CN117661994A - 一种空气钻井用螺杆钻具传动轴总成 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种空气钻井用螺杆钻具传动轴总成，包括传动轴、传动轴壳体、上TC径向轴承、下TC径向轴承、防掉螺母；传动轴壳体套设在传动轴外部，且两者之间由上至下依次安装上密封结构、上TC径向轴承、角接触向心球轴承、下TC径向轴承，下TC径向轴承的静套与传动轴壳体固定连接，下TC径向轴承的动套与传动轴连接，下TC径向轴承的静套末端与防掉螺母固定连接，防掉螺母、下TC径向轴承的动套、下TC径向轴承的静套之间安装下密封结构，上密封结构、下密封结构、传动轴、传动轴壳体形成高压密封润滑结构；本发明的螺杆钻具传动轴总成密封结构的密封效果好，使得油液不易泄露，并且采用两重防掉方案，避免作业时部分结构掉落到井底。
Description
技术领域
本发明属于石油天然气开采技术领域，尤其涉及一种空气钻井用螺杆钻具传动轴总成。
背景技术
螺杆钻具是石油钻井广泛使用的井下动力钻具，它是一种将循环介质的压力能转化为带动钻头旋转切削破岩的机械能的工具。在钻井作业中需要定向、造斜、稳斜时，往往都需要用螺杆钻具来提供井下动力。螺杆钻具运行需要驱动介质，常规钻井作业采用各种钻井液作为螺杆钻具驱动介质，而空气作为驱动介质代替的钻井液有许多独特优势，比如更加快捷、不污染油藏，不怕井底泄漏等，所以空气钻井工艺作为一种特殊的钻井方式其应用在不断的增多。空气钻井用螺杆钻具与常规钻井液用螺杆钻具有很大的差别，主要在于常规钻井液钻井以钻井液的流动来润滑螺杆钻具传动轴的TC径向轴承和串轴承，因此其可以设计成为开放式的，而空气钻井用螺杆钻具则需要用封闭式润滑，保证轴承的正常运行。空气钻井速度快，转速扭矩不稳定对螺杆钻具传动轴的冲击大，内部零部件失效的几率也在加大，一旦损坏后掉落井底打捞起来也是非常困难，因此需要在防掉结构上进行加强。
目前的空气钻井用螺杆钻具传动轴总成普遍也都采用油密封结构，但是存在密封不可靠，油液泄漏快、防掉不可靠的缺陷，给生产作业安全带来极大的风险。
发明内容
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种空气钻井用螺杆钻具传动轴总成，包括传动轴、传动轴壳体、上TC径向轴承、下TC径向轴承、防掉螺母；所述传动轴壳体套设在传动轴外部，且两者之间由上至下依次安装上密封结构、上TC径向轴承、角接触向心球轴承、下TC径向轴承，所述下TC径向轴承的静套与传动轴壳体固定连接，所述下TC径向轴承的动套与传动轴连接，所述下TC径向轴承的静套末端与防掉螺母固定连接，所述防掉螺母、下TC径向轴承的动套、下TC径向轴承的静套之间安装下密封结构，所述上密封结构、下密封结构、传动轴、传动轴壳体形成高压密封润滑结构。
进一步的，所述传动轴外壁上设有凹槽，凹槽内安装防掉半环，防掉半环在轴向上被下TC径向轴承的动套、套设在传动轴上的护套限位，所述下TC径向轴承的静套的内壁上形成台阶，所述台阶能限制防掉半环在轴向上向防掉螺母方向移动。
进一步的，所述防掉螺母的内径大于传动轴外径，且小于下TC径向轴承的动套的内径。
进一步的，所述下密封结构包括下密封体、下弹簧，所述下密封体分别与所述下TC径向轴承的动套、下TC径向轴承的静套密封接触，所述下弹簧位于下密封体与防掉螺母之间，且下弹簧在初始时为压缩状态。
进一步的，所述上密封结构包括上密封体、上弹簧、旋转套，所述旋转套安装在所述转动轴外壁上，所述上密封体分别与传动轴壳体、旋转套密封接触，所述上弹簧位于上密封体、上TC径向轴承之间。
进一步的，所述上密封体、下密封体的外壁上安装O型圈形成静密封，所述上密封体、下密封体的内壁上安装格莱圈形成动密封。
进一步的，位于所述上弹簧处的传动轴壳体上设有注油孔，注油孔上安装丝堵。
进一步的，所述下TC径向轴承的静套外壁上螺纹连接锁紧套。
进一步的，所述传动轴顶部固定连接水帽。
进一步的，所述传动轴壳体靠近水帽的一端外壁上设有连接螺纹。
本发明的优点和积极效果是：
本发明的螺杆钻具传动轴总成密封结构的密封效果好，使得油液不易泄露，并且采用两重防掉方案，避免作业时部分结构掉落到井底。
附图说明
