CN218542145U - 低弯点螺杆钻具 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及低弯点螺杆钻具，包括防掉总成、马达总成、万向轴总成和传动轴总成，万向轴总成包括万向轴直壳体和短半径万向轴，短半径万向轴位于万向轴直壳体内；所述传动轴总成包括传动轴壳体和传动轴；传动轴位于传动轴壳体内，传动轴壳体上端与万向轴直壳体下端连接，传动轴上端与短半径万向轴下端连接；传动轴与传动轴壳体之间设有上TC轴承和下TC轴承，传动轴与传动轴壳体的环空内设有推力轴承组，上TC轴承位于推力轴承组上方，下TC轴承位于推力轴承组下方。本申请复合钻进时钻头摆动小，干涉小，扶正器磨损小，可提高钻井速度。

Description

低弯点螺杆钻具

技术领域

本实用新型涉及螺杆钻具技术领域，尤其涉及低弯点螺杆钻具。

背景技术

螺杆钻具（PDM drill），是一种以钻井液为动力，把液体压力能转为机械能的容积式井下动力钻具。当泥浆泵泵出的泥浆流经旁通阀进入马达，在马达的进、出口形成一定的压力差，推动转子绕定子的轴线旋转，并将转速和扭矩通过万向轴和传动轴传递给钻头，从而实现钻井作业。

螺杆钻具主要由旁通阀、液马达、万向轴和传动轴等四大总成组成。

旁通阀由阀体、阀套、阀芯及弹簧等部件组成，在压力作用下阀芯在阀套中滑动，阀芯的运动改变了液体的流向，使得旁通阀有旁通和关闭两个状态：在起、下钻作业过程中，阀套与阀体通孔未闭和，旁通阀处于旁通状态，使钻柱中泥浆绕过马达进入环空；当泥浆流量和压力达到标准设定值时，阀芯下移，关闭旁通阀孔，此时泥浆流经马达，把压力能转变成机械能。当泥浆流量值过小或停泵时，弹簧把阀芯顶起，旁通阀孔处于开启位置--处于旁通状态。

马达由定子、转子组成。定子是在钢管内壁上压注橡胶衬套而成，其内孔是具有一定几何参数的螺旋；转子是一根有硬层的螺杆。转子与定子相互啮合，用两者的导程差而形成螺旋密封腔，以完成能量转换。马达转子的螺旋线有单头和多头之分。转子的头数越少，转速越高，扭矩越小；头数越多，转速越低，扭矩越大。

万向轴的作用是将马达的行星运动转变为传动轴的定轴转动，将马达产生的扭矩及转速传递给传动轴至钻头。万向轴多采用挠轴式。

传动轴的作用是将马达的旋转动力传递给钻头，同时承受钻压所产生的轴向和径向负荷。我公司制造的钻具传动轴结构已申请国家专利，具有寿命更长、承载能力更高等诸多优点。

然而，现有螺杆钻具的钻头摆动弧度大，干涉大，造斜率高。

实用新型内容

本申请为了解决上述技术问题提供低弯点螺杆钻具。

本申请通过下述技术方案实现：

低弯点螺杆钻具，包括防掉总成、马达总成、万向轴总成和传动轴总成，万向轴总成包括万向轴直壳体和短半径万向轴，短半径万向轴位于万向轴直壳体内；所述传动轴总成包括传动轴壳体和传动轴；传动轴位于传动轴壳体内，传动轴壳体上端与万向轴直壳体下端连接，传动轴上端与短半径万向轴下端连接；

所述传动轴与传动轴壳体之间设有上TC轴承和下TC轴承；上TC轴承包括上TC轴承动圈和上TC轴承静圈，下TC轴承包括下TC轴承静圈和下TC轴承动圈；

所述传动轴与传动轴壳体的环空内设有推力轴承组，上TC轴承位于推力轴承组上方，下TC轴承位于推力轴承组下方。

特别的，所述推力轴承组下方依次设有承压套和一对半环，下TC轴承位于一对半环下方。

进一步的，隔套套在承压套和一对半环外。

可选的，传动轴外壁上有一体制造的环形凸台、第一凹槽和第二凹槽，第一凹槽位于第二凹槽上方，第一凹槽下端与环形凸台的外圆柱面上端连接，第二凹槽的上端与环形凸台的外圆柱面下端连接；

