[發明專利]一種孔底管式直線電機電動沖擊器

有效

• 申請號: 201410282793.0
• 申請日: 2014-06-23
• 公開（公告）號: CN104022616A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 吳濤;姚愛國;李勇波;何王勇;楊代華
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: H02K33/18
• 分類號: H02K33/18;H02K7/14;E21B1/22
• 代理公司: 武漢華旭知識產權事務所 42214
• 代理人: 江釗芳

技術領域

本發明涉及一種電機設計技術，具體地說是涉及一種孔底管式直線電機電動沖擊器，本發明的沖擊器可廣泛應用于地質裝備、地質、石油鉆探工程、鉆井工程中，可替代現有液動沖擊器和風動沖擊器。

背景技術

當前在地質、石油鉆探工程常用沖擊器有兩大類：液動沖擊器和風動沖擊器，這兩類沖擊器在使用中都存在有以下一些問題:

1)工作參數無法井下調整、遙控困難，無法適應鉆探設備自動化發展趨勢。傳統的液動或風動沖擊器沖擊行程頻率調節困難，通常下井后只能按照預先調整的沖擊功和沖擊頻率開始沖擊，無法根據不同的地層對沖擊參數做出適當調整。地表泥漿泵或空氣壓縮機一開始運轉，沖擊器即處于工作狀態，在井下開始工作后無法通過地表控制；遇到緊急情況需停止工作時，必須關閉泥漿泵或空氣壓縮機，有可能造成燒鉆等事故。對于可能出現的如空打、水路堵死、沖擊器卡死等狀況，無法做出準確分析、識別，只能由工作人員在地表憑經驗主觀判斷。已不能很好的滿足現今鉆探設備對自動化程度要求較高的需要。

2)需大功率附屬設施，效率低，能耗大。液動或氣動沖擊器需要配備專門的設備，如較大功率泥漿泵或空氣壓縮機。有時過大的泥漿流量會帶來孔壁失穩等負面效果；液動沖擊器對鉆井液的含砂量等也有嚴格要求。由于液體和氣體滲漏等多方面原因，液動和氣動傳動效率要比機械傳動低得多,這是一個難以改變的事實。

3)無法滿足某些特殊情況鉆進工況。受鉆井液重力等因素的影響，液動或風動沖擊器在水平鉆進、定向鉆進中的應用有一定的限制。同時由于對鉆井液的依賴，其不能應用于無鉆井液等循環介質的特種鉆進場合。

4)液動沖擊器在深部鉆進還存在很多技術問題。風動沖擊器不適合深孔鉆進，液動沖擊器可鉆進3000米以深的鉆孔。但進行深孔、超深孔作業時，液動沖擊器所需攜帶能量的流體介質通過較長的鉆桿柱時會產生比較大的壓力損失(泄露)，這種現象在超深孔鉆進過程中尤其明顯。此外在垂直孔鉆進過程中上返流體的背壓也會對液動沖擊器工作性能造成影響，嚴重時可導致沖擊器不工作。此外還存在如內缸測通道泄露、射流元件工作壽命短等問題，因為射流元件平均壽命為60-100h，嚴重影響鉆探效率。

相對于傳統液動沖擊器和風動沖擊器，開發直線電機電動沖擊器用于地質、石油鉆探工程替代現有液動沖擊器和風動沖擊器具有很多優點，能很好的解決以上存在問題，能適應目前鉆探智能化和自動化、深部化發展趨勢。

發明內容

本發明的目的在于針對現有存在的問題，而提出了一種結構簡單堅固，制造維護成本低，沖擊行程速度、頻率易于調節，且效率高，可用于深孔鉆探的孔底管式直線電機電動沖擊器。

為了實現上述目的，本發明所采取的技術方案是：提供一種孔底管式直線電機電動沖擊器，包括電機外筒、永磁桿、直線球軸承、動子外圈、動子硅鋼片、動子線圈、減震彈簧、緩沖墊片和底座，所述的電機外筒為整個電動沖擊器的外殼，電機外筒用于與鉆具的連接；所述的永磁桿固定在電機外筒上，永磁桿作為直線電機定子；所述的動子外圈為直線電機的動子，動子外圈通過直線球軸承與作為定子的永磁桿做相對滑動運動；同時動子外圈作為電機動圈的承載體，動子外圈內部鑲嵌有由動子硅鋼片組成的鐵芯，鐵芯設有槽，槽里固定有動子線圈；所述的動子線圈采用三相交流繞組，用于接入三相對稱交流電，產生與動子運動方向一致的行波磁場；所述的減震彈簧有兩個，分別安裝在永磁桿兩端，其中減震彈簧A通過電機外筒的臺階和動子外圈上端部軸向限位，減震彈簧B的一端通過動子外圈上的止推臺階限位，兩個減震彈簧用于對動子運動起緩沖減震作用；所述的底座通過緩沖墊片由螺釘固定在動子外圈上。

所述的永磁桿的永磁體外層包裹有一不銹鋼層，永磁體中心有一用于排屑的排屑通道。

所述的直線電機采用動圈式結構，即作為定子的永磁桿和鐵芯固定，動子線圈運動。這樣孔底管式直線電機電動沖擊器在工作時可防止永磁桿和鐵芯在撞擊中失磁。

所述的動子線圈采用單層餅式繞組，槽滿率為72.7％。