以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本发明范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。
图1为本发明实施例中提供的空气钻井用螺杆钻具传动轴总成的结构剖面图；
图2为本发明实施例中提供的空气钻井用螺杆钻具传动轴总成的上密封体的结构剖面图；
图3为本发明实施例中提供的空气钻井用螺杆钻具传动轴总成的防掉半环的结构剖面图；
图4为本发明实施例中提供的空气钻井用螺杆钻具传动轴总成的防掉螺母的结构剖面图；
具体实施方式
首先，需要说明的是，以下将以示例方式来具体说明本发明的具体结构、特点和优点等，然而所有的描述仅是用来进行说明的，而不应将其理解为对本发明形成任何限制。此外，在本文所提及各实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，仍然可在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行任意组合或删减，从而获得可能未在本文中直接提及的本发明的更多其他实施例。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例
如图1至图4所示，本实施例提供一种空气钻井用螺杆钻具传动轴总成，包括传动轴1、传动轴壳体17、上TC径向轴承、下TC径向轴承、防掉螺母；所述传动轴壳体套设在传动轴外部，且两者之间由上至下依次安装上密封结构、上TC径向轴承、角接触向心球轴承10、下TC径向轴承，所述下TC径向轴承的静套与传动轴壳体螺纹固定连接，所述下TC径向轴承的动套6与传动轴连接，所述下TC径向轴承的静套5末端与防掉螺母固定连接，所述防掉螺母、下TC径向轴承的动套、下TC径向轴承的静套之间安装下密封结构，所述上密封结构、下密封结构、传动轴、传动轴壳体形成高压密封润滑结构。
所述传动轴外壁上设有凹槽，凹槽内安装防掉半环8，防掉半环在轴向上被下TC径向轴承的动套、套设在传动轴上的护套9限位，所述下TC径向轴承的静套的内壁上形成台阶，所述台阶能限制防掉半环在轴向上向防掉螺母方向移动；具体的，防掉半环由整环切割而成，嵌入传动轴凹槽后轴向被固定，随传动轴一起旋转，当传动轴1在水帽18锥扣处或串轴承细径处断裂后，传动轴下移，传动轴带动防掉半环下移，挂到下TC径向轴承的静套上，下TC径向轴承的静套与传动轴壳体通过螺纹相连，而所述传动轴壳体靠近水帽的一端外壁上设有连接螺纹，随起钻时一起提出井筒。
所述防掉螺母的内径大于传动轴外径，且小于下TC径向轴承的动套的内径；下TC径向轴承动套通过大过盈热装与传动轴连接在一起；在防掉半环8防掉失效时，所有内部断裂组件下移，会通过下TC径向轴承的动套挂在防掉螺母上，防止掉落到井底，起到双重的保护作用。
所述下密封结构包括下密封体4、下弹簧3，所述下密封体分别与所述下TC径向轴承的动套、下TC径向轴承的静套密封接触，所述下弹簧位于下密封体与防掉螺母之间，且下弹簧在初始时为压缩状态。
所述上密封结构包括上密封体16、上弹簧14、旋转套15，所述旋转套安装在所述转动轴外壁上，所述上密封体分别与传动轴壳体、旋转套密封接触，所述上弹簧位于上密封体、上TC径向轴承之间；下TC径向轴承安装在上密封结构下方，其中，下TC径向轴承的动套12与传动轴连接，下TC径向轴承的静套11被传动轴壳体保护。
所述上密封体、下密封体的外壁上安装O型圈形成静密封，所述上密封体、下密封体的内壁上安装格莱圈形成动密封；具体的，上密封体通过3道O型圈与传动轴壳体17形成静密封，上密封体通过2道格莱圈与旋转套15形成动密封；2道格莱圈的唇口相对布置以形成对内液压油和对外高压气的密封，旋转套15的外表面采用镀铬后磨光处理，以防止过度磨损影响密封效果；下密封结构与上密封结构的结构类似，只是将旋转套与下TC径向轴承的动套做成一体，可以有效地固定下TC径向轴承的动套与传动轴，同时也可提供高硬耐磨的接触面。
