CN110630623A - 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，包括传动轴、下TC轴承动套、传动轴壳体、推力轴承、上TC轴承动套和水帽，传动轴套设于传动轴壳体，下TC轴承动套、推力轴承、上TC轴承动套沿轴向依次套设于传动轴和传动轴壳体之间；下TC轴承动套的内圈径向截面为多边形，传动轴与下TC轴承动套的套接部分外外圈径向截面是形状与下TC轴承动套内圈相适应的多边形；通过两连接段的多边形配合面防止下TC轴承动套和传动轴相对转动。本发明具有降低传动轴应力，防止传动轴断裂和磨损效果，本发明构简单，使传动更加稳定可靠。

Description

一种螺杆钻具传动轴总成

技术领域

本发明涉及一种螺杆钻具传动轴总成。

背景技术

螺杆钻具是目前石油勘探开发中最广泛使用的一种井下动力钻具，主要用于定向井、水平井的造斜及扭方位施工，一部分也用于直井反扣或侧钻开窗等特殊工艺井钻井/修井作业中。螺杆钻具主要包括旁通阀总成、马达总成、万向轴总成和传动轴总成，其中的传动轴总成包括传动轴及其壳体、上下径向轴承、推力轴承组、水帽等。

在钻井施工过程中，螺杆钻具的传动轴下端连接钻头，在钻遇特殊岩层或在复杂工况下，钻头受力变化大，传动轴承受轴向和径向以及扭矩等交变载荷，受力复杂，易发生传动轴断裂后落入井底，从而影响到钻井施工的正常进度，造成严重经济损失。

为解决这一问题，螺杆钻具行业普遍在传动轴总成结构上开展了相关研究，并设计各种防掉装置。如2007年7月25日公开的CN2926474Y《双防结构螺杆钻具传动轴总成》和2015年12月2日公开的CN204827215U《一种螺杆钻具传动轴防落装置》两个中国实用新型专利。其防止传动轴掉落的技术方案是：下TC轴承动套通过螺纹与传动轴连接在一起，在动套上方设计防掉装置，当传动轴上部断裂时，可以将传动轴挂在下TC轴承静套上。

方案实施后，在复合钻进作业中当传动轴上部断裂时，如果下TC轴承动套和静套之间存在较大摩擦力矩，则动套与传动轴的螺纹、动套与防掉挡套的螺纹连接可能发生退扣现象，传动轴将直接落井，此时传动轴防掉装置失效。

为了防止传动轴总成内部防掉装置失效，行业内又出现了新的解决方案：在传动轴外部设计防掉装置。如2017年9月12日公开的CN206487429U《新型结构的螺杆钻具传动轴》中国实用新型专利，在螺杆钻具壳体下部设计螺纹，在传动轴轴头设计台阶，将防掉壳体连接在壳体下部，一旦传动轴断裂，防掉壳体能够将传动轴轴头挂住，从而防止传动轴落井。该专利取消了下TC轴承动套与传动轴之间的连接螺纹，有效避免了传动轴脱扣问题，但专利未明确说明取消螺纹后，如何防止下TC轴承动套与传动轴发生相对转动。相对转动可能导致下TC轴承动套和传动轴磨损，从而带来新的潜在风险。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种螺杆钻具传动轴总成，具有防断和防落井效果，本发明构简单，使传动更加稳定可靠。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种螺杆钻具传动轴总成，包括传动轴、下TC轴承动套、传动轴壳体、推力轴承、上TC轴承动套和水帽，传动轴套设于传动轴壳体，下TC轴承动套、推力轴承、上TC轴承动套沿轴向依次套设于传动轴和传动轴壳体之间；

下TC轴承动套的内表面为内圈径向截面为多边形，传动轴与下TC轴承动套的套接部分外圈径向截面是形状与下TC轴承动套内圈相适应的多边形；通过两连接段的多边形配合面能有效防止下TC轴承动套和传动轴之间相对转动。

按照上述技术方案，所述的螺杆钻具传动轴总成还包括水帽，水帽与传动轴的端部连接。

按照上述技术方案，下TC轴承动套与传动轴壳体之间套设有下TC轴承静套，上TC轴承动套与传动轴壳体之间套设有上TC轴承静套；下TC轴承静套通过螺纹与下TC轴承动套连接，上TC轴承静套通过螺纹与上TC轴承动套连接。

按照上述技术方案，多边形的边数为4-10；其为正多边形，如正六边形或正八边形。

按照上述技术方案，下TC轴承动套与推力轴承之间设有挡套，挡套套设于传动轴上；

下TC轴承静套与推力轴承之间设有隔套，隔套套设于挡套与传动轴壳体之间。

按照上述技术方案，挡套通过螺纹与传动轴连接，挡套的外径大于下TC轴承静套的内径。

按照上述技术方案，传动轴上设有环形凹槽，环形凹槽内嵌入一对防掉半环，防掉半环设置于传动轴与挡套之间，防掉半环外径大于下TC轴承静套内径。

按照上述技术方案，下TC轴承动套的上端设有螺纹，挡套通过螺纹与下TC轴承动套的上端连接，防掉半环封闭在挡套内。

按照上述技术方案，下TC轴承动套通过多边形与传动轴的中部或轴头套接；所述多边形配合的位置也可位于传动轴与下TC轴承动套配合的任何长度位置。

按照上述技术方案，推力轴承为串轴承。

按照上述技术方案，传动轴的轴头、中部或下部设有轴向定位台阶面，通过台阶斜面与下TC轴承动套接触，形成对下TC轴承动套的轴向定位；对防掉半环布置于下TC轴承动套和挡套之间，从两侧防止防掉半环脱出。

