專利名稱：雙定子單轉(zhuǎn)子螺桿馬達(dá)同體泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)械領(lǐng)域，具體涉及一種利用液體壓力同時(shí)實(shí)現(xiàn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)功能和螺桿 泵吸排功能的動(dòng)力裝置。
背景技術(shù)：
螺桿鉆是一種以鉆井液(泥漿、清水)為動(dòng)力介質(zhì)為動(dòng)力的動(dòng)力裝置，實(shí)質(zhì)上是把 液體壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置。螺桿鉆一股由旁通閥、螺桿馬達(dá)(轉(zhuǎn)子和 定子)、萬(wàn)向節(jié)、軸承和驅(qū)動(dòng)軸幾部分組成，其核心是螺桿馬達(dá)。當(dāng)鉆井液流入馬達(dá)時(shí)，在馬 達(dá)的進(jìn)出口形成一定的壓力差，從而推動(dòng)轉(zhuǎn)子繞定子的軸線旋轉(zhuǎn)，并將轉(zhuǎn)速和扭矩通過萬(wàn) 向軸和傳動(dòng)軸傳遞給鉆頭，實(shí)現(xiàn)壓力能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。在螺桿馬達(dá)的轉(zhuǎn)子、定子傳動(dòng)中，轉(zhuǎn)子齒數(shù)要比轉(zhuǎn)子齒數(shù)少一個(gè)，它們的齒數(shù)比通 常稱為傳動(dòng)比，可以根據(jù)實(shí)際使用的情況選擇不同的傳動(dòng)比，如1 2、2 3……9 10 等。設(shè)計(jì)高轉(zhuǎn)速的螺桿鉆應(yīng)采用小齒數(shù)比螺桿馬達(dá)，而設(shè)計(jì)低速大扭矩的螺桿鉆應(yīng)采用大 齒數(shù)比螺桿馬達(dá)。隨著轉(zhuǎn)子定子齒數(shù)比的增大，其效率逐漸趨于下降；螺桿鉆的輸出扭矩取 決于通過馬達(dá)的工作壓力降，輸出轉(zhuǎn)速取決于通過螺桿馬達(dá)工作介質(zhì)的流量。采用螺桿鉆施工定向孔能提高鉆孔質(zhì)量，提供精確地質(zhì)資料，節(jié)約進(jìn)尺，降低成 本，解決許多無(wú)法施工的工程難題?，F(xiàn)油田上水平井、定向井及機(jī)采井已大規(guī)模投入使用，成為提高油田油氣產(chǎn)量的 有效手段。但其井身結(jié)構(gòu)存在著特殊性，如造斜井段、水平井段較長(zhǎng)、井筒軸線變化不規(guī)則 等，使后期井筒內(nèi)修井作業(yè)與普通的油水井常規(guī)作業(yè)有顯著區(qū)別，特別是水平井沖砂作業(yè)， 同直井沖砂相比，在水平井段，由于重力作用，砂粒在水平井段內(nèi)自由沉降方向與液流方向 近乎垂直而積砂嚴(yán)重，因此需要采用螺桿泵來(lái)吸取其中的沉積物。由于現(xiàn)有的螺桿鉆一股 為單轉(zhuǎn)子單定子結(jié)構(gòu)，也有雙轉(zhuǎn)子單定子的、雙轉(zhuǎn)子單定子等結(jié)構(gòu)，但不論螺桿鉆轉(zhuǎn)子有多 少，其完成的功能只能是馬達(dá)的作用或是泵的作用，即一個(gè)螺桿鉆的功能只能是吸附或只 能輸出，當(dāng)需要另一功能時(shí)，只能更換相應(yīng)功能的螺桿鉆來(lái)達(dá)到目的。另在稠油水平井中，由于地層低壓、高滲，加之開采方式主要以蒸汽吞吐為主，致 使井筒近井地帶形成低壓區(qū)，常規(guī)的攪拌頭由于高壓液體噴口角度原因，沖砂作業(yè)極難建 立循環(huán)，使水平段的積砂難以帶出地面，進(jìn)而影響原油生產(chǎn)，甚至導(dǎo)致油井因出砂而停產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)中螺桿鉆功能單一的問題，本方案提供一種雙定子單轉(zhuǎn)子的套管 式螺桿鉆。