专利名称：一种新型的螺杆钻具结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种新型的螺杆钻具结构。
背景技术：
随着国民经济的迅猛发展，对石油资源的需求越来越大。面对经济全球化、国内市场国际化这一趋势，油气资源的勘探与开发必然追求投入的高回报与资金的快速回收。一批高效低成本的钻井新技术将会迅速发展。近年来，我国油气钻井新技术获取得了长足的进步。定向井、水平井、多分支井技术提高了钻探成功率和经济效益，同时也推动了井下动力钻具的发展应用。此外，小井眼钻井、套管开窗侧钻、旋转导向钻井、连续油管钻井等技术亦得到一定程度的开发和利用，也推动了井下动力钻具的发展。目前，我国油气钻井成本高，建井周期长，转盘钻井的平均机械钻速低，因此，迫切需要发展高效低成本的钻井技术。一些高效钻井新装备，例如顶部驱动装置、新型涡轮钻具、高性能长寿命的PDC钻头等新技术和新装备的开发和应用，无疑为提高我国油气钻井的综合技术经济指标起着极为重要的作用。发展深井、超深井与高温、高压、高地层应力条件下提高钻井效率的技术也是我国油气钻井发展的趋势。深井的年钻井比例达30%以上，且增长趋势较大，而中深井的数量更大。要改变深井中后1/3的钻井工作量占全井2/3的钻井时间的状况，采用井下动力钻具钻井，尤其是推广应用新型井下动力钻具无疑是最经济的选择。井下动力钻具在美、英、法、德和原苏联等国家，经过40年的探索和研究，其制造工艺及其应用技术不断发展和完善，已成为当今世界石油钻井中定向井、从式井、大斜度井、水平井等钻井作业必不可少的重要工具。井下动力钻具可分为液力驱动和电驱动两类，概括起来主要有电动钻具、涡轮钻具、叶片钻具和螺杆钻具。电动钻具的输出转速为1200r/min以上，其多级减速器结构复杂、可靠性差；井下电动机的绝缘和密封性能要求严格，电枢绕组失效后修复困难；特别是三牙轮钻头的纵向振动厉害，电动钻具的工况恶劣，使用寿命仅有30 40h。20世纪40年代末，电动钻具随着涡轮钻具的发展而逐渐被淘汰。在西方国家，电动钻具现已基本绝迹。在独联体，仅有少数井队在使用，年钻井量不足涡轮钻具的1%。涡轮钻具与电动钻具相比，输出性能柔和，无特殊的绝缘和密封要求，制造精度容易保证，使用操作相对比较简单，因而受到油田井队的欢迎，特别是复式涡轮钻具的出现以及后来的带独立支承节涡轮钻具的定型产品的推广，在行程机械钻速和每米钻井成本等技术经济指标上大大超过了电动钻具。20世纪40年代中期，原苏联把涡轮钻井技术确认为钻井工业的主力。70年代，原苏联动力钻具钻井的进尺占总进尺的3/4以上，在西西伯利亚几乎全部是利用动力钻具钻井，是世界上使用动力钻具钻井最多的国家，其中涡轮钻具用得最多，涡轮钻具的年钻井工作量曾一度占全苏钻井总量的85%。密封牙轮钻头的发展和喷射钻井技术的提高，涡轮钻具暴露出了以下突出的致命弱点输出转速高，超过了牙轮钻头的最佳额定工作转速范围 (100 270r/min)；压降消耗大，降低了钻头的水马力，影响了井底清洗和钻头破岩效果； 整机尺寸过长，不能满足定向井、大斜度井的钻井工艺要求；功率低。另外，复式涡轮钻具的装配和调整麻烦。螺杆钻具可以说是目前使用最广泛的一种井下动力钻具。在油气钻井中，螺杆钻具主要被用于钻特殊工艺井，也可用来钻直井。所谓特殊工艺井，是指常规直井以外的所有其它井型，如定向井、大斜度井、水平井、大位移井、多分支井、从式井等。在这些特殊工艺井，通常应用螺杆钻具进行井眼轨迹控制作业，如造斜，纠斜、扭方位，采用导向螺杆钻具还可以进行稳斜钻进。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种新型的螺杆钻具结构，该新型的螺杆钻具结构的结构简单，制造成本和后期维护成本低，提高钻井效率，缩短钻井周期，降低钻井成本，具有十分明显的经济意义。本发明的目的通过下述技术方案实现一种新型的螺杆钻具结构，主要依次相连的旁通阀总成、马达总成、万向轴总成、传动轴总成构成。所述旁通阀总成主要由阀体、阀芯、弹簧、筛板构成。所述马达总成主要由转子和定子构成。所述万向轴总成主要由壳体和万向轴构成。所述传动轴总成主要由壳体、传动轴、上部推力轴承、下部推力轴承、径向扶正轴承组、以及辅助零件总装组成。综上所述，本发明的有益效果是结构简单，制造成本和后期维护成本低，提高钻井效率，缩短钻井周期，降低钻井成本，具有十分明显的经济意义。
