專利名稱：一種具有高密封性能的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螺桿鉆具密封裝置，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 探過程使用的具有高密封性能的螺桿鉆具傳動軸總成。
技術(shù)背景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，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，其作用是將馬達的輸出扭矩和轉(zhuǎn)速傳遞給鉆頭。同時承受鉆 進過程中產(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、推力軸承組、水帽、下短節(jié)等部件。近年來國內(nèi)外油 氣田的招標作業(yè)，甲方都要求使用空氣鉆.井，空氣鉆井具有大幅提高 機械鉆速、有效發(fā)現(xiàn)及保護油氣層等技術(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具有密封補償功能、密封性能好、 摩擦力小、抗磨性能好、耐高溫高壓的螺桿鉆具傳動裝置，能有效防 止循環(huán)介質(zhì)如氣基流體、泥漿進入密封腔內(nèi)，延長螺桿鉆具傳動軸的 使用壽命，特提出一種具有高密封性能的螺桿鉆具傳動軸總成。為了達到上述目的，本發(fā)明解決此技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案 是 一種具有高密封性能的螺桿鉆具傳動軸總成，是由傳動軸、密封 裝置、軸承、下短節(jié)、法蘭、密封片組成，其結(jié)構(gòu)特征是刀口密封 裝置分為上下兩組， 一組下刀口密封裝置2安裝在下短節(jié)6與傳動軸l之間有螺栓連接，內(nèi)刀口法蘭14靠柔性石墨圈IO支撐，下刀口密 封片15安裝在內(nèi)刀口法蘭14與外刀口法蘭16之間；另一組上刀口 密封裝置9安裝在殼體7與水帽11之間，密封裝置9內(nèi)設(shè)置有上刀 口密封外密封片17、上刀口密封內(nèi)密封片18;兩組刀口密封裝置2、 9內(nèi)刀口密封有兩種組合，凹凸刃和兩凸刃；內(nèi)外刀口法蘭14、 16 之間、殼體7與水帽11之間均安裝有1~6層密封片；上刀口密封裝 置17和軸承組8之間安裝有石墨密封圈10;浮動環(huán)3安裝在滾針軸 承4的外部，其內(nèi)外表面分別開有兩個槽，其中裝有1 7組柔性石墨 圈10;在密封裝置2和密封裝置9之間形成密封腔，內(nèi)安裝有滾針 軸承4、徑向軸承動套5和推力軸承組8。在刀口刀刃上鍍一層銀， 其厚度為0.005mm，可提高密封裝置的使用壽命。密封片材料用不銹 鋼、鎳，硬度大，凹槽的寬度為2 4mm，槽深以不碰刀尖為度。上 刀口密封內(nèi)密封片18與水帽11之間、上刀口密封外密封片17與殼 體7之間為刀口密封，均為過盈配合。密封片15、 17、 18均能相對 于傳動軸1延軸線移動，避免刀口和槽之間硬性碰撞。傳動軸1的殼 體7上開有殼體孔12;在徑向軸承動套5與推力軸承組8之間裝有 防掉半環(huán)13。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)明在下短 節(jié)與傳動軸、水帽與殼體之間分別裝有刀口密封裝置，具有密封性能 好、壽命長、耐高溫高壓、摩擦系數(shù)小、密封補償性好的效果；(2)在 上刀口密封與浮動環(huán)之間裝有石墨密封圈，在浮動環(huán)的內(nèi)外表面的凹 槽使用了柔性石墨圈，增加了密封的安全性和實用性；(3)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)明一種具有高密封性能的螺桿鉆具傳動軸總成的結(jié) 構(gòu)示意圖。圖2是本傳動軸總成中下刀口密封裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3是本傳動軸總成中上刀口密封裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖中l(wèi).傳動軸，2.下刀口密封裝置，3.浮動環(huán)，4.滾針軸承，5. 徑向軸承動套，6.下短節(jié)，7.殼體，8.推力軸承組，9.上刀口密封裝置， IO.柔性石墨圈，ll.水帽，12.殼體孔，13防掉半環(huán)，14.內(nèi)刀口法蘭，15.下刀口密封密封片，16.外刀口法蘭，17.上刀口密封外密封片，18上刀口密封內(nèi)密封片。圖4是本發(fā)明密封裝置刀口的三種結(jié)構(gòu)形式之一密封片上產(chǎn)生 凹槽。圖5是本發(fā)明密封裝置刀口的結(jié)構(gòu)形式之二密封片上產(chǎn)生刀口 且對應(yīng)凹槽為三角形。圖6是本發(fā)明密封裝置刀口的結(jié)構(gòu)形式之三密封片上產(chǎn)生刀口且 對應(yīng)凹槽為矩形。
