CN207701078U - 一种脉冲螺杆 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种脉冲螺杆，该脉冲螺杆包括防掉转换总成、马达总成、脉冲万向轴总成和传动轴总成，所述防掉转换总成包括防掉转换接头、防掉盘和防掉连杆，防掉转换接头内部设有防掉盘，防掉连杆的上端套入防掉盘中并通过备紧螺母固定，防掉连杆的另一端与马达总成的转子上端连接。本实用新型结构简单，安全可靠，不仅能够通过马达总成增大输出扭矩和转速，而且还能通过脉冲万向轴总成提高螺杆钻具冲击钻井能力，有效提高了钻井效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种脉冲螺杆，属于钻井技术领域。
背景技术
目前，国内油气勘探、开发正向深部地层发展，出现坚硬不易破碎的地层越来越多，井深的增大造成的钻头直径大、井段长，机械钻速慢等问题一直影响着整个井的施工进程和钻井成本。因此，寻找新的、高效的破岩技术，对进一步提高这些区域的钻井速度、降低钻井成本、缩短勘探开发周期具有重要意义。现场实践和室内试验研究均表明，如果对钻头施加适当的周期性冲击作用力，将有助于提高钻头的破岩钻进效率，因此脉冲振动钻井技术是当前国内外钻井工程界研究的一个热点，也有望成为今后提高深井机械钻速的一个重要手段。但当前的脉冲钻具结构趋于复杂，制造成本上升，而且系统稳定性较差，使用寿命较短。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，提供一种结构简单、安全可靠、制作成本低、工作稳定、使用寿命长的脉冲螺杆，该螺杆在常规螺杆钻具钻进的基础上增加水力脉冲喷射和轴向高频冲击的功能，进而提高螺杆钻具冲击钻井能力。
本实用新型的技术方案：一种脉冲螺杆，包括防掉转换总成、马达总成、脉冲万向轴总成和传动轴总成；
所述防掉转换总成包括防掉转换接头、防掉盘和防掉连杆，防掉转换接头内部设有防掉盘，防掉连杆的上端套入防掉盘中并通过备紧螺母固定，防掉连杆的另一端与马达总成的转子上端连接；
所述马达总成包括定子以及安装在定子内的转子，转子可在定子内旋转，转子的下端与脉冲万向轴总成的上球铰接头固定连接，在定子的内壁上挂有橡胶套，在橡胶套的内壁上设置有内螺旋结构，在转子的外壁上设置有与橡胶套上的内螺旋结构匹配的外螺旋结构；
所述脉冲万向轴总成包括万向轴外筒以及安装在万向轴外筒内部的上球铰接头、传动球、半环、锁紧套、橡胶密封套、球铰连杆和下球铰接头，所述球铰连杆的上、下两端分别经传动球与上球铰接头和下球铰接头传动连接；上球铰接头与马达总成连接，下球铰接头与传动轴总成连接；球铰连杆与传动球的连接处设有一对对称的半环，一对对称的半环外设有橡胶密封套，橡胶密封套经锁紧套与上球铰接头或下球铰接头螺纹连接；在下球铰接头的侧壁上均布有3个或者3个以上与下球铰接头内腔连通的喷射孔，在万向轴外筒的内壁上镶嵌有脉冲阀套，脉冲阀套的一端遮挡在喷射孔的口部上，在脉冲阀套上端的圆周上均匀地设置与喷射孔数量对应的弧形缺口；
所述传动轴总成包括传动轴外筒以及设置在传动轴外筒内的上TC轴承动圈、上TC轴承静圈、串轴承、隔套、承压套、防掉半环、下TC轴承静圈、下TC轴承动圈以及传动轴，所述传动轴上端与下球铰接头连接，传动轴的下端可直接连接钻头；在传动轴上部外壁上套有上TC轴承动圈，在上TC轴承动圈的外壁上套有上TC轴承静圈，在传动轴的中部外壁上套有串轴承，在传动轴的下部外壁上套有下TC轴承动圈，在下TC轴承动圈的外壁上套有下TC轴承静圈，在下TC轴承动圈的上端与串轴承的下端之间设置有防掉半环和承压套，在防掉半环和承压套的外壁上套有隔套。
