專利名稱：帶平衡鼓的井下動力鉆具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種石油鉆井用的井下動力鉆具，尤其是一種在深井、超深井中使用的井下動力鉆具。
常規(guī)的石油鉆井有地面轉(zhuǎn)盤鉆井和井底馬達(dá)鉆井二種方式，在井下動力鉆具鉆井方式中常用的有渦輪鉆具和螺桿鉆具。渦輪鉆具其工作轉(zhuǎn)速高，但壽命短；螺桿鉆具上的橡膠件不耐高溫，不適宜用在深井、高溫井下?，F(xiàn)有的在深井、超深井下工作的動力鉆具，由于推力軸承所承受的沖擊負(fù)荷大，易造成脆性斷裂，使軸承內(nèi)、外圈破碎，從而使推力軸承失效，因而現(xiàn)有的鉆具一口井一次性連續(xù)工作時間為100小時左右。由于技術(shù)工具不配套，使深井段所用的鉆井時間占整個井鉆井時間的60％以上，大大增加了深井、超深井的建井周期和鉆井成本。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種帶平衡鼓的井下動力鉆具，使其壽命提高，由現(xiàn)有的一口井一次性連續(xù)工作時間不足100小時提高到200小時以上；并使推力軸承不發(fā)生脆性斷裂。
本實(shí)用新型的目的是由下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的在一種由支承節(jié)和馬達(dá)組成的帶平衡鼓的井下動力鉆具中，設(shè)有用于減少軸向水推力的平衡鼓裝置，該平衡鼓裝置位于馬達(dá)的上端。平衡鼓裝置包括上平衡鼓、下平衡鼓和平衡鼓殼，上平衡鼓和下平衡鼓裝在渦輪軸上，通過渦輪軸鎖母、渦輪軸調(diào)整墊及軸頭螺母與渦輪轉(zhuǎn)子軸向壓緊；平衡鼓殼通過套筒、調(diào)整墊及上部短節(jié)與渦輪定子軸向壓緊。上、下平衡鼓與平衡鼓殼間有間隙。
本實(shí)用新型是用在渦輪軸上安裝平衡鼓的技術(shù)方案來降低作用在推力軸承上的軸向推力，其主要的工作原理是高壓泥漿由渦輪入口處經(jīng)過圖2所示的A、B通道，絕大部分進(jìn)入渦輪流道驅(qū)動渦輪工作，少量泥漿由平衡鼓殼和上下平衡鼓之間的微小環(huán)空泄漏到腔室C，腔室C通過通道D(圖中虛線所示)與鉆具和井壁間的環(huán)空相通。設(shè)渦輪平均流道直徑為D1、面積為A1，軸頭螺母直徑為D2，面積為A2，渦輪鉆具的工作壓降為P，則平衡鼓平衡掉的軸向水推力為A2×P。即沒有平衡鼓的推力軸承所承受的軸向水推力為A1×P，即承受全部水推力。加了平衡鼓的推力軸承所承受的軸向水推力為(A1-A2)×P。在壓力一定時，由于承壓面積的減小，則所承受的軸向負(fù)荷也相應(yīng)減小。通過計算，平衡鼓可將渦輪鉆具工作時產(chǎn)生的軸向推力降低60％以上，也就是說，將渦輪鉆具支撐節(jié)推力軸承所承受的軸向負(fù)荷降低了60％以上，因此可使井下動力鉆具的壽命提高，由現(xiàn)有的一口井一次性連續(xù)工作時間100小時左右，提高到200小時以上。由于推力軸承的軸向推力降低了一半以上，使推力軸承不發(fā)生脆性斷裂，只是正常的工作磨損，由此提高了深井鉆井速度、降低鉆井成本。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明


圖1是本實(shí)用新型帶平衡鼓的井下動力鉆具的實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖圖2是本實(shí)用新型中平衡鼓裝置的實(shí)施例圖圖中，1.上部短節(jié)2.軸頭螺母3.渦輪軸調(diào)整墊4.渦輪軸鎖母5.套筒6.上平衡鼓7.下平衡鼓8.平衡鼓殼9.渦輪軸10.調(diào)整墊11.轉(zhuǎn)子12.定子I.支承節(jié)II.馬達(dá)III.平衡鼓裝置
