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申请/专利权人：中国地质大学(北京)

摘要：本发明公开了动态推靠式回转马达，配合钻头使用，通过在近钻头处给与钻头动力，能够有效提高钻进速率，可以用于各类钻井工艺，如深部钻探、垂直钻井、大位移水平井等；动态推靠式回转马达，包括外管、上接头，上支撑，上扶正环，转子组件，密封杆，定子，配流阀，下支撑环，下支撑，连接轴，连接套，下接头和主轴，转子组件包括转子主体和四个转子推块，定子和转子组件之间设有复位块。该动态推靠式回转马达所有组成部件均为金属部件和耐高温部件，可在250℃以上的高温环境中使用。由于该马达工作过程中运用的是容积式流体传压机理，很好的继承了螺杆马达的优点，而由于未使用橡胶件密封，有效的提高了马达使用寿命。

主权项：1.动态推靠式回转马达，包括顺次连接的上接头、外管和连接钻头的主轴，其特征在于，还包括转子组件、密封杆、定子、复位块、配流阀、上支撑和上扶正环；所述外管内套有所述定子，所述定子的上部和下部同外管的内表面接触，所述定子中间段的外表面同外管之间留有环空；所述定子内套有所述转子组件，所述转子组件包括同心轴连接的转子主体和四个转子推块，四个所述转子推块均匀分布在所述转子主体外周，所述转子主体和四个转子推块的长度相同，所述转子主体和四个转子推块在所述转子主体的圆周上呈角度布置，所述转子主体上设有容纳所述转子推块的凹槽，所述凹槽与所述转子推块的形状相匹配，所述凹槽底部内设有多个贯穿到所述转子主体内壁的导流口；所述密封杆设置在所述转子推块上，所述密封杆使所述转子组件与所述定子之间形成四个互不相通的区域；所述转子组件内套有配流阀，所述配流阀为中心开孔的圆柱形，流体经过所述配流阀进行配流；所述定子内壁上开有中心对称的两个圆形通孔，每个所述圆形通孔处用螺钉连接一个所述复位块；所述定子上在与圆形通孔成45度角处开有对称的导流口，所述导流口使流体从所述配流阀流到所述定子与外管之间的环空处；所述上支撑为环形，所述上支撑与所述定子连接，所述上支撑与所述配流阀连接，所述上支撑紧靠所述上接头和所述外管内壁；所述上扶正环固定连接所述转子组件，并且紧靠所述定子和所述配流阀。

全文数据：动态推靠式回转马达技术领域本发明属于钻探的领域，具体涉及动态推靠式回转马达。背景技术当前，我国对深层矿产资源，地热能，页岩油、页岩气、煤层气和天然气水合物等非常规油气资源的勘探开发项目逐年增多。钻探中所用到的绳索取心、垂直钻井、大位移水平井、对接井、欠平衡钻井等先进钻井工艺也取得了较大发展。而井下动力钻具则是各类钻井工艺中用到的核心工具，实践表明，井下动力钻具可以使钻头取得较高的机械钻速而大幅度降低钻探成本。井下动力钻具在现有技术中，主要有两种，一是叶片式涡轮钻具，二是容积式螺杆钻具。其中涡轮钻具主要由多级涡轮和多级止推轴承串联组成，整体上呈积木式的结构，一般直径较大，同时因为转速太高，会安装有专用的减速器等功能节，使钻具结构复杂化。其缺点是轴承组承受轴向力较为集中，尤其是止推轴承磨损较为严重，易造成涡轮节转子和定子相互碰撞导致失效；另外由于涡轮钻具具有高转速，低扭矩的特性，使用中为了增加扭矩，通常采取增加定转子的数量、加长涡轮钻具或者采用多个涡轮节组合，导致整机长度随之增加，对钻进过程产生负面影响。对于容积式螺杆钻具，其核心部件是螺杆马达，螺杆马达是一个由压力泥浆驱动的容积式动力机，它只有两个元件，转子和定子。转子是一根表面镀有耐磨蚀材料的钢制螺杆，定子则是一根在内壁硫化有橡胶衬套的钢管，结构上要求转子和定子曲面组成空间共扼封闭，形成多个共扼封闭腔来容纳工作介质泥浆。其工作特性是：具有相对于涡轮钻具硬的机械特性，过载能力较强，但功率和转速的输出受钻具直径影响较大，且扭矩越大转速越低，当超过工作压差时，泵压突然上升，钻具会发生急剧制动。另外定转子间的橡胶衬套在工作过程中易于磨损，导致马达漏失失效，且常规橡胶定子通常耐温120℃，在一些需耐高温的特殊工艺区块，螺杆马达的使用寿命较短。有鉴于此，特提出本发明。