油密封螺桿鉆具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于石油、天然氣行業(yè)鉆井井下動力工具，特別涉及一種油密封螺桿鉆具。
【背景技術(shù)】
[0002]螺桿鉆具廣泛用于石油、天然氣鉆井作業(yè)中，它是石油鉆井和修井的主要井下動力工具。螺桿鉆具將從井口經(jīng)鉆桿內(nèi)孔壓入的高壓泥漿作為動力液體，把高壓泥漿的壓力能轉(zhuǎn)換為鉆頭旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能，它是當(dāng)前鉆定向井、叢式井、水平井等特殊油井的必備鉆井工具。隨著現(xiàn)代鉆井技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是隨著現(xiàn)代復(fù)合鉆井技術(shù)的推廣，螺桿鉆具的市場需求量迅速增加。螺桿鉆具的使用壽命是衡量螺桿鉆具性能的一項重要指標(biāo)，螺桿鉆具壽命的提高，對減少提升、下放鉆具作業(yè)次數(shù)和時間，縮短鉆井周期，提高鉆井效率，降低鉆井作業(yè)成本有著重要作用。
[0003]螺桿鉆具主要包括:旁通閥總成、馬達(dá)總成、萬向軸總成和傳動軸總成。旁通閥總成位于馬達(dá)總成上端，在下鉆時允許泥漿由旁通孔進(jìn)入螺桿鉆具，起鉆時，螺桿鉆具內(nèi)的泥漿從旁通孔瀉出，使泥漿不溢于鉆井平臺上。馬達(dá)總成由螺旋定子、螺旋轉(zhuǎn)子組成，進(jìn)入馬達(dá)的高壓泥漿作用在定、轉(zhuǎn)子之間的型腔內(nèi)，由于容積的變化，在轉(zhuǎn)子的螺旋面上產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子在定子型腔內(nèi)作行星運(yùn)動，實現(xiàn)高壓泥漿壓力能轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)機(jī)械能。萬向軸總成的作用是將轉(zhuǎn)子的行星運(yùn)動轉(zhuǎn)換成傳動軸的定軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，將馬達(dá)的運(yùn)動和扭矩傳遞給傳動軸。傳動軸總成將萬向軸傳遞來的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和扭矩輸出給螺桿鉆具下端安裝的鉆頭，該總成承受著來自鉆頭的巨大軸向和徑向載荷，正因如此傳動軸總成是螺桿鉆具中最重要也是最薄弱的部件。
[0004]傳動軸是由上、下兩組徑向軸承和中間的一組軸向軸承支承的，這三組軸承在支持著傳動軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的同時承載著巨大的鉆井沖擊載荷。在常規(guī)的螺桿鉆具上，這三組軸承是在高壓泥漿中工作，是由泥漿對其進(jìn)行潤滑的。泥漿在起潤滑作用的同時，其中的微小固相顆粒也加速了軸承的磨損，傳動軸總成的這種工作原理就是造成其工作壽命較短的主要原因。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]發(fā)明目的:本發(fā)明提供一種油密封螺桿鉆具，其目的是解決常規(guī)螺桿鉆具所存在的靠泥漿起潤滑作用所造成的磨損嚴(yán)重、工作壽命較短的問題。
[0006]技術(shù)方案:
一種油密封螺桿鉆具，包括傳動軸及傳動軸殼體，傳動軸設(shè)置在傳動軸殼體內(nèi)，其特征在于:在傳動軸上安裝有上徑向軸承動圈、軸向軸承和下徑向軸承動圈，上徑向軸承動圈固定設(shè)置在傳動軸上方，下徑向軸承動圈固定設(shè)置在傳動軸下方，軸向軸承設(shè)置在上徑向軸承動圈和下徑向軸承動圈之間；上徑向軸承動圈外側(cè)設(shè)置有與傳動軸殼體固定的上徑向軸承靜圈，下徑向軸承動圈外側(cè)設(shè)置有與傳動軸殼體固定的下徑向軸承靜圈；傳動軸在傳動軸殼體中由各軸承動靜圈的配合所支承著，上徑向軸承動圈與上徑向軸承靜圈之間形成供潤滑油潤滑的潤滑腔，下徑向軸承靜圈與下徑向軸承動圈之間形成供潤滑油潤滑的潤滑腔；上徑向軸承動圈與上徑向軸承靜圈或傳動軸殼體之間的上部設(shè)置有將潤滑腔與外壁隔離的上端密封裝置，下徑向軸承動圈與下徑向軸承靜圈之間也設(shè)置有將潤滑腔與外部隔離的下端密封裝置。
