CN111894447A - 一种页岩气钻进式取心液压马达 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种页岩气钻进式取心液压马达，包括扭矩输出齿轮轴、扭矩输出齿轮轴前后端外侧的压盖密封组件、压盖密封组件外侧的壳体组件；壳体组件包括后壳体、与后壳体贴合设置的中间壳体及与中间壳体贴合设置的前壳体，中间壳体与后壳体、前壳体贴合处设置有带挡圈O型密封圈；扭矩输出齿轮轴啮合设置有空转齿轮轴，空转齿轮轴两端设置有滚针轴承，空转齿轮轴通过滚针轴承转动连接在后壳体、前壳体内,扭矩输出齿轮轴为中空结构；扭矩输出齿轮轴远离后壳体的一端设置有整体式取心钻头，整体式取心钻头远离后壳体的一端内壁活动设置有岩心卡箍。本发明提供一种尺寸小、承受钻压的同时提供高扭矩、高耐受恶劣井下环境的取心液压马达。

Description

一种页岩气钻进式取心液压马达

技术领域

本发明涉及地质勘探设备领域，尤其涉及一种页岩气钻进式取心液压马达。

背景技术

页岩气的勘探开采进程中，岩样取心是关键环节。工程人员使用岩样取心技术获取地下岩层的岩心样品，测试地下岩石储层的岩性、物性等性质，其可获得所钻井段岩石层性质的有效数据，有利于提升页岩气钻遇成功率，实现高效率开发，降低钻完井费用。旋转式井壁取心技术是一种新式岩样取心方式，其拥有井下作业便利、效率高、花费少等优势，为页岩气储层的低成本、高效勘探开采提供了新的岩样取心方式。页岩气长水平段旋转式井壁取心机器人集成了井下牵引器和旋转式井壁取心仪二者的全部功能，具备井下自主爬行、智能定位、大直径取心、密闭储心等能力，解决了页岩气长水平段岩样取心困难问题。

页岩气长水平段旋转式井壁取心用取心马达是页岩气长水平段旋转式井壁取心机器人的核心部件，在取心马达扭矩输出齿轮轴的前端连接有大直径孕镶金刚石取心钻头；取心马达实时地对大直径孕镶金刚石取心钻头提供轴向钻进压力、剪切扭矩和径向折心力，最终达到钻井取心的目的。

取心马达的综合性能将直接影响页岩气长水平段旋转式井壁取心机器人的井下钻井取心效率。与此同时，页岩气长水平段旋转式井壁取心机器人的井下工作环境苛刻，工作空间很小(井径200.5～444.5mm)、高温(100℃)、高压(60MPa)、高腐蚀。

在上述苛刻复杂的工作环境下，页岩气长水平段旋转式井壁取心机器人用取心马达的自身的综合性能、体积大小和井下恶劣环境耐受能力都是工程技术人员需要解决的技术瓶颈。如何确保获取大直径岩心的前提下，缩小齿轮液压马达的体积，提高齿轮液压马达的综合性能和井下耐受能力，目前已经成为了本领域工程技术人员迫切解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种页岩气钻进式取心液压马达，以解决上述问题，提供一种尺寸小、承受钻压的同时提供高扭矩、高耐受恶劣井下环境的取心液压马达。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种页岩气钻进式取心液压马达，包括扭矩输出齿轮轴、套接在所述扭矩输出齿轮轴前后端外侧的压盖密封组件、套接在所述压盖密封组件外侧的壳体组件；

所述壳体组件包括后壳体、与所述后壳体贴合设置的中间壳体及与所述中间壳体贴合设置的前壳体，所述中间壳体设置在所述后壳体、前壳体之间，所述中间壳体与所述后壳体、前壳体贴合处设置有带挡圈O型密封圈；

所述扭矩输出齿轮轴啮合设置有空转齿轮轴，所述空转齿轮轴两端设置有滚针轴承，所述空转齿轮轴通过所述滚针轴承转动连接在所述后壳体、前壳体内,所述扭矩输出齿轮轴为中空结构；