為解決現(xiàn)有技術(shù)中攪拌頭的高壓液體噴口角度不合理的問題，本方案提供一種 與螺桿鉆接合的同時(shí)具有噴射口和吸附口的攪拌頭。具體方案如下一種雙定子單轉(zhuǎn)子螺 桿馬達(dá)同體泵，包括管狀帶有內(nèi)螺旋的外定子和安裝在外定子內(nèi)的轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述 轉(zhuǎn)子內(nèi)部安裝有帶外螺旋的內(nèi)定子，所述轉(zhuǎn)子外表面為外螺旋，內(nèi)表面為內(nèi)螺旋，其中外定 子與轉(zhuǎn)子接觸面的螺旋頭數(shù)比為N N+1，轉(zhuǎn)子與內(nèi)定子接觸面的螺旋頭數(shù)比為N N-I,所述N彡2。本發(fā)明的另一優(yōu)選方案雙定子單轉(zhuǎn)子螺桿馬達(dá)同體泵的進(jìn)口端通過轉(zhuǎn)換頭與套 接的同心管連接，所述轉(zhuǎn)換頭將同心管內(nèi)部的通道與轉(zhuǎn)子和外定子之間的通道連通，將同 心管外層的通道與轉(zhuǎn)子和內(nèi)定子之間的通道連通。本發(fā)明的另一優(yōu)選方案雙定子單轉(zhuǎn)子螺桿馬達(dá)同體泵的出口端安裝有攪拌頭， 所述攪拌頭的頂端有高壓液體噴口，高壓液體噴口的通道與轉(zhuǎn)子和內(nèi)定子之間的通道連 通；攪拌頭的側(cè)面圓周分布有吸液孔，所述吸液孔的通道與轉(zhuǎn)子和外定子之間的通道連通。本發(fā)明的另一優(yōu)選方案所述攪拌頭前端為橢圓或半圓形狀，所述高壓液體噴口 優(yōu)選分布在攪拌頭的前端90°、45°和頂點(diǎn)處，以形成傘狀噴射結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的另一優(yōu)選方案所述高壓液體噴口為直徑5-8mm的圓形孔。本發(fā)明的另一優(yōu)選方案所述外定子與轉(zhuǎn)子的螺旋頭數(shù)比為8 7，所述轉(zhuǎn)子與內(nèi) 定子的螺旋頭數(shù)比為6 5。本發(fā)明的另一優(yōu)選方案所述外定子與轉(zhuǎn)子之間的螺旋接觸面和轉(zhuǎn)子與內(nèi)定子之 間的螺旋接觸面分別形成多個(gè)運(yùn)動(dòng)的密封室，其中外定子和轉(zhuǎn)子之間的密封室與轉(zhuǎn)子和內(nèi) 定子之間的密封室的運(yùn)動(dòng)方向相反。本發(fā)明的另一優(yōu)選方案所述轉(zhuǎn)子與內(nèi)定子之間的螺旋通道為高壓液體通過的壓 力通道，所述外定子與轉(zhuǎn)子之間的螺旋通道為吸取液體上升的泵通道。本發(fā)明的另一優(yōu)選方案所述外定子與轉(zhuǎn)子之間的螺旋方向相反，所述內(nèi)定子與 轉(zhuǎn)子之間的螺旋方向相反。本方案利用轉(zhuǎn)子與內(nèi)定子之間的螺旋通道形成液壓動(dòng)力輸出，利用轉(zhuǎn)子與外定子 之間的螺旋通道形成吸液回路。本方案提供的螺桿鉆同時(shí)具有動(dòng)力輸出和液體吸附的功 能，一次完成兩個(gè)作業(yè)。由內(nèi)定子和轉(zhuǎn)子提供的動(dòng)力可以驅(qū)動(dòng)鉆頭工作，同時(shí)外定子和轉(zhuǎn)子 之間的通道可以將開采過程中產(chǎn)生的液體吸附到地面上，使得本方案具有較好的防砂能力 及對(duì)地層流體所含砂、蠟、氣、水、垢較強(qiáng)的適應(yīng)性，因而能夠降低維護(hù)、維修頻次，使油田開 發(fā)成本大幅度下降。在清理沉積時(shí)，攪拌頭上的高壓液體噴頭可從各個(gè)角度將井底四周的 沉積物沖起，使攪拌頭四周的液體形成帶有各種沉積物的混合液，混合液由攪拌頭上的吸 附口進(jìn)入外定子與轉(zhuǎn)子之間通道，沿同心管被吸附到地面上。從而實(shí)現(xiàn)井底清污的目的。