一种带有轴向力平衡毂的涡轮钻具中空马达的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种钻探涡轮钻具，尤其是一种带有轴向力平衡毂的涡轮钻具中 空马达，属于钻井设备技术领域。
【背景技术】
[0002] 涡轮钻井技术可减少能源消耗、降低成本，具有良好的经济与社会效益，是钻探工 程领域前沿技术之一。涡轮钻具是工业应用最早的一种井下动力钻具，其工作原理是将工 作液的流体压力能量转变为输出轴的旋转机械能量，驱动钻头转动以破碎井底地层岩石。
[0003] 涡轮钻具以涡轮马达为动力部分，以涡轮马达主轴为支撑部分，在涡轮马达主轴 上设有止推轴承组，钻井作业时，涡轮马达主轴要承担轴向力和钻压。现有技术中，涡轮钻 具处于工作状态时，具有一定压力的工作液由涡轮钻具上端进入涡轮马达工作腔，通过液 力传动驱动涡轮马达的转子及涡轮马达主轴运转，此时涡轮马达主轴受到的轴向力包括工 作液通过涡轮马达转子时产生的向下轴向力、涡轮马达主轴上端与下端压差造成的向下轴 向力。针对大尺寸涡轮钻具而言，由于涡轮马达主轴承受的向下轴向力通常远大于钻压，涡 轮马达主轴承受的轴向力与钻压存在不平衡的问题，极易导致涡轮马达主轴上的止推轴承 组过早失效。 【实用新型内容】
[0004] 本实用新型的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种带有轴向力平衡毂的涡轮 钻具中空马达，以解决大尺寸涡轮钻具涡轮马达主轴承受的轴向力与钻压不平衡的问题， 延长涡轮钻具的工作寿命。
[0005] 本实用新型上述目的是通过以下技术方案实现的：
[0006] -种带有轴向力平衡毂的涡轮钻具中空马达，包括上接头、锁紧螺母、平衡毂、涡 轮马达主轴、上径向扶正轴承、涡轮转子、涡轮定子、涡轮马达壳体、下径向扶正轴承和下接 头;所述锁紧螺母与涡轮马达主轴均为中空结构，锁紧螺母配装在涡轮马达主轴的上端;所 述平衡毂、上径向扶正轴承、涡轮转子和下径向扶正轴承从上至下依次套装在涡轮马达主 轴的外面;所述平衡毂由平衡毂外套和平衡毂内套组成，所述平衡毂外套上端设有端盖，在 平衡毂外套内壁与锁紧螺母上端面之间形成压力平衡腔，平衡毂外套和平衡毂内套以间隙 配合方式装配，在平衡毂外套和平衡毂内套之间形成环状缝隙；所述上径向扶正轴承由轴 承内套和轴承外套组成，在轴承内套与轴承外套之间形成轴承配合间隙；所述轴承配合间 隙、环状缝隙、压力平衡腔、锁紧螺母及涡轮马达主轴的中空结构以串联方式贯通。
[0007] 上述带有轴向力平衡毂的涡轮钻具中空马达，所述平衡毂内套、上径向扶正轴承 内套、涡轮转子和下径向扶正轴承内套通过锁紧螺母与涡轮马达主轴下部的轴肩端面压 紧，成为一个随涡轮转子旋转的整体;所述平衡毂外套、上径向扶正轴承外套、涡轮定子和 下径向扶正轴承外套通过上接头、下接头与涡轮马达壳体端面压紧，成为一个静止的整体。
[0008] 上述带有轴向力平衡毂的涡轮钻具中空马达，所述平衡毂外套在端盖上设有阶梯 孔，所述阶梯孔与绳索取芯钻进工艺中的取芯内管总成相匹配。
[0009] 上述带有轴向力平衡毂的涡轮钻具中空马达，所述平衡毂外套内径为Dl，平衡毂 内套外径为D2,在平衡毂外套和平衡毂内套之间形成的环状缝隙宽度
[0010] Δ l = (Dl_D2)/2,且0.20mm< Δ I < 1.00mm，平衡毂外套的轴向长度LI 2 200mm，平 衡毂内套的轴向长度L2 2 150mm。
[0011] 上述带有轴向力平衡毂的涡轮钻具中空马达，所述上径向扶正轴承的轴向长度L3 2 60mm，上径向扶正轴承的轴承外套的内径D3与上径向扶正轴承的轴承内套的外径D4的配 合间隙 A2=(D3-D4)/2,且0.20mm< Δ2< 1.00mm。