所述扭矩输出齿轮轴远离所述后壳体的一端设置有整体式取心钻头，所述整体式取心钻头远离所述后壳体的一端内壁活动设置有岩心卡箍。

优选的，所述压盖密封组件包括嵌入所述后壳体后端的后压盖和嵌入所述前壳体前端的前压盖，所述后压盖内侧壁沿钻进方向依次设置有齿形滑环组合式密封和格来圈，所述前压盖内侧壁沿钻进方向依次设置所述格来圈、齿形滑环组合式密封，所述齿形滑环组合式密封和所述格来圈套接在所述扭矩输出齿轮轴外侧，所述后压盖、前压盖外侧分别套接有所述带挡圈O型密封圈。

优选的，所述扭矩输出齿轮轴外侧套接有两个角接触轴承，其中一个所述角接触轴承设置在所述后壳体、后压盖之间，另一个所述角接触轴承设置在所述前壳体、前压盖之间。

优选的，所述后壳体上部开设有液压油进出口，所述液压油进出口包括开设在所述后壳体一侧的进油口和开设在所述后壳体另一侧的出油口所述后壳体靠近所述中间壳体的接触面开设有高压油进口和低压油出口，所述进油口与所述高压油进口连通，所述出油口与所述低压油出口连通，所述高压油进口、低压油出口设置在所述扭矩输出齿轮轴和空转齿轮轴啮合处的两侧，所述高压油进口对角设置，所述低压出油口对角设置。

优选的，所述后壳体、中间壳体、前壳体开设有螺钉孔和定位孔，所述后壳体、中间壳体、前壳体之间通过所述定位孔定位，所述后壳体、中间壳体、前壳体之间通过所述螺钉孔安装螺钉进行锁紧。

优选的，所述后壳体、中间壳体、前壳体的外侧壁对称设置有取心马达支架。

优选的，所述空转齿轮轴数量为两个，两个所述空转齿轮轴沿所述扭矩输出齿轮轴心对称设置。

优选的，所述扭矩输出齿轮轴远离所述后壳体的一端开设有外螺纹，所述整体式取心钻头与所述扭矩输出齿轮轴配合的一端开设有内螺纹，所述外螺纹与所述内螺纹相匹配。

本发明具有如下技术效果：

特殊的工作环境和任务决定了取心马达的结构不同于地面使用的常规液压马达,常规液压马达一般通过端面法兰固定，而取心马达在工作时必须在轨道内滑动并转向，所以其左右两边设计安装有固定支架，通过固定支架装在页岩气取心机器人的轨道内。

为防止取心马达收回过程以及转向时，岩心从整体式取心钻头内部滑落出而导致取心工作失败，设计了岩心卡箍把岩心夹持在整体式取心钻头内部。将扭矩输出齿轮轴设置为中空结构，当岩心储存到储心筒时，使用杆状工具穿过扭矩输出齿轮轴中心将其推推出保存起来。

扭矩输出齿轮轴端的密封考虑外界钻井液、泥浆等的内渗问题，后壳体右端面、中间壳体、前壳体左端面、空转齿轮轴、扭矩输出齿轮轴的齿轮构成了取心马达工作密闭腔体。齿形滑环组合式密封用于密封页岩气井下钻井液、泥浆等防止窜入取心马达内部，设计格来圈和齿形滑环组合式密封形成单向密封，用于密封取心马达内部泄漏的高温油。以解决恶劣环境，井下高温、高压密封问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明结构示意图；

图2为图1中A-A剖视结构示意图；

图3为本发明装配***结构示意图。

其中，1为扭矩输出齿轮轴、2为后压盖、3为齿形滑环组合式密封、4为格来圈、5为角接触轴承、6为液压油进出口、7为滚针轴承、8为带挡圈O型密封圈、9为空转齿轮轴、10为整体式取心钻头、11为后壳体、12为中间壳体、13为前壳体、14为前压盖、15为岩心卡箍、16为取心马达支架，17为螺钉孔17、18为定位孔、19为高压油进口、20为低压油出口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1-3所示，本发明提供一种页岩气钻进式取心液压马达，包括扭矩输出齿轮轴1、套接在扭矩输出齿轮轴1前后端外侧的压盖密封组件、套接在压盖密封组件外侧的壳体组件；

壳体组件包括后壳体11、与后壳体11贴合设置的中间壳体12及与中间壳体12贴合设置的前壳体13，中间壳体12设置在后壳体11、前壳体13之间，中间壳体12与后壳体11、前壳体13贴合处设置有带挡圈O型密封圈8；

