一种大扭矩涡轮钻具的制作方法

本实用新型涉及涡轮钻具装置技术领域，具体涉及一种大扭矩涡轮钻具。

背景技术：

随着油气开发的持续进展，后期油气开发中深井、超深井的比例逐渐增大，井深的增加使得地质结构复杂，工作条件极其恶劣。涡轮钻具是石油钻井作业过程中常用的一种钻具，其利用钻井泵打出的高压钻井液体作动力，当钻井液在泵的驱动下通过涡轮时，涡轮定子使钻井液流偏转，冲击涡轮转子，涡流在叶片两面产生的压差来使涡轮转子发生转动，迫使转子带动涡轮轴转动，从而完成钻井液的动能转化为机械能，最后通过止推套筒接头和传动轴传递给钻头。

由于早期钻井技术水平有限，涡轮钻具转速较低，扭矩较小，涡轮转子与涡轮轴通常采用配合关系或者3mm的钢丝键等方式来定位。随着pdc轴承及pdc钻头等技术引进到涡轮钻具中，使涡轮钻具适应于高转速，大载荷，工况恶劣超高温等钻井环境，大大提高了涡轮的效率。随着涡轮钻具转速逐渐升高，涡轮轴与涡轮转子间的扭矩逐渐增大，原来涡轮转子与涡轮轴采用配合关系或者3mm的钢丝键等方式，随着使用时间的增加，造成涡轮轴及涡轮转子内表面磨损严重或3mm钢丝键由于扭矩过大出现断裂，进而导致两者之间发生自转，大大降低涡轮节转化成的机械性能，大大影响涡轮效率，减少涡轮的寿命。由于每节涡轮钻具至少具有70级以上涡轮定子和转子，原来涡轮涡轮轴上键槽采用通体键槽形式，装配过程是易出现矩形键窜动，每几组涡轮组的矩形键干涉相邻几组涡轮组装配情况出现，装配过程中费时费力，大大浪费装配时间。

现有的涡轮钻具的涡轮节和轴承节一般通过中间节连接，中间节主要中间壳体和设置在中间壳体内的隔环，复合接头等部件组成。加工有花键槽的复合接头的一端与涡轮轴下部的螺纹连接，加工有花键的复合接头一端与传动轴的上端螺纹连接，两者透过带斜坡的花键配合；涡轮节壳体和轴承节壳体分别连接到中间壳体的两端。由于两段复合接头配合连接，导致钻具整体长度增加，且壳体螺纹连接处存在的强度薄弱环节，导致整体强度降低，若在井下出现壳体断裂情况，将需要打捞作业，处理难度较大，大大增加的涡轮钻具危险系数。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本实用新型提供一种大扭矩涡轮钻具，以避免出现矩形键窜动的情况，避免每几组涡轮组的矩形键干涉相邻几组涡轮组装配情况出现，提高装配效率。

本实用新型具体采用以下技术方案：

本实用新型的大扭矩涡轮钻具，包括涡轮节和轴承节，涡轮节和轴承节之间连接有连接件，涡轮节包括涡轮壳体、涡轮定子、涡轮转子和涡轮轴，涡轮壳体套设在涡轮轴外，涡轮轴沿轴向间隔开设有多个定位键槽，定位键槽配设有限位键，涡轮定子的外壁与涡轮壳体的内壁相互连接，涡轮定子的内壁与涡轮轴的外壁相互连接，多个涡轮定子和涡轮转子间隔分布设置，涡轮转子的内壁设置有与限位键相互适配的直通键槽。

本实用新型进一步优选的：涡轮定子包括定子外圈、定子内圈和定子叶片，多个定子叶片环形阵列设置在定子内圈与定子外圈之间，定子叶片沿圆周方向向下倾斜，相邻定子叶片之间设置有间隙；涡轮转子包括转子内圈、转子外圈和转子叶片，多个转子叶片环形阵列设置在转子内圈与转子外圈之间，转子叶片沿圆周方向向下倾斜，相邻转子叶片之间设置有间隙；定子叶片的倾斜方向与转子叶片相反。

本实用新型进一步优选的：定子外圈的外壁与涡轮壳体的内壁相互连接，转子内圈的内壁与涡轮轴的外壁相互连接，相邻涡轮定子之间形成环形腔室，涡轮转子位于环形腔室内。

本实用新型进一步优选的：涡轮壳体的上端连接有底部短接件，涡轮轴的上端连接有轴止推套筒，涡轮轴上套设有第一隔环和第二隔环，所有涡轮定子与涡轮转子组成涡轮组件，第一隔环位于轴止推套筒与涡轮组件之间，第二隔环位于涡轮组件和轴承壳体之间。

