阅读说明：本技术 一种钻井用组合式螺杆钻具 (A kind of drilling well assembled screw rod drilling tool ) 是由 向长树 于 2019-10-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种钻井用组合式螺杆钻具,包括旁通阀总成、防掉总成、马达总成、万向轴总成和传动轴总成,马达总成包括定子外壳、橡胶衬套和转子螺杆,定子外壳的内圈开设有若干个插槽,插槽的槽口宽度小于槽底宽度,橡胶衬套的外圈设有若干个与插槽尺寸相匹配的插条,橡胶衬套的内圈以及转子螺杆的外圈均为连续螺旋线型结构,橡胶衬套与转子螺杆相互啮合。本发明中橡胶衬套与定子外壳之间采用插槽、插条的配合连接方式,简化了加工流程,且提升了橡胶衬套对振动作用的抵御能力,避免其发生位移或者脱落的现象,也便于橡胶衬套的更换；还能将转子螺杆对橡胶衬套产生的振动机械能经摩擦转换成内能而耗散,降低振动对橡胶衬套的影响。(The invention discloses a kind of drilling well assembled screw rod drilling tools, including by-pass valve assembly, anti-lost assembly, motor assembly, universal axle assembly and driving-shaft assembly, motor assembly includes stator casing, rubber bushing and multi-rotor screw, the inner ring of stator casing offers several slots, the width of rebate of slot is less than slot bottom width, the outer ring of rubber bushing is equipped with several cuttings to match with slot size, the inner ring of rubber bushing and the outer ring of multi-rotor screw are continuous helical linear structure, and rubber bushing and multi-rotor screw are intermeshed.Using slot, the mating connection mode of cutting between rubber bushing and stator casing in the present invention, simplify processing flow, and the phenomenon that improving rubber bushing to the resilience of effect of vibration, it is avoided to be subjected to displacement or fall off, it is also convenient for the replacement of rubber bushing；Can also by vibration mechanical energy that multi-rotor screw generates rubber bushing it is rubbed be converted into it is interior can and dissipates, reduce the influence vibrated to rubber bushing.)

一种钻井用组合式螺杆钻具

技术领域

本发明涉及钻井设备技术领域，具体涉及一种钻井用组合式螺杆钻具。

背景技术

螺杆钻具（PDM drill）由旁通阀、防掉接头、螺杆马达（转子、橡胶衬套、定子）、万向轴和传动轴等几部分组成，是一种以钻井液为动力，把液体压力能转为机械能的容积式井下动力钻具。当泥浆泵泵出的泥浆流经旁通阀进入马达，在马达的进、出口形成一定的压力差，推动转子绕定子的轴线旋转，并将转速和扭矩通过万向轴和传动轴传递给钻头，从而实现钻井作业。

由于钻井作业时的高温、冲蚀、振动等作用，导致传统螺杆钻具的使用寿命只有150～200小时。其中，高温和冲蚀问题可以通过对橡胶材料的改进来解决，并且该技术已经趋于成熟，但是由于目前螺杆马达中橡胶衬套在定子外壳上的粘接强度低，高频率的振动作用很容易使橡胶衬套发生位移甚至脱落，导致螺杆马达不能继续工作，这是影响螺杆钻具使用寿命的薄弱环节。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钻井用组合式螺杆钻具，其解决了传统螺杆钻具中螺杆马达的橡胶衬套容易受高频率振动作用而位移、脱落的缺陷，延长了螺杆钻具的使用寿命。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种钻井用组合式螺杆钻具，包括依次连接的旁通阀总成、防掉总成、马达总成、万向轴总成和传动轴总成，所述马达总成包括定子外壳、橡胶衬套和转子螺杆，所述定子外壳的内圈开设有若干个插槽，所述插槽的槽口宽度小于槽底宽度，所述橡胶衬套的外圈设有若干个与插槽尺寸相匹配的插条，所述插条***插槽内，实现定子外壳与橡胶衬套的连接，所述橡胶衬套的内圈以及转子螺杆的外圈均为连续螺旋线型结构，橡胶衬套与转子螺杆相互啮合，且橡胶衬套与转子螺杆的头数之比为（N+1）/N，N为大于0的自然数。

进一步改进在于，所述插槽在定子外壳的两端均为敞口状。

进一步改进在于，所述插槽的横截面呈“凸”字形或者等腰梯形。

进一步改进在于，所述橡胶衬套内圈的连续螺旋线型结构由螺旋突起和螺旋凹槽交替连接组成，且在每一条螺旋突起内部均形成有与螺旋突起相同旋向的通槽，所述通槽的内侧壁上间隔设有若干第一摩擦块，通槽的外侧壁上与第一摩擦块相对的位置均设有第二摩擦块，且所述第一摩擦块和第二摩擦块一一对应接触。

进一步改进在于，所述第一摩擦块和第二摩擦块均为氧化铝材质，且第一摩擦块和第二摩擦块接触面的动摩擦系数为0.40～0.45。

进一步改进在于，所述螺旋突起和螺旋凹槽的表面均为弧形面，所述通槽的横截面呈椭圆形。

进一步改进在于，所述第一摩擦块和第二摩擦块的长度为6～12cm，相邻第一摩擦块或第二摩擦块之间的间隔为0.5～3cm。

本发明的有益效果在于：

（1）本发明中橡胶衬套与定子外壳之间采用插槽、插条的配合连接方式，代替了传统的粘接方式，由此简化了加工流程，且提升了橡胶衬套对高频率振动作用的抵御能力，避免其发生位移或者脱落的现象，也便于橡胶衬套的更换。

