CN103899243B - 一种螺杆钻具传动轴总成 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺杆钻具传动轴总成，属于石油、天然气钻井领域。所述螺杆钻具传动轴总成包括：传动轴、传动轴下壳体、下壳体下径向轴承、推力轴承组、下壳体上径向轴承、传动轴上壳体、上壳体下径向轴承及上壳体上径向轴承，所述传动轴上自下而上顺次设置有所述下壳体下径向轴承、所述下壳体上径向轴承、所述上壳体下径向轴承及所述上壳体上径向轴承。本发明通过在传动轴上设置上、中、下三组普通径向轴承和一组包镀有耐磨层的径向轴承，增加了径向轴承与传动轴的接触面积，降低了接触应力，提高了径向轴承的寿命，尤其是价值较低的普通径向轴承接触应力略高，将先期达到使用寿命，提高了价值较高耐磨性好的包镀径向轴承的寿命。

Description

一种螺杆钻具传动轴总成

技术领域

本发明涉及石油、天然气钻井领域，特别涉及一种螺杆钻具传动轴总成。

背景技术

随着石油天然气勘探开发的发展，越来越多的螺杆钻具应用于深井、超深井等钻井作业。螺杆钻具与钻头、钻铤等组成井底钻具组合，位于整个钻柱的最底层，直接为钻头提供破岩动力，可以有效的提高机械钻进速度，实现定向造斜功能。

螺杆钻具主要由旁通阀、定子、转子、万向轴总成、传动轴总成等组成。其中传动轴总成是螺杆钻具的重要部件之一，它的寿命决定了螺杆钻具总体寿命，传动轴总成主要用于传递钻压、扭矩和钻井液。

现有技术传动轴总成主要包括传动轴、传动轴壳体、径向轴承、推力轴承组等，所述传动轴由径向轴承和推力轴承支撑，并位于传动轴壳体内，可绕轴线旋转。其中径向轴承种类分为橡胶径向轴承和硬质合金径向轴承，主要作用是承受径向载荷、扶正传动轴及起限流器作用；其中传动轴联接下部钻具的钻头和上部的螺杆钻具的轴体。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

螺杆钻具工作时，转子在定子型腔内做行星运动，上部螺杆钻具轴体与传动轴形成一定的角度，因此传动轴承受由转子轴向力分力等组成的上部螺杆钻具轴体施加的侧向力。钻头工作时，受到地层反作用力的影响，钻头将发生横向振动，传动轴也承受下部的钻头施加的侧向力。由于传动轴要同时承受上部螺杆钻具轴体和下部钻头施加的侧向力，因此，影响到传动轴总成的安全可靠有效运行。

为了保护传动轴，螺杆钻具通常在传动轴的上部和下部各设计一组径向轴承，但是普通的径向轴承接触面积较小，接触应力较大，耐磨性较差，寿命较短，为提高耐磨性，目前多采用硬质合金径向轴承，但成本较高。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种螺杆钻具传动轴总成。可增加径向轴承与传动轴的接触面积，降低接触应力，提高径向轴承的寿命，使用方便，安全可靠，经济实用。所述技术方案如下：

一种螺杆钻具传动轴总成，包括：传动轴、传动轴下壳体、下壳体下径向轴承、推力轴承组、下壳体上径向轴承、传动轴上壳体、上壳体下径向轴承及上壳体上径向轴承，所述传动轴上自下而上顺次设置有所述下壳体下径向轴承、所述下壳体上径向轴承、所述上壳体下径向轴承及所述上壳体上径向轴承。

具体地，所述传动轴为阶梯轴，所述传动轴的大端与小端的中间部分由第一阶梯段、第二阶梯段及第三阶梯段组成，并设置在所述传动轴下壳体与所述传动轴上壳体内腔里。

具体地，所述传动轴下壳体和所述传动轴上壳体下部均为圆柱体且等径，上部均为圆锥体，所述传动轴上壳体内腔下部为圆锥孔，与所述传动轴下壳体上部的圆锥体螺纹联接，所述第一阶梯段及第二阶梯段的一部分位于传动轴下壳体内，所述第三阶梯段及第二阶梯段的另一部分位于传动轴上壳体内。

具体地，所述传动轴的第一阶梯段外壁上设置有所述下壳体下径向轴承，所述下壳体下径向轴承的外圈与所述传动轴下壳体的下部内壁静配合；所述第二阶梯段下部外壁上安装有所述推力轴承组，所述推力轴承组的外圈与所述传动轴下壳体的中部内壁静配合，所述第二阶梯段的中上部外壁上设置有所述下壳体上径向轴承，所述下壳体上径向轴承的外圈与所述传动轴下壳体的上部内壁静配合；所述第三阶梯段的下部外壁上安装有所述上壳体下径向轴承，上部外壁上设置有所述上壳体上径向轴承，所述上壳体上径向轴承的外圈与所述传动轴上壳体的上部内壁静配合。

