專利名稱：增效螺桿鉆具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種用于地質(zhì)勘探、石油開采的井下動力鉆具。是非直井施工的必備工具。對目前廣泛推行的復(fù)合鉆進(jìn)技術(shù)有更強(qiáng)的適應(yīng)性。
背景技術(shù)：
目前，公知螺桿鉆具的基本結(jié)構(gòu)是在推行復(fù)合鉆進(jìn)技術(shù)以前設(shè)計出來的。其傳動軸部分的基本結(jié)構(gòu)是滑動軸承(上TC軸承)+滾珠軸承組+滑動軸承(下TC軸承)。使用鉆井液直接分流冷卻與潤滑，其分流量隨軸承間隙的增大而增大。上述結(jié)構(gòu)的螺桿鉆具存在三大缺陷一是TC軸承摩擦阻力和摩擦功耗大；二是傳動軸與鉆頭直接連接，水力驅(qū)動部分的轉(zhuǎn)動慣量偏小，沖擊負(fù)荷大；三是鉆井液直接冷卻與潤滑的效果不好，軸承磨蝕速度快，鉆頭工況不穩(wěn)定。在復(fù)合鉆進(jìn)中，轉(zhuǎn)速、功率和受力條件都超出了設(shè)計，當(dāng)單彎螺桿鉆具的外筒旋轉(zhuǎn)到彎度與井眼曲度相反方向時，傳動軸同時受到TC軸承的側(cè)壓力、滑動摩擦力、鉆頭的反扭力、馬達(dá)的水力驅(qū)動力、轉(zhuǎn)盤的機(jī)械驅(qū)動力和動載沖擊力等六種力量的共同作用，是螺桿鉆具的危險點(diǎn)。在現(xiàn)代鉆井工程中，螺桿鉆具的復(fù)合鉆進(jìn)時間已占到總使用時間的四至八成，螺桿鉆具的使用壽命和檢修周期太短，作業(yè)成本高，不適應(yīng)復(fù)合鉆進(jìn)技術(shù)的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為地質(zhì)勘探、石油開采提供一種長壽命的螺桿鉆具。它對目前廣泛推行的復(fù)合鉆進(jìn)技術(shù)有更強(qiáng)的適應(yīng)性。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是把螺桿鉆具傳動軸部分的軸承組合改為滾套軸承+滾珠軸承組+滾套軸承，在傳動軸下端增設(shè)減震機(jī)構(gòu)并采用補(bǔ)償式端面動態(tài)水封系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)冷卻與潤滑系統(tǒng)的介質(zhì)凈化和定量分流。
滾套軸承的工況以滾動方式為主，軸承的受力條件和摩擦條件得到改善，螺桿鉆具在越過危險點(diǎn)時，發(fā)生部件損毀的機(jī)率減小。
本發(fā)明的有益效果有六點(diǎn)(1)是采用滾套軸承和減震機(jī)構(gòu)后，軸承的受力條件改善，螺桿鉆具因過載而先期損壞的機(jī)率減??；(2)是滾套軸承摩擦功耗低，鉆頭的有效功率增加；(3)是補(bǔ)償式端面水封系統(tǒng)使井底的凈化作用和水力破巖作用保持穩(wěn)定；(4)是補(bǔ)償式端面水封系統(tǒng)能減少進(jìn)入軸承腔的固相含量，降低軸承的磨蝕速度；(5)是軸承的摩擦功耗減小后，馬達(dá)和萬向節(jié)的負(fù)荷減小，受命延長，作業(yè)成本下降；(6)是減震系統(tǒng)使水力驅(qū)動部分的轉(zhuǎn)動慣量增加，螺桿鉆具沖擊載荷的幅度下降。
實(shí)現(xiàn)上述目的的螺桿鉆具可以是單彎的、直的和變彎度的。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)新穎，無特殊工藝要求。


下面結(jié)合附圖和設(shè)計方案對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