本 方案應(yīng)用螺桿馬達(dá)、泵的原理，配合以同心管柱，通過地面為螺桿鉆提供液壓動(dòng)力，通過同 心管環(huán)空，帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，形成吸液能力，在井底射流沖攪沉砂，形成含砂流體，再抽吸含砂 流體從內(nèi)管舉升至地面。全面解決了因地層低壓、高滲而不易建立循環(huán)的問題。本方案設(shè)計(jì)的雙定子單轉(zhuǎn)子螺桿馬達(dá)同體泵在目前油田采油技術(shù)中，可徹底解決 水平井、定向井、裸眼井及稠油井的沖砂難問題，使上述類型開采方式的規(guī)模應(yīng)用有了可 能，同時(shí)，為無(wú)桿采油技術(shù)的應(yīng)用提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，將徹底改變現(xiàn)有的有桿采油技 術(shù)，將帶來(lái)石油工業(yè)新的發(fā)展。而且本方案還能夠適應(yīng)到其它的方面，如制造合適的尺寸用于江、河、湖、海等的 底部清於。


圖1本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖
圖2本發(fā)明內(nèi)部剖視圖
具體實(shí)施例方式如圖1、2所示，本方案雙定子單轉(zhuǎn)子螺桿馬達(dá)同體泵包括外層的外定子1、中間的 轉(zhuǎn)子2和中心的內(nèi)定子3，在外定子1的內(nèi)表面是由橡膠制成的內(nèi)螺旋，內(nèi)定子3的表面為 外螺旋，轉(zhuǎn)子2的外表面是外螺旋，內(nèi)表面是內(nèi)螺旋。其中內(nèi)螺旋的頭數(shù)要比外螺旋的頭數(shù) 多一個(gè)，即外定子1內(nèi)螺旋頭數(shù)比轉(zhuǎn)子2外螺旋頭數(shù)多一個(gè)，轉(zhuǎn)子2內(nèi)螺旋頭數(shù)比內(nèi)定子3 外螺旋頭數(shù)多一個(gè)。本方案中外定子1與轉(zhuǎn)子2接觸的螺旋頭數(shù)比為8 7，轉(zhuǎn)子2與內(nèi)定 子3接觸的螺旋頭數(shù)比為6 5。其中外定子上的螺旋方向與轉(zhuǎn)子外表面的螺旋方向相反， 轉(zhuǎn)子內(nèi)表面的螺旋方向與內(nèi)定子的螺旋方向相反，即轉(zhuǎn)子內(nèi)表面的螺旋方向與外定子的螺 旋方向一致，轉(zhuǎn)子外表面的螺旋方向與內(nèi)定子的螺旋方向一致。雙定子單轉(zhuǎn)子螺桿馬達(dá)同體泵在工作時(shí)轉(zhuǎn)子與定子之間由于螺旋之間的相互接 觸，會(huì)在旋轉(zhuǎn)過程中形成多個(gè)密封室6，轉(zhuǎn)子與內(nèi)定子之間的密封室在高壓液體的作用下不 斷向前移動(dòng)，從而推動(dòng)頂端的工具工作，外定子與轉(zhuǎn)子之間密封室的運(yùn)動(dòng)方向與轉(zhuǎn)子和內(nèi) 定子之間密封室的運(yùn)動(dòng)方向相反。本方案中將轉(zhuǎn)子和內(nèi)定子之間的通道作為高壓液體動(dòng)力驅(qū)動(dòng)通道，轉(zhuǎn)子與外定子 之間的通道做為井下液體吸附到井上的輸出通道。在雙定子單轉(zhuǎn)子螺桿馬達(dá)同體泵的進(jìn)口端4安裝有轉(zhuǎn)換頭，轉(zhuǎn)換頭的另一端連接 大油管和小油管套接的同心管，其中同心管的內(nèi)層通道用于向井上排出液體，外層通道用 于向井下注高壓液體。轉(zhuǎn)換頭負(fù)責(zé)將同心管的內(nèi)層通道與外定子1和轉(zhuǎn)子2之間的通道連 通，外層通道與轉(zhuǎn)子2和內(nèi)定子3之間的通道連通，雙定子單轉(zhuǎn)子螺桿馬達(dá)同體泵的兩層通 道之間互不相通。當(dāng)需要清理井下沉積時(shí)，在雙定子單轉(zhuǎn)子螺桿馬達(dá)同體泵的出口端5安裝攪拌 頭。攪拌頭一端通過螺紋與雙定子單轉(zhuǎn)子螺桿馬達(dá)同體泵連接，攪拌頭的另一端為橢圓或 圓形，在其頂端180度的范圍內(nèi)設(shè)置多個(gè)高壓液體噴口，高壓液體噴口優(yōu)選分布在橢圓或 圓形的項(xiàng)點(diǎn)、45°和90°的圓周位置上，以使高壓液體能從各個(gè)角度將井底的沉積物攪起， 高壓液體噴口一股為直徑5-8mm的圓形孔。