專利名稱：一種油密封腔壓力平衡螺桿鉆具傳動軸總成的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于石油天然氣鉆井中的油密封螺桿鉆具傳動軸總成，特別適合于氣基流體鉆井工藝及高溫強振動的泥漿介質(zhì)深井、超深井鉆探過程使用的油密封腔壓力平衡螺桿鉆具傳動軸總成。
背景技術(shù)：
螺桿鉆具是石油鉆井或修井作業(yè)時使用的一種井下動力工具之一，而傳動軸總成是螺桿鉆具的四大主要部件之一，也是最易失效的部件之一，其作用是將馬達(dá)的輸出扭矩和轉(zhuǎn)速傳遞給鉆頭，同時承受鉆進(jìn)過程中產(chǎn)生的軸向和徑向載荷。傳動軸總成包括傳動軸、 傳動軸殼體、徑向軸承組、推力軸承組等部件。近年來國內(nèi)外油氣田的招標(biāo)作業(yè)，甲方都要求使用空氣鉆井，空氣鉆井具有大幅提高機(jī)械鉆速、有效發(fā)現(xiàn)及保護(hù)油氣層等技術(shù)優(yōu)勢，但同時它對井下鉆具特別是對螺桿鉆具提出了更高的要求。在空氣鉆井中常規(guī)的螺桿鉆具由于缺乏足夠的流體潤滑無法使用；近年來出現(xiàn)的油密封傳動軸螺桿鉆具經(jīng)過現(xiàn)場實驗亦無法較好地阻止氣基循環(huán)介質(zhì)(純氣、氣固、氣固液)的侵入，使用壽命低，通常使用40 50小時即失效，這不僅導(dǎo)致頻繁起下鉆，而且軸承卡死容易引發(fā)鉆井事故，從而帶來較大經(jīng)濟(jì)損失并大幅降低鉆井效率。目前國內(nèi)已有的傳動軸密封裝置用于深井泥漿鉆井中時，由于自身密封能力的原因，導(dǎo)致使用效果差，使用壽命短，無法滿足使用要求，這甚至限制了帶密封裝置螺桿鉆具在深井中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了提供一種密封性能好、壽命長、耐磨損及耐高溫高壓的螺桿鉆具傳動軸總成，延長螺桿鉆具傳動軸在惡劣工況下的使用壽命，特提出一種油密封腔壓力平衡螺桿鉆具傳動軸總成。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明解決此技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種油密封腔壓力平衡螺桿鉆具傳動軸總成，是由殼體、傳動軸、上密封總成、上徑向軸承組、推力軸承組、中間密封總成、下徑向軸承組、支撐套、下密封總成和下端螺紋等組成，其結(jié)構(gòu)特征是 殼體和傳動軸配合形成環(huán)空容腔；上密封總成安裝在環(huán)空容腔內(nèi)，上密封總成下面依次安裝有上徑向軸承組、推力軸承組、支撐套以及下徑向軸承組；中間密封總成安裝在下徑向軸承組上端，下密封總成安裝在下徑向軸承組下端；下端螺紋連接鉆頭。上密封總成由套筒、活塞缸體、軸承、靜密封圈、動密封圈、上密封止逆閥等組成； 套筒外表面與活塞缸體接觸，內(nèi)表面與傳動軸接觸，套筒與活塞缸體的接觸面鍍一層鉻，其厚度為0. 05 0. 20mm,以增加接觸面的防腐蝕性能和耐磨性；套筒內(nèi)孔安裝2 4組靜密封圈，與傳動軸配合形成靜密封；活塞缸體內(nèi)孔安裝有兩組動密封圈及一組軸承，與套筒配合形成動密封，外表面安裝2 4組靜密封圈，與殼體配合形成靜密封；活塞缸體內(nèi)部有上密封止逆閥，可以連通兩端的環(huán)空容腔。
