专利名称：涡轮钻具支承节的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种钻井用涡轮钻具支承节。
随著钻井技术的发展，在石油、天燃气和其它矿藏的勘探开发中越来越多地使用井下动力钻具。特别是井下涡轮钻具与聚晶复合片金刚石钻头或新型三牙轮钻头配合使用，取得了尤为显著的技术经济效益。涡轮钻具支承节是涡轮钻具的关键部分之一，它上部与涡轮节相联接，下部与钻头相联接。支承节的结构、性能和寿命，直接影响着整个钻具的使用性能和寿命。目前，国内外涡轮钻具支承节主要有以下三种型式1、橡胶止推轴承支承节；2、金属球轴承支承节；3、带减速节的球轴承支承节。其中，金属球轴承支承节中润滑冷却方式又分为闭式充油润滑冷却和开式钻井液润滑冷却两种。上述几种型式的支承节存在的缺点是1、橡胶止推轴承支承节的主要缺点是其橡胶——金属轴承付在含有大量磨砺性介质的钻井液中工作寿命很短。另外，机械摩擦损失也很大，降低了涡轮钻具的效率，特别是在低速时，由于摩擦阻力显著增大，使涡轮钻具不能稳定工作。2、金属球轴承支承节，对于采用开式钻井液润滑冷却的型式，其主要缺点是金属球轴承仍然在含有磨砺性介质的钻井液中工作，球轴承磨损很快，从而降低支承节的使用寿命；对于采用闭式充油润滑冷却型式的支承节，虽然轴承的润滑条件得以改善，但现有支承节采用钻井液从主轴中心通过而冷却轴承的方式，这种冷却方式存在两大缺点，一方面由于主轴壁厚较厚，因而冷却效果不好；另一方面，由于轴承组与支承节外壳接触，因而支承节外壳的外侧与井壁之间的环空中上返的高温钻井液(由于在深井井底温度较高，钻头在切削破碎岩石时产生的大量热量也将被钻井液吸收，所以上返钻井液温度较高)很容易把热量传递给轴承组，使轴承组的冷却条件进一步恶化。另外，由于密封结构不能平衡内外压力及自动补偿密封处泄漏的润滑油，所以钻井液容易侵入轴承组密封腔内；3、带减速节球轴承支承节，只是在金属球轴承支承节中接有减速机构，起到降速增矩的作用，与支承节本身的结构无关。
本实用新型的目的在于设计一种冷却效果好，并具有润滑油自动补偿装置及钻井液液流分离装置的涡轮钻具支承节。
本实用新型将现有技术中，钻井液从支承节主轴中心孔通过的方式改为钻井液从轴承组壳体与支承节外壳之间的环空通过的方式。由于轴承组壳体的壁厚比主轴中心孔的壁厚要薄，并且散热面积也增大，所以轴承的冷却效果得以改善。同时环空中的钻井液还相当于一层隔热层，阻止上返高温钻井液的热量传入轴承组密封腔内；在支承节主轴中心设计一个与轴承组密封腔相通的贮油孔，在贮油孔内安装一个润滑油自动补偿装置，通过钻井液来平衡轴承组密封腔的内外压力，并使之保持动态平衡，这样一方面可以随时向轴承组补充从密封处泄漏的少量润滑油，延长有效润滑时间；另一方面由于内、外压力平衡，可以阻止高压钻井液侵入轴承组密封腔内。润滑油自动补偿装置可以是弹簧一活塞型式。为了保护轴承组的密封元件和在密封失效之后，使进入轴承组的钻井液固相含量减少，在轴承组的两端装有液流分离装置、分离装置将分离出的钻井液固相颗粒送入轴承组壳体外的钻井液中带走。这种液流分离装置可以是离心式的，也可以是螺旋式的。
本实用新型的优点在于1、钻井液从轴承组壳体外部环空通过，改善了轴承组的冷却条件；2、采用内外压力由钻井液进行动态平衡的密封充油润滑装置，可以自动补偿密封处少量润滑油的泄漏和阻止磨砺性提质侵入密封腔，改善了轴承的工作条件，从而延长整个支承节的使用寿命；3、采用液流分离装置，使密封元件得以保护，即使在密封失效之后，也可以使进入轴承组的钻井液固相含量大为减少，因而可以延长密封元件及轴承的寿命。4、本实用新型易损件少，便于制造、组装和检修。
