CN102268961B - 一种具有减振功能的螺杆钻具传动轴总成 - Google Patents

Abstract

本发明是一种用于石油天然气钻井中能够降低钻具振动的螺杆钻具传动轴总成，它可以减缓钻具振动，延长钻具寿命并提高机械钻速。该工具由壳体、上传动轴、上径向轴承静套、上径向轴承动套、承载轴承组、减振装置、下传动轴、下短节和芯轴等组成；其技术方案是：上传动轴安装在壳体内部，上径向轴承静套和上径向轴承动套配合安装在壳体和上传动轴形成的环空中；承载轴承组安装在上径向轴承静套和上径向轴承动套下端；减振装置安装在承载轴承组下端，工作时，上传动轴的花键槽与下传动轴的花键配合；下短节与壳体靠螺纹连接，芯轴靠螺纹与上传动轴连接。本发明不会增加下部钻具的长度，对底部钻具组合的影响较小，可以在造斜作业和弯曲井眼中应用。

Description

一种具有减振功能的螺杆钻具传动轴总成

技术领域

本发明涉及一种用于石油天然气钻井中能够降低钻具振动的螺杆钻具传动轴总成，特别是涉及一种具有减振功能的螺杆钻具传动轴总成。

背景技术

钻井过程中，螺杆钻具和钻头在大钻压下，通过螺杆钻具输出大的扭矩进行钻进，特别是牙轮钻头是靠牙轮齿不断压碎岩石来进行钻进，在岩石受压力破碎的瞬间就使井下钻柱产生纵向、横向和扭转冲击振动，尤其在钻硬地层或软硬夹层时更为剧烈。据现场实测证明，在钻进过程中，钻压变化幅度一般为平均钻压的±35%～±100%，最大峰值钻压可达到平均钻压的3倍以上；扭矩变化幅度一般为平均扭矩的±14%～±30%，最大峰值可达到平均扭矩的1.5倍。在钻进过程中，如果出现跳钻会产生共振作用，能使数千米的钻柱钻具一起跳动，致使不能均匀地施加钻压和扭矩，影响钻柱、螺杆钻具、钻头的寿命及机械钻速。

螺杆钻具轴承寿命是制约整机寿命的瓶颈之一，振动会加剧螺杆钻具轴承磨损。现有螺杆钻具主要通过串轴承承受钻进压力，串轴承为点线接触，在工作中承受较大的压力和剪切力，在冲击载荷作用下，大大影响了其使用寿命；而万向轴受冲击损害同样较大，冲击容易导致花瓣和钢球的损坏，减少了正常使用寿命；螺杆钻具的各个连接扣也容易因为冲击振动产生松动和开扣，发生落井事故。

目前尚未见设计有减振部件的螺杆钻具，而外接专门的减振器通常会大幅增加近钻头钻具长度，影响定向钻或复合钻下部钻具组合的导向能力。在此基础上，发明了一种具有减振功能的螺杆钻具传动轴总成，该工具可以大幅减缓钻头振动对螺杆钻具轴承寿命的影响，且能一定程度上提高机械钻速，而且不会增加钻具的长度，对底部钻具组合的影响较小，可以在造斜作业和弯曲井眼中应用。

发明内容

本发明的目的是：为了有效延长螺杆钻具特别是螺杆钻具传动轴轴承的使用寿命，减少起下钻和降低钻进成本，特提供一种具有减振功能的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：一种具有减振功能的螺杆钻具传动轴总成，是由壳体、上传动轴、上径向轴承静套、上径向轴承动套、承载轴承组、减振装置、下传动轴、下短节和芯轴等组成，其结构特征是：上传动轴安装在壳体内部，上传动轴下端有花键槽；上径向轴承静套外壁和内壁分别与壳体内壁和上径向轴承动套外壁配合，上径向轴承动套内壁与上传动轴配合；承载轴承组安装在上径向轴承静套和上径向轴承动套下端，承载轴承组由轴承外圈、钢球、轴承内圈、轴承外环和轴承内环组成，且由外支撑套支撑轴承外圈和轴承外环，内支撑套支撑轴承内圈和轴承内环；减振装置安装在承载轴承组下端，且位于内支撑套和外支撑套形成的环空中间，减振装置由碟簧组合形成，减振装置下端由垫块和下传动轴支撑；下传动轴上端内壁与上传动轴下端外壁贴合，下传动轴外壁与下短节内壁贴合，下传动轴内孔有花键，非工作状态下，下传动轴台肩靠下短节支撑；下短节与壳体靠螺纹连接；芯轴安装在上传动轴和下传动轴配合形成的孔内，且芯轴靠螺纹与上传动轴下端连接，非工作状态下，芯轴台肩和下传动轴下端面配合；下传动轴下端螺纹连接钻头。

本发明具有的有益效果是：1）该工具结构简单，长度短，不会增加钻具的长度，对底部钻具组合的影响较小，可以在造斜作业和弯曲井眼中应用；2）可以减缓钻头振动对螺杆钻具的影响，提高螺杆钻具特别是螺杆钻具轴承的寿命，减少起下钻和降低钻进成本。

