专利名称：一种油密封腔压力平衡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油密封螺杆钻具传动轴总成，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油密封腔压力平衡螺杆钻具传动轴总成。
背景技术：
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，而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、径向轴承组、推力轴承组等部件。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密封性能好、寿命长、耐磨损及耐高温高压的螺杆钻具传动轴总成，延长螺杆钻具传动轴在恶劣工况下的使用寿命，特提出一种油密封腔压力平衡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油密封腔压力平衡螺杆钻具传动轴总成，是由壳体、传动轴、上密封总成、上径向轴承组、推力轴承组、中间密封总成、下径向轴承组、支撑套、下密封总成和下端螺纹等组成，其结构特征是 壳体和传动轴配合形成环空容腔；上密封总成安装在环空容腔内，上密封总成下面依次安装有上径向轴承组、推力轴承组、支撑套以及下径向轴承组；中间密封总成安装在下径向轴承组上端，下密封总成安装在下径向轴承组下端；下端螺纹连接钻头。上密封总成由套筒、活塞缸体、轴承、静密封圈、动密封圈、上密封止逆阀等组成； 套筒外表面与活塞缸体接触，内表面与传动轴接触，套筒与活塞缸体的接触面镀一层铬，其厚度为0. 05 0. 20mm,以增加接触面的防腐蚀性能和耐磨性；套筒内孔安装2 4组静密封圈，与传动轴配合形成静密封；活塞缸体内孔安装有两组动密封圈及一组轴承，与套筒配合形成动密封，外表面安装2 4组静密封圈，与壳体配合形成静密封；活塞缸体内部有上密封止逆阀，可以连通两端的环空容腔。
中间密封总成由动密封圈、静密封圈等组成；下径向轴承组上端内孔安装动密封圈，与支撑套配合形成动密封；下径向轴承组外表面安装1 3组静密封圈，与壳体配合形成静密封；支撑套上端内孔安装1 2组静密封圈，与传动轴配合形成静密封。下密封总成由流道、活塞腔、活塞、管塞、下密封止逆阀、动密封圈等组成；流道在下径向轴承组内部，连通下径向轴承组内的间隙及活塞腔；活塞腔内安装活塞，活塞腔下端端口安装管塞；下密封总成内部有下密封止逆阀；下密封总成内孔安装两组动密封圈，与传动轴配合形成动密封。动密封圈具有多个波形组成的流体动力润滑边和一条尖的、直的隔离边；密封圈安装到密封槽内，波形边与直边同时与轴表面接触，形成特殊的密封“唇部”。本发明与现有技术相比，具有的有益效果是(1)本发明密封装置接触面靠轴承配合，具有密封性能好、寿命长、耐高温高压及摩擦系数小的效果；(2)密封腔两端压力保持平衡，保证了密封效果，使用寿命长；(3)应用的动密封圈具有密封接触区润滑效果好、 密封压力高、磨损低、扭矩小及摩擦生热少等特点；(4)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是本发明一种油密封腔压力平衡螺杆钻具传动轴总成的结构示意图。图2是本发明传动轴总成上密封总成的结构示意图。图3是本发明传动轴总成中间密封总成的结构示意图。图4是本发明传动轴总成下密封总成的结构示意图。图5是本发明传动轴总成动密封圈18、动密封圈21和动密封圈四的剖面结构示意图。图中1.壳体，2.传动轴，3.上密封总成，4.上径向轴承组，5.推力轴承组，6.中间密封总成，7.下径向轴承组，8.壳体台肩端面，9.环空容腔，10.支撑套，11.下密封总成，12.下端螺纹，13.套筒，14.活塞缸体，15.轴承，16.静密封圈，17.动密封圈，18.动密封圈，19.上密封止逆阀，20.静密封圈，21.动密封圈，22.静密封圈，23.静密封圈，24.流道，25.活塞腔，26.活塞，27.管塞，28.下密封止逆阀，29.动密封圈，30.动密封圈，31.环空容腔。
