专利名称：具有压力自平衡系统的井下减速器的制作方法
技术领域：
本发明涉及地质钻探领域，特别涉及一种可用于深井及超深井钻进等高压及压力变化范围大的条件下的减速器。
背景技术：
在现有技术中，在石油钻采工业、地质钻探、油气开采等行业的一些钻采作业中通常采用涡轮钻具或螺杆钻具实现深孔及超深井钻进。由于涡轮钻具本身的输出转速不能很好地满足牙轮钻头的工作要求。在某些特殊情况下，螺杆钻具的输出特性也满足不了井下工作要求。为了扩大涡轮钻具和螺杆钻具的工作范围，需要使用井下减速装置用来调整动力钻具的输出参数，因井下减速器具有径向尺寸严重受限等特点而使得其研制开发难度相当高。
齿轮减速器涡轮钻具能够适应现代钻井工艺的要求，配合PDC钻头可提高钻井效果，缩短钻井周期，降低综合成本。目前应用最多的石油井下减速器是NGW型行星减速器，这种减速器的特点是传动零件主要沿径向布置，其结构特点正好与井下设备的“径向尺寸受到严格限制、轴向尺寸不受限制”要求相反，实际应用中常因齿轮模数过小，导致轮齿抗弯强度不足而很快损坏。采用定轴轮系来实现减速传动的，这种传动装置减震性能差、传动稳定性能偏低、寿命短、难以加工装配。深井及超深井钻进过程中，压力波动范围很大，其原因主要有:井下工具要承受钻井液的静水压力以及钻井液泵的泵送压力，随着钻井深度增加，钻井液柱对井下工具内部压力也随之增加；钻井液随着钻遇不同的地层，需要根据地层压力、钻井液携岩性能等要求需要调整泥浆比重等进行替浆操作，如果替浆操作不当，会造成井内环空压力的突变；在钻具起下钻作业的过程中，突然的超速或减速操作，也会造成井内钻井液压力的波动。从上述分析可知，井下减速器工作的环境为压力钻井液围压环境，而且钻井液压力受到客观自然因素和人为作业因素的影响，会发生突然的压力波动。这对井下减速器的结构和密封影响很大。开式的减速器常因钻井液中存在大量固体颗粒而使齿轮及轴承等磨损加快，寿命偏低。闭式的减速器对减速器的耐压、耐热及密封提出了很高的要求，增大了设计难度。综上所述，现有的用于深井及超深井钻进井下减速器的设计尚有改进的必要。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种能够在井下高温、高压机充满钻井液的钻进环境中使用，并能够解决井下钻进过程中的耐压、耐热和密封性问题的井下减速器。本发明的技术方案是这样实现的:一种具有压力自平衡系统的井下减速器，包括套筒、导向轴、减速器和输出轴，所述减速器包括一环形滑套，所述导向轴穿过所述环形滑套内圈与所述输出轴连接，所述导向轴、所述环形滑套和所述输出轴均设置在所述套筒内，所述环形滑套具有环形腔，所述滑套的环形腔内设置有活塞和弹簧，所述环形滑套和所述导向轴之间通过动密封件密封。上述的具有压力自平衡系统的井下减速器，在所述套筒对应所述环形滑套上方的位置设置有一横向泥浆通道，还包括上支撑轴承，所述上支撑轴承设置在所述套筒内，所述上支撑轴承套在所述导向轴上，所述上支撑轴承设置在所述横向泥浆通道的上方，在所述上支撑轴承上具有一竖向泥浆通道穿过所述横向泥浆通道与所述环形滑套上方导通。上述的具有压力自平衡系统的井下减速器，所述横向泥浆通道与所述套筒外导通处的泥浆孔开口朝向斜下方。上述的具有压力自平衡系统的井下减速器，所述横向泥浆通道内倾斜设置有过滤网，所述过滤网隔离开所述横向泥浆通道上方的一段竖向泥浆通道和所述横向泥浆通道下方的一段竖向泥浆通道，所述过滤网上具有螺旋状凸起，所述螺旋状凸起的螺旋方向与应用本发明井下减速器的钻具的钻进旋转方向一致。