[发明专利]叶片马达驱动式井下增压装置与方法

摘要

本发明提供一种能够产生超高压射流的叶片马达驱动式井下增压装置，适用于深井、超深井钻井提速。该增压装置包括壳体、分流单元、动力总成、传动总成、增压总成等五部分，是超高压射流钻井专用的一种井下增压工具。该装置上端连接钻铤或动力钻具，下端直接与钻头相接。正常钻进时钻井液经分流体对称流入叶片马达总成，叶片在钻井液压差的作用下产生扭矩并带动曲轴旋转，使连杆及柱塞泵的柱塞产生上下往复运动，将部分高压钻井液升至超高压，超高压流体通过钻头上超高压喷嘴形成超高压射流，传至井底破碎岩石，达到提高钻井破岩效率的目的。本发明设计了一对对称叶片马达为柱塞泵提供连续动力，使超高压射流能够连续作用于井底。

主权项

1.一种叶片马达驱动式井下增压装置，包括：壳体、分流单元、动力总成、传动总成、增压总成；壳体上端为钻井液入口、下端为钻井液出口，壳体上端与钻铤或动力钻具相连接、下端与钻头相连接；壳体内部为柱状空腔，柱状空腔内设有不同的台阶和支撑体，壳体内部自上而下依次安装分流单元、动力总成、传动总成、增压总成；其特征在于：分流单元为一个分流体，动力总成由两个对称的叶片马达构成，传动总成由曲轴连杆机构构成，增压总成由柱塞泵构成；分流体安装在近入口端的壳体内部台阶上，其上有三个孔，将来自钻铤或动力钻具的钻井液分为三部分；其中，对称的两孔与对称的一对叶片马达流体高压入口连接，两部分钻井液分别流至动力总成上的对称高压入口；另一孔通过管线与单向阀连接，为柱塞泵提供入口流体，第三部分钻井液经叶片马达定子上单独设计的流道流至柱塞泵入口；钻井液经分流体分流，大部分钻井液通过马达流体高压入口流入对称的叶片马达；动力总成自上而下紧接分流体设置、安装在壳体内部台阶上，在动力总成与分流体之间安装垫片起密封作用；叶片马达包括：马达压盖、马达流体高压入口、叶片、轴承及密封、轴瓦、高压腔室、马达流体出口；两个对称的叶片马达根据壳体的局限空间尺寸及结构设计，单个定子的内轮廓呈半球状；叶片马达定子上开有两个高压腔室和两个低压腔室，来自分流体的高压钻井液从高压腔室流至低压腔室时产生压差，叶片马达在钻井液压差的作用下产生扭矩并带动转子旋转，转子带动曲轴高速旋转使连杆产生上下往复运动；叶片和转子槽之间安装弹簧，当叶片转至定子内径最小处叶片将弹簧完全压紧，当叶片转至定子内径最大处弹簧推叶片边缘至定子内壁；叶片马达转子靠近壳体壁面的一侧安装滑动轴承，靠近曲轴的一端安装密封滚动轴承并有密封系统；曲轴连杆机构的曲轴两端分别与两叶片马达转子通过花键连接，叶片马达转子带动曲轴高速旋转，曲轴带动连杆产生上下往复运动，为柱塞泵提供连续不断的动力，在连杆与柱塞泵的柱塞之间安装有万向轴节，保证柱塞居中运动；当柱塞向上运动时，单向阀打开，将分流的钻井液输入到柱塞泵的缸体内，为柱塞泵补液；当柱塞向下运动时，单向阀关闭，对柱塞缸体内钻井液进行增压形成超高压钻井液；曲轴连杆机构也根据空间结构紧凑设计，曲轴的两端分别与两叶片马达同轴相连，随着叶片马达的旋转运动，曲轴连杆机构将动力传递给柱塞，并实现旋转运动向柱塞上下往复运动的转换；柱塞泵主体坐在壳体上，柱塞泵入口端的钻井液直接来自分流体，柱塞缸体出口端底部车有螺孔，超高压管线一端与螺孔连接、另一端与钻头上的超高压喷嘴连接；出口端的超高压钻井液通过高压管线经钻头高压喷嘴形成超高压射流对井底进行清岩和破岩。