承压套套在传动轴外并与环形凸台的外圆柱面平面配合，承压套内壁有与环形凸台外圆柱面适配的内圆柱面以及与第一凹槽适配的内凸部；

所述半环上端有轴颈，轴颈伸进承压套内并抵持在承压套的内台阶上，轴颈内表面有与所述第二凹槽适配的凸部。

特别的，所述第一凹槽为弧形面凹槽，相对应的内凸部为弧形曲面。

可选的，所述传动轴下端外壁上有一体制造的外台阶，所述下TC轴承动圈下端抵持在外台阶上，下TC轴承静圈的外台阶抵持在传动轴壳体上；

所述下TC轴承动圈上端同时抵持在一对半环下端面上，下TC轴承静圈上端抵持在隔套下端，隔套和承压套上端抵持在推力轴承组下端；

所述推力轴承组上端抵持在上TC轴承动圈和上TC轴承静圈下端，上TC轴承静圈的外台阶与传动轴壳体的内台阶抵持。

进一步的，上TC轴承静圈与传动轴壳体之间设有第一O型圈，所述下TC轴承静圈与传动轴壳体之间设有第二O型圈下TC轴承动圈与传动轴之间设有第三O型圈。

可选的，所述传动轴下端面至短半径万向轴下万向节处的轴向距离为970mm-1110.2mm，短半径万向轴的上、下万向节之间的轴向距离为600mm-605mm。

特别的，所述万向轴直壳体上端面至马达总成的定子壳体下端面的轴向距离为620mm-640mm，传动轴下端面至马达总成的定子壳体下端面的轴向距离为1600mm-1700mm，马达总成的定子壳体的轴向长度为4900mm-5000mm，防掉总成的壳体的轴向长度为380mm-400mm，马达总成的定子壳体下端面至下TC轴承动圈下端的距离为1600mm-1800mm，万向轴总成与传动轴总成的长度之和为1900mm-2100mm。

与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：

本申请的传动轴与传动轴壳体之间有上TC轴承、下TC轴承和推力轴承组，摆动弧度小，可减小钻头在井眼摆动，可降低造斜率，提高钻井速度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请实施方式的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施方式的限定。

图1是实施例中低弯点螺杆钻具的结构示意图；

图2是实施例中万向轴总成和传动轴总成的结构示意图；

图3是实施例中传动轴总成的结构示意图；

图4是实施例中传动轴的结构示意图；

图5是实施例中承压套的结构示意图；

图6是实施例中一对半环相对设置时的结构示意图；

图7是实施例中隔套套在承压套和一对半环外时的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1所示，本实施例公开的低弯点螺杆钻具，包括防掉总成100、马达总成200、万向轴总成300和传动轴总成400。

马达总成200包括转子和定子。

万向轴总成300包括万向轴直壳体1和短半径万向轴2，短半径万向轴2位于万向轴直壳体1内；

传动轴总成400包括传动轴壳体4和传动轴15，传动轴15位于传动轴壳体4内，传动轴壳体4上端与万向轴直壳体1下端连接，传动轴15上端与短半径万向轴2下端连接。

传动轴15与传动轴壳体4之间设有上TC轴承和下TC轴承。

其中，上TC轴承包括上TC轴承动圈5和上TC轴承静圈6，下TC轴承包括下TC轴承静圈和下TC轴承动圈14，这是本领域的常规技术，此处不再赘述。

传动轴15与传动轴壳体4的环空内设有推力轴承组7，上TC轴承位于推力轴承组7上方，推力轴承组7下方依次设有承压套8和一对半环10，下TC轴承位于一对半环10下方。

承压套8和一对半环10套在传动轴15外，隔套9同时套在承压套8和一对半环10外。

在一种可能的设计中，如图所示，传动轴15外壁上有一体制造的环形凸台151、第一凹槽152和第二凹槽153，第一凹槽152位于第二凹槽153上方，第一凹槽152下端与环形凸台151的外圆柱面上端连接，第二凹槽153的上端与环形凸台151的外圆柱面下端连接。承压套8套在传动轴15外并与环形凸台151的外圆柱面平面配合，承压套8内壁有与环形凸台151外圆柱面适配的内圆柱面82以及与第一凹槽152适配的内凸部81。