[0007]優(yōu)點(diǎn)及效果:本發(fā)明提供一種油密封螺桿鉆具，本申請的油密封螺桿鉆具，是在深入分析和研宄現(xiàn)有螺桿鉆具開放式傳動軸工作原理和影響使用壽命機(jī)理的基礎(chǔ)上，對常規(guī)開放式螺桿鉆具傳動軸部分的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，在傳動軸上下兩端徑向軸承的上端和下端設(shè)計安裝油密封結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)傳動軸的軸向和徑向軸承由潤滑油進(jìn)行潤滑，使各組軸承都在理想的潤滑狀態(tài)下工作，從而達(dá)到提高螺桿鉆具使用壽命的目的。
[0008]在本申請中，不改變常規(guī)開放式螺桿鉆具傳動軸軸承副的材料，只是在常規(guī)開放式螺桿鉆具傳動軸結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在傳動軸上徑向軸承的上端和下徑向軸承下端分別設(shè)計、安裝兩套密封裝置，這兩套密封裝置可有效地防止泥漿進(jìn)入到傳動軸總成內(nèi)部的軸承上，還可防止內(nèi)部潤滑油的外泄，從而保證傳動軸內(nèi)部三組軸承在良好的潤滑條件下工作，使其不受泥漿中微小固相顆粒的研磨和腐蝕。通過這種改善傳動軸內(nèi)部軸承工作和潤滑環(huán)境的措施來減小軸承副的磨損，提高傳動軸總成的使用壽命。
[0009]本發(fā)明油密封螺桿鉆具的油密封傳動軸工作磨損過程及優(yōu)點(diǎn)效果說明如下: 第一工作階段:理想潤滑階段在新鉆具鉆井工作開始的一段時間里，密封裝置工作正常，密封效果良好，潤滑油在傳動軸總成的密封腔內(nèi)對各組軸承副進(jìn)行正常良好的潤滑，軸承副的磨損很?。?br> 第二工作階段:混合潤滑階段在鉆具工作一段時間后，傳動軸在巨大鉆井沖擊力作用下，其軸向和徑向的劇烈沖擊運(yùn)動會損壞密封裝置，當(dāng)密封裝置處在稍有泄漏、半失效狀態(tài)時，少量泥漿侵入到傳動軸的密封內(nèi)腔中，與內(nèi)腔中原有潤滑油形成油泥混合潤滑體，此時由混合潤滑體對軸承副進(jìn)行潤滑，它的潤滑效果雖不如理想潤滑階段，但也比純泥漿潤滑階段的潤滑效果好；
第三工作階段:泥漿潤滑階段螺桿鉆具繼續(xù)工作直到密封裝置完全失效后，高壓泥漿無遮擋地完全進(jìn)入到密封內(nèi)腔中，軸承副的潤滑劑變?yōu)榧兡酀{，此階段軸承的潤滑機(jī)理、磨損速度和使用壽命完全與常規(guī)螺桿鉆具的情況相同，軸承磨損速度較快。
[0010]由此可見，本發(fā)明的油密封螺桿鉆具傳動軸在密封裝置失效的狀態(tài)下其潤滑機(jī)理、磨損速度還與常規(guī)螺桿鉆具正常使用狀態(tài)的情況相同，加之磨損速度更小的第一工作階段和第二工作階段的更長的正常使用壽命，可見本發(fā)明的油密封螺桿鉆具比較常規(guī)螺桿鉆具有著更長使用壽命和無法比擬的技術(shù)優(yōu)勢。。
[0011]【附圖說明】:
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖中，1-水帽；2_傳動軸；3_上徑向軸承動圈；4_上端密封裝置；5_上徑向軸承靜圈；6_軸向軸承；7_傳動軸殼體；8_下徑向軸承靜圈；9_下徑向軸承動圈；10_下端密封裝置。
[0013]【具體實施方式】:下面結(jié)合圖1對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明:
如圖1所示，本發(fā)明提供一種油密封螺桿鉆具，包括傳動軸2及傳動軸殼體7，傳動軸2設(shè)置在傳動軸殼體7內(nèi)，在傳動軸2上安裝有上徑向軸承動圈3、軸向軸承6和下徑向軸承動圈9，上徑向軸承動圈3固定設(shè)置在傳動軸2上方，下徑向軸承動圈9固定設(shè)置在傳動軸2下方，軸向軸承6設(shè)置在上徑向軸承動圈3和下徑向軸承動圈9之間；上徑向軸承動圈3外側(cè)設(shè)置有與傳動軸殼體7固定的上徑向軸承靜圈5，下徑向軸承動圈9外側(cè)設(shè)置有與傳動軸殼體7固定的下徑向軸承靜圈8 ;傳動軸2在傳動軸殼體7中由各軸承動靜圈的配合所支承著，上徑向軸承動圈3與上徑向軸承靜圈5之間形成供潤滑油潤滑的潤滑腔，下徑向軸承靜圈8與下徑向軸承動圈9之間形成供潤滑油潤滑的潤滑腔；上徑向軸承動圈3與上徑向軸承靜圈5之間的上部設(shè)置有將潤滑腔與外壁隔離的上端密封裝置4，下徑向軸承動圈9與下徑向軸承靜圈8之間也設(shè)置有將潤滑腔與外部隔離的下端密封裝置10。