本发明具有以下有益效果：

1.本发明传动轴与下TC动套采用多边形配合防止二者发生相对转动，可以防止下TC轴承动套在静套的摩擦扭矩驱动下TC轴承动套绕传动轴旋转，防止以往采用螺纹连接时传动轴紧扣或退扣导致传动轴断裂或脱扣落井，具有防断效果，本发明构简单，使传动更加稳定可靠。

2.通过设置防掉半环，防止传动轴上半部分断裂后落井，防掉效果更可靠。

附图说明

图1是本发明实施例中螺杆钻具传动轴总成的结构示意图；

图2是图1在本发明实施例一中的a局部视图；

图3是图1在本发明实施例二中的a局部视图；

图4是图1在本发明实施例三中的a局部视图；

图5是图2～图4中的K-K剖面图；

图6是图1在本发明实施例四中的a局部视图；

图7是图6的M-M剖面图；

图8是图6是N局部视图；

图中，1-传动轴，2-下TC轴承动套，3-下TC轴承静套，4-防掉半环，5-挡套，6-隔套，7-传动轴壳体，8-推力轴承，9-上TC轴承动套，10-上TC轴承静套，11-水帽。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

参照图1～图2和图5所示，本发明提供的一个实施例一中的螺杆钻具传动轴总成，包括传动轴1、下TC轴承动套2、传动轴壳体7、推力轴承8、上TC轴承动套9和水帽11，传动轴1套设于传动轴壳体7，下TC轴承动套2、推力轴承8、上TC轴承动套9沿轴向依次套设于传动轴1和传动轴壳体7之间，水帽11与传动轴1的端部连接；

下TC轴承动套2的内圈径向截面为多边形，传动轴1与下TC轴承动套2的套接部分外圈径向截面是形状与下TC轴承动套2内圈径向截面相适应的多边形；通过两连接段的多边形配合面有效传递扭矩，并能有效防止下TC轴承动套和传动轴之间相对转动。

进一步地，下TC轴承动套2与传动轴壳体7之间套设有下TC轴承静套3，上TC轴承动套9与传动轴壳体7之间套设有上TC轴承静套10；下TC轴承静套3通过螺纹与下TC轴承动套2连接，上TC轴承静套10通过螺纹与上TC轴承动套9连接。

进一步地，多边形的边数为4-10；其为正多边形，如正六边形或正八边形。

如图2所示，下TC轴承动套2与推力轴承8之间设有挡套5，挡套5套设于传动轴1上；

下TC轴承静套3与推力轴承8之间设有隔套6，隔套6套设于挡套5与传动轴壳体7之间，实施例一中没有设置防掉半环。

进一步地，挡套5通过螺纹与传动轴连接，挡套5的外径大于下TC轴承静套3的内径，防掉半环封闭在挡套内。

所提供的实施例二中与实施例一的区别在于，传动轴上设有环形凹槽，环形凹槽内嵌入一对防掉半环，防掉半环设置于传动轴与挡套之间，挡套外径大于下TC轴承静套内径，防掉半环设置于挡套5中部，如图3所示。

所提供的实施例三中与实施例二的区别在于，防掉半环设置于挡套5头部，如图4所示。

进一步地，下TC轴承动套的上端设有螺纹，挡套通过螺纹与下TC轴承动套的上端连接。

进一步地，下TC轴承动套通过多边形面与传动轴的中部或轴头套接；所述多边形配合的位置也可位于传动轴与下TC轴承动套配合的任何长度位置，所提供的实施例四中，下TC轴承动套通过多边面与传动轴的中部套接，如图6和图7所示。

进一步地，推力轴承为串轴承，亦为TC轴承。

进一步地，所述下TC轴承动套2的轴向定位面为TC轴承的下端面或内孔中间的台阶面，与传动轴配套的部位为轴头台阶、传动轴下部台阶或传动轴中部台阶。

本发明的实施例中，本发明提供一种螺杆钻具传动轴总成，如图1所示，本实施例包括传动轴1、下TC轴承动套2、下TC轴承静套3、挡套5、隔套6、传动轴壳体7、推力轴承8、上TC轴承动套9、上TC轴承静套10和水帽11。

如图2所示，示意了本发明的特征部位，可更清晰看见该部位结构。

如图3和图4所示，示意了本发明防掉结构的两种变化。其中，附图3采用防掉半环4和传动轴1环形凹面配合，挡套5与传动轴1通过螺纹联接；附图4去掉下TC轴承动套2上部螺纹，挡套5直接压住防掉半环4。两种变化均采用半环防掉，其中附图4使加工更简单。