实施例钻井液流道由支承节外壳(9)和轴承组壳体(4)之间的环空形成。由于轴承组壳体(4)的壁厚比支承节主轴(14)的壁厚要薄，而且散热面积增大，环空中的钻井液还相当于一层隔热层，所以轴承组的冷却条件得以改善；在支承节主轴(14)中心钻有贮油孔与轴承组密封腔相通，贮油孔内安装有带密封圈(16)的压力补偿活塞(17)，活塞上部装弹簧(13)，弹簧由中心钻有小孔的丝堵(12)压住。在涡轮钻具工作时，流入支承节内的高压钻井液通过下联轴套(11)上的小孔进入支承节主轴上端，由丝堵(11)上的小孔流入贮油孔内，推动压力补偿活塞(17)移动，使密封腔内的压力与密封处外部的钻井液相平衡。如果增大压力补偿活塞(17)上部的弹簧(13)刚度，可使密封腔内的润滑油压力高于钻井液压力。因此在支承节转动时少量的润滑油只能从密封腔内部向外部泄漏，阻止了磨砺性介质侵入密封腔内；支承节的密封结构由内环(19)外环(1)和液流分离装置(18)组成，在内环与外环之间装有两道“O”型密封圈(20)以密封轴承组壳体内的润滑油，数道Y型(或U型、或J型)带有唇边的橡胶密封圈(2)密封外部的钻井液。Y型橡胶密封圈(2)固定在内环(19)上与主轴(14)同时转动。旋转密封面是由外环(1)内壁与Y型橡胶圈(2)的外唇边形成的，因为橡胶是热的不良导体，所以旋转密封处产生的热量绝大部分传给外环(1)，而外环的壁很薄，并直接和钻井液接触，因而其冷却效果非常好。同时，内环(19)和轴承组壳体(4)上端的液流分离装置(18)之间形成一个迷宫结构(同样下部内环(33)和轴承组壳体(4)下端的下部液流分离装置(34)之间也形成一个迷宫结构)，旋转的液流分离装置(18)使进入迷宫的钻井液靠离心力将固相颗粒分离出来，由轴承组壳体(4)上部的小孔进入轴承组壳体外部，环空中高速流动的钻井液将其带走。这样一方面可以保护密封元件，另一方面在密封失效之后，进入轴承组密封腔内的钻井液的固相含量也会大量减少。
图1为实施例半剖视图；图2为实施例从A-A断开后的上半部半剖视图；图3为实施例从A-A断开后的下半部半剖视图；图4为实施例B-B剖面图。
在图2中包括外环(1)，Y型橡胶密封圈(2)、压环(3)、轴承组壳体(4)、轴头螺帽(5)、紧箍(6)、保险螺母(7)、调整垫圈(8)、支承节外壳(9)、上联轴套(10)、下联轴套(11)、丝堵(12)、弹簧(13)、支承节主轴(14)、排气阀(15)、“O”型密封圈(16)、压力补偿活塞(17)、液流分离装置(18)、内环(19)、“O”型密封圈(20)、轴承内衬环(21)。其中支承节外壳(9)与上部的涡轮组外壳联接；上轴套(10)上部联接涡轮组主轴，下部通过花键与下连轴套(11)联接；下连轴套(11)下部通过螺纹与支承节主轴(14)联接。
在图3中，包括橡胶轴承衬套(22)、下轴承壳(23)、撑套(24)、轴承组压盖(25)、轴承外隔环(26)、橡胶减振垫(27)、长轴套(28)、长轴套隔套(29)、轴向力承力盘(30)、轴承(31)、轴承套(32)、轴承下端内环(33)、液流分离装置(34)、接头(35)、下部外环(36)。其中接头(35)上部和支承节主轴(14)联接，下部和钻头联接。
在图4中，(4)为轴承组壳体，(9)为支承节外壳，(14)为支承节主轴、(28)为长轴套、(29)为长轴套隔套。
权利要求1.一种钻井用涡轮钻具支承节，特别是闭式充油润滑球轴承支承节，它主要由支承节外壳(9)，支承节主轴(14)及一组轴承组成，其特征在于a、钻井液流道由支承节外壳(9)和轴承组壳体(4)之间的环空形成；b、支承节主轴(14)中心有贮油孔及润滑油自动补偿装置。
2.根据权利要求1所述的涡轮钻具支承节，其特征在于轴承组的上、下两端密封处外面分别具有液流分离装置；
3.根据要求2所述的液流分离装置可以是离心式的，也可以是螺旋式的；
4.根据要求1所述的润滑油自动补偿装置，其特征在于补偿装置由弹簧(13)、压力补偿活塞(17)组成，并由钻井液平衡内外压力。
专利摘要一种钻井用涡轮钻具支承节。该支承节采用钻井液平衡内外压力的全密封充油润滑装置，能自动补偿密封处泄漏的润滑油。钻井液由轴承组壳体的外部环空流过，从而对轴承组进行有效的冷却。在轴承组的上下密封处外面分别具有液流分离装置，以保护密封元件和在密封失效之后减少进入密封腔的固相含量，从而提高轴承的寿命。本实用新型结构紧凑、便于制造、组装和检修。
文档编号E21B17/10GK2048106SQ8821788
公开日1989年11月22日 申请日期1988年12月18日 优先权日1988年12月18日
发明者赵建新 申请人:新疆石油局钻井工艺研究所