进一步，所述定子与转子的头数比为：3:4、4:5、5:6、7:8或9:10，级数为：5～8。
进一步，所述球铰连杆上下两端的球头圆周上设置有内凹的椭圆形内球面，椭圆形的传动球安装在内球面中。
进一步，所述喷射孔的中心线与下球铰接头的轴心线之间的夹角为60～90°。
进一步，所述上TC轴承动圈上端内孔设计有一个内台阶孔，在下球铰接头的下端设置有与内台阶孔配合的外台阶，下球铰接头上的外台阶嵌入上TC轴承动圈上的内台阶孔安装。
由于采用上述技术方案，本实用新型的优点在于：本实用新型在脉冲万向轴总成的下球铰接头的侧壁上均布有多个与下球铰接头内腔连通的喷射孔，并在万向轴外筒的内壁上镶嵌脉冲阀套，并使脉冲阀套遮挡在喷射孔的口部上，然后在脉冲阀套上端的圆周上均匀地设置与喷射孔数量对应的弧形缺口，从而利用万向节的转动与脉冲阀套的弧形缺口之间形成流道面积差变化，从而使得螺杆内产生一个脉冲压差，此脉冲压差不仅可使钻头喷嘴产生脉冲喷射，达到更好的破岩效果，而且脉冲压差给予传动轴一个脉冲推力，此推力高频的作用于井底，达到更好的破岩效果，从而提高螺杆钻具冲击钻井能力；而且万向部件密封在润滑油中的长寿命设计，即传动轴上的串轴承和TC轴承属于开放式润滑，串轴承能够承受较大钻压。因此，本实用新型结构简单，安全可靠，不仅能够通过马达总成增大输出扭矩和转速，而且还能通过脉冲万向轴总成提高螺杆钻具冲击钻井能力，有效提高了钻井效率。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为防掉转换总成的结构示意图；
图3为马达总成的结构示意图；
图4为图3的B-B截面图；
图5为脉冲万向轴总成结构示意图；
图6为脉冲阀套的结构示意图；
图7为图6的A-A截面图；
图8为传动轴总成的结构示意图。
附图标记说明：1-防掉转换总成，2-马达总成，3-脉冲万向轴总成，4-传动轴总成；1-1-防掉转换接头，1-2-防掉螺母，1-3-防掉盘，1-4-防掉连杆；2-1-定子，2-2-转子；3-1-万向轴外筒，3-2-上球铰接头，3-3-传动球，3-4-半环，3-5-锁紧套，3-6-密封套，3-7-球铰连杆，3-8-脉冲阀套，3-9-弧形缺口，3-10-喷射孔，3-11-下球铰接头，3-12-外台阶；4-1-上TC轴承动圈，4-2-上TC轴承静圈，4-3-传动轴外筒，4-4-串轴承，4-5-隔套，4-6-承压套，4-7-防掉半环，4-8-下TC轴承静圈，4-9-下TC轴承动圈，4-10-传动轴，4-11-内台阶孔。
具体实施方式
为了使本实用新型目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图以及实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
本实用新型的实施例：脉冲螺杆的结构示意图如图1所示，包括防掉转换总成1、马达总成2、脉冲万向轴总成3和传动轴总成4。
参见图2，所述防掉转换总成1包括防掉转换接头1-1、防掉盘1-3和防掉连杆1-4，防掉转换接头1-1内部设有防掉盘1-3，防掉连杆1-4的上端套入防掉盘1-3中并通过备紧螺母1-2固定，防掉连杆1-4的另一端与马达总成2的转子2-2上端连接；
防掉转换总成1的工作原理：防掉转换接头1-1上端连接钻柱，防掉连杆1-4下端连接转子2-2，即使在钻具外筒断裂后，转子2-2上端连接的防掉盘1-3仍然悬挂在防掉转换接头1-1内台阶上。防掉盘1-3内孔设计成内四方形孔，套在有外四方的防掉连杆1-4上，并被备紧螺母1-2锁紧在防掉连杆1-4上，当防掉转换总成1启动时，不论防掉盘1-3受到正向或反向旋转扭矩时，其扭矩都不会传递给备紧螺母1-2，所以备紧螺母1-2不会退扣，防掉启动就会更加可靠，并关闭钻具内泥浆通道，井口压力升高预警，即实现了钻具外防掉。