如图6和图7所示，示意了发明的一种变化，多边形位于传动轴中间部位(TC轴承配合面之间长度内)，下TC动套轴向定位在传动轴下部的某台阶面。

如图8所示，示意了本发明的另一种变化，下TC轴承动套2的轴向定位位置，由附图1中传动轴轴头台阶和附图4中传动轴下部台阶，变为传动轴中部台阶斜面，并将防掉半环封闭在挡套内。

一种螺杆钻具传动轴总成，包括传动轴、下TC轴承动套、下TC轴承静套、挡套、调整隔套、传动轴壳体、推力轴承、上TC轴承动套、上TC轴承静套和水帽。其特征在于：传动轴与下TC轴承内孔采用多边形配合，下TC轴承与挡套为分体式，传动轴上采用挡套或半环等进行防掉，挡套外径大于下TC轴承静套内径。

进一步地，传动轴与下TC轴承内孔采用多边形配合。

进一步地，所述多边形配合的边数为4-10，如四方、六方或八方。

进一步地，所述多边形配合的位置位于传动轴与TC轴承配合的任何长度位置，如传动轴中部或轴头。

进一步地，所述下TC轴承动套的轴向定位面为其下部端面或内孔上部斜面，与传动轴配套的部位为轴头台阶、轴下部台阶或传动轴中部斜面。

进一步地，所述挡套外径大于下TC轴承静套内径。

综上所述，本发明公开了一种螺杆钻具传动轴总成，包括传动轴、下TC轴承动套、下TC轴承静套、挡套、调整隔套、传动轴壳体、推力轴承、上TC轴承动套、上TC轴承静套和水帽。其特征在于：传动轴与下TC轴承内孔采用多边形配合，下TC轴承与挡套为分体式，传动轴上设置螺纹与挡套相连，挡套外径大于下TC轴承静套内径。本发明通过传动轴与下TC动套采用多边形配合，可以防止下TC轴承动套在静套内孔的摩擦扭矩驱动下，下TC轴承动套绕传动轴旋转导致传动轴磨损，也可以防止常见传动轴总成下TC轴承动套上端采用螺纹与传动轴连接时，螺纹在摩擦扭矩的作用下被紧扣导致传动轴螺纹部位受到较大应力断裂，或者当传动轴上端断裂后脱扣导致防掉失效后落井。本发明结构简单，可以改善传动轴受力状况，同时防掉效果可靠。

以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种螺杆钻具传动轴总成，其特征在于，包括传动轴(1)、下TC轴承动套(2)、传动轴壳体(7)、推力轴承(8)和上TC轴承动套(9)，传动轴(1)套设于传动轴壳体(7)，下TC轴承动套(2)、推力轴承(8)、上TC轴承动套(9)沿轴向依次套设于传动轴(1)和传动轴壳体(7)之间；

下TC轴承动套(2)的内圈径向截面为多边形，传动轴(1)与下TC轴承动套(2)的套接部分外圈径向截面是形状与下TC轴承动套(2)内圈相适应的多边形。

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，下TC轴承动套(2)与传动轴壳体(7)之间套设有下TC轴承静套(3)，上TC轴承动套(9)与传动轴壳体(7)之间套设有上TC轴承静套(10)。

3.根据权利要求1所述的螺杆钻具传动轴总成，其特征在于，多边形的边数为4-10。

4.根据权利要求2所述的螺杆钻具传动轴总成，其特征在于，下TC轴承动套(2)与推力轴承(8)之间设有挡套(5)，挡套(5)套设于传动轴(1)上；

下TC轴承静套(3)与推力轴承(8)之间设有隔套(6)，隔套(6)套设于挡套(5)与传动轴壳体(7)之间。

5.根据权利要求4所述的螺杆钻具传动轴总成，其特征在于，挡套(5)通过螺纹与传动轴(1)连接，挡套(5)的外径大于下TC轴承静套(3)的内径。

6.根据权利要求5所述的螺杆钻具传动轴总成，其特征在于，传动轴上设有环形凹槽，环形凹槽内嵌入一对防掉半环(4)，防掉半环(4)设置于传动轴(1)与挡套(5)之间。

7.根据权利要求5所述的螺杆钻具传动轴总成，其特征在于，下TC轴承动套(2)的上端设有螺纹，挡套(5)通过螺纹与下TC轴承动套(2)的上端连接。

8.根据权利要求5所述的螺杆钻具传动轴总成，其特征在于，下TC轴承动套(2)通过多边形面与传动轴(1)的中部或轴头套接。

9.根据权利要求1所述的螺杆钻具传动轴总成，其特征在于，推力轴承(8)为串轴承。

10.根据权利要求1所述的螺杆钻具传动轴总成，其特征在于，传动轴(1)的轴头、中部或下部设有定位台阶面，通过台阶面与下TC轴承动套(2)连接，形成对下TC轴承动套(2)的轴向定位。

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