一種井下鉆具電機的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及井下鉆井技術領域，更具體地說涉及一種井下鉆具電機。
【背景技術】
[0002]目前井下鉆具常用的驅動方式為渦輪驅動或螺桿驅動:
渦輪鉆具具有高速大扭矩的軟特性，無橫向振動，機械鉆速高;全金屬的渦輪鉆具耐高溫，適宜于深井和高溫環境下作業;對油基鉆井液不敏感，能適應在高密度的鉆井液中工作。缺點是:鉆具較長，鉆頭的適用范圍小(減速渦輪鉆具除外)；安裝調整軸向間隙較繁瑣。
[0003]螺桿鉆具是smithlnternat1nal總公司根據Moineau栗原理設計的，它克服了禍輪鉆具的某些弱點。在性能上，具有低速、大扭矩的特征，壓力降在4MPa以下，單瓣(或稱單頭、單線)螺桿鉆具的輸出轉速低于400r/min，多瓣螺桿鉆具的輸出轉速為90-150r/min，適合與牙輪鉆頭配套鉆井。在結構上，具有零件少、裝配簡單、維修工作量小的特點，小尺寸規格的鉆具也容易制作。整機長度6?sm，比較適合于鉆定向井和叢式井的工藝要求。但鉆井效率低，不易實現鉆井作業的自動化、智能化。

【發明內容】

[0004]為了解決上述現有技術中存在的缺陷和不足，本發明提供了一種井下鉆具電機，本發明的發明目的旨在于解決現有技術中鉆具較長、鉆頭使用范圍小、安裝軸向間隙較繁瑣、鉆井效率低，不易實現鉆井作業的自動化和智能化的問題。
[0005]為了克服上述現有技術中存在的問題，本發明是通過下述技術方案實現的:
一種井下鉆具電機，其特征在于:包括保護器、儀器艙、上部密封裝置、永磁電動機、下部密封裝置和主軸;所述主軸為分段式連接，且分段貫穿保護器、儀器艙、上部密封裝置、永磁電動機和下部密封裝置;所述上部密封裝置與永磁電動機連接且固定在永磁電動機上部;所述下部密封裝置與永磁電動機連接且固定在永磁電動機下部;所述保護器平衡鉆具電機內部和外部的壓力;所述儀器艙檢測鉆具電機信號并與地面之間實時通訊。
[0006]所述保護器包括保護器殼體I和固定在保護器殼體I上的底座;主軸位于保護器殼體I內且固定在底座上，底座上開有通油孔I，所述保護器殼體I與主軸之間設置有波紋管組件，波紋管組件包括外波紋管、內波紋管、固定座、活動座和連接在活動座上的導向環，所述導向環滑動連接在主軸上，固定座固定在主軸上，所述外波紋管一端與固定座連接，另一端與活動座連接，所述內波紋管與活動座連接，外波紋管、內波紋管、固定座和活動座圍成一個腔體，所述主軸上開有壓力平衡孔。
[0007]所述保護器包括保護器殼體Π、連接內部介質腔的支座和固定在支座上的保護器活塞桿，支座固定在保護器殼體Π上，保護器活塞桿位于保護器殼體Π內，所述保護器活塞桿與保護器殼體Π之間通過密封圈連接有第一活塞和與外部介質腔相通的第二活塞，所述第一活塞、第二活塞、保護器殼體Π和保護器活塞桿圍成保護器過渡腔，所述第一活塞、保護器殼體Π、保護器活塞桿和支座圍成稀油腔，所述支座上開有通油孔Π，通油孔Π分別與稀油腔和內部介質腔連通。
[0008]所述上部密封裝置與下部密封裝置結構相同。
[0009]所述上部密封裝置包括密封座，所述主軸轉動連接在密封座上;所述密封座內至少嵌有兩個密封圈Π，密封座、主軸和兩個相鄰的密封圈Π之間形成一個環形過渡腔，環形過渡腔內填充有油脂，所述環形過渡腔上開有徑向孔，徑向孔上嵌有堵頭，所述密封座內至少開有一個軸向孔，軸向孔與徑向孔連通，所述軸向孔內裝有可沿軸向孔作軸向移動的單向閥。
[0010]所述永磁電動機包括電機外殼、定子鐵芯和轉子鐵芯，所述定子鐵芯包括若干塊定子鐵芯模塊，定子鐵芯模塊間隔固定在電機外殼內壁上;所述轉子鐵芯包括若干塊轉子鐵芯模塊，轉子鐵芯模塊與定子鐵芯模塊對應且固定在主軸上;相鄰兩定子鐵芯模塊之間設置有支撐件;相鄰兩轉子鐵芯模塊之間設置有軸承，所述軸承與支撐件對應設置，所述軸承包括軸承外圈和軸承內圈，所述軸承外圈與支撐件接觸且通過固定件固定，所述軸承內圈固定在主軸上。
[0011]所述下部密封裝置包括與電機外殼連接的密封第一接頭和與主軸連接的密封第二接頭，密封第一接頭和密封第二接頭通過螺紋連接，所述主軸上套有密封活塞桿，密封活塞桿上連接有密封活塞，密封第一接頭一端連接有活塞端蓋，另一端連接有第一密封件，所述密封第二接頭通過第二密封件與主軸連接，密封第一接頭、密封第二接頭和主軸圍成密封過渡腔，電機外殼、主軸和活塞端蓋圍成內腔，所述密封第一接頭上開有第一壓力平衡孔，活塞端蓋上開有第二壓力平衡孔。
[0012]上部密封裝置(3)與永磁電動機(4)之間設置有油路連通裝置(7)。
[0013]永磁電動機(4)和下部密封裝置(5)之間設置有油路連通裝置(7)。
