[發明專利]螺桿鉆具變容積螺桿-襯套副

有效

• 申請號: 200910018563.2
• 申請日: 2009-09-18
• 公開（公告）號: CN101666209A
• 公開（公告）日: 2010-03-10
• 發明（設計）人: 李增亮;陳猛;張葆
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: E21B7/18
• 分類號: E21B7/18;E21B17/22
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種石油鉆探裝置，特別涉及一種適宜于干燥寒冷、低滲透率， 硬質膠結長頁巖井段；水敏性低壓地層；硬石灰巖；硬石膏層；易漏失層；嚴重 缺水等地區鉆探的一種空氣螺桿鉆具的動力部分-螺桿-襯套副。

背景技術

目前，欠平衡鉆井是石油鉆井技術中很重要的一種鉆井新技術，欠平衡鉆井 能夠增加含油儲層的產值，產油量至少比普通過平衡鉆井增加3倍。空氣鉆井是 欠平衡鉆井的一個重要分支，由于空氣鉆井技術的諸多優點，國內外針對空氣鉆 井研究開發了用壓縮空氣作為動力源和工作介質的新型螺桿鉆具，即空氣螺桿鉆 具。

目前，國內外現有的空氣螺桿鉆具的螺桿-襯套副仍然采用液動螺桿鉆具的 等導程、等橫截面結構。由于空氣的壓縮性，每通過一個導程壓強變小，采取等 導程、等橫截面的螺桿-襯套副將會導致以下問題：(1)對氣體做功使氣體溫度 增高，加速襯套橡膠老化，使螺桿鉆具壽命下降；(2)對氣體做無用功，使螺 桿鉆具能量轉化效率下降；(3)壓縮氣體使螺桿鉆具容積損失加大，影響螺桿 鉆具的效率。雖然變導程空氣螺桿鉆具可以解決上述問題，但變導程結構的螺桿 -襯套副裝配時易存在干涉問題。變容積螺桿鉆具則可解決此問題。

發明內容

本發明提供的是一種空氣螺桿鉆具的變容積螺桿-襯套副，由螺桿和襯套組 成，螺桿(轉子)的外表面為外螺旋面，沿軸向呈階梯型；襯套(定子)內表面 為內螺旋面，沿軸向也呈階梯型。

由于本發明的螺桿-襯套副采用階梯型結構，入口端過流面積和螺桿的橫截 面面積比出口端小，而空氣螺桿鉆具入口端壓強又比出口端壓強大，則上下壓力 有一定的平衡。故螺桿軸向力在一定程度上要比常規空氣螺桿鉆具小，有利于保 護空氣螺桿鉆具的軸承節。當空氣經過一個階梯后壓強變小體積變大，因此下一 個階梯螺桿-襯套副的過流面積應當變大，從而使空氣螺桿鉆具在此導程中，在 不損失效率的情況下為螺桿鉆具做功，從而提高空氣螺桿鉆具的效率并延長其使 用壽命，并且在裝配時不存在干涉的問題。

附圖說明

圖1是變容積螺桿-襯套副結構圖。

圖2是變容積螺桿-襯套副的螺桿結構圖。

圖3是變容積螺桿-襯套副的襯套結構圖。

具體實施方式

本發明的變容積螺桿-襯套副根據氣體的氣態方程采用階梯型結構，由螺桿1 和襯套2構成，在襯套2的外面是金屬鉆具外殼3，如圖1所示。在圖2和3中， 螺桿橫截面面積和襯套的過流面積按照從入口端(左端)到出口端(右端)是逐 個階梯增大的，同一階梯上的螺桿和襯套旋向必須相同且對應的螺距相等，螺桿 與襯套線數之比為(N≥1，N為線數)，每一階梯可以由一個導程或多個 導程組成。螺桿-襯套副的各階梯段之間可設過渡區。本發明可采用等壁厚橡膠 定子與金屬轉子的形式；也可采用非等壁厚橡膠定子與金屬轉子的形式。

本發明與現有技術相比較具有如下優點：

1、階梯型結構的變容積螺桿-襯套副中形成的密封腔是逐個階梯增大的，空 氣在從一個階梯的密封腔推移到下一個階梯密封腔中時，壓強減小空氣體積變大 相應的密封腔的體積也變大了，故空氣在螺桿襯套副中可平穩地推動螺桿做行星 運動，當空氣從最末級階梯流出時的氣壓不會比流道中的氣壓大許多，則發生的 振動副度也不會太大；同時空氣因壓強減小而變大的那部分體積并沒有完全被壓 縮，則空氣螺桿襯套副的轉換功率也會提升，同時減少了空氣受壓縮而產生的熱 量。

2、階梯型結構的變容積螺桿-襯套副，入口端過流面積和螺桿的橫截面面積 比出口端要大，而空氣螺桿鉆具入口端壓強又比出口壓強大，則上下壓力有一定 的平衡，故螺桿軸向力在一定程度上要比常規空氣螺桿鉆具小。

3、階梯型結構的變容積螺桿-襯套副可采用等壁厚橡膠定子與金屬轉子的形 式；也可采用非等壁厚橡膠定子與金屬轉子的形式，而且裝配時不存在干涉的問 題。