半环10上端有轴颈101，轴颈101伸进承压套8内并抵持在承压套8的内台阶83上。轴颈101内表面有与第二凹槽153适配的凸部。内凸部81下端与内圆柱面82上端连接，内圆柱面82下端与内台阶83连接。

在一种可能的设计中，第一凹槽152为弧形面凹槽，相对应的内凸部81为弧形曲面。

传动轴15下端外壁上有一体制造的外台阶154，下TC轴承动圈14下端抵持在外台阶154上，下TC轴承动圈14上端同时抵持在一对半环10下端面上。下TC轴承静圈13的外台阶抵持在传动轴壳体4的下端面上，下TC轴承静圈13上端抵持在隔套9下端，隔套9和承压套8上端抵持在推力轴承组7下端，推力轴承组7上端抵持在上TC轴承动圈5和上TC轴承静圈6下端，上TC轴承静圈6的外台阶与传动轴壳体4的内台阶抵持。

上TC轴承静圈6与传动轴壳体4之间设有第一O型圈3，下TC轴承静圈13与传动轴壳体4之间设有第二O型圈11，下TC轴承动圈14与传动轴15之间设有第三O型圈12。

本申请的传动轴与传动轴壳体之间有上TC轴承、下TC轴承和推力轴承组，摆动弧度小，可减小钻头在井眼摆动，可降低造斜率，提高钻井速度。

如图1、图2所示，传动轴15下端面至短半径万向轴2下万向节处的轴向距离为L1，短半径万向轴2的上、下万向节之间的轴向距离为L2，万向轴直壳体1上端面至马达总成200的定子壳体下端面的轴向距离为L3，传动轴15下端面至马达总成200的定子壳体下端面的轴向距离为L4，马达总成200的定子壳体的轴向长度为L5，防掉总成100的壳体的轴向长度为L6，马达总成200的定子壳体下端面至下TC轴承动圈14下端的距离为L7，万向轴总成300与传动轴总成400的长度之和为L8。

在一种可能的设计中，L1=970mm-1110.2mm，L2=600mm-605mm，L3=620mm-640mm，L4=1600mm-1700mm，L5=4900mm-5000mm；L6=380mm-400mm，L7=1600mm-1800mm，L8=1900mm-2100mm。将螺杆钻具的弯点下移，可进一步减小摆动弧度，可进一步减小钻头在井眼摆动，减少扶正器磨损，同时因为摆动幅度小，可以把顶驱开的更高，从而提高钻井速度。

特别的，传动轴15的下端面直径为175mm，L1=985mm；L2=601.5mm-602.37mm，L3=630mm，L4=1679mm，L5=4940mm，L6=390mm，L7=1697mm，L8=1978mm。

本申请的工作原理：

钻具通过转子和定子将高压液体的能量转变成机械能。当高压液体通过钻具内孔进入钻具后，最先到达防掉总成100，然后进入马达总成200的转子与定子形成的各个密封腔，液体在各腔中的压力差推动转子沿定子的螺旋通道滚动，转子在沿自身轴线转动的同时，还绕与转子轴线平行，并与一定偏心距的定子中心线公转，这就是所谓的螺杆钻具的行星传动原理，由于转子和定子都采用反向螺旋线，因而转子绕定子轴线作逆时针转动，并以自身轴线作顺时针转动带动钻头旋转。钻具的输出扭距与高压液体流经马达的压力降成正比；输出转速与输出排量成正比。

以上的具体实施方式，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.低弯点螺杆钻具，包括防掉总成（100）、马达总成（200）、万向轴总成（300）和传动轴总成（400），其特征在于：

万向轴总成（300）包括万向轴直壳体（1）和短半径万向轴（2），短半径万向轴（2）位于万向轴直壳体（1）内；

所述传动轴总成（400）包括传动轴壳体（4）和传动轴（15），传动轴（15）位于传动轴壳体（4）内，传动轴壳体（4）上端与万向轴直壳体（1）下端连接，传动轴（15）上端与短半径万向轴（2）下端连接；

