专利名称：一种具有高密封性能的螺杆钻具传动轴总成的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于石油天然气钻井中的螺杆钻具密封装置，特 别适合于气基流体钻井工艺及高温强振动的泥浆介质深井超深井钻 探过程使用的具有高密封性能的螺杆钻具传动轴总成。
技术背景螺杆钻具是石油钻井或修井作业时使用的一种井下动力工具之 一，传动轴总成是螺杆钻具的四大主要部件之一，也是最易失效的部 件之一，其作用是将马达的输出扭矩和转速传递给钻头。同时承受钻 进过程中产生的轴向和径向载荷。传动轴总成包括传动轴、传动轴壳 体、径向轴承、推力轴承组、水帽、下短节等部件。近年来国内外油 气田的招标作业，甲方都要求使用空气钻.井，空气钻井具有大幅提高 机械钻速、有效发现及保护油气层等技术优势，但同时它对井下钻具 特别是对螺杆钻具提出了更高的要求。在空气钻井中常规的螺杆钻具 由于缺乏足够的流体润滑无法使用；近年来出现的油密封传动轴螺杆 钻具经过现场实验亦无法较好地阻止气基循环介质(纯气、气固、气 固液)的侵入，使用寿命低，通常使用40 50小时即失效，这不仅 导致频繁起下钻，而且轴承卡死容易引发钻井事故，从而带来较大经 济损失并大幅降低钻井效率。目前国内已有的传动轴密封装置用于深 井泥浆钻井中时，由于自身密封能力的原因，导致使用效果差，使用 寿命短，无法满足使用要求，这甚至限制了带密封装置螺杆钻具在深 井中的应用。 发明内容本发明的目的是为了提供一种具有密封补偿功能、密封性能好、 摩擦力小、抗磨性能好、耐高温高压的螺杆钻具传动装置，能有效防 止循环介质如气基流体、泥浆进入密封腔内，延长螺杆钻具传动轴的 使用寿命，特提出一种具有高密封性能的螺杆钻具传动轴总成。为了达到上述目的，本发明解决此技术问题所采用的技术方案 是 一种具有高密封性能的螺杆钻具传动轴总成，是由传动轴、密封 装置、轴承、下短节、法兰、密封片组成，其结构特征是刀口密封 装置分为上下两组， 一组下刀口密封装置2安装在下短节6与传动轴l之间有螺栓连接，内刀口法兰14靠柔性石墨圈IO支撑，下刀口密 封片15安装在内刀口法兰14与外刀口法兰16之间；另一组上刀口 密封装置9安装在壳体7与水帽11之间，密封装置9内设置有上刀 口密封外密封片17、上刀口密封内密封片18;两组刀口密封装置2、 9内刀口密封有两种组合，凹凸刃和两凸刃；内外刀口法兰14、 16 之间、壳体7与水帽11之间均安装有1~6层密封片；上刀口密封装 置17和轴承组8之间安装有石墨密封圈10;浮动环3安装在滚针轴 承4的外部，其内外表面分别开有两个槽，其中装有1 7组柔性石墨 圈10;在密封装置2和密封装置9之间形成密封腔，内安装有滚针 轴承4、径向轴承动套5和推力轴承组8。在刀口刀刃上镀一层银， 其厚度为0.005mm，可提高密封装置的使用寿命。密封片材料用不锈 钢、镍，硬度大，凹槽的宽度为2 4mm，槽深以不碰刀尖为度。上 刀口密封内密封片18与水帽11之间、上刀口密封外密封片17与壳 体7之间为刀口密封，均为过盈配合。密封片15、 17、 18均能相对 于传动轴1延轴线移动，避免刀口和槽之间硬性碰撞。传动轴1的壳 体7上开有壳体孔12;在径向轴承动套5与推力轴承组8之间装有 防掉半环13。本发明与现有技术相比，具有的有益效果是(1)本发明在下短 节与传动轴、水帽与壳体之间分别装有刀口密封装置，具有密封性能 好、寿命长、耐高温高压、摩擦系数小、密封补偿性好的效果；(2)在 上刀口密封与浮动环之间装有石墨密封圈，在浮动环的内外表面的凹 槽使用了柔性石墨圈，增加了密封的安全性和实用性；(3)本发明结 构简单、成本低，可以满足气基流体钻井和恶劣工况下的泥浆钻井施 工需要，可用于气基流体钻井和高温强振动的泥浆介质钻井中
图1是本发明一种具有高密封性能的螺杆钻具传动轴总成的结 构示意图。图2是本传动轴总成中下刀口密封装置的结构示意图。 图3是本传动轴总成中上刀口密封装置的结构示意图。 图中l.传动轴，2.下刀口密封装置，3.浮动环，4.滚针轴承，5. 径向轴承动套，6.下短节，7.壳体，8.推力轴承组，9.上刀口密封装置， IO.柔性石墨圈，ll.水帽，12.壳体孔，13防掉半环，14.内刀口法兰，15.下刀口密封密封片，16.外刀口法兰，17.上刀口密封外密封片，18上刀口密封内密封片。图4是本发明密封装置刀口的三种结构形式之一密封片上产生 凹槽。图5是本发明密封装置刀口的结构形式之二密封片上产生刀口 且对应凹槽为三角形。图6是本发明密封装置刀口的结构形式之三密封片上产生刀口且 对应凹槽为矩形。
