油密封螺杆钻具的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于石油、天然气行业钻井井下动力工具，特别涉及一种油密封螺杆钻具。
【背景技术】
[0002]螺杆钻具广泛用于石油、天然气钻井作业中，它是石油钻井和修井的主要井下动力工具。螺杆钻具将从井口经钻杆内孔压入的高压泥浆作为动力液体，把高压泥浆的压力能转换为钻头旋转的机械能，它是当前钻定向井、丛式井、水平井等特殊油井的必备钻井工具。随着现代钻井技术的不断发展，尤其是随着现代复合钻井技术的推广，螺杆钻具的市场需求量迅速增加。螺杆钻具的使用寿命是衡量螺杆钻具性能的一项重要指标，螺杆钻具寿命的提高，对减少提升、下放钻具作业次数和时间，缩短钻井周期，提高钻井效率，降低钻井作业成本有着重要作用。
[0003]螺杆钻具主要包括:旁通阀总成、马达总成、万向轴总成和传动轴总成。旁通阀总成位于马达总成上端，在下钻时允许泥浆由旁通孔进入螺杆钻具，起钻时，螺杆钻具内的泥浆从旁通孔泻出，使泥浆不溢于钻井平台上。马达总成由螺旋定子、螺旋转子组成，进入马达的高压泥浆作用在定、转子之间的型腔内，由于容积的变化，在转子的螺旋面上产生转动力矩，驱动转子在定子型腔内作行星运动，实现高压泥浆压力能转换为转子旋转机械能。万向轴总成的作用是将转子的行星运动转换成传动轴的定轴旋转运动，将马达的运动和扭矩传递给传动轴。传动轴总成将万向轴传递来的旋转运动和扭矩输出给螺杆钻具下端安装的钻头，该总成承受着来自钻头的巨大轴向和径向载荷，正因如此传动轴总成是螺杆钻具中最重要也是最薄弱的部件。
[0004]传动轴是由上、下两组径向轴承和中间的一组轴向轴承支承的，这三组轴承在支持着传动轴旋转运动的同时承载着巨大的钻井冲击载荷。在常规的螺杆钻具上，这三组轴承是在高压泥浆中工作，是由泥浆对其进行润滑的。泥浆在起润滑作用的同时，其中的微小固相颗粒也加速了轴承的磨损，传动轴总成的这种工作原理就是造成其工作寿命较短的主要原因。
【发明内容】
[0005]发明目的:本发明提供一种油密封螺杆钻具，其目的是解决常规螺杆钻具所存在的靠泥浆起润滑作用所造成的磨损严重、工作寿命较短的问题。
[0006]技术方案:
一种油密封螺杆钻具，包括传动轴及传动轴壳体，传动轴设置在传动轴壳体内，其特征在于:在传动轴上安装有上径向轴承动圈、轴向轴承和下径向轴承动圈，上径向轴承动圈固定设置在传动轴上方，下径向轴承动圈固定设置在传动轴下方，轴向轴承设置在上径向轴承动圈和下径向轴承动圈之间；上径向轴承动圈外侧设置有与传动轴壳体固定的上径向轴承静圈，下径向轴承动圈外侧设置有与传动轴壳体固定的下径向轴承静圈；传动轴在传动轴壳体中由各轴承动静圈的配合所支承着，上径向轴承动圈与上径向轴承静圈之间形成供润滑油润滑的润滑腔，下径向轴承静圈与下径向轴承动圈之间形成供润滑油润滑的润滑腔；上径向轴承动圈与上径向轴承静圈或传动轴壳体之间的上部设置有将润滑腔与外壁隔离的上端密封装置，下径向轴承动圈与下径向轴承静圈之间也设置有将润滑腔与外部隔离的下端密封装置。
[0007]优点及效果:本发明提供一种油密封螺杆钻具，本申请的油密封螺杆钻具，是在深入分析和研宄现有螺杆钻具开放式传动轴工作原理和影响使用寿命机理的基础上，对常规开放式螺杆钻具传动轴部分的结构进行改进，在传动轴上下两端径向轴承的上端和下端设计安装油密封结构，实现传动轴的轴向和径向轴承由润滑油进行润滑，使各组轴承都在理想的润滑状态下工作，从而达到提高螺杆钻具使用寿命的目的。