所述传动轴（15）与传动轴壳体（4）之间设有上TC轴承和下TC轴承，上TC轴承包括上TC轴承动圈（5）和上TC轴承静圈（6），下TC轴承包括下TC轴承静圈（13）和下TC轴承动圈（14）；

所述传动轴（15）与传动轴壳体（4）的环空内设有推力轴承组（7），上TC轴承位于推力轴承组（7）上方，下TC轴承位于推力轴承组（7）下方。

2.根据权利要求1所述的低弯点螺杆钻具，其特征在于：所述推力轴承组（7）下方依次设有承压套（8）和一对半环（10），下TC轴承位于一对半环（10）下方。

3.根据权利要求2所述的低弯点螺杆钻具，其特征在于：隔套（9）套在承压套（8）和一对半环（10）外。

4.根据权利要求3所述的低弯点螺杆钻具，其特征在于：传动轴（15）外壁上有一体制造的环形凸台（151）、第一凹槽（152）和第二凹槽（153），第一凹槽（152）位于第二凹槽（153）上方，第一凹槽（152）下端与环形凸台（151）的外圆柱面上端连接，第二凹槽（153）的上端与环形凸台（151）的外圆柱面下端连接；

承压套（8）套在传动轴（15）外并与环形凸台（151）的外圆柱面平面配合，承压套（8）内壁有与环形凸台（151）外圆柱面适配的内圆柱面（82）以及与第一凹槽（152）适配的内凸部（81）；

所述半环（10）上端有轴颈（101），轴颈（101）伸进承压套（8）内并抵持在承压套（8）的内台阶（83）上，轴颈（101）内表面有与所述第二凹槽（153）适配的凸部。

5.根据权利要求4所述的低弯点螺杆钻具，其特征在于：所述第一凹槽（152）为弧形面凹槽，相对应的内凸部（81）为弧形曲面。

6.根据权利要求4所述的低弯点螺杆钻具，其特征在于：所述传动轴（15）下端外壁上有一体制造的外台阶（154），所述下TC轴承动圈（14）下端抵持在外台阶（154）上，下TC轴承静圈（13）的外台阶抵持在传动轴壳体（4）上；

所述下TC轴承动圈（14）上端同时抵持在一对半环（10）下端面上，下TC轴承静圈（13）上端抵持在隔套（9）下端，隔套（9）和承压套（8）上端抵持在推力轴承组（7）下端；

所述推力轴承组（7）上端抵持在上TC轴承动圈（5）和上TC轴承静圈（6）下端，上TC轴承静圈（6）的外台阶与传动轴壳体（4）的内台阶抵持。

7.根据权利要求1或6所述的低弯点螺杆钻具，其特征在于：上TC轴承静圈（6）与传动轴壳体（4）之间设有第一O型圈（3），所述下TC轴承静圈（13）与传动轴壳体（4）之间设有第二O型圈（11），下TC轴承动圈（14）与传动轴（15）之间设有第三O型圈（12）。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的低弯点螺杆钻具，其特征在于：所述传动轴（15）下端面至短半径万向轴（2）下万向节处的轴向距离为970mm-1110.2mm，短半径万向轴（2）的上、下万向节之间的轴向距离为600mm-605mm。

9.根据权利要求8所述的低弯点螺杆钻具，其特征在于：所述传动轴（15）下端面至短半径万向轴（2）下万向节处的轴向距离为985mm，短半径万向轴（2）的上、下万向节之间的轴向距离601.5mm-602.37mm。

10.根据权利要求8所述的低弯点螺杆钻具，其特征在于：所述万向轴直壳体（1）上端面至马达总成（200）的定子壳体下端面的轴向距离为620mm-640mm，传动轴（15）下端面至马达总成（200）的定子壳体下端面的轴向距离为1600mm-1700mm，马达总成（200）的定子壳体的轴向长度为4900mm-5000mm，防掉总成（100）的壳体的轴向长度为380mm-400mm，马达总成（200）的定子壳体下端面至下TC轴承动圈（14）下端的距离为1600mm-1800mm，万向轴总成（300）与传动轴总成（400）的长度之和为1900mm-2100mm。

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