[发明专利]一种橡胶夹层金属定子螺杆

说明书

技术领域

本发明涉及一种石油、天然气钻井领域中应用的螺杆钻具，特别是一种橡胶夹层金属定子螺杆。

背景技术

螺杆钻具是石油、天然气钻井工程中常用的井下动力钻具，它包括旁通阀总成、马达总成、万向轴总成和传动轴总成，其中马达总成是为螺杆钻具提供动力的核心部件，由转子和定子两个基本部分组成。常规马达定子由定子壳体和橡胶衬套构成，定子壳体内腔为光滑圆柱面，橡胶通过硫化工艺粘结在定子壳体内壁，橡胶衬套的内孔为连续螺旋曲面。工作过程中，在转子周期性的挤压和定转子密封腔压差作用下，由于橡胶衬套壁厚不等，橡胶衬套将发生不均匀变形，从而导致橡胶衬套机械密封性能减弱，影响马达工作效率，同时由于橡胶衬套的散热不均，热滞后现象严重，使橡胶极易老化和撕裂，降低其使用寿命。

近年来，国内外提出了等壁厚螺杆钻具马达定子，由于定子橡胶衬套的壁厚基本相同，受力后变形均匀，抵抗变形能力强，且散热性能和密封性能得到改善，提高了螺杆钻具的工作效率和使用寿命，但等壁厚定子壳体内表面为连续螺旋曲面，加工难度大且成本较高。因此，研究加工工艺简单、加工成本较低、工作效率高及使用寿命长的螺杆钻具具有重要的实际应用价值。

发明内容

本发明的目的是为了解决常规螺杆钻具定子工作效率低、使用寿命短，以及等壁厚螺杆钻具定子加工难度大且成本高的难题，特别提供一种橡胶夹层金属定子螺杆。

为达到上述目的，本发明解决此技术问题所采用的技术方案是：一种橡胶夹层金属定子螺杆，是由定子壳体、橡胶层、金属定子层和转子等组成，其结构特征是：定子壳体为内壁光滑的直管，金属定子层为壁厚相等、内外表面均为螺旋曲面的管件或者外表面为光滑圆柱面、内表面为螺旋曲面的管件；定子壳体与金属定子层之间靠硫化的橡胶层粘结在一起；转子与金属定子层啮合形成密封腔；当螺杆工作时，橡胶层还起到减振作用；每个螺旋管两个端面分别有3～5个花键和花键槽，将加工好的半个导程或者一个导程的螺旋管通过花键和花键槽配合，组装成金属定子层。

本发明具有的有益效果是：（1）该螺杆内部为金属定子层，加快了定子的散热速度，提高了定子强度、密封腔的承压能力，以及马达的工作效率和使用寿命；（2）金属定子层由多个半个导程或者一个导程的螺旋管组装成，具有普通等壁厚螺杆钻具定子的优点，同时由于螺旋管的长度较短，因此降低了等壁厚定子内螺旋曲面的加工难度和加工成本；（3）橡胶层粘结在定子壳体和金属定子层之间，避免了因与钻井介质的直接接触造成的热胀、溶胀，减缓了橡胶磨损及疲劳老化的速度。

附图说明

图1是本发明一种橡胶夹层金属定子螺杆第一实施例横截面示意图。

图2是本发明一种橡胶夹层金属定子螺杆第二实施例横截面示意图。

图3是本发明第一实施例螺杆剖面示意图。

图4是本发明第二实施例螺杆剖面示意图。

图5是本发明第一实施例螺旋管剖面示意图。

图6是本发明第一实施例螺旋管剖面示意图。

图中：1.定子壳体，2.橡胶层，3.金属定子层，4.转子，5.螺旋管，6.花键，7.花键槽。

具体实施方式

如图1、图3和图5所示，本发明一种橡胶夹层金属定子螺杆第一实施例，是由定子壳体1、橡胶层2、金属定子层3和转子4等组成，其结构特征是：定子壳体1为内壁光滑的直管，金属定子层3为壁厚相等、内外表面均为螺旋曲面的管件；定子壳体1与金属定子层3之间靠硫化的橡胶层2粘结在一起；转子4与金属定子层3啮合形成密封腔；橡胶层2与金属定子层3的外部螺旋曲面粘结，增加了粘结强度，橡胶层2粘结在定子壳体1和金属定子层3之间，避免了因与钻井介质的直接接触造成的热胀、溶胀，减缓了橡胶磨损及疲劳老化的速度，当螺杆工作时，橡胶层2还起到减振作用；螺旋管5内外表面均为螺旋曲面，每个螺旋管5两个端面分别有3～5个花键6和花键槽7，将加工好的半个导程或者一个导程的螺旋管5通过花键6和花键槽7配合，组装成金属定子层3。

如图2、图4和图6所示，本发明一种橡胶夹层金属定子螺杆第二实施例，也是由定子壳体1、橡胶层2、金属定子层3和转子4等组成，其结构特征是：金属定子层3为外表面为光滑圆柱面、内表面为螺旋曲面的管件，由外表面为光滑圆柱面、内表面为螺旋曲面的螺旋管5通过花键6和花键槽7配合形成。

第一实施例和第二实施例的金属定子层3均具有普通等壁厚螺杆钻具定子的优点，可以加快定子的散热速度，提高定子强度、密封腔的承压能力，以及马达的工作效率和使用寿命，同时由于金属定子层3由长度较短的螺旋管5组成，因此降低了等壁厚定子内螺旋曲面的加工难度和加工成本。