一種氣驅(qū)液自循環(huán)的氣體鉆井螺桿鉆具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鉆井設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)是一種用于氣體鉆井技術(shù)鉆定向井、水平井和大斜度井，利用氣驅(qū)液自循環(huán)，能夠平穩(wěn)輸出扭矩的氣體鉆井螺桿鉆具。
【背景技術(shù)】
[0002]氣體鉆井是欠平衡鉆井技術(shù)的一種，主要是采用空氣、氮?dú)?、天然氣或柴油機(jī)尾氣等作為循環(huán)介質(zhì)的鉆井技術(shù)。目前，氣體鉆井技術(shù)已被世界公認(rèn)為一種有效縮短鉆井時(shí)間、降低鉆井成本、解放油氣層的實(shí)用技術(shù)，已成為油氣田高效開(kāi)發(fā)的重要手段。但是現(xiàn)有氣體鉆井技術(shù)和裝備主要應(yīng)用于直井，還不能高效完成定向鉆井形成定向井、水平井和多分支井等，嚴(yán)重地限制了氣體鉆井的應(yīng)用范圍。造成氣體鉆井困局的主要原因是缺乏可靠的適用于氣體鉆井定向鉆進(jìn)的關(guān)鍵設(shè)備一氣體鉆井螺桿鉆具。由于氣體是可壓縮性介質(zhì)，使得常規(guī)氣體螺桿鉆具在使用過(guò)程中輸出扭矩值低、扭矩輸出不穩(wěn)定，造成鉆具憋停和釋放后高速轉(zhuǎn)動(dòng)，出現(xiàn)“飛車”等現(xiàn)象，導(dǎo)致現(xiàn)有氣體鉆井螺桿鉆具性能差、壽命低，不能穩(wěn)定可靠、高效安全地進(jìn)行氣體鉆井定向鉆進(jìn)。
[0003]克服氣體螺桿的“飛車”現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)氣體鉆井扭矩的平穩(wěn)輸出，延長(zhǎng)鉆具的使用壽命是氣體鉆水平井、定向井成功的關(guān)鍵。因此設(shè)計(jì)發(fā)明了一種用于氣體鉆定向井、水平井和大斜度井，利用氣驅(qū)液自循環(huán)，能夠平穩(wěn)輸出扭矩的氣體螺桿鉆具。本發(fā)明立足于材料力學(xué)、工程力學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)，借鑒“發(fā)動(dòng)機(jī)”原理，充分利用氣體鉆井高壓、大流量、可壓縮性循環(huán)氣體，設(shè)計(jì)井下“發(fā)動(dòng)機(jī)”，利用地面壓縮機(jī)輸出的高壓氣體推動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)井下螺桿活塞機(jī)構(gòu)高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)螺桿內(nèi)部不可壓縮液體實(shí)現(xiàn)自循環(huán)運(yùn)動(dòng)，使液體推動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)氣體壓能-機(jī)械能(活塞)-液體壓能-機(jī)械能(轉(zhuǎn)子)的能量定向轉(zhuǎn)化，輸出平穩(wěn)和足夠大的扭矩給鉆頭，從而實(shí)現(xiàn)氣體鉆井定向鉆進(jìn)作業(yè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對(duì)上述存在的問(wèn)題，提供一種氣驅(qū)液自循環(huán)的氣體鉆井螺桿鉆具，能夠平穩(wěn)輸出扭矩，用于氣體鉆定向井、水平井和大斜度井的定向鉆進(jìn)作業(yè)。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種氣驅(qū)液自循環(huán)的氣體鉆井螺桿鉆具，包括從上至下依次連接的馬達(dá)總成、萬(wàn)向軸總成和傳動(dòng)軸總成;所述馬達(dá)總成包括葉片、進(jìn)氣口 A、進(jìn)氣口 B、凸輪、氣缸A、氣缸B、活塞A、活塞B、連桿、排氣口 A、排氣口 B、進(jìn)液口 A、進(jìn)液口 B、液缸A、液缸B、液體單向閥A、液體單向閥B、儲(chǔ)液腔、排液口 A、排液口 B、注液腔、注液孔、防掉帽、轉(zhuǎn)子、定子和馬達(dá)總成殼體;所述馬達(dá)總成殼體內(nèi)上部設(shè)置兩個(gè)左右對(duì)稱的空腔，所述空腔內(nèi)設(shè)置活塞A和活塞B，所述活塞A和活塞B將空腔分為上部對(duì)應(yīng)的氣缸A和氣缸B、下部對(duì)應(yīng)的液缸A和液缸B，所述連桿設(shè)于活塞A和活塞B之間，所述進(jìn)氣口 