CN108518188A - 一种高抗扭螺杆钻具密封球铰万向轴 - Google Patents

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石昌帅
祝效华
汤历平
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/20—Flexible or articulated drilling pipes, e.g. flexible or articulated rods, pipes or cables
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B4/00—Drives for drilling, used in the borehole
    • E21B4/003—Bearing, sealing, lubricating details

Abstract

本发明涉及一种适合于深部重载井况的高抗扭螺杆钻具密封球铰万向轴；其技术方案是：高抗扭螺杆钻具密封球铰万向轴主要包括转子接头、球座、圆球体、长球体、密封圈、锁紧帽、紧箍、连接轴、弹性挡圈、橡胶油封、半环；其技术方案为：球座安装在转子接头内孔中，连接轴插入转子接头内孔，连接轴与球座之间有圆球体起支撑作用；连接轴周向凹槽与转子接头内环空形成的六个椭球形空间，放置了六个长球体；橡胶油封用于密封连接轴与转子接头形成的内部空间，防止钻井液侵入影响转子接头的摆动及球铰万向轴的使用寿命；橡胶油封上端靠半环固定，锁紧帽端面压紧半环，并与转子接头靠螺纹连接，锁紧帽与转子接头之间靠密封圈密封，橡胶油封下端靠紧箍和弹性挡圈固定和定位。本发明结构简单、成本低，可以提高螺杆钻具整机使用寿命，更能适合深部重载的井况。

Description

一种高抗扭螺杆钻具密封球铰万向轴
技术领域
本发明涉及一种在开采石油天然气钻井过程中常用的井下工具，特别适合于深部重载井况的一种高抗扭螺杆钻具密封球铰万向轴。
背景技术
螺杆钻具是开采石油天然气钻井过程中常用的井下动力工具，包括旁通阀总成、防掉总成、马达总成、万向轴总成和传动轴总成。万向轴总成由两部分组成：万向轴壳体和万向轴。万向轴的作用是将马达产生的转速和扭矩传递给传动轴，通过传动轴再把转速和扭矩传递到钻头。万向轴的受力特征是轴向力、扭矩和弯曲应力所共同产生的组合应力，万向轴中的工作介质是泥浆，也就是钻井液。万向轴总成作为给钻头传递动力的间接装置，其性能好坏将直接影响钻井速度和螺杆钻具整机使用寿命。
根据现场调研表明，国内各大油气田每年因螺杆钻具失效而引起的井下事故多达800多起，造成至少8000多万元以上的直接经济损失。据相关资料统计，在螺杆钻具常见失效形式当中，万向轴失效大约占据螺杆钻具失效的1/3。因此，合理地设计万向轴的结构，是提高螺杆钻具整机寿命的关键。
目前，在国内比较常用的万向轴有两种，一种是花瓣型万向轴，一种是挠性轴。现有的花瓣式万向轴寿命提高空间有限，钛合金挠性轴过于昂贵不适合工业化推广。由于螺杆钻具的技术发展趋势具体表现在定转子输出更大扭矩，以适应深部重载井况，因此设计具有密封结构的高抗扭球铰万向轴是目前的发展趋势。
发明内容
本发明的目的是为应对地层可钻性差、地质情况复杂，尤其是深部地层机械钻速低的情况，缩短钻井周期，节约钻井成本，需要定转子输出更大扭矩，以适应深部重载井况的情况，特提出一种高抗扭螺杆钻具密封球铰万向轴。
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：一种高抗扭螺杆钻具密封球铰万向轴，主要包括转子接头、球座、圆球体、长球体、密封圈、锁紧帽、紧箍、连接轴、弹性挡圈、橡胶油封和半环；其结构特征是：球座安装在转子接头内孔中，连接轴插入转子接头内孔，连接轴与球座之间有圆球体起支撑作用；连接轴周向凹槽与转子接头内环空形成椭球形空间，放置长球体；橡胶油封用于密封连接轴与转子接头形成的内部空间，防止钻井液侵入影响转子接头的摆动及球铰万向轴的使用寿命；橡胶油封上端靠半环固定，锁紧帽端面压紧半环，并与转子接头靠螺纹连接，锁紧帽与转子接头之间靠密封圈密封，橡胶油封下端靠紧箍和弹性挡圈固定和定位。
所述长球体为椭球形，共放置4-8个，长球体增加了连接轴和球座与长球体的接触面积，提高了球铰万向轴的承载能力。所述橡胶油封具有良好的延展性和耐高温性能，能够满足转子接头摆动和高温深井应用要求。
本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：（1）本发明采用椭球形的长球体传动，增加了传动接触面积，提高了万向轴的抗扭能力；（2）本发明球铰部分具有密封结构，注入润滑油润滑，可以防止泥浆和碎屑对球铰部分的冲蚀和磨损，提高传动轴使用寿命；（3）使用寿命长，可以提高螺杆钻具整机使用寿命。
附图说明
图1是本发明一种高抗扭螺杆钻具密封球铰万向轴的结构示意图；
图2是本发明一种高抗扭螺杆钻具密封球铰万向轴转子接头的结构示意图；
图3是本发明一种高抗扭螺杆钻具密封球铰万向轴转子接头沿A-A方向的截面示意图；
图4是本发明一种高抗扭螺杆钻具密封球铰万向轴连接轴的结构示意图；
图5是本发明一种高抗扭螺杆钻具密封球铰万向轴连接轴沿B-B方向的截面示意图。
图中：1.转子接头，2.球座，3.圆球体，4.长球体，5.密封圈，6.锁紧帽，7.紧箍，8.连接轴，9.弹性挡圈，10.橡胶油封，11.半环。
具体实施方法
如图1-图5所示，一种高抗扭螺杆钻具密封球铰万向轴，主要包括转子接头1、球座2、圆球体3、长球体4、密封圈5、锁紧帽6、紧箍7、连接轴8、弹性挡圈9、橡胶油封10和半环11；其结构特征是：球座2安装在转子接头1内孔中，连接轴8插入转子接头1内孔，连接轴8与球座2之间有圆球体3起支撑作用；连接轴8周向凹槽与转子接头1内环空形成椭球形空间，放置长球体4；橡胶油封10用于密封连接轴8与转子接头1形成的内部空间，防止钻井液侵入影响转子接头1的摆动及球铰万向轴的使用寿命；橡胶油封10上端靠半环11固定，锁紧帽6端面压紧半环11，并与转子接头1靠螺纹连接，锁紧帽6与转子接头1之间靠密封圈5密封，橡胶油封10下端靠紧箍7和弹性挡圈9固定和定位。
所述长球体4为椭球形，共放置4-8个，长球体4增加了连接轴8和球座2与长球体4的接触面积，提高了球铰万向轴的承载能力。所述橡胶油封10具有良好的延展性和耐高温性能，能够满足转子接头1摆动和高温深井应用要求。
本发明结构简单、成本低，可以承受定转子输出的更大扭矩，满足深部重载井况的使用要求；该工具球铰部分采用密封结构，注入润滑油润滑，防止泥浆和碎屑进入球铰位置，造成球铰冲蚀和磨损，提高了万向轴和螺杆钻具整机使用寿命，降低了钻井作业成本。