圖1是本發(fā)明在石油礦場上通用的φ172mm5.5級單彎螺桿鉆具上實(shí)施的外觀結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是增效螺桿鉆具傳動軸總成的半剖結(jié)構(gòu)示意視圖。
圖3是增效螺桿鉆具減震器總成的半剖結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1中，1.是旁通閥總成，2.是馬達(dá)總成，3.是萬向軸總成，4.是傳動軸總成，5是減震器總成。
圖2中，3.是水帽，4.是“O”形圈，5.是彈簧，6.是萬向軸外筒，7.是水封罩，8.是耐磨環(huán)，9.是鎖緊帽，10.、29.是尼龍墊，11.、16.是外滾套，12.是傳動軸外筒，13.是軸承組，14.、15.、18.、21.是滾珠，17.、23.、24.、28.是軸承端蓋，19.、27.是中滾套，20.、26.是內(nèi)滾套，22.是頂套，25.是防掉螺母，30.是傳動軸。
圖3中，1.是傳動軸，2.、10.是密封圈，3.是上蓋，4.是“O”形圈，5.是花鍵，6.是絲堵，7.是外筒，8.是彈性波紋管，9.是調(diào)節(jié)環(huán)。
具體實(shí)施例方式圖1中，(4)是螺桿鉆具結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的部分，它的工作條件惡劣，承受著鉆壓、扭矩、摩蝕、水力沖蝕、摩擦力、振動力和側(cè)向彎曲壓力等多種負(fù)載，其部件壽命決定著螺桿鉆具的檢修周期。
圖2中，傳動軸(30)的左端通過絲扣與水帽(3)連接。軸承組(13)的內(nèi)圈與傳動軸(30)之間為靜配合，其外圈與帶扶正器的傳動軸外筒(12)之間為靜配合。鎖緊帽(9)與傳動軸(30)絲扣相連并通過內(nèi)滾套(20)、頂套(22)、防掉螺母(25)把軸承組的內(nèi)圈鎖定在傳動軸(30)的中部。來自鉆頭的軸向反力從傳動軸(30)的右端依次傳到內(nèi)滾套(20)、防掉螺母(25)、軸承組內(nèi)圈、外圈最終到達(dá)傳動軸外筒(12)上。中滾套(19)、(27)的內(nèi)環(huán)面與傳動軸(30)之間為滾動配合，其外環(huán)面則分別與外滾套(11)、(16)的內(nèi)環(huán)面滾動配合。中滾套(19)、(27)兩側(cè)分別通過滾珠(18)、(21)、(14)和(15)分別與軸承端蓋(17)、(23)、(24)、(28)等滾動接觸。外滾套(11)、(16)通過絲扣固定在傳動軸外筒(12)上。尼龍墊(10)、(29)能調(diào)節(jié)軸承端蓋與滾珠間的間隙并適度補(bǔ)償滾套軸承的軸向磨損。這樣，來自鉆頭的徑向負(fù)荷就通過滾套軸承的內(nèi)滾套(20)、(26)，中滾套(19)、(27)，外滾套(11)、(16)最終傳到外筒(12)上。當(dāng)傳動軸(30)旋轉(zhuǎn)時，中滾套(19)、(27)以滾動工作方式為主，其磨擦功耗大幅降低，磨蝕速度減慢。
在復(fù)合鉆進(jìn)中，螺桿鉆具外筒在轉(zhuǎn)盤驅(qū)動下強(qiáng)制旋轉(zhuǎn)，彎曲部位越過危險點(diǎn)時，由于滾動摩擦力小，動載系數(shù)低，軸、軸承、萬向節(jié)的負(fù)荷減小，因超載而損毀的機(jī)率減小，壽命延長。
滾套軸承的滾動接觸面有耐磨層或耐磨合金鑲塊。
圖2中，定量分流系統(tǒng)由水帽(3)、水封罩(7)、耐磨環(huán)(8)和鎖緊帽(9)組成。水帽(3)上有限流孔(2)。限流孔的孔道為錐形并有耐磨涂層，限流孔的孔軸線與主流孔道(1)的軸線垂直。此結(jié)構(gòu)能有效防堵并利用慣性原理，分離冷卻液中的部分固相。限流孔(2)的小端孔徑根據(jù)設(shè)計分流系數(shù)(7％～15％)計算得出。水封罩(7)的左端與水帽(3)之間通過“O”形圈(4)實(shí)現(xiàn)靜態(tài)密封。耐磨環(huán)(8)通過絲扣固定在外滾套(11)上，水封罩(7)的右端與耐磨環(huán)(8)之間為動態(tài)密封，其內(nèi)孔與鎖緊帽(9)的左端滑條之間為間隙配合，滑條使水封罩(7)與鎖緊帽(9)同步旋轉(zhuǎn)，同時水封罩(7)可延滑條左右移動，并通過彈簧(5)實(shí)時補(bǔ)償右端面的磨損。