A和進(jìn)氣口 B均對(duì)應(yīng)設(shè)于氣缸A和氣缸B的上方，所述排氣口 A和排氣口 B均對(duì)應(yīng)設(shè)于氣缸A和氣缸B的頂部，所述凸輪設(shè)于進(jìn)氣口與氣缸之間、且與設(shè)于進(jìn)氣口 A/B上方的葉片同軸連接，所述凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)可控制進(jìn)氣口 A、進(jìn)氣口 B、排氣口 A和排氣口 B的開(kāi)啟或關(guān)閉，所述進(jìn)液口 A和進(jìn)液口 B對(duì)應(yīng)設(shè)于液缸A和液缸B的外壁上、且和注液腔連通，所述液缸A和液缸B底部均通過(guò)對(duì)應(yīng)的液體單向閥A和液體單向閥B和儲(chǔ)液腔連通;所述定子設(shè)于馬達(dá)總成的下部，為具有螺旋內(nèi)孔的管子，所述轉(zhuǎn)子設(shè)于定子內(nèi)，轉(zhuǎn)子螺旋向上延伸至儲(chǔ)液腔內(nèi)和防掉帽連接，所述轉(zhuǎn)子外壁為與定子內(nèi)孔配合的螺旋線形，定子與轉(zhuǎn)子共軛嚙合。
[0006]進(jìn)一步的，所述萬(wàn)向軸總成包括萬(wàn)向軸總成殼體、設(shè)于萬(wàn)向軸總成殼體內(nèi)的萬(wàn)向軸和轉(zhuǎn)子-萬(wàn)向軸接頭，所述萬(wàn)向軸通過(guò)轉(zhuǎn)子-萬(wàn)向軸接頭與馬達(dá)總成的轉(zhuǎn)子底部連接，將轉(zhuǎn)子的偏心運(yùn)動(dòng)變換為傳動(dòng)軸的定軸旋轉(zhuǎn)，同時(shí)傳遞扭矩給傳動(dòng)軸。
[0007]進(jìn)一步的，所述傳動(dòng)軸總成包括傳動(dòng)軸、徑向軸承和傳動(dòng)軸總成殼體，所述傳動(dòng)軸設(shè)于傳動(dòng)軸殼體內(nèi)，徑向軸承設(shè)于傳動(dòng)軸殼體和傳動(dòng)軸之間。
[0008]進(jìn)一步的，所述傳動(dòng)軸總成還包括上徑向軸承動(dòng)圈和上徑向軸承靜圈，所述上徑向軸承動(dòng)圈和上徑向軸承靜圈設(shè)于徑向軸承上的傳動(dòng)軸殼體和傳動(dòng)軸之間，并形成供潤(rùn)滑油潤(rùn)滑的潤(rùn)滑腔。
[0009]進(jìn)一步的，所述傳動(dòng)軸總成還包括下徑向軸承動(dòng)圈和下徑向軸承靜圈，所述下徑向軸承動(dòng)圈和下徑向軸承靜圈設(shè)于徑向軸承下的傳動(dòng)軸殼體和傳動(dòng)軸之間，并形成供潤(rùn)滑油潤(rùn)滑的潤(rùn)滑腔。
[0010]進(jìn)一步的，所述傳動(dòng)軸總成還包括上徑向軸承動(dòng)圈、上徑向軸承靜圈、下徑向軸承動(dòng)圈和下徑向軸承靜圈;所述上徑向軸承動(dòng)圈和上徑向軸承靜圈設(shè)于徑向軸承上的傳動(dòng)軸殼體和傳動(dòng)軸之間，并形成供潤(rùn)滑油潤(rùn)滑的潤(rùn)滑腔;所述下徑向軸承動(dòng)圈和下徑向軸承靜圈設(shè)于徑向軸承下的傳動(dòng)軸殼體和傳動(dòng)軸之間，并形成供潤(rùn)滑油潤(rùn)滑的潤(rùn)滑腔。
[0011 ]進(jìn)一步的，所述防掉帽和轉(zhuǎn)子之間為螺紋連接。
[0012]本發(fā)明的有益技術(shù)效果是:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種氣驅(qū)液自循環(huán)的氣體鉆井螺桿鉆具，利用氣體鉆井注入的高壓氣體推動(dòng)活塞高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)螺桿內(nèi)部不可壓縮液體實(shí)現(xiàn)自循環(huán)運(yùn)動(dòng)，利用液體推動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出平穩(wěn)和足夠大的扭矩給鉆頭，從而實(shí)現(xiàn)氣體鉆井定向鉆進(jìn)作業(yè)?？朔Ｒ?guī)氣體螺桿的“飛車”現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)氣體鉆井扭矩的平穩(wěn)輸出，延長(zhǎng)鉆具的使用壽命。本發(fā)明為氣體鉆定向井、水平井和大位移井技術(shù)提供了一種新的裝備。
【附圖說(shuō)明】