扭矩输出齿轮轴1啮合设置有空转齿轮轴9，空转齿轮轴9两端设置有滚针轴承7，空转齿轮轴9通过滚针轴承7转动连接在后壳体11、前壳体13内,扭矩输出齿轮轴1为中空结构；

将扭矩输出齿轮轴设置为中空结构，当岩心储存到储心筒时，使用杆状工具穿过扭矩输出齿轮轴中心将其推入至储心筒中保存起来。

扭矩输出齿轮轴1远离后壳体11的一端设置有整体式取心钻头10，整体式取心钻头10远离后壳体11的一端内壁活动设置有岩心卡箍15。

为防止取心马达收回过程以及转向时，岩心从整体式取心钻头10内部滑落出而导致取心工作失败，设计了岩心卡箍15把岩心夹持在整体式取心钻头内部。

扭矩输出齿轮轴1采用齿轮轴设计，力学性能优于相同的空心轴-键-齿轮配合。岩心卡箍15的边缘设置有斜角，方便岩心进入整体式取心钻头10内，后壳体11的右端面、中间壳体12、前壳体13的左端面、空转齿轮轴9、扭矩输出齿轮轴1的齿轮构成了取心马达工作密闭腔体。压盖密封组件用于密封页岩气井下钻井液、泥浆等防止窜入取心马达内部，用于密封取心马达内部泄漏的高温油。以解决恶劣环境，井下高温、高压密封问题。

进一步优化方案，压盖密封组件包括嵌入后壳体11后端的后压盖2和嵌入前壳体13前端的前压盖14，后压盖2内侧壁沿钻进方向依次设置有齿形滑环组合式密封3和格来圈4，前压盖14内侧壁沿钻进方向依次设置格来圈4、齿形滑环组合式密封3，齿形滑环组合式密封3和格来圈4套接在扭矩输出齿轮轴1外侧，后压盖2、前压盖14外侧分别套接有带挡圈O型密封圈8。齿形滑环组合式密封3用于密封页岩气井下钻井液、泥浆等防止窜入取心马达内部，设计格来圈4和齿形滑环组合式密封3形成单向密封，用于密封取心马达内部泄漏的高温油。以解决恶劣环境，井下高温、高压密封问题。

进一步优化方案，扭矩输出齿轮轴1外侧套接有两个角接触轴承5，其中一个角接触轴承5设置在后壳体11、后压盖2之间，另一个角接触轴承5设置在前壳体13、前压盖14之间。通过角接触轴承5与扭矩输出齿轮轴1配合设置，增强了扭矩输出齿轮轴1轴向推进的压力，防止扭矩输出齿轮轴1因轴向力出现偏移。

进一步优化方案，后壳体11上部开设有液压油进出口6，液压油进出口6包括开设在后壳体11一侧的进油口和开设在后壳体11另一侧的出油口后壳体11靠近中间壳体12的接触面开设有高压油进口19和低压油出口20，进油口与高压油进口19连通，出油口与低压油出口20连通，高压油进口19、低压油出口20设置在扭矩输出齿轮轴1和空转齿轮轴9啮合处的两侧，高压油进口19对角设置，低压出油口20对角设置。

进一步优化方案，后壳体11、中间壳体12、前壳体13开设有螺钉孔17和定位孔18，后壳体11、中间壳体12、前壳体13之间通过定位孔18定位，后壳体11、中间壳体12、前壳体13之间通过螺钉孔17安装螺钉进行锁紧。

进一步优化方案，后壳体11、中间壳体12、前壳体13的外侧壁对称设置有取心马达支架16。固定支架16上设计有两个个长短不同的圆柱销钉，通过销钉安装在页岩气取心机器人的轨道内。

进一步优化方案，空转齿轮轴9数量为两个，两个空转齿轮轴9沿扭矩输出齿轮轴1轴心对称设置。

进一步优化方案，扭矩输出齿轮轴1远离后壳体11的一端开设有外螺纹，整体式取心钻头10与扭矩输出齿轮轴1配合的一端开设有内螺纹，外螺纹与内螺纹相匹配。将扭矩输出齿轮轴1和整体式取心钻头10设置为分体结构，在整体式取心钻头10磨损、损坏后只需要更换整体式取心钻头10，不需要整体更换扭矩输出齿轮轴1，提升了取心马达的使用率，减少了维护成本，节省了使用费用。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种页岩气钻进式取心液压马达，其特征在于：包括扭矩输出齿轮轴(1)、套接在所述扭矩输出齿轮轴(1)前后端外侧的压盖密封组件、套接在所述压盖密封组件外侧的壳体组件；