[0008]在本申请中，不改变常规开放式螺杆钻具传动轴轴承副的材料，只是在常规开放式螺杆钻具传动轴结构的基础上，在传动轴上径向轴承的上端和下径向轴承下端分别设计、安装两套密封装置，这两套密封装置可有效地防止泥浆进入到传动轴总成内部的轴承上，还可防止内部润滑油的外泄，从而保证传动轴内部三组轴承在良好的润滑条件下工作，使其不受泥浆中微小固相颗粒的研磨和腐蚀。通过这种改善传动轴内部轴承工作和润滑环境的措施来减小轴承副的磨损，提高传动轴总成的使用寿命。
[0009]本发明油密封螺杆钻具的油密封传动轴工作磨损过程及优点效果说明如下: 第一工作阶段:理想润滑阶段在新钻具钻井工作开始的一段时间里，密封装置工作正常，密封效果良好，润滑油在传动轴总成的密封腔内对各组轴承副进行正常良好的润滑，轴承副的磨损很小；
第二工作阶段:混合润滑阶段在钻具工作一段时间后，传动轴在巨大钻井冲击力作用下，其轴向和径向的剧烈冲击运动会损坏密封装置，当密封装置处在稍有泄漏、半失效状态时，少量泥浆侵入到传动轴的密封内腔中，与内腔中原有润滑油形成油泥混合润滑体，此时由混合润滑体对轴承副进行润滑，它的润滑效果虽不如理想润滑阶段，但也比纯泥浆润滑阶段的润滑效果好；
第三工作阶段:泥浆润滑阶段螺杆钻具继续工作直到密封装置完全失效后，高压泥浆无遮挡地完全进入到密封内腔中，轴承副的润滑剂变为纯泥浆，此阶段轴承的润滑机理、磨损速度和使用寿命完全与常规螺杆钻具的情况相同，轴承磨损速度较快。
[0010]由此可见，本发明的油密封螺杆钻具传动轴在密封装置失效的状态下其润滑机理、磨损速度还与常规螺杆钻具正常使用状态的情况相同，加之磨损速度更小的第一工作阶段和第二工作阶段的更长的正常使用寿命，可见本发明的油密封螺杆钻具比较常规螺杆钻具有着更长使用寿命和无法比拟的技术优势。。
[0011]【附图说明】:
图1为本发明的结构示意图。
[0012]图中，1-水帽；2_传动轴；3_上径向轴承动圈；4_上端密封装置；5_上径向轴承静圈；6_轴向轴承；7_传动轴壳体；8_下径向轴承静圈；9_下径向轴承动圈；10_下端密封装置。
[0013]【具体实施方式】:下面结合图1对本发明做进一步的说明:
如图1所示，本发明提供一种油密封螺杆钻具，包括传动轴2及传动轴壳体7，传动轴2设置在传动轴壳体7内，在传动轴2上安装有上径向轴承动圈3、轴向轴承6和下径向轴承动圈9，上径向轴承动圈3固定设置在传动轴2上方，下径向轴承动圈9固定设置在传动轴2下方，轴向轴承6设置在上径向轴承动圈3和下径向轴承动圈9之间；上径向轴承动圈3外侧设置有与传动轴壳体7固定的上径向轴承静圈5，下径向轴承动圈9外侧设置有与传动轴壳体7固定的下径向轴承静圈8 ;传动轴2在传动轴壳体7中由各轴承动静圈的配合所支承着，上径向轴承动圈3与上径向轴承静圈5之间形成供润滑油润滑的润滑腔，下径向轴承静圈8与下径向轴承动圈9之间形成供润滑油润滑的润滑腔；上径向轴承动圈3与上径向轴承静圈5之间的上部设置有将润滑腔与外壁隔离的上端密封装置4，下径向轴承动圈9与下径向轴承静圈8之间也设置有将润滑腔与外部隔离的下端密封装置10。
