CN110043185A - 一种井下螺杆马达 - Google Patents

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Abstract

一种井下螺杆马达,涉及钻井设备技术领域,包括上接头、定子壳体、转子、驱动轴和下接头;所述上接头的下端与所述定子壳体的上端连接,所述转子设于所述定子壳体内,所述转子的下端通过所述驱动轴带动所述下接头旋转;所述上接头内设有上部电接头组件,所述上部电接头组件内设有第一电缆线;所述转子内设有第二电缆线,所述第二电缆线的下端与所述下接头内的下部电接头电连接,所述第二电缆线的上端通过电传输组件与所述第一电缆线电连接。本申请实施例的井下螺杆马达可通过其内部的电缆线与其上部及下部的仪器进行通讯和供电。

Description

一种井下螺杆马达
技术领域
本申请涉及钻井设备技术领域,具体涉及一种井下螺杆马达。
背景技术
在石油勘探开发定向井钻井作业中,螺杆马达、随钻测量仪器、随钻测井仪器、旋转导向仪器广泛应用。一般作业时采用以下几种组合方式:(1)随钻测量仪与马达组合钻井;(2)随钻测量仪与随钻测井仪、马达组合钻井;(3)随钻测量仪、随钻测井仪、旋转导向仪器组合钻井。为了有效提高钻井效率,现有钻井技术采用一种高功率的马达,带动随钻测量仪、部分随钻测井仪、旋转导向仪器进行钻井,由于马达不能传输电能和电信号,只能放在仪器组合离井底的最上端位置。这种组合导致马达需要带动随钻测量仪、随钻测井仪、旋转导向仪器一起旋转,其缺点如下:(1)马达旋转需要带动旋转的钻具组合较长,需要驱动功率大,从而需要产生较大的压降,对钻井非常不利;(2)马达驱动轴所承受的载荷较大,容易损坏;(3)受马达功率限制,只能带动部分的随钻测井仪器,使其应用受到限制。
发明内容
本申请的一实施例提供一种井下螺杆马达,包括上接头、定子壳体、转子、驱动轴和下接头;所述上接头的下端与所述定子壳体的上端连接,所述转子设于所述定子壳体内,所述转子的下端通过所述驱动轴带动所述下接头旋转;所述上接头内设有上部电接头组件,所述上部电接头组件内设有第一电缆线;所述转子内设有第二电缆线,所述第二电缆线的下端与所述下接头内的下部电接头电连接,所述第二电缆线的上端通过电传输组件与所述第一电缆线电连接。
有益效果:
本申请实施例的井下螺杆马达,其内部穿过有电缆线,并与马达的上部电接头组件和下部电接头电连接,如此,本申请实施例的井下螺杆马达可通过其内部的电缆线与其上部及下部的仪器进行通讯和供电。进而,本申请实施例的马达就可以连接在随钻测井仪器和旋转导向仪器之间,更有利于发挥马达的作用和效果。
附图说明
附图用来提供对本申请技术方案的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案,并不构成对本申请技术方案的限制。
图1为本申请一实施例的井下螺杆马达的上半部分整体装配图;
图2为本申请一实施例的井下螺杆马达的下半部分整体装配图;
图3为图1中一实施例的上部电接头组件与转子两者连接处的结构图;
图4为图1中另一实施例的上部电接头组件与转子两者连接处的结构图;
附图标记为:1、上部电接头组件,2、上接头,3、上柔性轴,4、定子壳体,5、转子,6、下柔性轴,7、驱动轴,8、下接头,9、第一基体,10、第一电缆线,11、原边发射电路,12、定位销,13、外感应耦合线圈,14、内感应耦合线圈,15、副边接收电路,16、第二基体,17、第二电缆线,18、轴承,19、支撑筒,20、注油接头,21、外套筒,22、内套筒,23、过油块,24、中间连接体,25、定位销,26、线缆护套,27、弹簧,28、活塞,29、连接套,30、第一导电环,31、第二导电环,32、密闭空腔。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本申请的技术方案。可以理解的是,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本申请,而非对本申请的限定。