上述的具有压力自平衡系统的井下减速器，还包括动密封调节定位装置，所述动密封调节定位装置包括顶杆和调节定位螺母，所述顶杆横向设置与所述动密封件的密封动环固定连接，所述顶杆与所述环形套筒下底面具有一定的距离；所述调节定位螺母与所述动密封的密封静环螺纹连接并顶住所述顶杆。上述的具有压力自平衡系统的井下减速器，在所述套筒对应所述环形滑套的位置设置有注油孔，所述注油孔通过单向阀与所述滑套环形腔连通。上述的具有压力自平衡系统的井下减速器，还包括行星轮系，所述输出轴和所述导向轴通过所述行星轮系连接在一起，所述导向轴和所述行星轮系通过联轴器连接在一起，所述注油孔与所述行星轮系导通。上述的具有压力自平衡系统的井下减速器，还包括连接套和下支撑轴承，所述连接套设置在所述套筒下端，所述输出轴伸入到所述连接套内并通过下支撑轴承支撑在所述套筒内。上述的具有压力自平衡系统的井下减速器，在所述下连接套上方的输出轴处通过浮动密封方式密封。上述的具有压力自平衡系统的井下减速器，所述环形腔底部内环具有一台肩，所述弹簧下端套在所述台肩上，所述环形滑套和所述导向轴之间设置有扶正轴承，所述扶正轴承位于所述动密封件的上方。本发明的有益效果是:具有压力自平衡系统的井下减速器通过调节减速器内部润滑油的压力使其与外部泥浆液的压力变化保持一致，减小了减速器及其动密封受坏空泥浆液压力突变的影响，大大降低了高压密封的难度并且起到保护动密封件的作用；此外，随着钻井深度的增加，井下温度逐渐升高，润滑油本身也会因热而膨胀，减速器内部压力升高，通过动密封面自动溢流调整减速器内部压力，达到自平衡调节的目的。
图1 为本发明具有压力自平衡系统的井下减速器的结构示意图，图2为本发明具有压力自平衡系统的井下减速器的输出轴处浮动密封的结构示意图。
图中:1-套筒，2-环形滑套，3-弹簧，4-活塞，5-动密封件，6_下支撑轴承，7_上支撑轴承，8-行星轮系，9-台肩，101-竖向泥浆通道，102-横向泥浆通道，11-连接套，12-导向轴，13-输出轴，14-联轴器主I附-过滤网主I际-顶杆，17-调节定位螺母，18-扶正轴承。
具体实施例方式结合附图对本发明做进一步的说明:如图1所示，一种具有压力自平衡系统的井下减速器，包括套筒1、导向轴12、减速器和输出轴13，所述减速器包括一环形滑套2，所述导向轴12穿过所述环形滑套2内圈与所述输出轴13连接，所述导向轴12、所述环形滑套2和所述输出轴13均设置在所述套筒I内，所述环形滑套2具有环形腔，所述滑套的环形腔内设置有活塞4和弹簧3，所述环形滑套2和所述导向轴12之间通过动密封件5密封。在所述套筒I对应所述环形滑套2上方的位置设置有一横向泥浆通道102，还包括上支撑轴承7，所述上支撑轴承7设置在所述套筒I内，所述上支撑轴承7套在所述导向轴12上，所述上支撑轴承7设置在所述横向泥浆通道102的上方，在所述上支撑轴承7上具有一竖向泥浆通道101穿过所述横向泥浆通道102与所述环形滑套2上方导通。