发明内容本发明的目的是提供动态推靠式回转马达，运用容积式流体传压的工作机理，建立以闭式腔体间工作介质的压力差为驱动力的动力钻具系统，具备螺杆马达硬的机械特性，规避了螺杆马达使用橡胶定子导致马达寿命较短的缺点，也具备涡轮马达较高的耐温能力，也规避了涡轮马达软的机械特性，无需使用减速器，在结构上比涡轮马达简单。为了实现上述目的，本发明提供的动态推靠式回转马达，包括顺次连接的上接头、外管和连接钻头的主轴，还包括转子组件、密封杆、定子、复位块和配流阀；所述外管内套有所述定子，所述定子的上部和下部同外管的内表面接触，所述定子中间段的外表面同外管之间留有环空；所述定子内套有所述转子组件，所述转子组件包括同心轴连接的转子主体和四个转子推块，四个所述转子推块均匀分布在所述转子主体外周，所述转子主体和四个转子推块的长度相同，所述转子主体和四个转子推块在所述转子主体的圆周上呈角度布置，所述转子主体上设有容纳所述转子推块的凹槽，所述凹槽与所述转子推块的形状相匹配，所述凹槽底部内设有多个贯穿到所述转子主体内壁的导流口；所述密封杆设置在所述转子推块上，所述密封杆使所述转子组件与所述定子之间形成四个互不相通的区域；所述转子组件内套有配流阀，所述配流阀为中心开孔的圆柱形，流体经过所述配流阀进行配流；所述定子内壁上开有中心对称的两个圆形通孔，每个所述圆形通孔处用螺钉连接一个所述复位块；所述定子上在与圆形通孔成45度角处开有对称的导流口，所述导流口使流体从所述配流阀流到所述定子与外管之间的环空处。进一步地，还包括上支撑，所述上支撑为环形，所述上支撑与所述定子连接，所述上支撑与所述配流阀连接，所述上支撑紧靠所述上接头和所述外管内壁。优选地，所述上接头的外壁设有梯形外螺纹，所述外管的内壁设有梯形内螺纹，所述上接头和所述外管螺纹连接；所述上支撑与所述定子螺栓连接；所述上支撑的内壁设有花键槽，所述配流阀外壁上部设有花键，所述配流阀通过花键和花键槽与所述上支撑相连接。进一步地，还包括上扶正环，所述上扶正环固定连接所述转子组件，并且紧靠所述定子和所述配流阀。进一步地，还包括连接轴，所述连接轴的上部连接所述转子组件，并且下部连接所述主轴的上部。优选地，所述连接轴的上部通过平键与所述转子组件相连接。优选地，所述连接轴为环形，所述连接轴下部外壁插入进所述主轴的内壁进行插口连接。进一步地，还包括下支撑环，所述下支撑环为环形，所述下支撑环分别与所述转子组件、所述连接轴相连接，所述下支撑环的外壁紧靠所述定子。进一步地，还包括下支撑，下接头和连接套，所述下支撑，下接头和连接套均为环形，所述连接套上部和所述外管连接，所述下支撑套在所述连接轴上，所述下支撑紧靠所述定子的下部和所述连接套的内壁，所述下接头套在所述主轴上，所述下接头和所述连接套连接。本发明提供的，具有如下有益效果：1、动态推靠式回转马达所有组成部件均为金属部件和耐高温部件，可在250℃以上的高温环境中使用；2、运用的是容积式流体传压机理，很好的继承了螺杆马达的优点，而由于未使用橡胶件密封，有效的提高了马达使用寿命；3、能够开发出适用于小、中、大口径的井下动力钻具系列，满足各类钻井的需求；4、结构简单，各组成部件相对独立，便于拆装维护，也便于根据具体的工况条件对钻具结构做出相应的优化调整。附图说明图1为具体实施方式中的动态推靠式回转马达的结构示意图。图2为图1的俯视图。图3为具体实施方式中的转子主体的结构示意图。图4为具体实施方式中的转子推块的结构示意图。图5为具体实施方式中的定子的结构示意图。图6为具体实施方式中的配流阀的结构示意图。图中：1.上接头2.外管3.上支撑31.转子主体32.转子推块4.上扶正环5.转子组件6.定子7.配流阀8.下支撑环9.连接轴10.下支撑11.连接套12.下接头13.主轴14.复位块15.密封杆。具体实施方式为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。一种动态推靠式回转马达，配合钻头使用，通过在近钻头处给与钻头动力，能够有效提高钻进速率，可以用于各类钻井工艺，如深部钻探、垂直钻井、大位移水平井等。动态推靠式回转马达，包括外管2，上接头1，上支撑3，上扶正环4，转子组件5，密封杆15，定子6，配流阀7，下支撑环8，下支撑10，连接轴9，连接套11，下接头12和主轴13，转子组件5包括转子主体31和四个转子推块32，定子6和转子组件5之间设有复位块14。