具体实施方式
按照图l、图2、图3所示，刀口密封装置分为上下两组， 一组 下刀口密封装置2安装在下短节6与传动轴1之间有螺栓连接，内刀 口法兰14靠柔性石墨圈IO支撑；另一组上刀口密封装置9安装在壳 体7与水帽11之间。这样在密封装置2和密封装置9之间形成密封 腔，刀口密封能够有效的防止循环介质进入密封腔和润滑油从腔中泄 露，从而使径向轴承4和推力轴承组8不受循环介质的影响，始终保 持高润滑状态，提高效率和延长寿命。内外刀口法兰14、 16之间、壳体7和水帽11之间都有1~6密封 片，防止由剧烈振动产生的位移对刀口产生破坏而致刀口失效。使用 多层密封片可使密封片上的刀口波动幅度在凹槽的宽度范围内。在刀 口刀刃上镀一层银(约0.005mm)，镀银层具有较好的防粘接能力和 润滑能力，镀银层可提卨密封装置的使用寿命。在上刀口密封装置9和轴承组8之间有石墨密封圈10，以6根 柔性石墨密封圈为最佳，利用柔性石墨圈的强吸附能力和自润滑性能 进一步加强密封性能。此外刀口密封装置和柔性石墨圈都有自动补偿 功能，刀口密封装置通过刀口和凹槽的配合尺寸实现自补偿，柔性石 墨通过自身热膨胀作用实现自补偿。图4、图5、图6是发明一种具有高密封性能的螺杆钻具传动轴 总成密封装置(刀口)的三种结构形式。图4为密封片上产生凹槽， 图5为密封片上产生刀口且对应凹槽为三角形，图6为密封片上产生 刀口且对应凹槽为矩形。凹槽形状和大小视密封片材料的性能、壳体 壁厚和加工条件来选择。
权利要求
1.一种具有高密封性能的螺杆钻具传动轴总成，是由传动轴、密封装置、轴承、下短节、法兰、密封片组成，其特征是刀口密封装置分为上下两组，一组下刀口密封装置(2)安装在下短节(6)与传动轴(1)之间有螺栓连接，内刀口法兰(14)靠柔性石墨圈(10)支撑，下刀口密封密封片(15)安装在内刀口法兰(14)与外刀口法兰(16)之间；另一组上刀口密封装置(9)安装在壳体(7)与水帽(11)之间，密封装置(9)内设置有上刀口密封外密封片(17)、上刀口密封内密封片(18)；两组刀口密封装置(2)、(9)内刀口密封有两种组合，凹凸刃和两凸刃；内外刀口法兰(14)、(16)之间、壳体(7)与水帽(11)之间均安装有1～6层密封片；上刀口密封装置(17)和轴承组(8)之间安装有石墨密封圈(10)；浮动环(3)安装在滚针轴承(4)的外部，其内外表面分别开有两个槽，其中装有1～7组柔性石墨圈(10)；在密封装置(2)、(9)之间形成密封腔，内安装有滚针轴承(4)、径向轴承动套(5)和推力轴承组(8)。
2. 根据权利要求1所述的螺杆钻具传动轴总成，其特征是在 刀口刀刃上镀一层银，其厚度在0.005mm。
3. 根据权利要求1所述的螺杆钻具传动轴总成，其特征是密 封片材料用不锈钢、镍等，硬度大，凹槽的宽度为2-4毫米，槽深以 不碰刀尖为度。
4. 根据权利要求1所述的螺杆钻具传动轴总成，其特征是上 刀口密封内密封片(18)与水帽(11)之间、上刀口密封外密封片(17)与壳 体(7)之间为刀口密封，均为过盈配合。
5. 根据权利要求1所述的螺杆钻具传动轴总成，其特征是传 动轴(1)的壳体(7)上开有壳体孔(12)。
全文摘要
本发明涉及用于石油天然气钻井中使用的具有高密封性能的螺杆钻具传动轴总成。其技术方案是刀口密封装置分为上下两组，一组下刀口密封装置安装在下短节与传动轴之间有螺栓连接，内刀口法兰靠柔性石墨圈支撑；另一组上刀口密封装置安装在壳体与水帽间，两组刀口之间都有1～6层密封片。在上刀口密封装置和轴承组之间安装有石墨密封圈，起密封和润滑作用。浮动环安装在滚针轴承的外部，其内外表面分别开有两个槽，装有柔性石墨圈。在两组密封装置间形成密封腔，内安装有滚针轴承、径向轴承动套和推力轴承组。本发明具有密封性能好，寿命长，耐高温高压，摩擦系数小的效果；结构简单，成本低，用于气体钻井和高温强振动的泥浆介质钻井中。
文档编号E21B4/00GK101215954SQ20081004515
公开日2008年7月9日 申请日期2008年1月9日 优先权日2008年1月9日
发明者祝效华, 华 童, 贾彦杰 申请人:西南石油大学