所述横向泥浆通道102与所述套筒I外导通处的泥浆孔开口朝向斜下方，泥浆孔开口朝向斜下方能够更加方便泥浆内的大块残渣从泥浆孔内流出。所述横向泥浆通道102内倾斜设置有过滤网15，所述过滤网15隔离开所述横向泥浆通道102上方的一段竖向泥浆通道101和所述横向泥浆通道102下方的一段竖向泥浆通道101，过滤网15可以使得从上方下来的大块泥浆残渣被截留，防止其进入到环形滑套2上方位置引起减速器的损坏，过滤网15倾斜设置更便于大块泥浆残渣从泥浆孔被泥浆冲出，所述过滤网15上具有螺旋状凸起，所述螺旋状凸起的螺旋方向与应用本发明井下减速器的钻具的钻进旋转方向一致，螺旋状凸起可以有效限制颗粒运动，利于泥浆内颗粒排出。还包括动密封调节定位装置，所述动密封调节定位装置包括顶杆16和调节定位螺母17，所述顶杆16横向设置与所述动密封件5的密封动环固定连接，所述顶杆16与所述环形套筒I下底面具有一定的距离；所述调节定位螺母17与所述动密封的密封静环螺纹连接并顶住所述顶杆16，动密封调节装置可以调节动密封件5密封面的密封系数，可以根据实际所要面对的压力范围设定一个大致的溢流临界值。在所述套筒I对应所述环形滑套2的位置设置有注油孔，所述注油孔通过单向阀与所述滑套环形腔连通。 还包括行星轮系8，所述输出轴13和所述导向轴12通过所述行星轮系8连接在一起，所述导向轴12和所述行星轮系8通过联轴器14连接在一起，所述注油孔与所述行星轮系8导通。还包括连接套11和下支撑轴承6，所述连接套11设置在所述套筒I下端，所述输出轴13伸入到所述连接套11内并通过下支撑轴承6支撑在所述套筒I内。如图2所示，在所述下连接套11上方的输出轴13处通过浮动密封方式密封，浮动密封能够有效防止泄露。所述环形腔底部内环具有一台肩9，所述弹簧3下端套在所述台肩9上，所述环形滑套2和所述导向轴12之间设置有扶正轴承18，所述扶正轴承18位于所述动密封件附的上方，扶正轴承18能够扶正台肩9，并且提高动密封件附密封动环的运动精度。环形滑套2的环形腔被活塞4密封住，通过套筒I上的注油孔可以向环形滑套2的环形腔以及形形轮系内注入润滑油，润滑油充填压力通过活塞4沿滑套移动并压缩弹簧3实现。具有压力自平衡系统的井下减速器的工作过程:泥浆液从泥浆孔进入套筒I内，然后通过泥浆通道到达环形滑套2的上方，随着泥浆液的注入将逐渐对活塞4施加压力，活塞4因为泥浆液的挤压会沿环形滑套2内壁向下滑动并压缩弹簧3，随着活塞4的不断挤压，环形滑套2内的润滑油压力随之升高并达到与外部泥浆液压力变化一致，减小了减速器及其动密封收环空泥浆液压力突变的影响，从而大大降低了高压密封的难度并且起到保护动密封零件的作用。当外部泥浆液压力过大时，由于减速器内部采用正压力设计、内部压力润滑油通过压力动密封面溢流，以保证泥浆液不会进入减速器内部污染润滑油。此外，随着钻井深度的增加，井下温度逐渐升高，润滑油本身也会因热而膨胀，减速器内部压力过高，通过动密封面自动溢流调整减速器内部压力，达到压力自平衡调节的目的。为了满足钻井工程的要求，在减速器中采取压力自平衡系统来保证其能传递较大的扭矩，同时提高减速器的耐压、耐热及密封性能，提高了井下减速器的可靠性和使用寿命，尤其适用于深井和超深井的钻进。上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明创造所作的举例，而并非对本发明创造具体实施方式
的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所引伸出的任何显而易见的变化或变动仍处于本发明创造权利要求的保护范围之中 。
权利要求