[0014]如图1所示:螺杆钻具上端的旁通阀总成111上端接钻杆，经钻杆内孔进入旁通阀内的高压泥楽，驱动马达总成222的转子进行行星运动，万向轴总成333将转子的行星运动转换成传动轴2的定轴旋转运动，将马达的运动和扭矩传递给传动轴2，传动轴总成444将万向轴传递来的旋转运动和扭矩输出给螺杆钻具下端安装的钻头。
[0015]传动轴总成上端密封装置4和下端密封装置10组成的密封机构将高压泥浆与内部各轴承有效地隔离，使传动轴总成内部形成密封内腔，内腔中上径向轴承动圈3与上径向轴承静圈5组成上径向轴承组，下径向轴承静圈8与下径向轴承动圈9组成下径向轴承组，这两组轴承组连通轴向轴承6共三组轴承由润滑油进行润滑，减小了高压泥浆中的固相颗粒对各组轴承的磨损和冲蚀速度，使传动轴总成的正常使用寿命显著提高，从而提高了螺杆钻具的整体使用寿命。
[0016]本发明通过设计油密封传动轴总成的上下密封装置结构，使传动轴总成密封腔内的各轴承在良好的油润滑条件下进行工作，其结构合理、密封性可靠、传动轴使用寿命长，很好的解决了常规开放式螺杆钻具传动轴结构所存在的各轴承磨损、冲蚀速度快和使用寿命短等问题，使螺杆钻具的整体正常使用寿命有所提高，从而减少提升、下放钻具时间，提高钻井的工作效率，缩短钻井周期，降低钻井作业成本，适于在石油、天然气钻井作业中推广使用。
【主权项】
1.一种油密封螺杆钻具，包括传动轴(2)及传动轴壳体(7)，传动轴(2)设置在传动轴壳体(7)内，其特征在于:在传动轴(2)上安装有上径向轴承动圈(3)、轴向轴承(6)和下径向轴承动圈(9)，上径向轴承动圈(3)固定设置在传动轴(2)上方，下径向轴承动圈(9)固定设置在传动轴(2)下方，轴向轴承(6)设置在上径向轴承动圈(3)和下径向轴承动圈(9)之间；上径向轴承动圈(3)外侧设置有与传动轴壳体(7)固定的上径向轴承静圈(5)，下径向轴承动圈(9 )外侧设置有与传动轴壳体(7 )固定的下径向轴承静圈(8 );传动轴(2 )在传动轴壳体(7)中由各轴承动静圈的配合所支承着，上径向轴承动圈(3)与上径向轴承静圈(5)之间形成供润滑油润滑的润滑腔，下径向轴承静圈(8)与下径向轴承动圈(9)之间形成供润滑油润滑的润滑腔；上径向轴承动圈(3)与上径向轴承静圈(5)或传动轴壳体(7)之间的上部设置有将润滑腔与外壁隔离的上端密封装置(4)，下径向轴承动圈(9)与下径向轴承静圈(8)之间也设置有将润滑腔与外部隔离的下端密封装置(10)。
【专利摘要】本发明提供一种油密封螺杆钻具，包括传动轴及传动轴壳体，传动轴设置在传动轴壳体内，在传动轴上安装有上径向轴承动圈、轴向轴承和下径向轴承动圈，上径向轴承动圈固定设置在传动轴上方，下径向轴承动圈固定设置在传动轴下方，轴向轴承设置在上径向轴承动圈和下径向轴承动圈之间，本申请的油密封螺杆钻具，是在深入分析和研究现有螺杆钻具开放式传动轴工作原理和影响使用寿命机理的基础上，对常规开放式螺杆钻具传动轴部分的结构进行改进，在传动轴上下两端径向轴承的上端和下端设计安装油密封结构，实现传动轴的轴向和径向轴承由润滑油进行润滑，使各组轴承都在理想的润滑状态下工作，从而达到提高螺杆钻具使用寿命的目的。
【IPC分类】E21B4-02
【公开号】CN104533281
【申请号】CN201410743860
【发明人】王可, 孙兴伟, 毕超
【申请人】沈阳工业大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月9日