具体实施例方式如图1所示，本发明一种油密封腔压力平衡螺杆钻具传动轴总成，是由壳体1、传动轴2、上密封总成3、上径向轴承组4、推力轴承组5、中间密封总成6、下径向轴承组7、支撑套10、下密封总成11和下端螺纹12等组成，其结构特征是壳体1和传动轴2配合形成环空容腔9和环空容腔31 ；上密封总成3安装在环空容腔9和环空容腔31之间，上密封总成3下面依次安装有上径向轴承组4、推力轴承组5、支撑套10以及下径向轴承组7 ；中间密封总成6安装在下径向轴承组7上端，下密封总成11安装在下径向轴承组7下端；下端螺纹12连接钻头。如图2所示，上密封总成3由套筒13、活塞缸体14、轴承15、静密封圈16、动密封圈17、上密封止逆阀19和静密封圈20等组成；套筒13外表面与活塞缸体14接触，内表面与传动轴2接触，套筒13与活塞缸体14的接触面镀一层铬，其厚度为0. 05 0. 20mm,以增加接触面的防腐蚀性能和耐磨性；套筒13内孔安装2 4组静密封圈16，与传动轴2配合形成静密封；活塞缸体14内孔安装有动密封圈17、动密封圈18和轴承15，与套筒13配合形成动密封，外表面安装2 4组静密封圈20，与壳体1配合形成静密封，轴承15可以采用滚针轴承、深沟球轴承、角接触轴承或者推力轴承；活塞缸体14内部有上密封止逆阀19， 可以连通环空容腔9和环空容腔31 ；活塞缸体14上端为环空容腔9内的钻井液，下端为环空容腔31内的润滑油，当活塞缸体14上下两侧有压差时，活塞缸体14将向压力较小的方向滑动，以保证两侧压力平衡，活塞缸体14向上滑动靠壳体台肩端面8限位；当环空容腔9 内的压力小于环空容腔31内的压力时，且压差达到上密封止逆阀19的限定值时，压差推动上密封止逆阀19开启，环空容腔31内的润滑油将从上密封止逆阀19泄露到环空容腔9内的钻井液中，直至活塞缸体14两侧压差降到上密封止逆阀19的限定值以下，上密封止逆阀 19才会关闭。如图3所示，中间密封总成6由动密封圈21、静密封圈22和静密封圈23组成；下径向轴承组7上端内孔安装动密封圈21，与支撑套10配合形成动密封；下径向轴承组7外表面安装1 3组静密封圈22，与壳体1配合形成静密封；支撑套10上端内孔安装1 2 组静密封圈23，与传动轴2配合形成静密封；中间密封总成6两侧均为润滑油。如图4所示，下密封总成11由流道对、活塞腔25、活塞沈、管塞27、下密封止逆阀观、动密封圈四和动密封圈30等组成；流道M在下径向轴承组7内部，连通下径向轴承组 7内的间隙及活塞腔25 ；活塞腔25内安装活塞沈，活塞腔25下端端口安装管塞27 ；下密封总成11内部有下密封止逆阀观；下密封总成11内孔安装动密封圈四和动密封圈30，与传动轴2配合形成动密封；活塞腔25内的活塞沈上端为润滑油，下端为钻头喷出钻井液，当活塞沈上下两侧有压差时，活塞沈将在活塞腔25内上下滑动，以保证两侧压力平衡，活塞 26向下滑动靠管塞27限位；当活塞沈上端润滑油压力大于下端钻井液压力，且压差达到下密封止逆阀观的限定值时，压差推动下密封止逆阀观开启，密封腔内的润滑油将从下密封止逆阀观泄露到钻井液中，直至活塞沈两侧压差降到下密封止逆阀观的限定值以下， 下密封止逆阀观才会关闭。上密封止逆阀19和下密封止逆阀观有一个限定压差值，只有密封腔润滑油与外部钻井液的压差超过这个限定压差值时，压差才推动止逆阀开启，而且只能是润滑油流向钻井液侧，钻井液不能流向润滑油侧。由于活塞缸体14上端环空容腔9内钻井液与钻头处喷出的钻井液存在一个压差， 因此中间密封总成6两侧承受这个压差。如图5所示，动密封圈18、动密封圈21和动密封圈四具有多个波形组成的流体动力润滑边和一条尖的、直的隔离边；密封圈安装到密封槽内，波形边与直边同时与轴表面接触，形成特殊的密封“唇部”;在介质一侧，波形密封边速度分量产生流体动力润滑作用，稳定速度下使得整个密封接触区都处于完全流体动力润滑状态。
