[發明專利]帶有改進的定子的井下馬達和泵及其制造和使用方法

無效

• 申請號: 201280050772.5
• 申請日: 2012-07-31
• 公開（公告）號: CN103857867A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發明（設計）人: C·霍爾;H·格利默爾
• 申請（專利權）人: 貝克休斯公司
• 主分類號: E21B4/02
• 分類號: E21B4/02;F04C2/107
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 賈金巖

相關申請的交叉引用

本申請要求2011年8月26日提交的美國申請號No.13/219289的優先權，該申請全部內容在此引入作為參考。

背景技術

1.技術領域

概括來說，本發明涉及在井眼作業中使用的鉆井馬達和螺桿泵。

2.相關技術概述

為獲得諸如石油和氣的烴類，通過使附接于鉆柱端部的鉆頭旋轉鉆出鉆孔或井眼。當前鉆井作業有很大比例涉及鉆出斜鉆孔和水平鉆孔，以增大烴開采和/或從地層提取額外的烴。現代定向鉆井系統通常采用在底部具有鉆頭的鉆柱，鉆頭由容積式馬達（通常稱為“井下動力鉆具”或“鉆井馬達”）帶動旋轉。典型的井下動力鉆具包括包含定子和設置在定子中的轉子的動力部分。定子通常包括內部襯有具有螺旋形輪廓或波瓣的彈性體材料的金屬外殼。轉子包括由諸如鋼的金屬制成的螺旋形輪廓的波瓣。加壓鉆井流體（通常被稱為“泥漿”或“鉆井流體”）被泵送到轉子波瓣和定子波瓣之間形成的漸進式空腔中。泵送到空腔中的加壓流體的力使轉子以行星式運動的方式轉動。彈性體定子襯套提供了定子波瓣與轉子波瓣之間的密封。彈性體襯套還為轉子提供了支撐，從而在井下動力鉆具或泵運行期間保持在高負荷狀態下。

傳統定子利用兩種類型的彈性體襯套。在一種類型中，金屬管（“外殼”）內部襯有非均勻尺寸的彈性體材料，所述彈性體材料具有螺旋波瓣狀內部幾何結構。在第二種類型中，外殼具有金屬螺旋波瓣狀內部幾何形狀。內部金屬波瓣則襯有一層均勻（即，等距或同厚度）的彈性體材料。雖然等距橡膠襯里相比非均勻尺寸彈性體襯套具有某些優點，但是，均勻襯套上的減小的應力和應變與鉆井馬達的容積效率和功率輸出的維持之間仍然存在折衷。

在此，本發明提供鉆井馬達，所述鉆井馬達具有改進的彈性體襯套幾何結構，其至少解決了現有技術的彈性體襯套存在的一些缺陷。

發明內容

在一個方面，本發明提供了一種用于井下的設備，其包括：定子，所述定子包括具有內輪廓的外殼；和襯套，所述襯套為定子外殼的內輪廓加襯，其中，襯套的厚度圍繞內輪廓是非等距的。

在另一個方面，提供了一種提供用于井下的設備的方法，在一個實施例，所述方法包括：提供定子，所述定子包括具有波瓣狀內輪廓的外殼；和將用一襯套為定子外殼的內輪廓加襯，其中，襯套的厚度圍繞在起狀內輪廓是非等距的。

在此披露的設備和方法的某些特征的例子被概括得相當寬，以便可以更好地理解下述的詳細說明。當然，下文還披露有設備和方法的附加特征，其形成了所附的權利要求的主題。

附圖說明

為了詳細地理解本發明，應當結合附圖參照下面的詳細說明，在附圖中同樣的元件通常使用同樣的數字標記，并且其中：

圖1是包括依照本發明的一實施例制成的定子的鉆井馬達的縱截面；

圖2（現有技術）是現有技術定子的截面，所述定子包括作為外殼的圓柱形中空管和其中的彈性體襯套；

圖3（現有技術）是現有技術定子的截面，所述定子包括帶有預制波瓣狀輪廓的金屬外殼，其內襯有等距（均勻厚度）的彈性體襯套；

圖4是依照本發明的一實施例制成的定子的截面線條圖，還顯示了圖3所示的現有技術定子的截面布局；和

圖5是圖4所示的定子的一部分的放大圖。

具體實施方式

圖1顯示了依照本發明的一實施例制成的示例性鉆井馬達100的橫截面。鉆井馬達100包括動力部分110和支承組件150。動力部分110包含定子111和放置在定子111內部的轉子120。定子111包括具有若干波瓣115的細長金屬外殼112，所述波瓣具有金屬波瓣狀內輪廓或內構形113。定子外殼112可以預先成型有金屬內輪廓113。定子外殼的內輪廓113襯有彈性體襯套114，彈性體襯套包括波瓣狀內輪廓118。襯套114通過例如模制、硬化等合適的工藝固定到外殼112內部。轉子120通常由合適的金屬或合金制成，并包括波瓣122。定子111的波瓣比轉子的波瓣數量多一個。轉子120可旋轉地設置在定子111內部。在許多方面，轉子120可以包括一孔124，如圖1所示，所述孔終止于轉子120的上端128下方的部位127處。孔124經由孔口138保持與轉子120下方的鉆井流體140流體連通。