（2）本发明在橡胶衬套的螺旋突起内设有通槽，通槽内设有两个对立的摩擦块，该结构一方面使转子螺杆对橡胶衬套产生的振动机械能经摩擦转换成内能而耗散，降低振动对橡胶衬套的影响，由此进一步避免其脱胶、掉块、撕裂等现象；另一方面使橡胶衬套趋于等壁厚结构，橡胶衬套的收缩膨胀更加一致，由此有效提升其工作效率。

附图说明

图1本发明的整体结构示意图；

图2为马达总成的结构示意图；

图3为插槽的不同实施例结构示意图；

图中：1、旁通阀总成；2、防掉总成；3、马达总成；301、定子外壳；302、橡胶衬套；303、转子螺杆；304、插槽；305、插条；306、螺旋突起；307、螺旋凹槽；308、通槽；309、第一摩擦块；310、第二摩擦块；4、万向轴总成；5、传动轴总成。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。

结合图1至图3所示，一种钻井用组合式螺杆钻具，包括依次连接的旁通阀总成1、防掉总成2、马达总成3、万向轴总成4和传动轴总成5。其中，马达总成3包括定子外壳301、橡胶衬套302和转子螺杆303，定子外壳301的内圈开设有若干个插槽304，插槽304的槽口宽度小于槽底宽度，橡胶衬套302的外圈设有若干个与插槽304尺寸相匹配的插条305，插条305***插槽304内，实现定子外壳301与橡胶衬套302的连接，且连接后由于插槽304的槽口宽度小于槽底宽度，所以橡胶衬套302不会脱落。橡胶衬套302的内圈以及转子螺杆303的外圈均为连续螺旋线型结构，橡胶衬套302与转子螺杆303相互啮合，且橡胶衬套302与转子螺杆303的头数之比为N+1/N，N为大于0的自然数，为1,2,3……。

作为本发明的实施例结构，上述插槽304在定子外壳301的两端均为敞口状。在马达总成3的组装时，可预先分别生产定子外壳301和橡胶衬套302，然后将橡胶衬套302从定子外壳301的一端***，使每个插条305与对应的插槽304均对接好，然后通过气压将橡胶衬套302泵入到定子外壳301内部，实现组装，无需粘接，且连接强度大幅提升。在需要更换橡胶衬套302时，同样可以通过气压从一端头将橡胶衬套302冲出，十分方便，也实现了其他非易损结构的多次利用。

作为本发明的实施例结构，上述插槽304的横截面呈“凸”字形或者等腰梯形，当然也可以是其他异形结构，例如图3中所示的结构，均能起到较好的连接强度。

作为本发明的实施例结构，上述橡胶衬套302内圈的连续螺旋线型结构由螺旋突起306和螺旋凹槽307交替连接组成，且在每一条螺旋突起306内部均形成有与螺旋突起306相同旋向的通槽308，即通槽308在螺旋突起306内部的深度及位置均不变，其随着螺旋突起306的弯曲而弯曲。在通槽308的内侧壁上间隔设有若干第一摩擦块309，通槽308的外侧壁上与第一摩擦块309相对的位置均设有第二摩擦块310，且第一摩擦块309和第二摩擦块310一一对应接触。

当转子螺杆303受到钻井液的水压作用而旋转时，必然会产生振动，这些振动产生的机械能传递到橡胶衬套302的连续螺旋线型结构表面，其中大部分能量会冲击到螺旋突起306，此时会压迫第一摩擦块309移动，使得第一摩擦块309和第二摩擦块310发生相对运动摩擦，将振动产生的机械能转化为内能，降低振动对橡胶衬套的影响，由此进一步避免其脱胶、掉块、撕裂等现象，而内能可以耗散，对耐高温的橡胶衬套302影响较小。另外，由于设置了通槽308，减小了螺旋突起306处的橡胶厚度，使其与螺旋凹槽307处的橡胶厚度更加接近，由此橡胶衬套302的收缩膨胀更加一致，由此有效提升其工作效率。

作为本发明的实施例结构，上述第一摩擦块309和第二摩擦块310均为氧化铝材质，氧化铝材质具有极强的耐磨性能和耐高温性能，能满足长时间的摩擦要求；且通过改变两个摩擦块接触面的粗糙程度，控制第一摩擦块309和第二摩擦块310接触面的动摩擦系数为0.40～0.45，此时摩擦会较为充分，能量的转化也就更加高效。

作为本发明的实施例结构，上述螺旋突起306和螺旋凹槽307的表面均为弧形面，有利于转子螺杆303的转动，通槽308的横截面呈椭圆形，椭圆形结构与螺旋突起306、螺旋凹槽307的弧形面匹配效果较好。

作为本发明的实施例结构，上述第一摩擦块309和第二摩擦块310的长度为6～12cm，相邻第一摩擦块309或第二摩擦块310之间的间隔为0.5～3cm，具体尺寸根据螺杆钻具的扭矩要求和转速要求而定。

试验证明，本发明介绍的螺杆钻具中橡胶衬套302可承受400～500h的高强度作业，相对于传统粘接式结构，使用寿命大幅提升。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。