Claims (3)

1.一种高抗扭螺杆钻具密封球铰万向轴，主要包括转子接头（1）、球座（2）、圆球体（3）、长球体（4）、密封圈（5）、锁紧帽（6）、紧箍（7）、连接轴（8）、弹性挡圈（9）、橡胶油封（10）和半环（11）；其结构特征是：球座（2）安装在转子接头（1）内孔中，连接轴（8）插入转子接头（1）内孔，连接轴（8）与球座（2）之间有圆球体（3）起支撑作用；连接轴（8）周向凹槽与转子接头（1）内环空形成椭球形空间，放置长球体（4）；橡胶油封（10）用于密封连接轴（8）与转子接头（1）形成的内部空间，防止钻井液侵入影响转子接头（1）的摆动及球铰万向轴的使用寿命；橡胶油封（10）上端靠半环（11）固定，锁紧帽（6）端面压紧半环（11），并与转子接头（1）靠螺纹连接，锁紧帽（6）与转子接头（1）之间靠密封圈（5）密封，橡胶油封（10）下端靠紧箍（7）和弹性挡圈（9）固定和定位。
2.根据权利要求1所述的一种高抗扭螺杆钻具密封球铰万向轴，其特征在于：所述长球体（4）为椭球形，共放置4-8个，长球体（4）增加了连接轴（8）和球座（2）与长球体（4）的接触面积，提高了球铰万向轴的承载能力。
3.根据权利要求1所述的一种高抗扭螺杆钻具密封球铰万向轴，其特征在于：所述橡胶油封（10）具有良好的延展性和耐高温性能，能够满足转子接头（1）摆动和高温深井应用要求。
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