定量分流保證了流經(jīng)鉆頭的水力和流量，使井底的凈化作用和水力破巖作用保持穩(wěn)定。
復(fù)合鉆進(jìn)中，轉(zhuǎn)盤驅(qū)動可能掩蓋傳動軸斷裂的事實(shí)。為預(yù)防斷軸后鎖緊帽(9)相繼失效致傳動軸落井，防掉螺母通過絲扣與傳動軸(30)固定，實(shí)現(xiàn)二次保險。
圖3中，上蓋(3)通過絲扣與外筒(7)連接，由“O”形圈(4)實(shí)現(xiàn)靜密封，上蓋(3)的右端內(nèi)側(cè)有花鍵槽，花鍵(5)與傳動軸(1)為一體，并與上蓋(3)的花鍵槽配合，通過絲堵(6)可向花鍵槽內(nèi)添注黃油。上蓋(3)的左端內(nèi)側(cè)與傳動軸(1)之間由密封圈(2)密封，傳動軸(1)的右端與外筒之間有密封圈(10)密封。彈性波紋管(8)套在傳動軸(1)上，通過調(diào)節(jié)環(huán)(9)使彈性波紋管的軸向預(yù)緊壓力達(dá)到1噸左右。當(dāng)外筒承受波動鉆壓時，彈性波紋管能吸收和釋放能量達(dá)到減震的目的，傳動軸上的花鍵在花鍵槽內(nèi)滑動，扭矩通過花鍵(5)、上蓋(3)、外筒(7)傳至鉆頭。
彈性波紋管由彈簧鋼加工，剛性較大，在10噸鉆壓的作用下，軸向壓縮量不超過3MM。
權(quán)利要求
1.一種螺桿鉆具，它的傳動軸軸承組合順序為滾套軸承+滾珠軸承組+滾套軸承。其傳動軸上端帶有端面動態(tài)水封系統(tǒng)，下端帶有減震系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征是滾套軸承由內(nèi)滾套、中滾套、外滾套、滾珠和軸承端蓋組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其減震系統(tǒng)的核心減震元件是彈性波紋管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征是端面水封系統(tǒng)用限流孔限定流量，分流孔道的軸線與主流孔軸線垂直，利用慣性分離固相。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，螺桿鉆具可以是單彎的、直的和變彎度的。
全文摘要
增效螺桿鉆具是用于地質(zhì)勘探、石油開采的一種井下動力鉆具。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，采用滾套軸承替代滑動軸承(TC軸承)，在傳動軸下端增設(shè)減震機(jī)構(gòu)并用補(bǔ)償式端面水封系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)潤滑與冷卻系統(tǒng)的介質(zhì)凈化和定量分流，達(dá)到改善螺桿鉆具受力條件，降低磨蝕速度和摩擦功耗，延長報廢周期和降低作業(yè)成本的目的。增效螺桿鉆具結(jié)構(gòu)新穎，無特殊工藝要求。其穩(wěn)定性好、壽命長，功耗低，對目前廣泛推行的復(fù)合鉆進(jìn)技術(shù)有更強(qiáng)的適應(yīng)性。
文檔編號E21B17/22GK1661196SQ20041000758
公開日2005年8月31日 申請日期2004年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月26日
發(fā)明者黃偉, 金劍偉 申請人:黃偉