CN102268962B - 一种具有压力补偿功能的油密封螺杆钻具传动轴总成 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于石油天然气钻井的具有压力补偿功能的油密封螺杆钻具传动轴总成。其技术方案是：油密封螺杆钻具传动轴总成包括活塞缸体密封装置和压力补偿装置，活塞缸体密封装置由活塞缸体、滚针轴承、轴承挡圈、弹性挡圈、动密封圈和O型密封圈组成，其上部靠传动轴壳体内孔台阶定位，下部为上径向轴承静套；压力补偿装置由动密封圈、O型密封圈、挡板、弹性挡圈、圆锥螺旋弹簧和压力补偿套组成，其安装在下短节圆周上的孔内；活塞缸体密封装置和压力补偿装置之间形成密封腔，并具有压力补偿功能。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。

Description

一种具有压力补偿功能的油密封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具有压力补偿功能的油密封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，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、推力轴承组、下短节等部件。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，特提出一种具有压力补偿功能的油密封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：一种具有压力补偿功能的油密封螺杆钻具传动轴总成，是由传动轴、下短节、传动轴壳体、活塞缸体密封装置、套筒、压力补偿装置、注油孔等组成，其结构特征是：活塞缸体密封装置安装在传动轴和传动轴壳体配合形成的空间内，其上部靠传动轴壳体内孔台肩定位，下部为上径向轴承静套，外部与传动轴壳体配合，内部与套筒配合；套筒与传动轴外壁配合，上径向轴承动套安装在套筒下面；上径向轴承静套和上径向轴承动套下面安装推力轴承组；外支撑套和内支撑套安装在推力轴承组下面，外支撑套与传动轴壳体配合，内支撑套与传动轴配合；下短节位于外支撑套下面，通过螺纹与传动轴壳体连接，下短节圆周上有注油孔，顶丝安装在注油孔内；下径向轴承动套安装在内支撑套下面，靠传动轴轴肩定位；压力补偿装置安装在下短节圆周上的孔内。
活塞缸体密封装置由活塞缸体、滚针轴承、轴承挡圈、弹性挡圈、动密封圈和O型密封圈组成；动密封圈和O型密封圈安装在活塞缸体对应的密封槽内，滚针轴承安装在活塞缸体内孔中，靠轴承挡圈和弹性挡圈定位；滚针轴承与套筒的接触面镀一层铬，其厚度为0.05～0.20mm，以增加接触面的防腐蚀性能和耐磨性。
压力补偿装置由动密封圈、挡板，弹性挡圈、O型密封圈、压力补偿套和圆锥螺旋弹簧组成；动密封圈安装在下短节内孔中的密封槽内，圆锥螺旋弹簧安装在压力补偿套内，靠挡板和弹性挡圈定位，O型密封圈安装在挡板的密封槽内，起密封作用。
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滚针轴承配合，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）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；（3）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。
附图说明
图1是本发明一种具有压力补偿结构的油密封螺杆钻具传动轴总成的结构示意图；
图2是本传动轴总成中活塞缸体密封装置的结构示意图；
图3是本传动轴总成中压力补偿装置的结构示意图。
图中：1.传动轴，2.下短节，3.下径向轴承动套，4.推力轴承组，5.传动轴壳体，6.活塞缸体密封装置，7.套筒，8.上径向轴承静套，9.上径向轴承动套，10.外支撑套，11.内支撑套，12.锁紧套，13.顶丝，14.压力补偿装置，15.滚针轴承，16.动密封圈，17. O型密封圈，18. O型密封圈，19. 动密封圈，20.注油孔，21.轴承挡圈，22.弹性挡圈，23.动密封圈，24.挡板，25.弹性挡圈，26. O型密封圈，27.压力补偿套，28.圆锥螺旋弹簧，29.动密封圈，30.活塞缸体。
具体实施方式
如图1，图2，图3所示，本发明一种具有压力补偿结构的油密封螺杆钻具传动轴总成，是由传动轴1、下短节2、传动轴壳体5、活塞缸体密封装置6、套筒7、压力补偿装置14、注油孔20等组成，其结构特征是：活塞缸体密封装置14安装在传动轴1和传动轴壳体5配合形成的空间内，其上部靠传动轴壳体5内孔台肩定位，下部为上径向轴承静套8，外部与传动轴壳体5配合，内部与套筒7配合；套筒7与传动轴1外壁配合，上径向轴承动套9安装在套筒7下面；上径向轴承静套8和上径向轴承动套9下面安装推力轴承组4；外支撑套10和内支撑套11安装在推力轴承组4下面，外支撑套10与传动轴壳体5配合，内支撑套11与传动轴1配合；下短节2位于外支撑套10下面，通过螺纹与传动轴壳体5连接，下短节2圆周上有注油孔20，通过注油孔20向密封腔内注入润滑油，顶丝13安装在注油孔20内；下径向轴承动套9安装在内支撑套11下面，靠传动轴1轴肩定位；压力补偿装置14安装在下短节2圆周上的孔内。
活塞缸体密封装置6由活塞缸体30、滚针轴承15、轴承挡圈21、弹性挡圈22、动密封圈16、动密封圈19、O型密封圈17和O型密封圈18组成；动密封圈16、19和O型密封圈17、18安装在活塞缸体30对应的密封槽内，滚针轴承15安装在活塞缸体30内孔中，靠轴承挡圈21和弹性挡圈22定位；滚针轴承15与套筒7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。
压力补偿装置14由动密封圈23、动密封圈29、挡板24，弹性挡圈25、O型密封圈26、压力补偿套27和圆锥螺旋弹簧28组成；动密封圈23、29安装在下短节2内孔中的密封槽内，圆锥螺旋弹簧28安装在压力补偿套27内，靠挡板24和弹性挡圈25定位，O型密封圈26安装在挡板24的密封槽内，起密封作用，当密封腔内的压力变化时，通过圆锥螺旋弹簧28的伸缩来调整密封腔内的压力。
动密封圈16和动密封圈23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”；在环境介质一侧，波形密封边缘可以防止磨砺性物质进入密封内表面，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。