[0014]如圖1所示:螺桿鉆具上端的旁通閥總成111上端接鉆桿，經(jīng)鉆桿內(nèi)孔進(jìn)入旁通閥內(nèi)的高壓泥楽，驅(qū)動馬達(dá)總成222的轉(zhuǎn)子進(jìn)行行星運(yùn)動，萬向軸總成333將轉(zhuǎn)子的行星運(yùn)動轉(zhuǎn)換成傳動軸2的定軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，將馬達(dá)的運(yùn)動和扭矩傳遞給傳動軸2，傳動軸總成444將萬向軸傳遞來的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和扭矩輸出給螺桿鉆具下端安裝的鉆頭。
[0015]傳動軸總成上端密封裝置4和下端密封裝置10組成的密封機(jī)構(gòu)將高壓泥漿與內(nèi)部各軸承有效地隔離，使傳動軸總成內(nèi)部形成密封內(nèi)腔，內(nèi)腔中上徑向軸承動圈3與上徑向軸承靜圈5組成上徑向軸承組，下徑向軸承靜圈8與下徑向軸承動圈9組成下徑向軸承組，這兩組軸承組連通軸向軸承6共三組軸承由潤滑油進(jìn)行潤滑，減小了高壓泥漿中的固相顆粒對各組軸承的磨損和沖蝕速度，使傳動軸總成的正常使用壽命顯著提高，從而提高了螺桿鉆具的整體使用壽命。
[0016]本發(fā)明通過設(shè)計油密封傳動軸總成的上下密封裝置結(jié)構(gòu)，使傳動軸總成密封腔內(nèi)的各軸承在良好的油潤滑條件下進(jìn)行工作，其結(jié)構(gòu)合理、密封性可靠、傳動軸使用壽命長，很好的解決了常規(guī)開放式螺桿鉆具傳動軸結(jié)構(gòu)所存在的各軸承磨損、沖蝕速度快和使用壽命短等問題，使螺桿鉆具的整體正常使用壽命有所提高，從而減少提升、下放鉆具時間，提高鉆井的工作效率，縮短鉆井周期，降低鉆井作業(yè)成本，適于在石油、天然氣鉆井作業(yè)中推廣使用。
【主權(quán)項】
1.一種油密封螺桿鉆具，包括傳動軸(2)及傳動軸殼體(7)，傳動軸(2)設(shè)置在傳動軸殼體(7)內(nèi)，其特征在于:在傳動軸(2)上安裝有上徑向軸承動圈(3)、軸向軸承(6)和下徑向軸承動圈(9)，上徑向軸承動圈(3)固定設(shè)置在傳動軸(2)上方，下徑向軸承動圈(9)固定設(shè)置在傳動軸(2)下方，軸向軸承(6)設(shè)置在上徑向軸承動圈(3)和下徑向軸承動圈(9)之間；上徑向軸承動圈(3)外側(cè)設(shè)置有與傳動軸殼體(7)固定的上徑向軸承靜圈(5)，下徑向軸承動圈(9 )外側(cè)設(shè)置有與傳動軸殼體(7 )固定的下徑向軸承靜圈(8 );傳動軸(2 )在傳動軸殼體(7)中由各軸承動靜圈的配合所支承著，上徑向軸承動圈(3)與上徑向軸承靜圈(5)之間形成供潤滑油潤滑的潤滑腔，下徑向軸承靜圈(8)與下徑向軸承動圈(9)之間形成供潤滑油潤滑的潤滑腔；上徑向軸承動圈(3)與上徑向軸承靜圈(5)或傳動軸殼體(7)之間的上部設(shè)置有將潤滑腔與外壁隔離的上端密封裝置(4)，下徑向軸承動圈(9)與下徑向軸承靜圈(8)之間也設(shè)置有將潤滑腔與外部隔離的下端密封裝置(10)。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種油密封螺桿鉆具，包括傳動軸及傳動軸殼體，傳動軸設(shè)置在傳動軸殼體內(nèi)，在傳動軸上安裝有上徑向軸承動圈、軸向軸承和下徑向軸承動圈，上徑向軸承動圈固定設(shè)置在傳動軸上方，下徑向軸承動圈固定設(shè)置在傳動軸下方，軸向軸承設(shè)置在上徑向軸承動圈和下徑向軸承動圈之間，本申請的油密封螺桿鉆具，是在深入分析和研究現(xiàn)有螺桿鉆具開放式傳動軸工作原理和影響使用壽命機(jī)理的基礎(chǔ)上，對常規(guī)開放式螺桿鉆具傳動軸部分的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，在傳動軸上下兩端徑向軸承的上端和下端設(shè)計安裝油密封結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)傳動軸的軸向和徑向軸承由潤滑油進(jìn)行潤滑，使各組軸承都在理想的潤滑狀態(tài)下工作，從而達(dá)到提高螺桿鉆具使用壽命的目的。
【IPC分類】E21B4-02
【公開號】CN104533281
【申請?zhí)枴緾N201410743860
【發(fā)明人】王可, 孫興偉, 畢超
【申請人】沈陽工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月9日