具体地，所述上壳体下径向轴承至少包括下径向轴承动圈、动圈耐磨层、下径向轴承静圈及静圈耐磨层，所述下径向轴承动圈为变径套筒结构，其下部内孔与所述第二阶梯段的上部螺纹配合，其上部外壁上包镀有所述动圈耐磨层；所述下径向轴承静圈其外壁与所述传动轴上壳体的内壁静配合，其内壁上包镀有所述静圈耐磨层。

进一步地，所述动圈耐磨层及所述静圈耐磨层材质为碳化钨。

相比现有技术，本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明实施例对传动轴总成的径向轴承的耐磨性进行了差异化设计，通过在传动轴上设置上、中、下三组普通径向轴承和一组包镀有耐磨层的径向轴承，增加了径向轴承与传动轴的接触面积，降低了接触应力，提高了径向轴承的寿命，尤其是价值较低的普通径向轴承接触应力略高，将先期达到使用寿命，提高了价值较高耐磨性好的包镀径向轴承的寿命，包镀径向轴承耐磨性是其它三组普通径向轴承的数倍。并且将传动轴壳体设计成可拆分的两个壳体，使价值较低的普通径向轴承便于维护，拆卸更换，无须采用硬质合金径向轴承，有效降低传动轴总成的制造成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的螺杆钻具传动轴总成结构示意图。

图中各符号表示含义如下：

1传动轴，1-1第一阶梯段，1-2第二阶梯段，1-3第三阶梯段；

2传动轴下壳体，3下壳体下径向轴承，4推力轴承组，5下壳体上径向轴承，6传动轴上壳体；

7上壳体下径向轴承，7-1下径向轴承动圈，7-2动圈耐磨层，7-3下径向轴承静圈，7-4静圈耐磨层；

8上壳体上径向轴承。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

参见图1所示，本发明实施例提供了一种螺杆钻具传动轴总成，通过在传动轴上设置四组径向轴承，增加了径向轴承与传动轴的接触面积，降低了接触应力，提高了径向轴承的寿命，为螺杆钻具在常规钻井及深井、超深井作业中提供一种使用方便，安全可靠的经济型传动轴总成。所述传动轴总成主要包括：传动轴1、传动轴下壳体2、下壳体下径向轴承3、推力轴承组4、下壳体上径向轴承5、传动轴上壳体6、上壳体下径向轴承7、上壳体上径向轴承8等零部件；所述传动轴1上自下而上顺次设置有下壳体下径向轴承3、下壳体上径向轴承5、上壳体下径向轴承7及上壳体上径向轴承8。

具体地，作为优选，所述传动轴1为一根自下而上外径逐渐减小的阶梯轴，其下部大端用于联接钻头，上部小端用于联接螺杆钻具的轴体，所述传动轴1的大端与小端的中间部分由第一阶梯段1-1、第二阶梯段1-2、第三阶梯段1-3组成，并设置在套筒结构的传动轴下壳体2与传动轴上壳体6内腔里；所述传动轴下壳体2和所述传动轴上壳体6下部均为圆柱体且等径，上部均为圆锥体，所述传动轴上壳体6内腔下部为圆锥孔，与所述传动轴下壳体2上部的圆锥体螺纹联接，联接部分位于第二阶梯段1-2的中上部位，由此构成包括所述传动轴下壳体2和所述传动轴上壳体6两部分共同配合的传动轴壳体，同时，所述第一阶梯段1-1、第二阶梯段1-2的一部分位于传动轴下壳体2内，所述第三阶梯段1-3、第二阶梯段1-2的另一部分位于传动轴上壳体6内，这种螺纹配合，便于拆卸更换径向轴承。

具体地，作为优选，所述传动轴1的第一阶梯段1-1外壁上设置有下壳体下径向轴承3，所述下壳体下径向轴承3的外圈与所述传动轴下壳体2的下部内壁静配合；所述第二阶梯段1-2下部外壁上安装有推力轴承组4，所述推力轴承组4的外圈与所述传动轴下壳体2的中部内壁静配合，所述第二阶梯段1-2的中上部外壁上设置有下壳体上径向轴承5，所述下壳体上径向轴承5的外圈与所述传动轴下壳体2的上部内壁静配合；所述第三阶梯段1-3的下部外壁上安装有上壳体下径向轴承7，上部外壁上设置有上壳体上径向轴承8，所述上壳体上径向轴承8的外圈与所述传动轴上壳体6的上部内壁静配合；所述下壳体下径向轴承3、推力轴承组4、下壳体上径向轴承5及上壳体上径向轴承8均为现有技术，可外购成品。