中間密封總成由動密封圈、靜密封圈等組成；下徑向軸承組上端內(nèi)孔安裝動密封圈，與支撐套配合形成動密封；下徑向軸承組外表面安裝1 3組靜密封圈，與殼體配合形成靜密封；支撐套上端內(nèi)孔安裝1 2組靜密封圈，與傳動軸配合形成靜密封。下密封總成由流道、活塞腔、活塞、管塞、下密封止逆閥、動密封圈等組成；流道在下徑向軸承組內(nèi)部，連通下徑向軸承組內(nèi)的間隙及活塞腔；活塞腔內(nèi)安裝活塞，活塞腔下端端口安裝管塞；下密封總成內(nèi)部有下密封止逆閥；下密封總成內(nèi)孔安裝兩組動密封圈，與傳動軸配合形成動密封。動密封圈具有多個波形組成的流體動力潤滑邊和一條尖的、直的隔離邊；密封圈安裝到密封槽內(nèi)，波形邊與直邊同時與軸表面接觸，形成特殊的密封“唇部”。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有的有益效果是(1)本發(fā)明密封裝置接觸面靠軸承配合，具有密封性能好、壽命長、耐高溫高壓及摩擦系數(shù)小的效果；(2)密封腔兩端壓力保持平衡，保證了密封效果，使用壽命長；(3)應(yīng)用的動密封圈具有密封接觸區(qū)潤滑效果好、 密封壓力高、磨損低、扭矩小及摩擦生熱少等特點；(4)本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、成本低，可以滿足氣基流體鉆井和惡劣工況下的泥漿鉆井施工需要，可用于氣基流體鉆井和高溫強振動的泥漿介質(zhì)鉆井中。


圖1是本發(fā)明一種油密封腔壓力平衡螺桿鉆具傳動軸總成的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明傳動軸總成上密封總成的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明傳動軸總成中間密封總成的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明傳動軸總成下密封總成的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明傳動軸總成動密封圈18、動密封圈21和動密封圈四的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1.殼體，2.傳動軸，3.上密封總成，4.上徑向軸承組，5.推力軸承組，6.中間密封總成，7.下徑向軸承組，8.殼體臺肩端面，9.環(huán)空容腔，10.支撐套，11.下密封總成，12.下端螺紋，13.套筒，14.活塞缸體，15.軸承，16.靜密封圈，17.動密封圈，18.動密封圈，19.上密封止逆閥，20.靜密封圈，21.動密封圈，22.靜密封圈，23.靜密封圈，24.流道，25.活塞腔，26.活塞，27.管塞，28.下密封止逆閥，29.動密封圈，30.動密封圈，31.環(huán)空容腔。
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明一種油密封腔壓力平衡螺桿鉆具傳動軸總成，是由殼體1、傳動軸2、上密封總成3、上徑向軸承組4、推力軸承組5、中間密封總成6、下徑向軸承組7、支撐套10、下密封總成11和下端螺紋12等組成，其結(jié)構(gòu)特征是殼體1和傳動軸2配合形成環(huán)空容腔9和環(huán)空容腔31 ；上密封總成3安裝在環(huán)空容腔9和環(huán)空容腔31之間，上密封總成3下面依次安裝有上徑向軸承組4、推力軸承組5、支撐套10以及下徑向軸承組7 ；中間密封總成6安裝在下徑向軸承組7上端，下密封總成11安裝在下徑向軸承組7下端；下端螺紋12連接鉆頭。如圖2所示，上密封總成3由套筒13、活塞缸體14、軸承15、靜密封圈16、動密封圈17、上密封止逆閥19和靜密封圈20等組成；套筒13外表面與活塞缸體14接觸，內(nèi)表面與傳動軸2接觸，套筒13與活塞缸體14的接觸面鍍一層鉻，其厚度為0. 05 0. 