图1为发明的结构示意图。
具体实施例方式下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不仅限于此。实施例如图1所示，本发明主要依次相连的旁通阀总成1、马达总成2、万向轴总成3、传动轴总成4构成。旁通阀总成1是螺杆钻具的辅助部件，它的作用是在停泵时使钻柱内空间与环空沟通，以避免起下钻和接换单根时钻柱内钻井液溢出污染钻台，影响正常工作。旁通阀由阀体、阀芯、弹簧、筛板等组成。在开泵时，钻井液压力迫使阀芯向下运动，造成弹簧压缩并关闭阀体上的通道(一般有5个沿圆周均勻分布的通道孔，内装筛板过滤异物)，此时螺杆钻具可循环钻井液或正常钻进。当停泵时，钻井液压力消失，被压缩的弹簧上举阀芯，旁通阀开启，使钻柱内空间与环空沟通。
马达总成2是螺杆钻具的动力部件，马达总成实际上是由转子和定子两个基本部分组成的单螺杆容积式动力机械。转子是一根表面镀有耐磨材料的钢制螺杆，其上端是自由端，下端与万向轴相连。定子包括钢制外筒和硫化在外筒内壁的橡胶衬套，橡胶衬套内孔为一个螺旋曲面的型腔。万向轴总成3由两个元件组成壳体和万向轴。壳体通过上、下锥螺纹分别和马达定子壳体下端及传动轴壳体上端相连接。直螺杆钻具的万向轴壳体无结构弯角，而弯壳体螺杆钻具的万向轴壳体则是一个带有结构弯角的弯壳体。万向轴有几种不同的结构形式， 例如应用最普遍的瓣型连接轴和挠性连接轴(有一定柔度，上下两端为连接螺纹的光轴)， 以及其它形式的万向轴。万向轴的上端和马达转子下端相连，而下端则和传动轴上端的导水帽相连。万向轴的作用是把马达转子的平面行星运动转化为传动轴的定轴转动，同时把马达的工作转矩传递给传动轴和钻头。螺杆钻具在工作或循环钻井液时，从马达内流出的钻井液穿过万向轴壳体内壁与万向轴间的空间，通过传动轴上端导水帽的通道进入传动轴的内部通道，然后从钻头水眼流出。传动轴总成4由壳体、传动轴、上部推力轴承、下部推力轴承、径向扶正轴承组及其它辅助零件总装组成。上、下推力轴承分别用来承受钻具在各种工况下产生的轴向力。径向扶正轴承组则用于对传动轴进行扶正，保证其正常工作位置。早期的螺杆钻具传动轴不采用滚动径向轴承组，而是用一个套筒形的滑动轴承，它是在钢制圆筒内壁压铸耐磨橡胶构成的，在橡胶内壁刻有沿圆周均布的轴向沟槽，用于对分流润滑和冷却轴承的钻井液进行限流，因此通常称限流器。流经万向轴壳体的钻井液从导水帽进入传动轴的中间流道，同时也有一小部分钻井液(约7%以内)流经轴承组进行润滑和冷却，然后从传动轴壳体下部排向环空。传动轴总成的推力轴承是螺杆钻具最易损坏的部位，因为螺杆钻具在恶劣的井底环境中工作时， 轴承组负荷重，且为幅度很大的交变载荷，很易造成滚珠、滚道磨损，甚至碎裂。理论分析和现场使用经验表明，这种情况常发生在上部推力轴承。因此，对轴承组结构与材质的改进一直是螺杆钻具设计研究的重点，例如把轴承材质改为优质的TC硬质合金，把滑动扶正轴承换为滚动径向扶正轴承等。以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种新型的螺杆钻具结构，其特征在于，主要依次相连的旁通阀总成(1)、马达总成 (2)、万向轴总成(3)、传动轴总成(4)构成。
2.根据权利要求1所述的一种新型的螺杆钻具结构，其特征在于，所述旁通阀总成(1) 主要由阀体、阀芯、弹簧、筛板构成。
3.根据权利要求1所述的一种新型的螺杆钻具结构，其特征在于，所述马达总成(2)主要由转子和定子构成。
4.根据权利要求1所述的一种新型的螺杆钻具结构，其特征在于，所述万向轴总成(3) 主要由壳体和万向轴构成。
5.根据权利要求1所述的一种新型的螺杆钻具结构，其特征在于，所述传动轴总成主要由壳体、传动轴、上部推力轴承、下部推力轴承、径向扶正轴承组、以及辅助零件总装组成。
全文摘要
本发明公开了一种新型的螺杆钻具结构。该新型的螺杆钻具结构主要依次相连的旁通阀总成(1)、马达总成(2)、万向轴总成(3)、传动轴总成(4)构成。本发明结构简单，制造成本和后期维护成本低，提高钻井效率，缩短钻井周期，降低钻井成本，具有十分明显的经济意义。
文档编号E21B7/04GK102465667SQ20101055862
公开日2012年5月23日 申请日期2010年11月18日 优先权日2010年11月18日
发明者常萍 申请人:常萍