圖1所示的本實(shí)用新型的實(shí)施例為一帶平衡鼓裝置的井下渦輪鉆具，該鉆具由支承節(jié)I、馬達(dá)II及平衡鼓裝置III組成，平衡鼓裝置III位于馬達(dá)的上端。平衡鼓裝置的實(shí)施例如圖2所示。圖2中，在渦輪軸9上依次裝有軸頭螺母2、渦輪軸調(diào)整墊3、渦輪軸鎖母4、上平衡鼓6和下平衡鼓7，上、下平衡鼓6、7通過渦輪軸鎖母4、渦輪軸調(diào)整墊3及軸頭螺母2與渦輪轉(zhuǎn)子11軸向壓緊。鉆具的上部短節(jié)1與調(diào)整墊10、套筒5相連，平衡鼓殼8通過套筒5、調(diào)整墊10及上部短節(jié)1與渦輪定子12軸向壓緊。上、下平衡鼓6、7與平衡鼓殼8之間有間隙，該間隙為微小間隙，以形成節(jié)流。根據(jù)鉆具結(jié)構(gòu)的不同要求，也可將上、下平衡鼓制成一體，與平衡鼓殼8共同形成一個平衡鼓裝置。當(dāng)平衡鼓要求的長度過長，則為便于加工和熱處理，可制成上、下平衡鼓裝置。
在工作時，高壓泥漿由渦輪入口處進(jìn)入高壓區(qū)，經(jīng)過平衡鼓與平衡鼓殼間的間隙泄流后形成低壓區(qū)，當(dāng)工況決定了以后，壓降ΔP是一個定數(shù)，此時泄流量Q與過流面積A，壓降ΔP及過流長度L之間的關(guān)系為Q正比于ΔPA/L
在壓降一定時，泄流量與過流長度L成反比，長度越長，則泄流量就越小，但是長度過長造成加工困難。設(shè)計時應(yīng)兼顧平衡鼓及平衡鼓殼的加工精度，使泄流量控制在2％-3％，平衡鼓和平衡鼓殼間的間隙為0.2毫米-3毫米為宜。
本實(shí)用新型應(yīng)用平衡鼓裝置來減少鉆具軸向載荷的結(jié)構(gòu)不僅用于渦輪鉆具，也適用于螺桿鉆具。本實(shí)用新型為全金屬結(jié)構(gòu)，適于用深井、高溫井的井下動力鉆具。
權(quán)利要求1.一種帶平衡鼓的井下動力鉆具，包括支承節(jié)(I)和馬達(dá)(II)，其特征在于還包括用于減少軸向水推力的平衡鼓裝置(III)，該平衡鼓裝置(III)位于馬達(dá)(14)的上端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶平衡鼓的井下動力鉆具，其特征在于所述的平衡鼓裝置(III)包括上平衡鼓(6)、下平衡鼓(7)及平衡鼓殼(8)，上平衡鼓(6)和下平衡鼓(7)裝在渦輪軸(9)上，通過渦輪軸鎖母(4)、渦輪軸調(diào)整墊(3)及軸頭螺母(2)與渦輪轉(zhuǎn)子(11)軸向壓緊；平衡鼓殼(8)通過套筒(5)、調(diào)整墊(10)及上部短節(jié)(1)與渦輪定子(12)軸向壓緊，上、下平衡鼓(6)、(7)與平衡鼓殼(8)之間有間隙。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的帶平衡鼓的井下動力鉆具，其特征在于上平衡鼓(6)和下平衡鼓(7)連為一體，和平衡鼓殼(8)共同形成一個平衡鼓裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的帶平衡鼓的井下動力鉆具，其特征在于上、下平衡鼓(6)、(7)與平衡鼓殼(8)之間的間隙為0.2毫米-0.3毫米。
專利摘要一種帶平衡鼓的井下動力鉆具,其平衡鼓裝置包括上平衡鼓、下平衡鼓及平衡鼓殼。平衡鼓和平衡鼓殼間有微小間隙。當(dāng)高壓泥漿進(jìn)入高壓區(qū),經(jīng)鼓與殼間的間隙泄流后,由高壓變成低壓,使鉆具推力軸承軸向負(fù)荷降低60%以上,從而使推力軸承不發(fā)生脆性斷裂,提高了鉆具的工作壽命和可靠性。一口井一次性連續(xù)工作時間可達(dá)200小時以上。本實(shí)用新型為全金屬結(jié)構(gòu),適用于深井、高溫井的井下動力鉆具。
文檔編號E21B4/00GK2410408SQ0020015
公開日2000年12月13日 申請日期2000年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月6日
發(fā)明者孟慶昆, 謝正凱, 王輝, 馬家驥 申請人:石油勘探開發(fā)科學(xué)研究院機(jī)械研究所