在攪拌頭與雙定子單轉(zhuǎn)子螺桿馬達(dá)同體泵連接 處的圓周上分布多個(gè)吸液口。其中高壓液體噴口的通道與吸液口的通道互不干涉，高壓液 體噴口的通道與轉(zhuǎn)子和內(nèi)定子之間的通道連通，吸液口的通道與外定子與轉(zhuǎn)子之間的通道 連通。當(dāng)雙定子單轉(zhuǎn)子螺桿馬達(dá)同體泵工作時(shí)，受井底壓力和雙定子單轉(zhuǎn)子螺桿馬達(dá)同體 泵噴出的高壓液體擠壓，井底的液體會(huì)由吸液口進(jìn)入外定子與轉(zhuǎn)子之間的通道，被外定子 與轉(zhuǎn)子之間形成的密封室6帶入同心管的內(nèi)層通道，進(jìn)而排到地面。雙定子單轉(zhuǎn)子螺桿馬達(dá)同體泵可以由地面直接控制，整個(gè)設(shè)備的長(zhǎng)度可以根據(jù)具 體情況確定。外定子與轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子與內(nèi)定子之間的螺旋頭數(shù)也可以根據(jù)具體的情況選用。但 內(nèi)螺旋頭數(shù)必須比外螺旋頭數(shù)多一個(gè)。在工作時(shí)，雙定子單轉(zhuǎn)子螺桿馬達(dá)同體泵的內(nèi)層通 道為井下工具提供動(dòng)力，外層通道同時(shí)將井下的液體向井上排出，同時(shí)實(shí)現(xiàn)鉆探和吸附的 作用，去掉了以往實(shí)現(xiàn)不同的功能就需要重新更換相應(yīng)設(shè)備的步驟，大大節(jié)省了時(shí)間，并提 高了工作效率。本方案的雙定子單轉(zhuǎn)子螺桿馬達(dá)同體泵具有以下優(yōu)點(diǎn)
1、鉆探時(shí)大幅度降低鉆桿磨損程度，此時(shí)，鉆桿柱僅作為輸送高壓工作介質(zhì)的通 道和抵消鉆頭反扭矩的部件，本身不作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。2、提高鉆速、提高鉆孔質(zhì)量、降低鉆井成本，解決現(xiàn)有鉆井行業(yè)存在的許多工程難 題。可成為水平井、定向井鉆定向孔的主要器具。3、井下作業(yè)時(shí)可形成較高攜液速度，解決水平井、定向井、裸眼井及稠油井因地層 低壓、沉砂形態(tài)有別于直井、高滲而不易建立循環(huán)的沖砂難題。4、為無(wú)桿機(jī)械采油技術(shù)的應(yīng)用提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，徹底改變現(xiàn)有的有桿采 油技術(shù)，可大幅度降低采油成本。5、本身具有較好的防砂能力及對(duì)地層流體所含砂、蠟、氣、水、垢具有較強(qiáng)的適應(yīng) 性，因而能夠降低維護(hù)、維修頻次，使油田開發(fā)成本大幅度下降。6、本方案還能夠適應(yīng)到其它的方面，如用于有限空間或死角部位的液體清理、江、 河、湖、海等的底部清於等等。
權(quán)利要求
雙定子單轉(zhuǎn)子螺桿馬達(dá)同體泵，包括管狀帶有內(nèi)螺旋的外定子(1)和安裝在外定子內(nèi)的轉(zhuǎn)子(2)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(2)內(nèi)部安裝有帶外螺旋的內(nèi)定子(3)，所述轉(zhuǎn)子(2)外表面為外螺旋，內(nèi)表面為內(nèi)螺旋，其中外定子(1)與轉(zhuǎn)子(2)接觸面的螺旋頭數(shù)比為N∶N+1，轉(zhuǎn)子(2)與內(nèi)定子(3)接觸面的螺旋頭數(shù)比為N∶N 1，所述N≥2。
2.如權(quán)利要求1所述的雙定子單轉(zhuǎn)子螺桿馬達(dá)同體泵，其特征在于，雙定子單轉(zhuǎn)子螺 桿馬達(dá)同體泵的進(jìn)口端(4)通過轉(zhuǎn)換頭與套接的同心管連接，所述轉(zhuǎn)換頭將同心管內(nèi)部的 通道與轉(zhuǎn)子和外定子之間的通道連通，將同心管外層的通道與轉(zhuǎn)子和內(nèi)定子之間的通道連ο