Claims (2)

1.一种具有压力补偿功能的油密封螺杆钻具传动轴总成，主要包括传动轴（1）、下短节（2）、传动轴壳体（5）、活塞缸体密封装置（6）、压力补偿装置（14）、上径向轴承静套（8）、上径向轴承动套（9）、推力轴承组（4）和下径向轴承动套（3），其结构特征是：活塞缸体密封装置（6）由活塞缸体（30）、滚针轴承（15）、轴承挡圈（21）、弹性挡圈（22）、第一动密封圈（16）、第二动密封圈（19）、第一O型密封圈（17）和第二O型密封圈（18）组成；活塞缸体密封装置（6）安装在传动轴（1）和传动轴壳体（5）配合形成的空间内，其上部靠传动轴壳体（5）内孔台肩定位，下部为上径向轴承静套（8），外部与传动轴壳体（5）配合，内部与套筒（7）配合；套筒（7）与传动轴（1）外壁配合，上径向轴承动套（9）安装在套筒（7）下面；上径向轴承静套（8）和上径向轴承动套（9）下面安装推力轴承组（4）；外支撑套（10）和内支撑套（11）安装在推力轴承组（4）下面，外支撑套（10）与传动轴壳体（5）配合，内支撑套（11）与传动轴（1）配合；下短节（2）位于外支撑套（10）下面，通过螺纹与传动轴壳体（5）下端连接，其内孔与下径向轴承动套（3）外壁配合；下短节（2）圆周上有一个注油孔（20），顶丝（13）安装在注油孔（20）内；下径向轴承动套（3）安装在内支撑套（11）下面，靠传动轴（1）轴肩定位；压力补偿装置（14）由第三动密封圈（23）、第四动密封圈（29）、挡板（24），弹性挡圈（25）、第三O型密封圈（26）、压力补偿套（27）和圆锥螺旋弹簧（28）组成；两个压力补偿装置（14）分别安装在下短节（2）圆周上加工好的安装孔内；第一动密封圈（16）和第三动密封圈（23）具有波形的流体动力润滑边和一条尖的、直的隔离边。
2.根据权利要求1所述的具有压力补偿功能的油密封螺杆钻具传动轴总成，其特征是：套筒(7)与滚针轴承（15）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。
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