附图说明

图1是本发明一种具有减振功能的螺杆钻具传动轴总成的结构示意图。

图2是本发明一种具有减振功能的螺杆钻具传动轴总成的承载轴承组示意图。

图3是本发明一种具有减振功能的螺杆钻具传动轴总成的减振装置示意图。

图4是本发明一种具有减振功能的螺杆钻具传动轴总成由横剖面A—A得到的上传动轴2的花键槽21与下传动轴15的花键17配合的剖面示意图。

图中：1.壳体，2.上传动轴，3.上径向轴承静套，4.上径向轴承动套，5.垫圈，6.轴承外圈，7.钢球，8.轴承内圈，9.轴承外环，10.轴承内环，11.内支撑套，12.碟簧，13.碟簧，14.外支撑套，15.下传动轴，16.下短节，17.花键，18.芯轴，19.下传动轴下端螺纹，20.减振装置，21.花键槽，22.承载轴承组，23.垫块，24.下传动轴台肩，25.下传动轴下端面，26.芯轴台肩。

具体实施方式

如图1、图2、图3和图4所示，本发明一种具有减振功能的螺杆钻具传动轴总成是由壳体1、上传动轴2、上径向轴承静套3、上径向轴承动套4、承载轴承组22、减振装置20、下传动轴15、下短节16和芯轴18等组成，其结构特征是：上传动轴2安装在壳体1内部，上传动轴2下端有花键槽21；上径向轴承静套3外壁和内壁分别与壳体1内壁和上径向轴承动套4外壁配合，上径向轴承动套4内壁与上传动轴2配合；承载轴承组22安装在上径向轴承静套3和上径向轴承动套4下端，承载轴承组22由轴承外圈6、钢球7、轴承内圈8、轴承外环9和轴承内环10组成，且由外支撑套14支撑轴承外圈6和轴承外环9，内支撑套11支撑轴承内圈8和轴承内环10；减振装置20安装在承载轴承组22下端，且位于内支撑套11和外支撑套14形成的环空中间，减振装置20由碟簧组合形成，减振装置20下端由垫块23和下传动轴15支撑；下传动轴15上端内壁与上传动轴2下端外壁贴合，下传动轴15外壁与下短节16内壁贴合，下传动轴内孔有花键；下短节16与壳体1靠螺纹连接；芯轴18安装在上传动轴2和下传动轴15配合形成的孔内，且芯轴18靠螺纹与上传动轴2下端连接；下传动轴下端螺纹19连接钻头。

花键槽21的角度比花键17的角度大5°～10°；当处于工作状态时，下传动轴15向上压减振装置20，上传动轴2的花键槽21与下传动轴15的花键17配合，从而上传动轴2将动力钻具提供的扭矩传递给下传动轴15，当出现跳钻时，减振装置20即会吸收跳钻产生的振动，减缓振动对螺杆钻具寿命和机械钻速的影响；当处于非工作状态时，花键17和花键槽21分离，下传动轴15向下位移，靠下短节16支撑下传动轴台肩24和芯轴台肩26支撑下传动轴下端面，限制下传动轴2的向下的位移极限，并起到双防掉作用。

Claims (4)

1.一种具有减振功能的螺杆钻具传动轴总成，主要包括壳体（1）、上传动轴（2）、上径向轴承静套（3）、上径向轴承动套（4）、承载轴承组（22）、减振装置（20）、下传动轴（15）、下短节（16）和芯轴（18），其特征是：上传动轴（2）安装在壳体（1）内部，上径向轴承静套（3）外壁和内壁分别与壳体（1）内壁和上径向轴承动套（4）外壁配合，上径向轴承动套（4）内壁与上传动轴（2）配合；承载轴承组（22）安装在上径向轴承静套（3）和上径向轴承动套（4）下端，承载轴承组（22）和上径向轴承静套（3）之间靠垫圈（5）限位，减振装置（20）安装在承载轴承组（22）下端，且位于内支撑套（11）和外支撑套（14）形成的环空中间，减振装置（20）下端由垫块（23）和下传动轴（15）支撑；下传动轴（15）上端内壁与上传动轴（2）下端外壁贴合，下传动轴（15）外壁与下短节（16）内壁贴合，下传动轴台肩（24）靠下短节（16）支撑，下短节（16）与壳体（1）靠螺纹连接；芯轴（18）安装在上传动轴（2）和下传动轴（15）配合形成的孔内，且芯轴（18）靠螺纹与上传动轴（2）下端连接；下传动轴下端螺纹（19）连接钻头。

2.根据权利要求1所述的一种具有减振功能的螺杆钻具传动轴总成，其特征是：承载轴承组（22）由轴承外圈（6）、钢球（7）、轴承内圈（8）、轴承外环（9）和轴承内环（10）组成，且由外支撑套（14）支撑轴承外圈（6）和轴承外环（9），内支撑套（11）支撑轴承内圈（8）和轴承内环（10）。

3.根据权利要求1所述的一种具有减振功能的螺杆钻具传动轴总成，其特征是：减振装置（20）由碟簧（12）和碟簧（13）的组合形成。

4.根据权利要求1所述的一种具有减振功能的螺杆钻具传动轴总成，其特征是：上传动轴（2）下端有花键槽（21），下传动轴（15）内孔有花键（17），花键槽（21）的角度比花键（17）的角度大5°～10°；当处于工作状态时，上传动轴（2）的花键槽（21）与下传动轴（15）的花键（17）配合；当处于非工作状态时，花键（17）和花键槽（21）分离，下传动轴（15）靠下短节（16）和芯轴台肩（26）支撑限位。

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