进一步地，所述上壳体下径向轴承7至少包括下径向轴承动圈7-1、动圈耐磨层7-2、下径向轴承静圈7-3、静圈耐磨层7-4等；所述下径向轴承动圈7-1为变径套筒结构，其下部内孔与所述第二阶梯段1-2的上部螺纹配合，其上部外壁上包镀有所述动圈耐磨层7-2；所述下径向轴承静圈7-3的外壁与所述传动轴上壳体6的内壁静配合，所述下径向轴承静圈7-3的内壁上包镀有所述静圈耐磨层7-4，由此构成上壳体下径向轴承7，它是实现经济型传动轴总成结构的核心部件；所述动圈耐磨层7-2及所述静圈耐磨层7-4材质为碳化钨。

本发明实施例的工作原理：通过在传动轴1上设置的下壳体下径向轴承3、下壳体上径向轴承5、上壳体下径向轴承7、上壳体上径向轴承8四组径向轴承，使径向轴承与传动轴1的总接触面积远远大于现有普通螺杆钻具径向轴承的接触面积，并用于接触支点距离的增加，大大降低了接触应力，使得传动轴总成整体运行稳定，安全可靠，使用寿命获得提高。

而且，在四组径向轴承中，所述上壳体下径向轴承7的动圈耐磨层7-2和静圈耐磨层7-4的耐磨性是其它三组径向轴承的数倍，当螺杆钻具工作时，其它三组径向轴承单位时间的质量损失高于所述上壳体下径向轴承7，因此在总体使用寿命提高的情况下，其它三组下壳体下径向轴承3、下壳体上径向轴承5、上壳体上径向轴承8先期达到使用寿命，因而保护了使用价值性高的上壳体下径向轴承7；为常规钻井及深井、超深井作业提供了一种使用方便，安全可靠，经济实用的传动轴总成。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种螺杆钻具传动轴总成，包括：传动轴(1)、传动轴下壳体(2)、下壳体下径向轴承(3)、推力轴承组(4)、下壳体上径向轴承(5)、传动轴上壳体(6)、上壳体下径向轴承(7)及上壳体上径向轴承(8)，其特征在于，所述传动轴(1)上自下而上顺次设置有所述下壳体下径向轴承(3)、所述下壳体上径向轴承(5)、所述上壳体下径向轴承(7)及所述上壳体上径向轴承(8)；

所述传动轴(1)为阶梯轴，所述传动轴(1)的大端与小端的中间部分由第一阶梯段(1-1)、第二阶梯段(1-2)及第三阶梯段(1-3)组成，并设置在所述传动轴下壳体(2)与所述传动轴上壳体(6)内腔里；

所述上壳体下径向轴承(7)至少包括下径向轴承动圈(7-1)、动圈耐磨层(7-2)、下径向轴承静圈(7-3)及静圈耐磨层(7-4)，所述下径向轴承动圈(7-1)为变径套筒结构，与传动轴(1)外壁配合，其下部内孔与所述第二阶梯段(1-2)的上部螺纹配合，其上部外壁上包镀有所述动圈耐磨层(7-2)；所述下径向轴承静圈(7-3)其外壁与所述传动轴上壳体(6)的内壁静配合，其内壁上包镀有所述静圈耐磨层(7-4)。

2.根据权利要求1所述的螺杆钻具传动轴总成，其特征在于，所述传动轴下壳体(2)和所述传动轴上壳体(6)下部均为圆柱体且等径，上部均为圆锥体，所述传动轴上壳体(6)内腔下部为圆锥孔，与所述传动轴下壳体(2)上部的圆锥体螺纹联接，所述第一阶梯段(1-1)及第二阶梯段(1-2)的一部分位于传动轴下壳体(2)内，所述第三阶梯段(1-3)及第二阶梯段(1-2)的另一部分位于传动轴上壳体(6)内。

3.根据权利要求2所述的螺杆钻具传动轴总成，其特征在于，所述传动轴(1)的第一阶梯段(1-1)外壁上设置有所述下壳体下径向轴承(3)，所述下壳体下径向轴承(3)的外圈与所述传动轴下壳体(2)的下部内壁静配合；所述第二阶梯段(1-2)下部外壁上安装有所述推力轴承组(4)，所述推力轴承组(4)的外圈与所述传动轴下壳体(2)的中部内壁静配合，所述第二阶梯段(1-2)的中上部外壁上设置有所述下壳体上径向轴承(5)，所述下壳体上径向轴承(5)的外圈与所述传动轴下壳体(2)的上部内壁静配合；所述第三阶梯段(1-3)的下部外壁上安装有所述上壳体下径向轴承(7)，上部外壁上设置有所述上壳体上径向轴承(8)，所述上壳体上径向轴承(8)的外圈与所述传动轴上壳体(6)的上部内壁静配合。

4.根据权利要求1所述的螺杆钻具传动轴总成，其特征在于，所述动圈耐磨层(7-2)及所述静圈耐磨层(7-4)材质为碳化钨。