如图1和图2所示,本申请的一实施例提供一种井下螺杆马达,包括上接头2、定子壳体4、转子5、驱动轴7和下接头8;所述上接头2的下端与所述定子壳体4的上端连接,所述转子5设于所述定子壳体4内,所述转子5的下端通过所述驱动轴7带动所述下接头8旋转;所述上接头2内设有上部电接头组件1,所述上部电接头组件1内设有第一电缆线10;所述转子5内设有第二电缆线17,所述第二电缆线17的下端与所述下接头8内的下部电接头电连接,所述第二电缆线17的上端通过电传输组件与所述第一电缆线10电连接。
本申请实施例的井下螺杆马达,其内部穿过有电缆线,并与马达的上部电接头组件1和下部电接头电连接,如此,本申请实施例的井下螺杆马达可通过其内部的电缆线与其上部及下部的仪器进行通讯和供电。进而,本申请实施例的马达可以连接在随钻测井仪器和旋转导向仪器之间,实现旋转导向仪器与随钻测井仪器之间的供电和通讯。而且,本申请实施例的马达可以实现马达、旋转导向仪器、随钻测井仪器、随钻测量仪器的组合钻井,达到高效钻井的目的。此外,采用本申请实施例的马达在钻具组合中的位置更灵活,马达可以更靠近钻头,使得其消耗功率下降。
本实施例中,由于上部电接头组件1固定,而转子5转动,实现两者之间电能和信号传输的方式可以有两种,一种是接触式导电滑环结构,另一种是非接触式感应耦合的滑环结构。
如图4所示,采用接触式导电滑环结构的方式,示例性地,所述电传输组件包括第一导电环30和与所述第一导电环30转动配合并接触的第二导电环31,所述第一导电环30与所述第一电缆线10电连接,所述第二导电环31连接在所述转子5上并与所述第二电缆线17的上端电连接。其中,第一导电环30和第二导电环31两者的转动配合面可以为圆锥面。第一导电环30可通过连接组件连接于上部电接头组件1,其位置固定不动,而第二导电环31随转子5转动。
如图3所示,采用非接触式感应耦合的滑环结构方式,示例性地,所述电传输组件包括第一基体9、设于所述第一基体9上的原边发射电路11和外感应耦合线圈13、第二基体16,以及设于所述第二基体16上的副边接收电路15和内感应耦合线圈14;所述原边发射电路11与所述第一电缆线10电连接,所述副边接收电路15与所述第二电缆线17的上端电连接,所述外感应耦合线圈13和内感应耦合线圈14相对转动并通过电磁耦合方式实现电信号传输。原边发射电路11和副边接收电路15分别控制外感应耦合线圈13和内感应耦合线圈14,通过电磁耦合的方式,在内感应耦合线圈14和外感应耦合线圈13保持相对转动且并不接触的情况下实现电能和信号的传输。其中,所述第一基体9可通过定位销12连接于所述上部电接头组件1或所述上接头2,使其位置固定不动,所述第二基体16连接于所述转子5的上端,随转子5一起转动。
如图4所示,本实施例中,所述上接头2内还设有支撑筒19,所述上部电接头组件1的下端通过连接套29与所述支撑筒19的上端密封连接,所述转子5的上端转动支撑在所述支撑筒19内,所述支撑筒19的上部形成一密闭空腔32,所述密闭空腔32内设有所述电传输组件。其中,转子5的上端通过轴承18转动支撑在所述支撑筒19内,所述密闭空腔32内可以充填液压油,可起到润滑所述电传输组件的第一导电环30和第二导电环31,以及轴承18的作用。