[0014]所述油路連通裝置包括第一接頭件、接頭管和第二接頭件，所述第一接頭件包括第一殼體、油路連通第一接頭和第一中心管，第一殼體與油路連通第一接頭連接，油路連通第一接頭與第一中心管通過密封圈連接，所述油路連通第一接頭上開有第一介質通道和與第一介質通道連通的第一中心孔，第一介質通道內通過第一彈性元件固定有第一閥芯頂針，第一閥芯頂針上開有第一環形凹槽，第一環形凹槽上套有第一 O環;所述第二接頭件包括第二殼體、油路連通第二接頭和第二中心管，第二殼體與油路連通第二接頭連接，油路連通第二接頭與第二中心管通過密封圈連接，所述油路連通第二接頭上開有第二介質通道和與第二介質通道連通的第二中心孔，第二介質通道內通過第二彈性元件固定有第二閥芯頂針，第二閥芯頂針上開有第二環形凹槽，第二環形凹槽上套有第二 O環;所述油路連通第一接頭和油路連通第二接頭，接頭管上連接有圓環，所述接頭管的一端嵌在第一中心孔內，另一端嵌在第二中心孔內。
[0015]與現有技術相比，本發明所帶來的有益的技術效果表現在:
1、相較于傳統的渦輪、螺桿鉆具鉆井方式，本發明的井下鉆具電機是通過井下電動機驅動鉆具有以下優勢:電鉆具是一種電動機械，能有效地使鉆井過程自動化;鉆井時鉆頭功率消耗的變化馬上就會反映在電流大小的變化上；用電流表可監測鉆頭的負荷，判斷和確定鉆頭磨損程度和預防事故；降低了振動，減小了對陀螺儀定位的影響，使其它設備更可靠;較高的溫度適應能力和較高的鉆井效率。
[0016]2、電動鉆具是一種電動機械，能有效地使鉆井過程自動化;鉆井時鉆頭功率消耗的變化馬上就會反映在電流大小的變化上；用電流表可監測鉆頭的負荷，判斷和確定鉆頭磨損程度和預防事故;降低了振動，減小了對陀螺儀定位的影響，使其它設備更可靠;相較于傳統的鉆井方式，井下鉆具電機的使用使鉆具系統較高的溫度適應能力和較高的鉆井效率。
[0017]3、本發明的保護器由于外波紋管、內波紋管、固定座和活動座圍成一個腔體，當電機處在高溫高壓環境中時，主軸內的外部介質通過壓力平衡孔流入腔體內，在外部介質壓力作用下，活動座向左側移動；同時，從通油孔進入的稀油也會膨脹，推動活動座向右側移動;在外部介質和稀油共同作用下，使得活動座實現自平衡，進而實現外部介質壓力與電機內部介質壓力的平衡，起到良好的保護作用，從而保障電機正常穩定的運行。
[0018]4、本發明保護器的另外一種結構形式，隨著外部介質壓力和溫度的升高，由于外部介質腔壓力的增加，第二活塞將向右側移動，同時，通過通油孔進入稀油腔內的油，由于具有熱膨脹性，將推動第一活塞向左側移動，使外部介質腔、過渡腔、稀油腔和內部介質腔的壓力達到自動平衡，實現保護器對電機的壓力補償保護，作為一個完整的技術方案，通過雙活塞結構，有效降低了整個保護器工作過程中的壓力脈動，提高了工作可靠性，從而能夠保障電機長時間正常穩定的運行。
[0019]5、本發明的上部密封裝置和下部密封裝置結構可以相同，也可以不同，其中一種結構形式就是通過采用至少兩級冗余密封，配合單向閥的單向通油性，只允許內部油腔介質通過單向閥流向環形過渡腔，通過單向閥在軸向孔內的移動來改變環形過渡腔的容積，使環形過渡腔壓力與內部油腔壓力之間實現平衡或接近平衡，從而能夠防止密封圈Π因為壓差而損壞，保障密封圈Π的長效密封性，既能夠防止電機內部稀油泄漏，又能夠防止外部多相液體進入電機內部，從而能夠有效保障電機長期穩定的運行。
[0020]6、本發明的上部密封裝置和下部密封裝置的另外一種結構形式是通過采用第一密封件和第二密封件相結合的方式，較現有技術單一密封而言，能夠有效延長電機的維護周期;通過密封活塞平衡密封之間的壓力差，使密封在零壓差環境下工作，提高了密封可靠性，有效防止電機內部稀油泄漏和外部多相液體進入電機內部，進而能夠保障電機在高溫、高壓環境下穩定工作。
[0021]7、本發明的永磁電機更易實現低轉速、大扭矩的工況，更適用于堅硬地質鉆井；由于電機在井下直接驅動鉆頭，相較于其它方式使鉆井作業更為高效、便捷;鉆井時鉆頭功率消耗的變化馬上就會反映在電流大小的變化上；電鉆具是一種電動機械，能有效地使鉆井過程自動化;通過井上的電流表可監測鉆頭的負荷，判斷和確定鉆頭磨損程度和預防事故；降低了振動，減小了對陀螺儀定位的影響，使其它設備更可靠;較高的溫度適應能力。
[0022]8、本發明的油路連通裝置是為了應對分段設備之間的油路連接，本發明的油路連通裝置通過連接第一接頭件和第二接頭件，隨著油路連通第一接頭和油路連通第二接頭逐漸旋緊，同時接頭管也被逐漸推擠在油路連通第一接頭和油路連通第二接頭的軸向空間內，第一閥芯頂針被接頭管上的圓環軸向推擠，并使位于第一環形凹槽上的第一 O環與第一介質通道之