本实用新型进一步优选的：轴承节包括轴承壳体和传动轴，轴承壳体套设在传动轴外，连接件为止推套筒接头，止推套筒接头的两端分别与涡轮轴与传动轴分别螺纹连接。

本实用新型进一步优选的：止推套筒接头的侧壁均匀分布设置有多个沉孔。

本实用新型进一步优选的：轴承壳体内壁设置有多个轴承定圈，传动轴外壁设置有多个轴承动圈，轴承定圈和轴承动圈间隔设置。

本实用新型进一步优选的：轴承壳体的两端内壁分别设置有上静套和下静套，传动轴的两端外壁分别套设有上动套和下动套，上静套和下静套分别位于上动套和的下动套的外侧。

本实用新型的有益效果体现在：

1、本实用新型的涡轮转子与涡轮定子之间通过间断限位键定位的方式相互配合，一个涡轮转子与一个涡轮定子形成一个涡轮组，涡轮转子的内壁设置有直通键槽，一个限位键对一定数量(优选为5组)的涡轮组进行限位，相邻的限位键之间设置有间隙，限位键之间的距离为14mm，在装配过程中可没5组涡轮组串联安装到涡轮轴上，可保证不会因限位键窜动干涉造成相连5组涡轮不能紧密贴合等情况出现，装配更加方便，大大节省劳动时间。本实用新型的涡轮轴与涡轮转子通过限位键定位连接，限位键的截面形状为边长为6mm的矩形，与传动涡轮钻具过渡配合及3mm钢丝键的连接方式相比，大大增强了涡轮轴向力，避免因转速过高导致轴向力过大，造成长时间运行涡轮转子与涡轮轴因磨损严重发生自转，或钢丝键断裂的情况出现，大大延长了涡轮节使用寿命。

2、相邻涡轮定子之间形成环形腔室，涡轮转子位于环形腔室内。转子叶片的轴向高度小于环形腔室的宽度，使得涡轮转子与环形腔室之间具有轴向间隙，因此涡轮轴相对于涡轮节壳体能够进行轴向的位移调整。

3、第二隔环套装在涡轮壳体内，通过与涡轮壳体直接连接的轴承壳体端面配合，第一隔环和第二隔环用于顶紧涡轮定子，对涡轮定子起到辅助定位的作用。

4、涡轮节与轴承节连接部分的连接件采用单体方式，省去中间节壳体过渡连接，缩短了中间部位的长度，减少了壳体螺纹连接处存在的强度薄弱环节，大大增加了涡轮钻具的整体强度，具有较强的抗振动性能。止推套筒接头的两端分别与涡轮轴与传动轴螺纹连接，螺纹长度至少大于传动轴直径10mm，保证连接的稳定性，止推套筒接头圆周面上设有均匀分布的3个沉孔，用于与外部空间的连通。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本实用新型一实施例提供的涡轮钻具的结构示意图；

图2为图1所示的涡轮定子的立体示意图；

图3为图1所示的涡轮转子的立体示意图；

图4为图1所示的涡轮节的局部示意图；

图5为图1所示的连接件的局部示意图；

图6为图1所示的轴承节示意图；

附图中，1-涡轮节，110-涡轮轴，120-涡轮定子，121-定子外圈，122-定子叶片，123-定子内圈，130-涡轮转子，131-转子外圈，132-转子叶片，133-转子内圈，134-直通键槽，140-涡轮壳体，2-轴承节，210-传动轴，220-轴承壳体，3-限位键，4-连接件，410-沉孔，5-底部短接件，6-轴止推套筒，7-第一隔环，8-第二隔环，9-上静套，10-上动套，11-下静套，12-下动套，13-轴承定圈，14-轴承动圈。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域技术人员所理解的通常意义。

实施例1

本实用新型的大扭矩涡轮钻具，包括涡轮节1和轴承节2，涡轮节1和轴承节2之间连接有连接件4，涡轮节1包括涡轮壳体140、涡轮定子120、涡轮转子130和涡轮轴110，涡轮壳体140套设在涡轮轴110外，涡轮轴110沿轴向间隔开设有多个定位键槽，定位键槽配设有限位键3，涡轮定子120的外壁与涡轮壳体140的内壁相互连接，涡轮定子120的内壁与涡轮轴110的外壁相互连接，多个涡轮定子120和涡轮转子130间隔分布设置，涡轮转子130的内壁设置有与限位键3相互适配的直通键槽134。