[0012] 上述带有轴向力平衡毂的涡轮钻具中空马达，所述马达主轴中空结构的内孔直径 D3 > Φ 20mm〇
[0013] 本实用新型在钻探涡轮钻具中空马达中设置了轴向力平衡毂，该轴向力平衡毂由 平衡毂外套和平衡毂内套组成，平衡毂外套和平衡毂内套以间隙配合方式装配，在平衡毂 外套和平衡毂内套之间形成了环状缝隙，同时在平衡毂外套内壁与锁紧螺母上端面之间形 成了压力平衡腔，环状缝隙与上径向扶正轴承的轴承配合间隙、压力平衡腔、锁紧螺母及涡 轮马达主轴的内孔贯通。因此，当钻探涡轮钻具中空马达处于工作状态时，具有一定压力的 工作液由涡轮钻具上端进入涡轮马达工作腔时，少量工作液由上径向扶正轴承下端面，通 过上径向扶正轴承的轴承配合间隙、平衡毂外套和平衡毂内套之间的环状缝隙进入压力平 衡腔，再由锁紧螺母及涡轮马达主轴的内孔到达下接头处，与通过涡轮马达工作腔(涡轮定 子叶栅间隙及涡轮转子叶栅间隙）的工作液汇合。根据流体力学的节流减压原理，在上述工 作过程中，流经上径向扶正轴承的轴承配合间隙、平衡毂外套和平衡毂内套之间的环状缝 隙、进入压力平衡腔的少量工作液压力会受到很大损失，因此由锁紧螺母上端面传递给涡 轮马达主轴的轴向压力会显著降低，因涡轮马达主轴上端与下端压差造成的向下轴向力很 小。经试验证明：与现有技术比较，某种采用轴向力平衡毂的涡轮钻具，其涡轮马达主轴受 到的轴向力可减小68%以上。
[0014] 综上所述，本实用新型有效地缓解了涡轮马达主轴承受的轴向力与钻压不平衡的 问题，延长了涡轮钻具的工作寿命。
【附图说明】
[0015] 图1是本实用新型的剖面结构示意图；
[0016] 图2是轴向力平衡毂的剖面结构示意图；
[0017] 图3是图2中I处结构放大图；
[0018] 图4是图2中A-A剖面结构示意图；
[0019] 图5是上径向扶正轴承剖面结构示意图；
[0020] 图6是图5中J处结构放大图；
[0021] 图7是本实用新型在常规钻进过程中的工作原理示意图；
[0022] 图8是与绳索取芯钻进工艺匹配的轴向力平衡毂的剖面结构示意图；
[0023] 图9是本实用新型在绳索取芯钻进过程中的工作原理示意图。
[0024] 图中各标号清单为：1、上接头，2、锁紧螺母，3、涡轮马达主轴，4、轴向力平衡毂，4-1、平衡毂外套，4-2、平衡毂内套，4-3、环状缝隙，4-4、阶梯孔，5、上径向扶正轴承，5-1、轴承 外套，5-2、轴承内套，5-3、轴承配合间隙，6、涡轮定子，7、涡轮转子，8、涡轮马达壳体，9、下 径向扶正轴承，10、下接头，11、工作液，12、取芯内管总成；
[0025] H、压力平衡腔。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。
[0027] 参看图1至图6,本实用新型所述带有轴向力平衡毂的涡轮钻具中空马达包括上 接头1、锁紧螺母2、平衡毂4、涡轮马达主轴3、上径向扶正轴承5、涡轮转子7、涡轮定子6、涡 轮马达壳体8、下径向扶正轴承9和下接头10;所述锁紧螺母2与涡轮马达主轴3均为中空结 构，锁紧螺母2配装在涡轮马达主轴3的上端;所述平衡毂4、上径向扶正轴承5、涡轮转子7和 下径向扶正轴承9从上至下依次套装在涡轮马达主轴3的外面;所述平衡毂4由平衡毂外套 4- 1和平衡毂内套4-2组成，所述平衡毂外套4-1上端设有端盖，在平衡毂外套内壁与锁紧螺 母上端面之间形成压力平衡腔H，平衡毂外套4-1和平衡毂内套4-2以间隙配合方式装配，在 平衡毂外套4-1和平衡毂内套4-2之间形成环状缝隙4-3;所述上径向扶正轴承5由轴承内套 5- 2和轴承外套5-1组成，在轴承内套5-2与轴承外套5-1之间形成轴承配合间隙5-3;所述轴 承配合间隙5-3、环状缝隙4-3、压力平衡腔H、锁紧螺母及