液磁耦合携屑工具用的内转子液力磁芯总成的制作方法

本发明涉及石油天然气井钻井过程中，为了抑制岩屑床形成的技术领域。具体涉及液磁耦合携屑工具用的内转子液力磁芯总成。

背景技术：

复杂结构井是水平井、大位移井、多分支井、多底井等井型的统称，其特点之一是具有较长的水平段，能够大幅度提高井眼泄油面积，最大限度地提高单井产量。已逐渐成为海洋石油天然气、页岩气开采的主要井型，在世界范围内布井数量呈逐年增加趋势。然而复杂结构井由于造斜段和水平段较长，在重力分量的作用下，钻进破碎的岩屑在水平段和造斜段极易沉积形成岩屑床，现场实践和实验研究均表明井斜大于45度后的造斜段和水平井段钻井液携带岩屑效率低，岩屑易形成岩屑床，堵塞钻完的井眼，即使少量的岩屑床形成后也会造成钻具拖压，粘卡等井下安全事故，造成机械钻速大幅度降低，非生产时间和作业成本大幅度增加，这就要求在这类井型的钻井过程中，保持较高的井眼岩屑清洁效率，在岩屑床易于形成的井段采用必要的方法，防止岩屑床的形成，保证钻具和井眼安全。

针对目前大斜度和水平段存在岩屑清洁困难的问题，国内主要采用增大钻井液排量、调整钻井液流变性能、提高钻杆转速(连续油管钻井不能使用)或短起下钻具来改善。其中钻井液排量、流变性和钻杆转速参数因其他钻进工艺要求而不能仅考虑岩屑床问题，这些参数只能适当调整，所以现场应用最普遍的清洁井眼方法是短起下钻具和长距离倒滑眼作业，但这种方法以牺牲钻进时间为代价，增加钻进成本，并不是从本质上解决这类井型的井眼清洁问题。

近几年为解决水平井、大位移井的大斜度和水平段岩屑清洁困难问题，国外逐渐开始商用带有叶片的井眼清洁工具，这类工具基本结构是在管柱本体上加工螺旋形或v型的叶片，通过丝扣与钻杆连接，工作时随钻杆旋转，环空钻井液在叶片旋转作用下获得周向诱导速度形成螺旋流，使沉积在井眼低边的岩屑重新启动悬浮，有效抑制岩屑床的形成，提高井眼清洁效率。但国外商用的井眼清洁工具，均依赖于管柱的旋转，这意味钻进至岩屑沉积严重的造斜段时，如使用动力钻具滑动钻进，因钻杆与井眼清洁工具不旋转，导致井眼清洁工具失效，即使是复合钻进，由于钻杆转速过低，井眼清洁工具旋转作用效果也不显著，而配套旋转导向工具又因成本原因并不能广泛使用，因此依赖管柱旋转的井眼清洁工具并不适用我国的国情。

技术实现要素：

本发明为克服现有技术中存在的技术问题而提供液磁耦合携屑工具用的内转子液力磁芯总成，可以提高液压势能转换为旋转动能的效率。

一种液磁耦合携屑工具用的内转子液力磁芯总成，包括旋转磁芯和压差叶片，旋转磁芯成贯通的筒状，压差叶片固定安装于旋转磁芯的一端。

通过将压差叶片与旋转磁芯固定连接，可以将压差叶片因受到径向液体流动所产生的旋转，传递给旋转磁芯，旋转磁芯可以将该旋转向外输出。因为二者直接固定安装，可以尽可能的扩大叶片的面积，当叶片与钻井液接触作用面积增加之后，液压势能转换为旋转动能效率将会提高。而且，因叶片间钻井液过流面积大，相同钻井液排量下，叶片间钻井液流速低，因而可减少高含砂钻井液对叶片的冲蚀，降低钻井固控设备要求，节约成本。

优选的技术方案，其附加技术特征在于：压差叶片的数量至少为3片。

通过设置至少3片的压差叶片，可以充分利用旋转磁芯内部的流道的面积，将较多的液体流动的动能转化为旋转的动能。

进一步优选的技术方案，其附加技术特征在于：压差叶片的根部设置在中心轴上，压差叶片与中心轴为一整体机械加工件。

通过设置中心轴，可以将旋转磁芯内的液体流动导向距离旋转磁芯的轴线较远处，液体冲击压差叶片，相对于旋转磁芯的轴线可以产生较大的扭矩，从而增加了旋转磁芯所可以接受到的扭矩的上限，相应的，也可以增加旋转磁芯所能对外施加的扭矩的上限。而且，整体机械加工的方式来形成压差叶片和中心轴，也可以显著提高部件的强度，提高使用寿命。