权利要求
1.一种油密封腔压力平衡螺杆钻具传动轴总成，是由壳体(1)、传动轴(2)、上密封总成(3)、上径向轴承组(4)、推力轴承组(5)、中间密封总成(6)、下径向轴承组(7)、支撑套 (10)、下密封总成(11)和下端螺纹(12)等组成，其结构特征是壳体(1)和传动轴(2)配合形成环空容腔(9)和环空容腔(31)；上密封总成(3)安装在环空容腔(9)和环空容腔(31) 之间，上密封总成(3)下面依次安装有上径向轴承组(4)、推力轴承组(5)、支撑套(10)以及下径向轴承组(7);中间密封总成(6)安装在下径向轴承组(7)上端，下密封总成(11)安装在下径向轴承组(7 )下端；下端螺纹(12)连接钻头。
2.根据权利要求1所述的油密封腔压力平衡螺杆钻具传动轴总成，其特征是上密封总成(3)由套筒(13)、活塞缸体(14)、轴承(15)、静密封圈(16)、动密封圈(17)、上密封止逆阀(19)和静密封圈(20)组成；套筒(13)外表面与活塞缸体(14)接触，内表面与传动轴 (2)接触，套筒(13)内孔安装2 4组静密封圈(16)，与传动轴(2)配合形成静密封；活塞缸体(14)内孔安装有动密封圈(17)、动密封圈(18)和轴承(15)，外表面安装2 4组静密封圈(20)；活塞缸体(14)内部有上密封止逆阀(19)。
3.根据权利要求1所述的油密封腔压力平衡螺杆钻具传动轴总成，其特征是中间密封总成(6)由动密封圈(21)、静密封圈(22)和静密封圈(23)组成；下径向轴承组(7)上端内孔安装动密封圈(21)，与支撑套(10)配合形成动密封；下径向轴承组(7)外表面安装 1 3组静密封圈(22)，与壳体(1)配合；支撑套(10)上端内孔安装1 2组静密封圈(23)， 与传动轴(2)配合。
4.根据权利要求1所述的油密封腔压力平衡螺杆钻具传动轴总成，其特征是下密封总成(11)由流道(24)、活塞腔(25)、活塞(26)、管塞(27)、下密封止逆阀(28)、动密封圈 (29)和动密封圈(30)等组成；流道(24)在下径向轴承组(7)内部，连通下径向轴承组(7)内的间隙及活塞腔(25)；活塞腔(25)内安装活塞(26)，活塞腔(25)下端端口安装管塞(27)； 下密封总成(11)内部有下密封止逆阀(28);下密封总成(11)内孔安装动密封圈(29)和动密封圈(30)，与传动轴(2)配合形成动密封。
5.根据权利要求2所述的油密封腔压力平衡螺杆钻具传动轴总成的套筒，其特征是 套筒(13)与活塞缸体(14)的接触面镀一层铬，其厚度为0. 05 0. 20mm,以增加接触面的防腐蚀性能和耐磨性。
6.根据权利要求2、权利要求3和权利要求4所述的油密封腔压力平衡螺杆钻具传动轴总成的动密封圈，其特征是动密封圈(18)、动密封圈(21)和动密封圈(29)具有多个波形组成的流体动力润滑边和一条尖的、直的隔离边。
全文摘要
本发明涉及一种用于石油天然气钻井的能够维持油密封腔压力平衡的螺杆钻具传动轴总成。其技术方案是油密封腔压力平衡螺杆钻具传动轴总成包括上密封总成，中间密封总成和下密封总成等；上密封总成与中间密封总成、中间密封总成与下密封总成之间的腔室内注满润滑油；上密封总成包括环空容腔、活塞缸体和上密封止逆阀等，下密封装置包括流道、活塞腔、活塞和下密封止逆阀等；通过活塞缸体和活塞的上下滑动，以及上密封止逆阀和下密封止逆阀的开闭控制密封腔内的压力与外部钻井液压力的平衡。本发明具有密封性能好、寿命长、耐高温高压、摩擦系数小及结构简单等优点，可用于气体钻井和高温强振动的泥浆介质钻井中。
文档编号F16J15/54GK102296928SQ20111026191
公开日2011年12月28日 申请日期2011年9月6日 优先权日2011年9月6日
发明者李佳南, 石昌帅, 祝效华 申请人:西南石油大学