在马达工作过程中,所述密闭空腔32内的液压油的压力会逐步升高,为使密闭空腔32内的液压油与马达壳体内的泥浆始终保持压力平衡,可设置压力补偿结构。示例性地,所述上部电接头组件1包括内部设有所述第一电缆线10的上部电接头基体和外套筒21,所述外套筒21连接于所述上部电接头基体的下部并与所述上部电接头基体之间形成有上端封闭的环形空间,所述环形空间的下端与所述密闭空腔32连通,所述外套筒21上位于所述环形空间的上端设有通孔(该通孔用于使活塞28上部的环形空间与马达壳体的内部空间连通,马达壳体内的泥浆可经该通孔进入活塞28上部的环形空间),所述环形空间内设有弹簧27和活塞28,所述活塞28动密封设置于所述环形空间内,所述弹簧27一端固定,另一端抵接于所述活塞28的上侧面上。如此,随着第一导电环30和第二导电环31之间的相对转动,密闭空腔32内的液压油的压力会逐步升高,会推动活塞28向上移动并压缩弹簧27,活塞28移动的过程中保持动密封,在弹簧27压力的作用下,活塞28上侧的泥浆和下侧的液压油作用在活塞28上下两侧面上的压力相等,达到平衡,在动密封活塞28和弹簧27的双重作用下,密闭空腔32内部的液压油和马达壳体内的泥浆始终保持压力平衡,使马达处于一种相对稳定的工作状态。其中,所述环形空间内的下端可以设置用于限制所述活塞28向下移动的极限位置的限位台阶,以防止活塞28脱出所述环形空间。
所述上部电接头基体内部设有用于容纳所述第一电缆线10的第一过线通道和液压油通道,所述液压油通道连通所述第一过线通道和所述上部电接头基体上设置的注油孔。如此,可使第一电缆线10周围充满液压油,起到润滑作用。其中,所述液压油通道还连通所述密闭空腔32,从所述注油孔注入的一定压力的液压油,经所述液压油通道可到达所述第一过线通道和所述密闭空腔32。所述注油孔在注入液压油后采用堵头堵上。
如图4所示,所述上部电接头组件1可以包括上端接头、注油接头20、外套筒21、内套筒22和线缆护套26。注油接头20的上端密封连接于上端接头的下端,外套筒21的上端密封连接于注油接头20的下端,外套筒21的下端通过所述连接套29与所述支撑筒19的上端密封连接。内套筒22设于外套筒21内,内套筒22的外壁与外套筒21的内壁之间形成所述环形空间,内套筒22的上端螺纹连接于外套筒21的上端内壁上并与外套筒21之间密封设置(即将所述环形空间的上端封闭),该环形空间内设有所述弹簧27和活塞28,外套筒21下端的内壁上设有防止活塞28脱出所述环形空间的所述限位台阶。内套筒22内的上端螺纹安装有过油块23,内套筒22内的下端安装有所述线缆护套26,过油块23和线缆护套26之间安装有中间连接体24,中间连接体24通过定位销25固定在内套筒22上,中间连接体24的下端与线缆护套26的上端螺纹连接,中间连接体24与从其内穿过的第一电缆线10螺纹连接。第一电缆线10依次从上端接头、注油接头20、过油块23、中间连接体24和线缆护套26内部穿过。其中,注油接头20上设有注油孔,从所述注油孔注入的液压油从注油接头20内部的过油通道流出后,一部分经注油接头20下端与过油块23上端之间的接缝可到达第一电缆线10上段的周围;另一部分可经过油块23内部的过油通道到达线缆护套26与内套筒22之间的环空,并可到达第一电缆线10下段的周围,以及到达所述密闭空腔32。位于中间连接体24以上的第一电缆线10为第一电缆线10的上段,位于中间连接体24以下的第一电缆线10为第一电缆线10的下段。第一电缆线10从中间连接体24内部穿过,并与中间连接体24螺纹连接。
如图1和图2所示,本实施例中,所述转子5的上端可以连接有上柔性轴3,所述转子5的下端可以通过下柔性轴6与所述驱动轴7连接。通过设置的下柔性轴6,实现马达的万向节的功能,实现马达偏心回转运动的补偿,从而使下部的马达驱动轴7平稳回转。其中,所述上柔性轴3、所述转子5、所述下柔性轴6和所述驱动轴7内部均设有供第二电缆线17穿过的过线孔,所述第二电缆线17自上而下依次穿过所述上柔性轴3、所述转子5、所述下柔性轴6和所述驱动轴7后,与下接头8内的下部电接头电连接。上柔性轴3和下柔性轴6可均采用钛合金材料制成。
