮的啮合，在下径向轴承9的配合下，可以将转子5的偏心运动转换成导流套11的定轴运动，输出扭矩和转速，再结合螺杆钻具的传动轴总成，将马达的功率输出。
本发明中的螺杆钻具可以使直螺杆钻具，也可以用于弯螺杆钻具。其中，导流套装配在直螺杆钻具和弯螺杆钻具中的时，导流套分流钻井液的方式是不同的：在直螺杆钻具中（如图2所示）时，下壳体12为直壳体，钻井液直接从导流套11内孔中进入传动轴总成，并有部分钻井液冷却全金属螺杆钻具马达中的各轴承；在弯螺杆钻具中（如图3所示）时，下壳体12为弯壳体，在导流套11的侧壁上设置有泄流孔，钻井液从导流套上的泄流孔中流出，经过万向节15，再流入传动轴总成的水帽，并有部分钻井液冷却全金属螺杆钻具马达中的各轴承。