参见图3及图4，所述马达总成2包括定子2-1以及安装在定子2-1内的转子2-2，转子2-2可在定子2-1内旋转，转子2-2的下端与脉冲万向轴总成3的上球铰接头3-2固定连接，在定子2-1的内壁上挂有橡胶套2-3，在橡胶套2-3的内壁上设置有内螺旋结构，在转子2-2的外壁上设置有与橡胶套2-3上的内螺旋结构匹配的外螺旋结构，且定子2-1与转子2-2的头数比为：9:10，级数为：8。
马达总成2的工作原理：马达总成2是一个能量转化装置，通过泥浆压力驱动外螺旋形的转子2-2在内螺旋形的定子2-1内旋转，并将定子2-1和转子2-2啮合所形成的封闭螺旋密封腔不断向下移动，能够实现钻具内高压泥浆钻井液液压能转化成驱动钻头旋转所需的机械能，是市场上推广运用最多的结构形式。
参见图5～7，所述脉冲万向轴总成3包括万向轴外筒3-1以及安装在万向轴外筒3-1内部的上球铰接头3-2、传动球3-3、半环3-4、锁紧套3-5、橡胶密封套3-6、球铰连杆3-7和下球铰接头3-11，所述球铰连杆3-7的上、下两端分别经传动球3-3与上球铰接头3-2和下球铰接头3-11传动连接；上球铰接头3-2与马达总成2连接，下球铰接头3-11与传动轴总成4连接；球铰连杆3-7与传动球3-3的连接处设有一对对称的半环3-4，一对对称的半环3-4外设有橡胶密封套3-6，橡胶密封套3-6经锁紧套3-5与上球铰接头3-2或下球铰接头3-11螺纹连接；在下球铰接头3-11的侧壁上均布有3个或者3个以上与下球铰接头3-11内腔连通的喷射孔3-10，在万向轴外筒3-1的内壁上镶嵌有脉冲阀套3-8，脉冲阀套3-8的一端遮挡在喷射孔3-10的口部上，在脉冲阀套3-8上端的圆周上均匀地设置与喷射孔3-10数量对应的弧形缺口3-9。所述球铰连杆3-7上下两端的球头圆周上设置有内凹的椭圆形内球面，椭圆形的传动球3-3安装在内球面中。所述喷射孔3-10的中心线与下球铰接头3-11的轴心线之间的夹角为60～90°。
脉冲万向轴总成3的工作原理：脉冲万向轴总成3具有万向功能和传递扭矩功能，且传动球3-3与球铰连杆3-7的连接处通过橡胶密封套3-6密封形成润滑油腔，从而球铰连杆3-7的两端始终在上下油腔中工作，大大增加了润滑性能、大大减少摩擦阻力、从而延长了万向节的使用寿命为原结构的1倍到1.5倍，大大提高了经济效益。其中传动球3-3有上下两组，设计成椭圆形，起传递扭矩的作用，并加大了传递扭矩的能力，从而提高了传动的可靠性和寿命。所述球铰连杆3-7将常规结构的承压球、球座和球铰连杆合为一体，且球铰连杆3-7的上下两端球面与上球铰接头3-2和下球铰接头3-11接触的内孔中直接加工成内球面，简化了结构，提高了脉冲万向轴总成3抗轴向压力和抗旋转的离心力的能力，有效提高了传动的可靠性和工作寿命；球铰连杆3-7、传动球3-3、上球铰接头3-2及下球铰接头3-11四者是脉冲万向轴总成3的核心传动受力件，其性能和寿命决定了该总成的性能和寿命。同时，在下球铰接头3-11的侧壁上均布有6个与下球铰接头3-11内腔连通的喷射孔3-10，并在万向轴外筒3-1的内壁上镶嵌脉冲阀套3-8，并使脉冲阀套3-8遮挡在喷射孔3-10的口部上，然后在脉冲阀套3-8上端的圆周上均匀地设置与喷射孔3-10数量对应的弧形缺口3-9，从而利用万向节的转动与脉冲阀套的弧形缺口3-9之间形成流道面积差变化，从而使得螺杆内产生一个脉冲压差，此脉冲压差不仅可使钻头喷嘴产生脉冲喷射，达到更好的破岩效果，而且脉冲压差给予传动轴4-10一个脉冲推力，此推力高频的作用于井底，达到更好的破岩效果，从而提高螺杆钻具冲击钻井能力。