在本申请实施例的描述中,除非另有明确的规定和限定,术语“连接”、“固定连接”、“安装”、“装配”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;术语“安装”、“连接”、“固定连接”可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,或是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

Claims (10)

1.一种井下螺杆马达,其特征在于:包括上接头、定子壳体、转子、驱动轴和下接头;
所述上接头的下端与所述定子壳体的上端连接,所述转子设于所述定子壳体内,所述转子的下端通过所述驱动轴带动所述下接头旋转;
所述上接头内设有上部电接头组件,所述上部电接头组件内设有第一电缆线;
所述转子内设有第二电缆线,所述第二电缆线的下端与所述下接头内的下部电接头电连接,所述第二电缆线的上端通过电传输组件与所述第一电缆线电连接。
2.如权利要求1所述的井下螺杆马达,其特征在于:所述电传输组件包括第一导电环和与所述第一导电环转动配合并接触的第二导电环,所述第一导电环与所述第一电缆线电连接,所述第二导电环连接在所述转子上并与所述第二电缆线的上端电连接。
3.如权利要求1所述的井下螺杆马达,其特征在于:所述电传输组件包括第一基体、设于所述第一基体上的原边发射电路和外感应耦合线圈、第二基体,以及设于所述第二基体上的副边接收电路和内感应耦合线圈;
所述原边发射电路与所述第一电缆线电连接,所述副边接收电路与所述第二电缆线的上端电连接,所述外感应耦合线圈和内感应耦合线圈相对转动并通过电磁耦合方式实现电信号传输。
4.如权利要求3所述的井下螺杆马达,其特征在于:所述第一基体连接于所述上部电接头组件或所述上接头,所述第二基体连接于所述转子的上端。
5.如权利要求1所述的井下螺杆马达,其特征在于:所述上接头内还设有支撑筒,所述上部电接头组件的下端通过连接套与所述支撑筒的上端密封连接,所述转子的上端转动支撑在所述支撑筒内,所述支撑筒的上部形成一密闭空腔,所述密闭空腔内设有所述电传输组件。
6.如权利要求5所述的井下螺杆马达,其特征在于:所述上部电接头组件包括内部设有所述第一电缆线的上部电接头基体和外套筒,所述外套筒连接于所述上部电接头基体的下部并与所述上部电接头基体之间形成有上端封闭的环形空间,所述环形空间的下端与所述密闭空腔连通,所述外套筒上位于所述环形空间的上端设有通孔,所述环形空间内设有弹簧和活塞,所述活塞动密封设置于所述环形空间内,所述弹簧一端固定,另一端抵接于所述活塞的上侧面上。
7.如权利要求6所述的井下螺杆马达,其特征在于:所述环形空间内的下端设有用于限制所述活塞向下移动的极限位置的限位台阶。
8.如权利要求6所述的井下螺杆马达,其特征在于:所述上部电接头基体内部设有用于容纳所述第一电缆线的第一过线通道和液压油通道,所述液压油通道连通所述第一过线通道和所述上部电接头基体上设置的注油孔。
9.如权利要求1所述的井下螺杆马达,其特征在于:所述转子的上端连接有上柔性轴,所述转子的下端通过下柔性轴与所述驱动轴连接。
10.如权利要求9所述的井下螺杆马达,其特征在于:所述第二电缆线自上而下依次穿过所述上柔性轴、所述转子、所述下柔性轴和所述驱动轴。
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