采用上述技术方案后：本实用新型的涡轮转子130与涡轮定子120之间通过间断限位键3定位的方式相互配合，一个涡轮转子130与一个涡轮定子120形成一个涡轮组，涡轮转子130的内壁设置有直通键槽134，一个限位键3对一定数量(优选为5组)的涡轮组进行限位，相邻的限位键3之间设置有间隙，限位键3之间的距离为14mm，在装配过程中可没5组涡轮组串联安装到涡轮轴110上，可保证不会因限位键3窜动干涉造成相连5组涡轮不能紧密贴合等情况出现，装配更加方便，大大节省劳动时间。本实用新型的涡轮轴110与涡轮转子130通过限位键3定位连接，限位键3的截面形状为边长为6mm的矩形，与传动涡轮钻具过渡配合及3mm钢丝键的连接方式相比，大大增强了涡轮轴110向力，避免因转速过高导致轴向力过大，造成长时间运行涡轮转子130与涡轮轴110因磨损严重发生自转，或钢丝键断裂的情况出现，大大延长了涡轮节1使用寿命。

实施例2

本实施例是在实施例1的基础上作的进一步优化如下：涡轮定子120包括定子外圈121、定子内圈123和定子叶片122，多个定子叶片122环形阵列设置在定子内圈123与定子外圈121之间，定子叶片122沿圆周方向向下倾斜，相邻定子叶片122之间设置有间隙；涡轮转子130包括转子内圈133、转子外圈131和转子叶片132，多个转子叶片132环形阵列设置在转子内圈133与转子外圈131之间，转子叶片132沿圆周方向向下倾斜，相邻转子叶片132之间设置有间隙；定子叶片122的倾斜方向与转子叶片132相反。定子外圈121的外壁与涡轮壳体140的内壁相互连接，转子内圈133的内壁与涡轮轴110的外壁相互连接，相邻涡轮定子120之间形成环形腔室，涡轮转子130位于环形腔室内。

采用上述技术方案后：相邻涡轮定子120之间形成环形腔室，涡轮转子130位于环形腔室内。转子叶片132的轴向高度小于环形腔室的宽度，使得涡轮转子130与环形腔室之间具有轴向间隙，因此涡轮轴110相对于涡轮节1壳体能够进行轴向的位移调整。

实施例3

本实施例是在实施例1的基础上作的进一步优化如下：涡轮壳体140的上端连接有底部短接件5，涡轮轴110的上端连接有轴止推套筒6，涡轮轴110上套设有第一隔环7和第二隔环8，所有涡轮定子120与涡轮转子130组成涡轮组件，第一隔环7位于轴止推套筒6与涡轮组件之间，第二隔环8位于涡轮组件和轴承壳体220之间。

采用上述技术方案后：第二隔环8套装在涡轮壳体140内，通过与涡轮壳体140直接连接的轴承壳体220端面配合，第一隔环7和第二隔环8用于顶紧涡轮定子120，对涡轮定子120起到辅助定位的作用。

实施例4

本实施例是在实施例1的基础上作的进一步优化如下：轴承节2包括轴承壳体220和传动轴210，轴承壳体220套设在传动轴210外，连接件4为止推套筒接头，止推套筒接头的两端分别与涡轮轴110与传动轴210分别螺纹连接。止推套筒接头的侧壁均匀分布设置有多个沉孔410。轴承壳体220内壁设置有多个轴承定圈13，传动轴210外壁设置有多个轴承动圈14，轴承定圈13和轴承动圈14间隔设置。轴承壳体220的两端内壁分别设置有上静套9和下静套11，传动轴210的两端外壁分别套设有上动套10和下动套12，上静套9和下静套11分别位于上动套10和的下动套12的外侧。

采用上述技术方案后：涡轮节1与轴承节2连接部分的连接件4采用单体方式，省去中间节壳体过渡连接，缩短了中间部位的长度，减少了壳体螺纹连接处存在的强度薄弱环节，大大增加了涡轮钻具的整体强度，具有较强的抗振动性能。止推套筒接头的两端分别与涡轮轴110与传动轴210螺纹连接，螺纹长度至少大于传动轴210直径10mm，保证连接的稳定性，止推套筒接头圆周面上设有均匀分布的3个沉孔410，用于与外部空间的连通。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。