上接头1的外壁设有梯形外螺纹，外管2内壁设有梯形内螺纹，上接头1通过梯形外螺纹和外管2上部的梯形内螺纹与外管2进行连接；上接头1的内壁设有圆锥管内螺纹，上接头1可以通过圆锥管内螺纹与外部钻具、钻杆等相连接。连接套11上部的外壁设有梯形外螺纹，连接套11上部通过梯形外螺纹和外管2下部的梯形内螺纹与外管2进行连接；连接套11下部的内壁设有梯形内螺纹，下接头12的外壁设有梯形外螺纹，连接套11下部通过梯形内螺纹和下接头12的梯形外螺纹与下接头12进行连接；下接头12套在主轴13外侧。上支撑3的上端紧靠上接头1的下表面，上支撑3的圆周外侧紧靠外管2内壁；上支撑3通过四个螺钉与定子6相固定，上支撑3中心开孔且设有花键槽，配流阀7穿过上支撑3的中心，配流阀7外壁上部设有花键，配流阀7通过花键与上支撑3相连接。上扶正环4为中心开孔的圆柱形，上扶正环4位于上支撑3的下方并且位于转子组件5的上方，上扶正环4通过四个螺钉与转子组件5的上部固定连接，上扶正环4圆周外侧紧靠定子6，上扶正环4内侧紧靠配流阀7，此种接触关系使上扶正环4能够同转子组件5一起转动。转子组件5中的转子主体31和四个转子推块32的长度相同，四个转子推块32与转子主体31通过同心圆轴连接，四个转子推块32均布在转子主体31外周，转子主体31和四个转子推块32在转子主体31的圆周上呈角度布置，转子主体31上设有容纳转子推块32的凹槽，当一对转子推块32和密封杆15推到定子6和复位块14组成的内壁处时，另一对转子推块32被复位块推回到转子主体31的凹槽内；转子主体31上按四个转子推块32的位置和角度开有导流口，导流口从转子主体31内壁贯穿到转子主体31外壁，形成能够推动转子推块32转动的流道。转子组件5上部通过螺钉与上扶正环4固定连接，转子组件5下部通过螺钉与下支撑环8相连接，上扶正环4与下支撑环8同定子6的轴向位置固定，导致转子组件5轴向位置相对固定，转子组件5不能轴向平移。转子组件5的转子主体31中空贯通，配流阀7穿过转子组件5的中心，流体经过配流阀7进行配流。转子组件5的下部内壁设有平键，连接轴9上部的外壁设有平键槽，转子组件5下部通过平键与连接轴9上部相连接。定子6上部通过螺钉与上支撑3连接，定子6下部同下支撑10和连接套11接触，通过下支撑10和连接套11的顶力使定子6位置固定。定子6上部和下部的外表面同外管2内表面接触，定子6中间段的外表面同外管2之间留有环空。定子6内壁上中心对称位置处开有两个圆形通孔，每个圆形通孔处用螺钉固定连接一个复位块14，定子6内壁与两个复位块14通过螺钉固定连接。在定子上与圆形通孔成45度角处开有中心对称的导流口，导流口使流体从配流阀流到定子与外管之间的环空处。下支撑环8通过螺钉与连接轴9相固定，下支撑环8外壁紧靠定子6；连接轴9下部外壁可以插入主轴13的内壁进行插口连接，因此连接轴9下部外壁和主轴13的内壁的形状和大小相适配，连接轴9下部外壁和主轴13的内壁都可以设计为正六边形；下支撑10套在连接轴9的外壁上。下支撑10上侧紧靠定子6下端，下支撑10下部紧靠轴承，下支撑10外侧紧靠连接套11的内壁，下支撑10套在连接轴9的外壁上，以上的接触关系使下支撑10位置固定。轴承外壁紧靠连接套11的内壁。连接轴9下部外壁插入主轴13的内壁，通过插口进行连接，下接头12套在主轴13外侧，轴承内侧紧靠主轴13外壁，使得主轴13位置稳定，确保主轴13在转动时中心轴线保持稳定。转子组件5的转子推块32上连接有密封杆15，密封杆15与转子推块32同轴连接，密封杆15与转子推块32等长并且可以同步转动，转子组件5与定子6通过密封杆15的密封，使转子组件5与定子6之间形成四个互不相通的区域。该动态推靠式回转马达作为一种新型井下动力钻具，钻进工作时，其上接头1与钻杆或其他钻具组合相连接，主轴13连接钻头，工作流体泥浆从上接头1流向配流阀7，泥浆经配流阀7配流后，流向转子组件5的导流口，转子组件5的转子推块32在流体推力作用下，两个转子推块32向外推出直到转子推块32和密封杆15推到定子6和复位块14组成的内壁，另两个转子推块32由于复位块14的阻碍无法推出，在密封杆15的密封作用下，推到定子6内壁的两个转子推块32和复位块14阻碍的两个转子推块32会将转子组件5与定子6和复位块14组成的空间分成四个腔体，其中两个腔体密封，两个腔体通过定子6上的导流口与定子6和外管2形成的环空相通，从而形成两个高压腔和两个低压腔，符合容积式马达的原理。