[0013]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0014]圖1是本發(fā)明一種氣驅(qū)液自循環(huán)的氣體鉆井螺桿鉆具的三維視圖；
[0015]圖2是M-M剖面視圖，為本發(fā)明的剖面結(jié)構(gòu)視圖；
[0016]圖3是N-N剖面視圖，為本發(fā)明的剖面結(jié)構(gòu)視圖；
[0017]圖4是本發(fā)明的面馬達(dá)總成不意圖；
[0018]圖5是本發(fā)明的N_N#lj面馬達(dá)總成不意圖；
[0019]圖6是圖4和圖5中A-A剖面視圖，為本發(fā)明的氣缸進(jìn)氣流道凸輪機(jī)構(gòu)示意圖；
[0020]圖7是圖4和圖5中B-B剖面視圖，為本發(fā)明的氣缸進(jìn)氣流道孔和排氣流道孔示意圖；
[0021]圖8是本發(fā)明的凸輪機(jī)構(gòu)三維示意圖；
[0022]圖9是本發(fā)明的馬達(dá)總成活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中氣體和液體運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖；
[0023]圖10是本發(fā)明的馬達(dá)總成活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中排出氣體的運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖；
[0024]圖11是本發(fā)明的排出氣體在萬(wàn)向軸總成和傳動(dòng)軸總成中運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖；
[0025]圖中標(biāo)號(hào):1_葉片、2-馬達(dá)總成、3-萬(wàn)向軸總成、4-傳動(dòng)軸總成、5-進(jìn)氣口A、6_進(jìn)氣口 B、7-凸輪、8-氣缸A、9-氣缸B、10-活塞A、ll-活塞B、12-連桿、13-排氣口 A、14-排氣口 B、15-進(jìn)液口 A、16-進(jìn)液口 B、17-液缸A、18-液缸B、19-液體單向閥A、20-液體單向閥B、21-儲(chǔ)液腔、22-排液口 A、23-排液口 B、24-注液腔、25-注液孔、26-防掉帽、27-轉(zhuǎn)子、28-定子、29-馬達(dá)總成殼體、30-轉(zhuǎn)子-萬(wàn)向軸接頭、31-萬(wàn)向軸、32-萬(wàn)向軸總成殼體、33-傳動(dòng)軸、34-上徑向軸承動(dòng)圈、35-上徑向軸承靜圈、36-徑向軸承、37-下徑向軸承動(dòng)圈、38-下徑向軸承靜圈、39-傳動(dòng)軸總成殼體。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0027]本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，這些將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
[0028]如圖1-3所示，一種氣驅(qū)液自循環(huán)的氣體鉆井螺桿鉆具，包括葉片1、馬達(dá)總成2、萬(wàn)向軸總成3、傳動(dòng)軸總成4、進(jìn)氣口 A5、進(jìn)氣口 B6、凸輪7、氣缸A8、氣缸B9、活塞A10、活塞B11、連桿12、排氣口 A13、排氣口 B14、進(jìn)液口 A15、進(jìn)液口 B16、液缸A17、液缸B18、液體單向閥A19、液體單向閥B20、儲(chǔ)液腔21、排液口 A22、排液口 B23、注液腔24、注液孔25、防掉帽26、轉(zhuǎn)子27、定子28、馬達(dá)總成殼體29、轉(zhuǎn)子-萬(wàn)向軸接頭30、萬(wàn)向軸31、萬(wàn)向軸總成殼體32、傳動(dòng)軸33、上徑向軸承動(dòng)圈34、上徑向軸承靜圈35、徑向軸承36、下徑向軸承動(dòng)圈37、下徑向軸承靜圈38和傳動(dòng)軸總成殼體39。
[0029]如圖1所示，一種氣驅(qū)液自循環(huán)的氣體鉆井螺桿鉆具，包括從上至下依次連接馬達(dá)總成2、萬(wàn)向軸總成3和傳動(dòng)軸總成4;
[0030]如圖2-5所示，馬達(dá)總成2包括葉片1、進(jìn)氣口 A5、進(jìn)氣口 B6、凸輪7、氣缸A8、氣缸B9、活塞A10、活塞B11、連桿12、排氣口 A13、排氣口 B14、進(jìn)液口 A15、進(jìn)液口 B16、液缸A17、液缸B18、液體單向閥A