20mm,以增加接觸面的防腐蝕性能和耐磨性；套筒13內(nèi)孔安裝2 4組靜密封圈16，與傳動軸2配合形成靜密封；活塞缸體14內(nèi)孔安裝有動密封圈17、動密封圈18和軸承15，與套筒13配合形成動密封，外表面安裝2 4組靜密封圈20，與殼體1配合形成靜密封，軸承15可以采用滾針軸承、深溝球軸承、角接觸軸承或者推力軸承；活塞缸體14內(nèi)部有上密封止逆閥19， 可以連通環(huán)空容腔9和環(huán)空容腔31 ；活塞缸體14上端為環(huán)空容腔9內(nèi)的鉆井液，下端為環(huán)空容腔31內(nèi)的潤滑油，當(dāng)活塞缸體14上下兩側(cè)有壓差時，活塞缸體14將向壓力較小的方向滑動，以保證兩側(cè)壓力平衡，活塞缸體14向上滑動靠殼體臺肩端面8限位；當(dāng)環(huán)空容腔9 內(nèi)的壓力小于環(huán)空容腔31內(nèi)的壓力時，且壓差達(dá)到上密封止逆閥19的限定值時，壓差推動上密封止逆閥19開啟，環(huán)空容腔31內(nèi)的潤滑油將從上密封止逆閥19泄露到環(huán)空容腔9內(nèi)的鉆井液中，直至活塞缸體14兩側(cè)壓差降到上密封止逆閥19的限定值以下，上密封止逆閥 19才會關(guān)閉。如圖3所示，中間密封總成6由動密封圈21、靜密封圈22和靜密封圈23組成；下徑向軸承組7上端內(nèi)孔安裝動密封圈21，與支撐套10配合形成動密封；下徑向軸承組7外表面安裝1 3組靜密封圈22，與殼體1配合形成靜密封；支撐套10上端內(nèi)孔安裝1 2 組靜密封圈23，與傳動軸2配合形成靜密封；中間密封總成6兩側(cè)均為潤滑油。如圖4所示，下密封總成11由流道對、活塞腔25、活塞沈、管塞27、下密封止逆閥觀、動密封圈四和動密封圈30等組成；流道M在下徑向軸承組7內(nèi)部，連通下徑向軸承組 7內(nèi)的間隙及活塞腔25 ；活塞腔25內(nèi)安裝活塞沈，活塞腔25下端端口安裝管塞27 ；下密封總成11內(nèi)部有下密封止逆閥觀；下密封總成11內(nèi)孔安裝動密封圈四和動密封圈30，與傳動軸2配合形成動密封；活塞腔25內(nèi)的活塞沈上端為潤滑油，下端為鉆頭噴出鉆井液，當(dāng)活塞沈上下兩側(cè)有壓差時，活塞沈?qū)⒃诨钊?5內(nèi)上下滑動，以保證兩側(cè)壓力平衡，活塞 26向下滑動靠管塞27限位；當(dāng)活塞沈上端潤滑油壓力大于下端鉆井液壓力，且壓差達(dá)到下密封止逆閥觀的限定值時，壓差推動下密封止逆閥觀開啟，密封腔內(nèi)的潤滑油將從下密封止逆閥觀泄露到鉆井液中，直至活塞沈兩側(cè)壓差降到下密封止逆閥觀的限定值以下， 下密封止逆閥觀才會關(guān)閉。上密封止逆閥19和下密封止逆閥觀有一個限定壓差值，只有密封腔潤滑油與外部鉆井液的壓差超過這個限定壓差值時，壓差才推動止逆閥開啟，而且只能是潤滑油流向鉆井液側(cè)，鉆井液不能流向潤滑油側(cè)。由于活塞缸體14上端環(huán)空容腔9內(nèi)鉆井液與鉆頭處噴出的鉆井液存在一個壓差， 因此中間密封總成6兩側(cè)承受這個壓差。如圖5所示，動密封圈18、動密封圈21和動密封圈四具有多個波形組成的流體動力潤滑邊和一條尖的、直的隔離邊；密封圈安裝到密封槽內(nèi)，波形邊與直邊同時與軸表面接觸，形成特殊的密封“唇部”;在介質(zhì)一側(cè)，波形密封邊速度分量產(chǎn)生流體動力潤滑作用，穩(wěn)定速度下使得整個密封接觸區(qū)都處于完全流體動力潤滑狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種油密封腔壓力平衡螺桿鉆具傳動軸總成，是由殼體(1)、傳動軸(2)、上密封總成(3)、上徑向軸承組(4)、推力軸承組(5)、中間密封總成(6)、下徑向軸承組(7)、支撐套 (10)、下密封總成(11)和下端螺紋(12)等組成，其結(jié)構(gòu)特征是殼體(1)和傳動軸(2)配合形成環(huán)空容腔(9)和環(huán)空容腔(31)；上密封總成(3)安裝在環(huán)空容腔(9)和環(huán)空容腔(31) 之間，上密封總成(3)下面依次安裝有上徑向軸承組(4)、推力軸承組(5)、支撐套(10)以及下徑向軸承組(7);中間密封總成(6)安裝在下徑向軸承組(7)上端，下密封總成(11)安裝在下徑向軸承組(7 )下端；下端螺紋(12)連接鉆頭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油密封腔壓力平衡螺桿鉆具傳動軸總成，其特征是上密封總成(3)由套筒(13)、活塞缸體(14)、軸承(15)、靜密封圈(16)、動密封圈(17)、上密封止逆閥(19)和靜密封圈(20)組成；套筒(13)外表面與活塞缸體(14)接觸，內(nèi)表面與傳動軸 (2)接觸，套筒(13)內(nèi)孔安裝2 4組靜密封圈(16)，與傳動軸(2)配合形成靜密封；活塞缸體(14)內(nèi)孔安裝有動密封圈(17)、動密封圈(18)和軸承(15)，外表面安裝2 4組靜密封圈(20)；活塞缸體(14)內(nèi)部有上密封止逆閥(19)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油密封腔壓力平衡螺桿鉆具傳動軸總成，其特征是中間密封總成(6)由動密封圈(21)、靜密封圈(22)和靜密封圈(23)組成；下徑向軸承組(7)上端內(nèi)孔安裝動密封圈(21)，與支撐套(10)配合形成動密封；下徑向軸承組(7)外表面安裝 1 3組靜密封圈(22)，與殼體(1)配合；支撐套(10)上端內(nèi)孔安裝1 2組靜密封圈(23)， 與傳動軸(2)配合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油密封腔壓力平衡螺桿鉆具傳動軸總成，其特征是下密封總成(11)由流道(24)、活塞腔(25)、活塞(26)、管塞(27)、下密封止逆閥(28)、動密封圈 (29)和動密封圈(30)等組成；流道(24)在下徑向軸承組(7)內(nèi)部，連通下徑向軸承組(7)內(nèi)的間隙及活塞腔(25)；活塞腔(25)內(nèi)安裝活塞(26)，活塞腔(25)下端端口安裝管塞(27)； 下密封總成(11)內(nèi)部有下密封止逆閥(28);下密封總成(11)內(nèi)孔安裝動密封圈(29)和動密封圈(30)，與傳動軸(2)配合形成動密封。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的油密封腔壓力平衡螺桿鉆具傳動軸總成的套筒，其特征是 套筒(13)與活塞缸體(14)的接觸面鍍一層鉻，其厚度為0. 05 0. 20mm,以增加接觸面的防腐蝕性能和耐磨性。
6.根據(jù)權(quán)利要求2、權(quán)利要求3和權(quán)利要求4所述的油密封腔壓力平衡螺桿鉆具傳動軸總成的動密封圈，其特征是動密封圈(18)、動密封圈(21)和動密封圈(29)具有多個波形組成的流體動力潤滑邊和一條尖的、直的隔離邊。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于石油天然氣鉆井的能夠維持油密封腔壓力平衡的螺桿鉆具傳動軸總成。其技術(shù)方案是油密封腔壓力平衡螺桿鉆具傳動軸總成包括上密封總成，中間密封總成和下密封總成等；上密封總成與中間密封總成、中間密封總成與下密封總成之間的腔室內(nèi)注滿潤滑油；上密封總成包括環(huán)空容腔、活塞缸體和上密封止逆閥等，下密封裝置包括流道、活塞腔、活塞和下密封止逆閥等；通過活塞缸體和活塞的上下滑動，以及上密封止逆閥和下密封止逆閥的開閉控制密封腔內(nèi)的壓力與外部鉆井液壓力的平衡。本發(fā)明具有密封性能好、壽命長、耐高溫高壓、摩擦系數(shù)小及結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，可用于氣體鉆井和高溫強振動的泥漿介質(zhì)鉆井中。
文檔編號F16J15/54GK102296928SQ20111026191
公開日2011年12月28日 申請日期2011年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月6日
發(fā)明者李佳南, 石昌帥, 祝效華 申請人:西南石油大學(xué)