在金属-金属泥浆马达中作为密封元件的金属毡和刷结构制造技术

本发明专利技术公开了泥浆马达和具有泥浆马达的钻柱。泥浆马达包括定子和转子。位于定子和转子之间的衬里包括形成纤维图案的纤维。衬里是定子的叶状内表面和转子的叶状外表面中的至少一者的涂层。少一者的涂层。少一者的涂层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在金属
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金属泥浆马达中作为密封元件的金属毡和刷结构
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年7月31日提交的美国专利申请63/059,856的权益，该申请全文以引用方式并入本文。

技术介绍

[0003]在资源回收工业中，在井下钻柱中使用泥浆马达，例如使用通过钻柱的泥浆流为钻柱的各种工具(诸如钻头)提供动力。泥浆马达包括定子和转子，转子在定子内旋转，在其旋转时摩擦定子。通常在转子或定子的表面上放置弹性体马达衬里，以便减小摩擦并提高马达效率。然而，这些弹性体层在高温下分解，从而降低性能。另选地，弹性体层可以省略，而允许定子和转子在金属
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金属界面处相遇。然而，金属
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金属界面使得泥浆马达的效率和操作易受尺寸公差的影响。因此，需要提供一种在高温下长时间有效操作的泥浆马达衬里。

技术实现思路

[0004]在一个方面，公开了一种泥浆马达。所述泥浆马达包括定子、转子和位于所述定子和所述转子之间的衬里，所述衬里包括形成纤维图案的纤维。
[0005]在另一方面，公开了一种钻柱。钻柱包括具有定子和转子的泥浆马达。位于定子和转子之间的衬里包括形成纤维图案的纤维。
附图说明
[0006]以下描述不应被认为以任何方式进行限制。参考附图，相同元件以相同附图标记表示：
[0007]图1示出了钻柱的下部区段；
[0008]图2示出了一个实施方案中的泥浆马达的横截面；和
[0009]图3A
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3D示出了在各种实施方案中适于形成泥浆马达的衬里的各种纤维结构或纤维图案。
具体实施方式
[0010]本文所公开的设备和方法的一个或多个实施方案的详细描述以参照附图举例而非限制的方式呈现。
[0011]参见图1，示出了钻柱100的下部区段。钻柱100被构造成将钻孔钻入地球的地下。下部区段包括顶部接头102和连接到顶部接头102的泥浆马达104。泥浆马达104在其下端连接到柔性轴106并且穿过位于泥浆马达104下方的下部接头108。下部接头108可以包括可调节起始点110和稳定器112，其可以用于定向钻柱100。在下部接头108的下端处的钻头118用于切割地层。在操作中，钻井液或泥浆从地面位置流过钻柱100以在钻头118处离开钻柱。当泥浆通过泥浆马达104时，泥浆使泥浆马达的转子相对于泥浆马达的定子旋转，因此导致柔性轴106的旋转。柔性轴106的旋转引起机械地联接到柔性轴106的钻头118的旋转。
[0012]图2示出了一个实施方案中的泥浆马达104的横截面200。该横截面示出了壳体202、壳体202内的定子204和转子206。图2示出了分开的壳体202和定子204。另选地，壳体202和定子204可以是一个一体部件。定子204包括叶状内表面208，并且转子206包括叶状外表面210。转子206上的叶片的数量小于定子上的叶片的数量，从而导致转子的偏心旋转。叶状内表面208或叶状外表面210或两者可以涂覆有衬里。衬里材料优选是弹性的，以获得高效、易于组装和合理的公差。在一个实施方案中，弹性体(例如橡胶)被用作衬里的材料。然而，弹性体的缺点是它不能承受高温，诸如高于150℃的温度，例如高于175℃或甚至200℃。在另一个实施方案中，纤维结构用作衬里的材料。纤维结构由形成如下文关于图3A
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3D所讨论的纤维图案的纤维制成。
[0013]图3A
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3D示出了在各种实施方案中适于形成泥浆马达的衬里的各种纤维结构或纤维图案。所公开的纤维图案形成用作其相关表面的密封元件的结构。为了便于解释，纤维图案被讨论为应用于定子204的叶状内表面208。然而，应当理解，相关表面也可以是转子206的叶状外表面210。图3A示出了纤维图案，其中衬里的纤维在叶状内表面208上形成毡图案。毡图案包括已经缠结并压制在一起的多根纤维302。缠结或压制过程产生毡结构的纤维302，其随机取向或以其它方式彼此不对准。图3B示出了在叶状内表面208上形成纤维网图案的纤维302的示例性实施方案。纤维网图案是纤维302的有序图案，通常形成二维图案。如图3B所示，纤维302形成窗玻璃结构，其中纤维以近似直角彼此相交。然而，纤维网图案可包括任何其它期望的纤维图案，包括六边形纤维网图案、平行四边形纤维网图案等。图3C示出形成网孔图案的纤维302。在网孔图案中，纤维302沿着选定的平行方向彼此平行地对准，并且在定子的叶状内表面208上方交叉。图3D示出了对准以在叶状内表面208处形成刷图案的纤维302。在刷图案中，纤维302垂直于或基本上垂直于叶状内表面208对准。
