CN220415994U - 一种螺杆钻具传动轴用长寿命组合式pdc轴承 - Google Patents

Abstract

本实用新型专利涉及一种螺杆钻具传动轴用长寿命组合式PDC轴承。由静套、动套以及PDC复合片组合组成，组合式轴承静套与传动轴外壳体内表面过盈配合，轴承动套分为外套和内筒并用螺纹连接成一体，PDC复合片分为轴向复合片组合与径向复合片组合，轴向PDC复合片组合分别均匀安装在静套前端面和静套外套端面，承受钻压并轴向减阻，径向PDC复合片并均匀安装在静套内表面和动套内筒外表面，两组径向PDC复合片将表面磨削成指定形状。利用PDC复合片优异的耐磨性和力学性能，能够承受钻头钻压和轴向振动载荷的同时，简化传动轴结构、增加传动轴寿命，组合式传动轴PDC轴承转动灵活、承载能力强、结构简单、加工方便，能提高轴承组的使用寿命。

Description

一种螺杆钻具传动轴用长寿命组合式PDC轴承

技术领域

本实用新型设计一种用于石油天然气钻井或修井的组合式螺杆钻具传动轴PDC轴承。

技术背景

螺杆钻具是石油天然气钻、修井过程中广泛使用的井下动力钻具，主要包括旁通阀、马达总成、万向轴总成和传动轴总成。目前常用的传动轴总成主要包括：传动轴、传动轴壳体、推力轴承、径向轴承、防掉机构、密封圈、隔套、护套、锁紧套、下短节、偏心套等；在螺杆钻具设计过程中，会有小部分钻井液流经推力轴承和径向轴承组合进行润滑，也有选择油密封润滑的传动轴组件，能够改善传动轴的工作状态，延长其使用寿命，但同时价格昂贵且不便于现场维修；国内较好的螺杆钻具企业生产的螺杆钻具整体平均寿命在120～150小时之间，但其推力轴承承受交变或波动的轴向载荷，平均寿命在80～120小时，推力轴承组作为易损件已经成为制约螺杆钻具使用寿命的一个瓶颈问题。

目前螺杆钻具传动轴组件的推力轴承采用球轴承的结构形式，或采用向心推力球轴承、向心推力圆柱轴承和向心推力双圆台滚子轴承的组合形式，钻进过程中的高频钻压的剪切作用与钻柱轴向振动的耦合作用下，轴承滚珠容易变形、崩块、碾碎失效，经过理论研究和仿真分析发现，工作时滚珠和轴承内外圈的接触初始为线接触，后在压力作用下变为微小面接触，整体接触面积小，接触压力大，交变的高频接触压力持续作用在微小面积上容易导致滚珠和内外轴承圈产生表面变形，进而发生崩块和碾碎等失效形式。

因此研究综合性能高、寿命长、适用性强且能够简化传动轴组件的螺杆钻具轴承组已刻不容缓，以减少起下钻换件次数，帮助提高钻井效率。

实用新型内容

本实用新型的目的是：为克服现有技术的不足，特提供一种长寿命组合式传动轴PDC轴承，该轴承使用PDC复合片组合作为滑动副，承载性能好、使用寿命高、转动灵活且整体结构简单，现场适用性强。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是：

本实用新型一种螺杆钻具传动轴用长寿命组合式PDC轴承，由轴承动套外套、轴向PDC复合片组合、轴承静套、径向PDC复合片组合和动套内筒；其技术特征在于：轴向PDC复合片组合由两套24～32块PDC复合片分别安装在静套外套和静套的相邻端面，径向PDC复合片组合沿轴向均匀分布两组，每组径向PDC复合片组合由两套14～18块特殊加工PDC复合片分别嵌入静套内表面和动套内筒外表面相应位置，轴承静套外套与静套内筒通过细牙螺纹连接，轴向PDC复合片组合安装后，静套与动套外套相邻端面间隙在1～4mm，径向采用两组径向PDC组合，安装完成后静套内壁与动套内筒外壁之间的环空间隙为1～3mm。

本实用新型的有益效果是：(1)本实用新型设计的PDC轴承在保证转动灵活的基础上，大大增加了接触面接，使其具有良好的承载特性和稳定性；(2)PDC复合片具有高硬度、高耐磨性和良好导热性且有较好的抗冲击性能，能够提高传动轴的使用寿命；(3)PDC轴承其优异的性能能够简化螺杆钻具传动轴组件，加工方便，且适用泥浆作为润滑剂，现场适应性强，更换维修方便。