在压差作用下，流体推动转子组件5转动，在转动过程中两个完全推出的转子推块32遇到复位块14时被推回，而另两个未推出的转子推块32则被完全推出，重复上述形成四个腔体的动作。在转子组件5转动下，动力经连接轴9传递到主轴13，由主轴13带动与之连接的钻头转动，从而实现井下动力钻具的功能。该动态推靠式回转马达所有组成部件均为金属部件和耐高温部件，可在250℃以上的高温环境中使用。由于该马达工作过程中运用的是容积式流体传压机理，很好的继承了螺杆马达的优点，而由于未使用橡胶件密封，有效的提高了马达使用寿命。根据其工作机理，该钻具能够开发出适用于小、中、大口径的井下动力钻具系列，满足各类钻井的需求，同时该钻具结构简单，各组成部件相对独立，便于拆装维护，也便于根据具体的工况条件对钻具结构做出相应的优化调整。本文中应用了具体个例对发明构思进行了详细阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离该发明构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.动态推靠式回转马达，包括顺次连接的上接头、外管和连接钻头的主轴，其特征在于，还包括转子组件、密封杆、定子、复位块和配流阀；所述外管内套有所述定子，所述定子的上部和下部同外管的内表面接触，所述定子中间段的外表面同外管之间留有环空；所述定子内套有所述转子组件，所述转子组件包括同心轴连接的转子主体和四个转子推块，四个所述转子推块均匀分布在所述转子主体外周，所述转子主体和四个转子推块的长度相同，所述转子主体和四个转子推块在所述转子主体的圆周上呈角度布置，所述转子主体上设有容纳所述转子推块的凹槽，所述凹槽与所述转子推块的形状相匹配，所述凹槽底部内设有多个贯穿到所述转子主体内壁的导流口；所述密封杆设置在所述转子推块上，所述密封杆使所述转子组件与所述定子之间形成四个互不相通的区域；所述转子组件内套有配流阀，所述配流阀为中心开孔的圆柱形，流体经过所述配流阀进行配流；所述定子内壁上开有中心对称的两个圆形通孔，每个所述圆形通孔处用螺钉连接一个所述复位块；所述定子上在与圆形通孔成45度角处开有对称的导流口，所述导流口使流体从所述配流阀流到所述定子与外管之间的环空处。2.根据权利要求1所述的动态推靠式回转马达，其特征在于，还包括上支撑，所述上支撑为环形，所述上支撑与所述定子连接，所述上支撑与所述配流阀连接，所述上支撑紧靠所述上接头和所述外管内壁。3.根据权利要求2所述的动态推靠式回转马达，其特征在于，所述上接头的外壁设有梯形外螺纹，所述外管的内壁设有梯形内螺纹，所述上接头和所述外管螺纹连接；所述上支撑与所述定子螺栓连接；所述上支撑的内壁设有花键槽，所述配流阀外壁上部设有花键，所述配流阀通过花键和花键槽与所述上支撑相连接。4.根据权利要求1所述的动态推靠式回转马达，其特征在于，还包括上扶正环，所述上扶正环固定连接所述转子组件，并且紧靠所述定子和所述配流阀。5.根据权利要求1所述的动态推靠式回转马达，其特征在于，还包括连接轴，所述连接轴的上部连接所述转子组件，并且下部连接所述主轴的上部。6.根据权利要求5所述的动态推靠式回转马达，其特征在于，所述连接轴的上部通过平键与所述转子组件相连接。7.根据权利要求5所述的动态推靠式回转马达，其特征在于，所述连接轴为环形，所述连接轴下部外壁插入进所述主轴的内壁进行插口连接。8.根据权利要求5所述的动态推靠式回转马达，其特征在于，还包括下支撑环，所述下支撑环为环形，所述下支撑环分别与所述转子组件、所述连接轴相连接，所述下支撑环的外壁紧靠所述定子。9.根据权利要求5所述的动态推靠式回转马达，其特征在于，还包括下支撑，下接头和连接套，所述下支撑，下接头和连接套均为环形，所述连接套上部和所述外管连接，所述下支撑套在所述连接轴上，所述下支撑紧靠所述定子的下部和所述连接套的内壁，所述下接头套在所述主轴上，所述下接头和所述连接套连接。

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