[0014]纤维302可由任何合适的金属制成以形成纤维图案。纤维的示例性材料包括金属，诸如镍、镍合金、不锈钢、低合金钢、铜或铜合金。在其它实施方案中，纤维的材料可以是碳纤维、玻璃纤维或聚合物纤维。
[0015]可使用任何合适的粘附方法将衬里粘附到定子或转子的表面，包括烧结方法、焊接方法、熔焊方法、钎焊方法，或在衬里和其相关表面之间施加粘合剂。在一个实施方案中，物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD)可用于将纤维化学地生长或沉积到外表面上。纤维可涂覆有合适的涂层材料以提供改善的耐化学性、耐热性和耐腐蚀性或更好的摩擦或机械性能。
[0016]如图3A
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3D所示，纤维图案可包括纤维302之间的间隙304。在各种实施方案中，间隙304可保持开放或空闲。在其它实施方案中，间隙304可用次级材料填充或部分填充。次级材料可以是聚合物，诸如弹性体、聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚醚酮(PEEK)、或其他复合材料等、或它们的任何组合。在一个实施方案中，间隙304至少部分地填充有材料，但没有弹性体或橡胶。由纤维图案制成且不含弹性体的衬里是有益的，因为不存在弹性体使得衬里能够承受较高的温度，诸如高于150℃的温度，例如175℃，或甚至200℃。例如，包括由纤维图案制成的衬里(诸如由纤维图案制成且不含弹性体的衬里)的泥浆马达可在高温井下条件下(例如，在高于150℃、175℃或甚至200℃的温度下)操作显著的时间量，诸如大于40、120或甚至360个循环小时的时间(即，钻井液通过马达循环的小时量)。这种泥浆马达允许在环境温度高于150C、175C或甚至200C的井下环境中进行钻井运行，其中钻井运行持续40、120或甚至
360个循环小时，而不需要由于马达效率不足(例如，马达扭矩不足、马达功率不足或转子相对于马达定子的旋转速度不足)而将泥浆马达拉出钻孔。
[0017]下面示出了前述公开的一些实施方案：
[0018]实施方案1：一种泥浆马达。所述泥浆马达包括定子、转子和位于所述定子和所述转子之间的衬里，所述衬里包括形成纤维图案的纤维。
[0019]实施方案2：根据任一先前实施方案所述的泥浆马达，其中所述衬里是所述定子的叶状内表面和所述转子的叶状外表面中的至少一者的涂层。
[0020]实施方案3：根据任一先前实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种泥浆马达(104)，包括:定子(204)；转子(206)；和位于所述定子(204)和所述转子(206)之间的衬里，所述衬里包括形成纤维图案的纤维(302)。2.根据权利要求1所述的泥浆马达(104)，其中所述衬里是所述定子(204)的叶状内表面(208)和所述转子(206)的叶状外表面(210)中的至少一者的涂层。3.根据权利要求2所述的泥浆马达(104)，其中所述衬里通过以下中的至少一种粘附：(i)粘合剂；(ii)烧结方法；(iii)焊接方法；(iv)熔焊方法；以及(v)钎焊方法。4.根据权利要求1所述的泥浆马达(104)，其中所述纤维图案还包括以下中的一种：(i)毡图案；(ii)纤维网图案；(iii)网孔图案；以及(iv)刷图案。5.根据权利要求1所述的泥浆马达(104)，其中所述纤维的材料包括以下中的至少一种：(i)镍；(ii)镍合金；(iii)不锈钢；(iv)低合金钢；(v)铜；(vi)铜合金；(vii)碳纤维；(viii)玻璃纤维；以及(ix)聚合物纤维。6.根据权利要求1所述的泥浆马达(104)，其中所述纤维图案包括所述纤维(302)之间的间隙(304)。7.根据权利要求6所述的泥浆马达(104)，还包括所述间隙(304)中的次级材料，所述次级材料是以下中的至少一种：(i)聚四氟乙烯(PTFE)；(ii)聚醚醚酮(PEEK)；(iii)聚合物；以及(iv)弹性体。8.根据权利要求6所述的泥浆马达(104)，其中所述间隙(304)是未填充的。...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃里克，
申请(专利权)人：贝克休斯油田作业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：