优选的技术方案，其附加技术特征在于：叶片切面为螺旋形、机翼形、月牙形或弓形。

采用上述类型截面的叶片，能量转化率高，有利于尽可能的利用液体流动的能量在环空钻井液获得周向诱导速度形成螺旋流，以带动岩屑运动。

进一步优选的技术方案，其附加技术特征在于：各片压差叶片之间为等螺距设置。

采用等螺距设置压差叶片，相应的，各个压差叶片相对于旋转磁芯的周向角度也是均匀分布的，从而能够保证，在旋转过程中，无论压差叶片在旋转到任何一个角度时，都可以保持相同的转矩输出。

优选的技术方案，其附加技术特征在于：叶片的外径大于等于旋转磁芯的内径。

内转子设计叶片外径大，与钻井液接触作用面积大，液压势能转换为旋转动能效率更高，可通过调节叶片水力参数(如螺距角、进角、攻角等)获得更大的扭矩。而且，因叶片间钻井液过流面积大，相同钻井液排量下，叶片间钻井液流速低，因而可减少高含砂钻井液对压差叶片的冲蚀，降低钻井固控设备要求，节约成本。

优选的技术方案，其附加技术特征在于：旋转磁芯与压差叶片通过紧配合连接。

通过旋转磁芯与压差叶片进行紧配合连接，可以尽可能扩大旋转磁芯内部的空间，充分利用旋转磁芯内壁的空间以增加叶片间的通道直接和旋转磁芯中空流道联通的面积，从而尽量增加对旋转磁芯中的液体的流动能量的利用率。

优选的技术方案，其附加技术特征在于：旋转磁芯由无磁合金中空管柱整体机械加工而成，旋转磁芯外壁设有至少两个永磁铁镶嵌槽，永磁铁镶嵌槽沿旋转磁芯的轴向延伸，永磁铁镶嵌槽中用于在工作时嵌有永磁铁，永磁铁的磁极方向沿旋转磁芯的径向设置，每相邻的两个永磁铁磁极相反。

通过永磁铁镶嵌槽嵌装不同磁极方向的永磁铁，通过永磁铁的周向移动，利用磁极之间的相互吸引和排斥作用，以带动外部的相应旋转叶片旋转，带动岩屑流动。

进一步优选的技术方案，其附加技术特征在于：旋转磁芯的外壁两端设置有轴承座。

通过在旋转磁芯两端设置轴承座，可以提高旋转磁芯相对于周围部件旋转的稳定性，从而保证压差叶片旋转时的角度的稳定，以利于充分利用液体流动的能量。

再进一步优选的技术方案，其附加技术特征在于：永磁铁的断面形状为梯形、正方形、长方形或扇环形。

采用上述截面形状的永磁铁，其加工性好，且嵌入到截面中之后可以较为牢固的固定在永磁铁镶嵌槽中。

附图说明

图1是本发明实施例1的液磁耦合携屑工具用的内转子液力磁芯总成的结构示意图；

图2是图1的右视图；

图3是图2的a-a剖视图；

图4是实施例1从一个方向观察的立体图；

图5是实施例1从另一个方向观察的立体图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并详细说明如下：

实施例1：

图1是本发明实施例1的液磁耦合携屑工具用的内转子液力磁芯总成的结构示意图；图2是图1的右视图；图3是图2的a-a剖视图；图4是实施例1从一个方向观察的立体图；图5是实施例1从另一个方向观察的立体图。图中，各个附图标记表示的含义如下；1、叶片中心轴；2、压差叶片；3、前轴承座；4、永磁铁镶嵌槽；5、旋转磁芯；6、后轴承座；7、钻井液入口；8、钻井液出口；9、钻井液流道。

一种液磁耦合携屑工具用的内转子液力磁芯总成，包括旋转磁芯5和压差叶片2，旋转磁芯5成贯通的筒状，压差叶片2固定安装于旋转磁芯5的一端。

通过将压差叶片2与旋转磁芯5固定连接，可以将压差叶片2因受到径向液体流动所产生的旋转，传递给旋转磁芯5，旋转磁芯5可以将该旋转向外输出。因为二者直接固定安装，可以尽可能的扩大压差叶片2的面积，当叶片与钻井液接触作用面积增加之后，液压势能转换为旋转动能效率将会提高。