参见图8，所述传动轴总成4包括传动轴外筒4-3以及设置在传动轴外筒4-3内的上TC轴承动圈4-1、上TC轴承静圈4-2、串轴承4-4、隔套4-5、承压套4-6、防掉半环4-7、下TC轴承静圈4-8、下TC轴承动圈4-9以及传动轴4-10，所述传动轴4-10上端与下球铰接头3-11连接，传动轴4-10的下端可直接连接钻头；在传动轴4-10上部外壁上套有上TC轴承动圈4-1，在上TC轴承动圈4-1的外壁上套有上TC轴承静圈4-2，在传动轴4-10的中部外壁上套有串轴承4-4，在传动轴4-10的下部外壁上套有下TC轴承动圈4-9，在下TC轴承动圈4-9的外壁上套有下TC轴承静圈4-8，在下TC轴承动圈4-9的上端与串轴承4-4的下端之间设置有防掉半环4-7和承压套4-6，在防掉半环4-7和承压套4-6的外壁上套有隔套4-5。
传动轴总成4的工作原理：所述传动轴总成4起到传递钻压和扭矩的作用。其中上TC轴承动圈4-1上端内孔设计有一个内台阶孔4-11，下球铰接头3-11上的外台阶3-12嵌入上TC轴承动圈4-1上的内台阶孔4-11安装，由于下球铰接头3-11对应的外台阶3-12包住，将吸收了万向节转动时的一部分偏心力，从而一定程度上减少了传动轴4-10的挠动变形，保护了传动轴4-10不被甩断。
综上所述，本实用新型通过对螺杆钻具中的马达总成2和脉冲万向轴总成3的改进，使之具有水力脉冲喷射和轴向高频冲击的功能，从而提高螺杆钻具的冲击钻井能力；其中马达总成2的定子2-1和转子2-2采用螺旋结构配合，从而延长了马达总成2的导程以及增加了马达总成2的级数和定转子的头数，同时提高泥浆泵系统的排量，这样便可增大马达总成2的输出扭矩和转速；同时在脉冲万向轴总成3的下球铰接头3-11的侧壁上均布有3个或者3个以上与下球铰接头3-11内腔连通的喷射孔3-10，并在万向轴外筒3-1的内壁上镶嵌脉冲阀套3-8，并使脉冲阀套3-8遮挡在喷射孔3-10的口部上，然后在脉冲阀套3-8上端的圆周上均匀地设置与喷射孔3-10数量对应的弧形缺口3-9，从而利用万向节的转动与脉冲阀套的弧形缺口3-9之间形成流道面积差变化，从而使得螺杆内产生一个脉冲压差，此脉冲压差不仅可使钻头喷嘴产生脉冲喷射，达到更好的破岩效果，而且脉冲压差给予传动轴4-10一个脉冲推力，此推力高频的作用于井底，达到更好的破岩效果，从而提高螺杆钻具冲击钻井能力。
Claims (5)
1.一种脉冲螺杆，包括防掉转换总成(1)、马达总成(2)、脉冲万向轴总成(3)和传动轴总成(4)，其特征在于：
所述防掉转换总成(1)包括防掉转换接头(1-1)、防掉盘(1-3)和防掉连杆(1-4)，防掉转换接头(1-1)内部设有防掉盘(1-3)，防掉连杆(1-4)的上端套入防掉盘(1-3)中并通过备紧螺母(1-2)固定，防掉连杆(1-4)的另一端与马达总成(2)的转子(2-2)上端连接；
所述马达总成(2)包括定子(2-1)以及安装在定子(2-1)内的转子(2-2)，转子(2-2)可在定子(2-1)内旋转，转子(2-2)的下端与脉冲万向轴总成(3)的上球铰接头(3-2)固定连接，在定子(2-1)的内壁上挂有橡胶套(2-3)，在橡胶套(2-3)的内壁上设置有内螺旋结构，在转子(2-2)的外壁上设置有与橡胶套(2-3)上的内螺旋结构匹配的外螺旋结构；