1.一种具有压力自平衡系统的井下减速器，其特征在于，包括套筒、导向轴、减速器和输出轴，所述减速器包括一环形滑套，所述导向轴穿过所述环形滑套内圈与所述输出轴连接，所述导向轴、所述环形滑套和所述输出轴均设置在所述套筒内，所述环形滑套具有环形腔，所述滑套的环形腔内设置有活塞和弹簧，所述环形滑套和所述导向轴之间通过动密封件密封。
2.根据权利要求1所述的具有压力自平衡系统的井下减速器，其特征在于，在所述套筒对应所述环形滑套上方的位置设置有一横向泥浆通道，还包括上支撑轴承，所述上支撑轴承设置在所述套筒内，所述上支撑轴承套在所述导向轴上，所述上支撑轴承设置在所述横向泥浆通道的上方，在所述上支撑轴承上具有一竖向泥浆通道穿过所述横向泥浆通道与所述环形滑套上方导通。
3.根据权利要求2所述的具有压力自平衡系统的井下减速器，其特征在于，所述横向泥浆通道与所述套筒外导通处的泥浆孔开口朝向斜下方。
4.根据权利要求3所述的具有压力自平衡系统的井下减速器，其特征在于，所述横向泥浆通道内倾斜设置有过滤网，所述过滤网隔离开所述横向泥浆通道上方的一段竖向泥浆通道和所述横向泥浆通道下方的一段竖向泥浆通道，所述过滤网上具有螺旋状凸起。
5.根据权利要求1-4任一所述的具有压力自平衡系统的井下减速器，其特征在于，还包括动密封调节定位装置，所述动密封调节定位装置包括顶杆和调节定位螺母，所述顶杆横向设置与所述动密封件的密封动环固定连接，所述顶杆与所述环形套筒下底面具有一定的距离；所述调节定位螺母与所述动密封的密封静环螺纹连接并顶住所述顶杆。
6.根据权利要求5所述的具有压力自平衡系统的井下减速器，其特征在于，在所述套筒对应所述环形滑套的位置设置有注油孔，所述注油孔通过单向阀与所述滑套环形腔连通。
7.根据权利要求6所述的具有压力自平衡系统的井下减速器，其特征在于，还包括行星轮系，所述输出轴和所述导向轴通过所述行星轮系连接在一起，所述导向轴和所述行星轮系通过联轴器连接在一起， 所述注油孔与所述行星轮系导通。
8.根据权利要求7所述的具有压力自平衡系统的井下减速器，其特征在于，还包括连接套和下支撑轴承，所述连接套设置在所述套筒下端，所述输出轴伸入到所述连接套内并通过下支撑轴承支撑在所述套筒内。
9.根据权利要求8所述的具有压力自平衡系统的井下减速器，其特征在于，在所述下连接套上方的输出轴处通过浮动密封方式密封。
10.根据权利要求1-4任一所述的具有压力自平衡系统的井下减速器，其特征在于，所述环形腔底部内环具有一台肩，所述弹簧下端套在所述台肩上，所述环形滑套和所述导向轴之间设置有扶正轴承，所述扶正轴承位于所述动密封件的上方。
全文摘要
本发明公开一种具有压力自平衡系统的井下减速器，包括套筒、导向轴、减速器和输出轴，减速器包括一环形滑套，导向轴穿过环形滑套内圈与输出轴连接，导向轴、环形滑套和输出轴均设置在套筒内，环形滑套具有环形腔，滑套的环形腔内设置有活塞和弹簧，环形滑套和导向轴之间通过动密封件密封。本发明通过调节减速器内部润滑油的压力使其与外部泥浆液的压力变化保持一致，减小了减速器及其动密封受环空泥浆液压力突变的影响，大大降低了高压密封的难度并且起到保护动密封件的作用；此外，随着钻井深度的增加，井下温度逐渐升高，润滑油本身也会因热而膨胀，减速器内部压力升高，通过动密封面自动溢流调整减速器内部压力，达到自平衡调节的目的。
文档编号F16H57/02GK103244612SQ20131017782
公开日2013年8月14日 申请日期2013年5月14日 优先权日2013年5月14日
发明者周琴, 刘宝林, 王瑜 申请人:中国地质大学(北京)