优选的，压差叶片2的数量至少为3片。

通过设置至少3片的压差叶片2，可以充分利用旋转磁芯5内部的钻井液流道9的面积，将较多的液体流动的动能转化为旋转的动能。

进一步优选的，压差叶片2的根部设置在中心轴1上，压差叶片2与中心轴1为一整体机械加工件。

通过设置中心轴1，中心轴的具体直径，可以为旋转磁芯内壁直径的1/5～1/3，可以将旋转磁芯5内的液体流动导向距离旋转磁芯5的轴线较远处，液体冲击压差叶片2，相对于旋转磁芯5的轴线可以产生较大的扭矩，从而增加了旋转磁芯5所可以接受到的扭矩的上限，相应的，也可以增加旋转磁芯5所能对外施加的扭矩的上限。而且，整体机械加工的方式来形成压差叶片2和中心轴1，也可以显著提高部件的强度，提高使用寿命。

优选的，叶片切面为螺旋形、机翼形、月牙形或弓形。

采用上述类型截面的叶片，能量转化率高，有利于尽可能的利用液体流动的能量在环空钻井液获得周向诱导速度形成螺旋流，以带动岩屑运动。

进一步优选的，各片压差叶片2之间为等螺距设置。

采用等螺距设置压差叶片2，相应的，各个压差叶片2相对于旋转磁芯5的周向角度也是均匀分布的，从而能够保证，在旋转过程中，无论压差叶片2在旋转到任何一个角度时，都可以保持相同的转矩输出。

优选的，叶片的外径大于等于旋转磁芯5的内径。

内转子设计叶片外径大，与钻井液接触作用面积大，液压势能转换为旋转动能效率更高，可通过调节叶片水力参数(如螺距角、进角、攻角等)获得更大的扭矩。而且，因叶片间钻井液过流面积大，相同钻井液排量下，叶片间钻井液流速低，因而可减少高含砂钻井液对叶片的冲蚀，降低钻井固控设备要求，节约成本。

优选的，旋转磁芯5与压差叶片2通过紧配合连接。

通过旋转磁芯5与压差叶片2进行紧配合连接，可以尽可能扩大旋转磁芯5内部的空间，充分利用旋转磁芯5内壁的空间以增加叶片间的通道直接和旋转磁芯5中空流道联通的面积，即扩大钻井液入口7处的截面积，从而尽量增加对旋转磁芯5中的液体的流动能量的利用率。

优选的，旋转磁芯5由无磁合金中空管柱整体机械加工而成，旋转磁芯5外壁设有至少两个永磁铁镶嵌槽4，永磁铁镶嵌槽4沿旋转磁芯5的轴向延伸，每个永磁铁镶嵌槽4中均嵌有永磁铁，永磁铁的磁极方向沿旋转磁芯5的径向设置，每相邻的两个永磁铁磁极相反。

通过永磁铁镶嵌槽4嵌装不同磁极方向的永磁铁，通过永磁铁的周向移动，利用磁极之间的相互吸引和排斥作用，以带动外部的相应旋转叶片旋转，带动岩屑流动。

具体说来，可以在工作时把永磁铁镶嵌在槽内，并且做注胶防震保护。旋转磁芯5在满足强度的情况下，永磁铁镶嵌数量优先取上限，优点是每相邻两永磁铁形成的周期性变化磁场沿周向分布较密集，使外侧旋转叶片受到的周向力变化相对较小，旋转时扭矩更加均匀，有助于保护轴承，减缓轴承磨损。

进一步优选的，旋转磁芯5的外壁两端设置有轴承座。其中，在钻井液入口7处的为前轴承座3，在钻井液出口8处的为后轴承座6。

通过在旋转磁芯5两端设置轴承座，可以提高旋转磁芯5相对于周围部件旋转的稳定性，从而保证压差叶片2旋转时的角度的稳定，以利于充分利用液体流动的能量。

再进一步优选的，永磁铁的断面形状为梯形、正方形、长方形或扇环形。

采用上述截面形状的永磁铁，其加工性好，且嵌入到截面中之后可以较为牢固的固定在永磁铁镶嵌槽4中。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，例如：①除了实施例中所列举的压差叶片与旋转磁芯之间是通过紧配合连接的，实际上还可以通过键槽配合进行连接。这些均属于本发明的保护范围之内。