所述壳体组件包括后壳体(11)、与所述后壳体(11)贴合设置的中间壳体(12)及与所述中间壳体(12)贴合设置的前壳体(13)，所述中间壳体(12)设置在所述后壳体(11)、前壳体(13)之间，所述中间壳体(12)与所述后壳体(11)、前壳体(13)贴合处设置有带挡圈O型密封圈(8)；

所述扭矩输出齿轮轴(1)啮合设置有空转齿轮轴(9)，所述空转齿轮轴(9)两端设置有滚针轴承(7)，所述空转齿轮轴(9)通过所述滚针轴承(7)转动连接在所述后壳体(11)、前壳体(13)内,所述扭矩输出齿轮轴(1)为中空结构；

所述扭矩输出齿轮轴(1)远离所述后壳体(11)的一端设置有整体式取心钻头(10)，所述整体式取心钻头(10)远离所述后壳体(11)的一端内壁活动设置有岩心卡箍(15)。

2.根据权利要求1所述的一种页岩气钻进式取心液压马达，其特征在于：所述压盖密封组件包括嵌入所述后壳体(11)后端的后压盖(2)和嵌入所述前壳体(13)前端的前压盖(14)，所述后压盖(2)内侧壁沿钻进方向依次设置有齿形滑环组合式密封(3)和格来圈(4)，所述前压盖(14)内侧壁沿钻进方向依次设置所述格来圈(4)、齿形滑环组合式密封(3)，所述齿形滑环组合式密封(3)和所述格来圈(4)套接在所述扭矩输出齿轮轴(1)外侧，所述后压盖(2)、前压盖(14)外侧分别套接有所述带挡圈O型密封圈(8)。

3.根据权利要求2所述的一种页岩气钻进式取心液压马达，其特征在于：所述扭矩输出齿轮轴(1)外侧套接有两个角接触轴承(5)，其中一个所述角接触轴承(5)设置在所述后壳体(11)、后压盖(2)之间，另一个所述角接触轴承(5)设置在所述前壳体(13)、前压盖(14)之间。

4.根据权利要求1所述的一种页岩气钻进式取心液压马达，其特征在于：所述后壳体(11)上部开设有液压油进出口(6)，所述液压油进出口(6)包括开设在所述后壳体(11)一侧的进油口和开设在所述后壳体(11)另一侧的出油口所述后壳体(11)靠近所述中间壳体(12)的接触面开设有高压油进口(19)和低压油出口(20)，所述进油口与所述高压油进口(19)连通，所述出油口与所述低压油出口(20)连通，所述高压油进口(19)、低压油出口(20)设置在所述扭矩输出齿轮轴(1)和空转齿轮轴(9)啮合处的两侧，所述高压油进口(19)对角设置，所述低压出油口(20)对角设置。

5.根据权利要求1所述的一种页岩气钻进式取心液压马达，其特征在于：所述后壳体(11)、中间壳体(12)、前壳体(13)开设有螺钉孔(17)和定位孔(18)，所述后壳体(11)、中间壳体(12)、前壳体(13)之间通过所述定位孔(18)定位，所述后壳体(11)、中间壳体(12)、前壳体(13)之间通过所述螺钉孔(17)安装螺钉进行锁紧。

6.根据权利要求1所述的一种页岩气钻进式取心液压马达，其特征在于：所述后壳体(11)、中间壳体(12)、前壳体(13)的外侧壁对称设置有取心马达支架(16)。

7.根据权利要求1所述的一种页岩气钻进式取心液压马达，其特征在于：所述空转齿轮轴(9)数量为两个，两个所述空转齿轮轴(9)沿所述扭矩输出齿轮轴(1)轴心对称设置。

8.根据权利要求1所述的一种页岩气钻进式取心液压马达，其特征在于：所述扭矩输出齿轮轴(1)远离所述后壳体(11)的一端开设有外螺纹，所述整体式取心钻头(10)与所述扭矩输出齿轮轴(1)配合的一端开设有内螺纹，所述外螺纹与所述内螺纹相匹配。

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