位于所述上弹簧处的传动轴壳体上设有注油孔，注油孔上安装丝堵13；所述传动轴顶部固定连接水帽18，水帽与传动轴连接传递扭矩和转速，通过内孔连通过流空气介质实现传动目的；上密封结构、下密封结构和传动轴壳体形成的空腔注满润滑油实现对TC径向轴承和角接触向心球轴承的润滑，保证密封腔内润滑油保持充满并始终承压；耐高温液压油通过丝堵13注满传动轴壳体17与上密封结构、下密封结构形成的空腔，使TC径向轴承和角接触向心球轴承都处于油浴中，注液压油压力达到4MPa，下弹簧3处于压缩浮动状态，随着使用过程中密封腔内油的损耗，下弹簧弹力释放推动下密封体4上移，确保内外压力平衡油腔充满。
其中，旋转套与传动轴的固定依靠水帽锥扣压紧固定；上密封体由上弹簧压紧，其作用为保证注油前上密封体处于最高位，使注油孔直接与注油空腔相连；同时在使用中通过上弹簧的弹力平衡上密封体内外的压力差，保证密封腔内部的液压油始终处于充满状态；另外上弹簧压紧上密封体增加了上密封体与传动轴壳体的摩擦力，使上TC径向轴承的静套始终处于静止状态；下TC径向轴承的套通过大过盈热装与传动轴连接在一起，过盈量控制在(+0.15mm～+0.25mm)。
所述下TC径向轴承的静套外壁上螺纹连接锁紧套7，锁紧套的作用是反向锁紧下TC径向轴承的静套与传动轴壳体17的连接，保证下TC径向轴承的静套顶紧传动轴壳体内各部件，锁紧套与下TC径向轴承的静套的端面靠紧，这样既防止退扣又避免了双定位。
在组装该空气钻井用螺杆钻具传动轴总成时，采用先下后上，先内后外的顺序进行；在组装完成后，平放传动轴总成，采用液压泵注耐高温油，完成后旋转传动轴，检察是否漏油，然后组装成整机，在额定排量下运行15分钟后检察是否漏油。
以上实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (10)
1.一种空气钻井用螺杆钻具传动轴总成，其特征在于：包括传动轴、传动轴壳体、上TC径向轴承、下TC径向轴承、防掉螺母；所述传动轴壳体套设在传动轴外部，且两者之间由上至下依次安装上密封结构、上TC径向轴承、角接触向心球轴承、下TC径向轴承，所述下TC径向轴承的静套与传动轴壳体固定连接，所述下TC径向轴承的动套与传动轴连接，所述下TC径向轴承的静套末端与防掉螺母固定连接，所述防掉螺母、下TC径向轴承的动套、下TC径向轴承的静套之间安装下密封结构，所述上密封结构、下密封结构、传动轴、传动轴壳体形成高压密封润滑结构。
2.根据权利要求1所述的一种空气钻井用螺杆钻具传动轴总成，其特征在于：所述传动轴外壁上设有凹槽，凹槽内安装防掉半环，防掉半环在轴向上被下TC径向轴承的动套、套设在传动轴上的护套限位，所述下TC径向轴承的静套的内壁上形成台阶，所述台阶能限制防掉半环在轴向上向防掉螺母方向移动。
3.根据权利要求1所述的一种空气钻井用螺杆钻具传动轴总成，其特征在于：所述防掉螺母的内径大于传动轴外径，且小于下TC径向轴承的动套的内径。
4.根据权利要求1所述的一种空气钻井用螺杆钻具传动轴总成，其特征在于：所述下密封结构包括下密封体、下弹簧，所述下密封体分别与所述下TC径向轴承的动套、下TC径向轴承的静套密封接触，所述下弹簧位于下密封体与防掉螺母之间，且下弹簧在初始时为压缩状态。
5.根据权利要求4所述的一种空气钻井用螺杆钻具传动轴总成，其特征在于：所述上密封结构包括上密封体、上弹簧、旋转套，所述旋转套安装在所述转动轴外壁上，所述上密封体分别与传动轴壳体、旋转套密封接触，所述上弹簧位于上密封体、上TC径向轴承之间。
6.根据权利要求5所述的一种空气钻井用螺杆钻具传动轴总成，其特征在于：所述上密封体、下密封体的外壁上安装O型圈形成静密封，所述上密封体、下密封体的内壁上安装格莱圈形成动密封。
7.根据权利要求5所述的一种空气钻井用螺杆钻具传动轴总成，其特征在于：位于所述上弹簧处的传动轴壳体上设有注油孔，注油孔上安装丝堵。
8.根据权利要求1所述的一种空气钻井用螺杆钻具传动轴总成，其特征在于：所述下TC径向轴承的静套外壁上螺纹连接锁紧套。
9.根据权利要求1所述的一种空气钻井用螺杆钻具传动轴总成，其特征在于：所述传动轴顶部固定连接水帽。
10.根据权利要求9所述的一种空气钻井用螺杆钻具传动轴总成，其特征在于：所述传动轴壳体靠近水帽的一端外壁上设有连接螺纹。
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