[實用新型]一種渦輪鉆具及其渦輪級

有效

• 申請號: 201821406563.0
• 申請日: 2018-08-29
• 公開（公告）號: CN208816266U
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發明（設計）人: 徐躍華;王巍雄
• 申請（專利權）人: 西迪技術股份有限公司
• 主分類號: F03B13/02
• 分類號: F03B13/02;F03B3/12;F03B3/16;F03B11/06;E21B4/02
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 羅滿

本實用新型提供一種渦輪級，包括轉子和套裝于轉子外部的定子，轉子內環和定子內環的分別設有轉子凹槽和定子凹槽，轉子凹槽內設有軸承動環，定子凹槽內設有軸承靜環和定子彈簧，軸承動環、軸承靜環和定子彈簧構成了滑動軸承摩擦副，起推力軸承的作用，可以承擔軸向載荷，由此省去了推力軸承和支撐節，節約了使用成本，提高了加工精度。本實用新型還提供一種包括上述渦輪級的渦輪鉆具，由于上述渦輪級替代了傳統的推力軸承，極大的縮短了整個渦輪鉆具的長度，提升了渦輪鉆具的機械效率和導向性，并且降低了產品的制造成本、延長了產品的使用壽命。

技術領域

本實用新型涉及石油鉆采井下設備技術領域，更具體地說，涉及一種渦輪級。本實用新型還涉及一種包括上述渦輪級的渦輪鉆具。

背景技術

渦輪鉆相比于螺桿鉆具，具有轉速高、功率大的特點，由于渦輪鉆為全鋼結構，具有耐磨蝕性好、工作壽命長的優點，尤其適應于井下高溫高壓環境。

傳統的渦輪鉆具，大多分為動力節和支承節。其中，動力節通常配置有100級左右的渦輪級，每一級渦輪級均包括一個相對靜止的定子葉輪以及一個相對旋轉的轉子葉輪。流經定子葉片通道時，鉆井液的流動方向發生偏轉，流動速度升高、靜壓下降、動壓升高；當鉆井液從定子葉片流出后，即進入轉子葉片通道，轉子葉片的彎曲方向與定子葉片恰好相反，從而對鉆井液施加以反向的偏轉力，以使鉆井液最終恢復軸向流出。然而，鉆井液周向動量的改變產生了對轉子葉片的反作用力，從而推動轉子葉片旋轉、輸出軸功；支承節通常配有多級推力軸承，主要承載液體對主軸和轉子所施加的推力，該推力是由于鉆井液流經渦輪后產生的壓力降所引起的，因此，渦輪鉆具的壓降大、轉速高、對推力軸承的承載能力要求較高，同時，由于鉆井液帶有大量的固體顆粒，由此，對推力軸承的耐磨損和耐沖蝕性能同樣提出了較高的要求。

目前，市場上大部分的渦輪鉆具大多采用PDC金剛石復合片滑動推力軸承，其具有良好的耐負荷、耐磨損和耐沖蝕等性能，大功率的渦輪鉆具，需要數十個PDC推力軸承才能滿足承載的需要。這些推力軸承前后相接形成了渦輪鉆具的支承節，由于PDC復合片價格昂貴，所以支承節的制造成本很高，而且使得渦輪鉆具整體長度加長很多。如果采用TC硬質合金，甚至滾子軸承，那么由于每個軸承的負載能力下降，就需要數量更多的推力軸承，從而使得支承節更長。所有這些軸承在支承軸向載荷的同時，也因為摩擦生熱而損耗渦輪鉆具的動力，使得最終的輸出軸功降低。另一方面，鉆井液流過所有的推力軸承，壓力也進一步損耗，使得下游的鉆頭噴嘴能獲得的射流壓力不足。

市面上減少主軸推力的方法主要有兩種：一種采用浮動轉子的方法，使得渦輪鉆具當中由轉子形成的那部分推力，通過轉子和定子之間的滾動軸承，轉移到了機殼上面，轉子和主軸之間只通過鍵槽傳遞扭矩而不傳遞軸向推力。這樣，支承節所需要承載的軸向推力就僅是主軸引起的那部分，從而可以適當減少推力軸承的數量，盡管轉子部分的推力轉移走了，但是主軸的推力仍然需要推力軸承來承載。只是數量可以少一些，支承節長度可以短一些；第二種則是采用永磁推力軸承，來替代現有的滾動或者滑動軸承。由于，此種方法是在理想情況下才能實現零摩擦，但實際井底工況十分惡劣，各種振動沖擊時刻在發生，難免永磁軸承不發生接觸和摩擦，而永磁材料的耐磨性和抗沖蝕性一般，所以實際使用壽命和機械效率堪憂。另外，永磁軸承仍然需要構成支承節，仍然占據一定的空間長度。

實用新型內容

本實用新型的目的是提供一種渦輪級，可以代替推力軸承承受軸向載荷。本實用新型的另一核心是提供一種包括若干上述渦輪級的渦輪鉆具，其外型尺寸小、加工精度高。

本實用新型提供一種渦輪級，包括定子和轉子，所述定子套裝于所述轉子的外部，所述轉子設有轉子內環和轉子外環，所述定子設有定子內環和定子外環，所述轉子內環的外側面固設有轉子葉片，所述定子內環的外側面固設有定子葉片，所述轉子內環的外徑沿鉆井液的流動方向漸擴，所述轉子內環的出口端設有與上主軸同軸開設的轉子凹槽；所述定子內環的外徑沿鉆井液的流動方向漸縮，所述定子內環的入口端設有與上主軸同軸開設的定子凹槽；