附图说明

图1是本实用新型一种螺杆钻具传动轴用长寿命组合式PDC轴承的结构示意图；

图2是本实用新型一种螺杆钻具传动轴用长寿命组合式PDC轴承的动套外套结构示意图；

图3是本实用新型一种螺杆钻具传动轴用长寿命组合式PDC轴承的径向PDC复合片组合配合结构示意图；

图4是本实用新型一种螺杆钻具传动轴用长寿命组合式PDC轴承的动套内筒结构示意图；

图5是本实用新型一种螺杆钻具传动轴用长寿命组合式PDC轴承的静套结构示意图；

图6是本实用新型一种螺杆钻具传动轴用长寿命组合式PDC轴承的PDC轴承传动轴内安装示意图；

图7是本实用新型一种螺杆钻具传动轴用长寿命组合式PDC轴承的另一种实例结构示意图。

图中：1.轴承动套外套，2.轴向PDC复合片组合，3.轴承静套，4.径向PDC复合片组合，5.轴承动套内筒，6.传动轴，7.传动轴外壳。

具体实施方案

本实用新型一种螺杆钻具传动轴用长寿命组合式PDC轴承由动套和静套以及安装在两者之间的径向和轴向的PDC复合片组合构成；如图1所示，PDC轴承成对反转安装使用，PDC轴承反装安装时，两对轴承静套接触互相限位，两动套内筒端面间隙配合，轴承静套动套与静套在轴向和径向之间均设置有PDC复合片组合，轴向PDC复合片组合配合后轴承动套与静套之间轴向间隙为1～4mm，径向PDC复合片组合配合后，轴承动套与静套径向间隙为1～3mm。

如图2和图5所示，轴向PDC复合片组合在轴承静套端面和轴承动套外套端面均匀分布，布齿密度为24～32齿，根据PDC复合片厂商规定，将复合片嵌入端面内，提高承载能力；如图4和图5所示，沿着轴向分布两组PDC复合片，保证轴向的同轴性，径向PDC复合片组合采用特殊加工的复合片配合，如图3所示，径向PDC复合片分为内齿和外齿，内齿和外齿均采用硬质合金基底上焊接金刚石涂层，其中内齿对金刚石涂层进行外磨成圆弧形，外齿对金刚石涂层磨削成相对应圆弧内凹面，保证传动轴转动时灵活性。

如图6所示，组合式传动轴PDC轴承安装在螺杆钻具传动轴组件时，轴承静套与传动轴外壳内表面过盈配合，平通过两端TC进行轴向限位，轴承动套与传动轴外表面过盈配和，也通过两端TC进行轴向限位，两端内外TC分别于PDC轴承动套和静套配合定位，保证PDC轴承组的轴向稳定性。

PDC复合片组相较于传动的圆柱滚子、球滚子以及圆锥滚子，有更大的接触面积，接触应力小，硬质合金优异的抗冲击性能和高硬度，保证了PDC轴承的承载性能和高寿命，径向采用两组特殊加工后的PDC复合片组，并且径向PDC复合片组具配合之后，两圆弧面配合紧密，保证传动轴灵活转动的同时，减少了扭转转动的振动作用，同时由于PDC复合片摩擦副的优异性能，使得较为简单紧凑的结构就能承载钻井过程中的轴向和径向交变载荷，从而使得螺杆钻具传动轴组件结构更为紧凑，现场更换和维修更为方便，提高了钻井效率。

Claims (3)

1.一种螺杆钻具传动轴用长寿命组合式PDC轴承，主要由轴承动套外套(1)、轴向PDC复合片组合(2)、轴承静套(3)、径向PDC复合片组合(4)和轴承动套内筒(5)组成；其特征是：轴向PDC复合片组合(2)由两套24～32块PDC复合片分别安装在轴承动套外套(1)和轴承静套(3)的相邻端面，径向PDC复合片组合(4)沿轴向均匀分布两组，每组径向PDC复合片组合(4)由两套14～18块采用烧结加工而成的PDC复合片分别嵌入静套(3)内表面和动套内筒(5)外表面相应位置，轴承动套外套(1)与轴承动套内筒(5)通过细牙螺纹连接，传动轴(6)与传动轴PDC轴承动套内筒(5)通过过盈配合连接，轴承静套(3)与传动轴外壳(7)内表面过盈配合固定，两组传动轴PDC轴承相对安装在传动轴(6)与传动轴外壳(7)环空之中。

2.根据权利要求1所述的一种螺杆钻具传动轴用长寿命组合式PDC轴承，其特征在于：轴承由轴承静套(3)、轴承动套外套(1)和轴承动套内筒(5)以及轴向PDC复合片组合(2)和径向PDC复合片组合(4)组成，轴向PDC复合片组合(2)安装后间隙在1～4mm，径向PDC复合片组合(4)安装后间隙在1～3mm。

3.根据权利要求1所述的一种螺杆钻具传动轴用长寿命组合式PDC轴承，其特征在于：轴承由轴承静套(3)、轴承动套外套(1)和轴承动套内筒(5)以及轴向PDC复合片组合(2)和径向PDC复合片组合(4)组成，轴向PDC复合片组合(2)布齿密度为24～32片，径向PDC复合片组合(4)布齿密度为14～18片。