3.如權(quán)利要求1所述的雙定子單轉(zhuǎn)子螺桿馬達(dá)同體泵，其特征在于，雙定子單轉(zhuǎn)子螺 桿馬達(dá)同體泵的出口端(5)安裝有攪拌頭，所述攪拌頭的頂端有高壓液體噴口，高壓液體 噴口的通道與轉(zhuǎn)子(2)和內(nèi)定子(3)之間的通道連通；攪拌頭的側(cè)面圓周分布有吸液孔，所 述吸液孔的通道與轉(zhuǎn)子(2)和外定子(1)之間的通道連通。
4.如權(quán)利要求3所述的雙定子單轉(zhuǎn)子螺桿馬達(dá)同體泵，其特征在于，所述攪拌頭前端 為橢圓或半圓形狀，所述高壓液體噴口優(yōu)選分布在攪拌頭的前端90°、45°和頂點(diǎn)處，以形 成傘狀噴射結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求4所述的雙定子單轉(zhuǎn)子螺桿馬達(dá)同體泵，其特征在于，所述高壓液體噴 口為直徑5-8mm的圓形孔。
6.如權(quán)利要求1所述的雙定子單轉(zhuǎn)子螺桿馬達(dá)同體泵，其特征在于，所述外定子(1)與 轉(zhuǎn)子⑵的螺旋頭數(shù)比為8 7，所述轉(zhuǎn)子⑵與內(nèi)定子(3)的螺旋頭數(shù)比為6 5。
7.如權(quán)利要求6所述的雙定子單轉(zhuǎn)子螺桿馬達(dá)同體泵，其特征在于，所述外定子(1)與 轉(zhuǎn)子(2)之間的螺旋接觸面和轉(zhuǎn)子與內(nèi)定子之間的螺旋接觸面分別形成多個(gè)運(yùn)動(dòng)的密封 室(6)，其中外定子和轉(zhuǎn)子之間的密封室與轉(zhuǎn)子和內(nèi)定子之間的密封室的運(yùn)動(dòng)方向相反。
8.如權(quán)利要求7所述的雙定子單轉(zhuǎn)子螺桿馬達(dá)同體泵，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子與內(nèi)定 子之間的螺旋通道為高壓液體通過的壓力通道，所述外定子與轉(zhuǎn)子之間的螺旋通道為吸取 液體上升的泵通道。
9.如權(quán)利要求8所述的雙定子單轉(zhuǎn)子螺桿馬達(dá)同體泵，其特征在于，所述外定子(1)與 轉(zhuǎn)子(2)之間的螺旋方向相反，所述內(nèi)定子(3)與轉(zhuǎn)子(2)之間的螺旋方向相反。全文摘要
本發(fā)明涉及機(jī)械領(lǐng)域，具體公開一種雙定子單轉(zhuǎn)子螺桿馬達(dá)同體泵，包括管狀帶內(nèi)螺旋的外定子和安裝在外定子內(nèi)的轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子內(nèi)部安裝有帶外螺旋的內(nèi)定子，所述轉(zhuǎn)子外表面為外螺旋內(nèi)表面為內(nèi)螺旋，其中外定子與轉(zhuǎn)子接觸面的螺旋頭數(shù)比為N∶N+1，轉(zhuǎn)子與內(nèi)定子接觸面的螺旋頭數(shù)比為N∶N-1，所述N≥2。本方案利用轉(zhuǎn)子與內(nèi)定子之間的螺旋通道形成液壓動(dòng)力輸出，利用轉(zhuǎn)子與外定子之間的螺旋通道形成吸液回路，使得本發(fā)明同時(shí)具有動(dòng)力輸出和液體吸附的功能，一次完成兩個(gè)作業(yè)。本方案具有較好的防砂能力及對(duì)地層流體所含砂、蠟、氣、水、垢較強(qiáng)的適應(yīng)性，因而能夠降低維護(hù)、維修頻次，使油田開發(fā)成本大幅度下降。
文檔編號(hào)F04C2/107GK101975159SQ20101052290
公開日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月27日
發(fā)明者張紅偉, 趙俊生, 魯斌 申請(qǐng)人:克拉瑪依宏吉工程建設(shè)有限責(zé)任公司