所述脉冲万向轴总成(3)包括万向轴外筒(3-1)以及安装在万向轴外筒(3-1)内部的上球铰接头(3-2)、传动球(3-3)、半环(3-4)、锁紧套(3-5)、橡胶密封套(3-6)、球铰连杆(3-7)和下球铰接头(3-11)，所述球铰连杆(3-7)的上、下两端分别经传动球(3-3)与上球铰接头(3-2)和下球铰接头(3-11)传动连接；上球铰接头(3-2)与马达总成(2)连接，下球铰接头(3-11)与传动轴总成(4)连接；球铰连杆(3-7)与传动球(3-3)的连接处设有一对对称的半环(3-4)，一对对称的半环(3-4)外设有橡胶密封套(3-6)，橡胶密封套(3-6)经锁紧套(3-5)与上球铰接头(3-2)或下球铰接头(3-11)螺纹连接；在下球铰接头(3-11)的侧壁上均布有3个或者3个以上与下球铰接头(3-11)内腔连通的喷射孔(3-10)，在万向轴外筒(3-1)的内壁上镶嵌有脉冲阀套(3-8)，脉冲阀套(3-8)的一端遮挡在喷射孔(3-10)的口部上，在脉冲阀套3-8上端的圆周上均匀地设置与喷射孔(3-10)数量对应的弧形缺口(3-9)；
所述传动轴总成(4)包括传动轴外筒(4-3)以及设置在传动轴外筒(4-3)内的上TC轴承动圈(4-1)、上TC轴承静圈(4-2)、串轴承(4-4)、隔套(4-5)、承压套(4-6)、防掉半环(4-7)、下TC轴承静圈(4-8)、下TC轴承动圈(4-9)以及传动轴(4-10)，所述传动轴(4-10)上端与下球铰接头(3-11)连接，传动轴(4-10)的下端可直接连接钻头；在传动轴(4-10)上部外壁上套有上TC轴承动圈(4-1)，在上TC轴承动圈(4-1)的外壁上套有上TC轴承静圈(4-2)，在传动轴(4-10)的中部外壁上套有串轴承(4-4)，在传动轴(4-10)的下部外壁上套有下TC轴承动圈(4-9)，在下TC轴承动圈(4-9)的外壁上套有下TC轴承静圈(4-8)，在下TC轴承动圈(4-9)的上端与串轴承(4-4)的下端之间设置有防掉半环(4-7)和承压套(4-6)，在防掉半环(4-7)和承压套(4-6)的外壁上套有隔套(4-5)。
2.根据权利要求1所述的脉冲螺杆，其特征在于：所述定子(2-1)与转子(2-2)的头数比为：3:4、4:5、5:6、7:8或9:10，级数为：5～8。
3.根据权利要求1所述的脉冲螺杆，其特征在于：所述球铰连杆(3-7)上下两端的球头圆周上设置有内凹的椭圆形内球面，椭圆形的传动球(3-3)安装在内球面中。
4.根据权利要求1所述的脉冲螺杆，其特征在于：所述喷射孔(3-10)的中心线与下球铰接头(3-11)的轴心线之间的夹角为60～90°。
5.根据权利要求1所述的脉冲螺杆，其特征在于：所述上TC轴承动圈(4-1)上端内孔设计有一个内台阶孔(4-11)，在下球铰接头(3-11)的下端设置有与内台阶孔(4-11)配合的外台阶(3-12)，下球铰接头(3-11)上的外台阶(3-12)嵌入上TC轴承动圈(4-1)上的内台阶孔(4-11)安装。
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Cited By (3)
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| CN108035679A (zh) * | 2017-12-30 | 2018-05-15 | 贵州高峰石油机械股份有限公司 | 一种提高螺杆钻具冲击钻井能力的方法及脉冲螺杆 |
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| GR01 | Patent grant | ||
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