具體實施方式
按照圖l、圖2、圖3所示，刀口密封裝置分為上下兩組， 一組 下刀口密封裝置2安裝在下短節(jié)6與傳動軸1之間有螺栓連接，內(nèi)刀 口法蘭14靠柔性石墨圈IO支撐；另一組上刀口密封裝置9安裝在殼 體7與水帽11之間。這樣在密封裝置2和密封裝置9之間形成密封 腔，刀口密封能夠有效的防止循環(huán)介質(zhì)進入密封腔和潤滑油從腔中泄 露，從而使徑向軸承4和推力軸承組8不受循環(huán)介質(zhì)的影響，始終保 持高潤滑狀態(tài)，提高效率和延長壽命。內(nèi)外刀口法蘭14、 16之間、殼體7和水帽11之間都有1~6密封 片，防止由劇烈振動產(chǎn)生的位移對刀口產(chǎn)生破壞而致刀口失效。使用 多層密封片可使密封片上的刀口波動幅度在凹槽的寬度范圍內(nèi)。在刀 口刀刃上鍍一層銀(約0.005mm)，鍍銀層具有較好的防粘接能力和 潤滑能力，鍍銀層可提卨密封裝置的使用壽命。在上刀口密封裝置9和軸承組8之間有石墨密封圈10，以6根 柔性石墨密封圈為最佳，利用柔性石墨圈的強吸附能力和自潤滑性能 進一步加強密封性能。此外刀口密封裝置和柔性石墨圈都有自動補償 功能，刀口密封裝置通過刀口和凹槽的配合尺寸實現(xiàn)自補償，柔性石 墨通過自身熱膨脹作用實現(xiàn)自補償。圖4、圖5、圖6是發(fā)明一種具有高密封性能的螺桿鉆具傳動軸 總成密封裝置(刀口)的三種結(jié)構(gòu)形式。圖4為密封片上產(chǎn)生凹槽， 圖5為密封片上產(chǎn)生刀口且對應(yīng)凹槽為三角形，圖6為密封片上產(chǎn)生 刀口且對應(yīng)凹槽為矩形。凹槽形狀和大小視密封片材料的性能、殼體 壁厚和加工條件來選擇。
權(quán)利要求
1.一種具有高密封性能的螺桿鉆具傳動軸總成，是由傳動軸、密封裝置、軸承、下短節(jié)、法蘭、密封片組成，其特征是刀口密封裝置分為上下兩組，一組下刀口密封裝置(2)安裝在下短節(jié)(6)與傳動軸(1)之間有螺栓連接，內(nèi)刀口法蘭(14)靠柔性石墨圈(10)支撐，下刀口密封密封片(15)安裝在內(nèi)刀口法蘭(14)與外刀口法蘭(16)之間；另一組上刀口密封裝置(9)安裝在殼體(7)與水帽(11)之間，密封裝置(9)內(nèi)設(shè)置有上刀口密封外密封片(17)、上刀口密封內(nèi)密封片(18)；兩組刀口密封裝置(2)、(9)內(nèi)刀口密封有兩種組合，凹凸刃和兩凸刃；內(nèi)外刀口法蘭(14)、(16)之間、殼體(7)與水帽(11)之間均安裝有1～6層密封片；上刀口密封裝置(17)和軸承組(8)之間安裝有石墨密封圈(10)；浮動環(huán)(3)安裝在滾針軸承(4)的外部，其內(nèi)外表面分別開有兩個槽，其中裝有1～7組柔性石墨圈(10)；在密封裝置(2)、(9)之間形成密封腔，內(nèi)安裝有滾針軸承(4)、徑向軸承動套(5)和推力軸承組(8)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺桿鉆具傳動軸總成，其特征是在 刀口刀刃上鍍一層銀，其厚度在0.005mm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺桿鉆具傳動軸總成，其特征是密 封片材料用不銹鋼、鎳等，硬度大，凹槽的寬度為2-4毫米，槽深以 不碰刀尖為度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺桿鉆具傳動軸總成，其特征是上 刀口密封內(nèi)密封片(18)與水帽(11)之間、上刀口密封外密封片(17)與殼 體(7)之間為刀口密封，均為過盈配合。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺桿鉆具傳動軸總成，其特征是傳 動軸(1)的殼體(7)上開有殼體孔(12)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于石油天然氣鉆井中使用的具有高密封性能的螺桿鉆具傳動軸總成。其技術(shù)方案是刀口密封裝置分為上下兩組，一組下刀口密封裝置安裝在下短節(jié)與傳動軸之間有螺栓連接，內(nèi)刀口法蘭靠柔性石墨圈支撐；另一組上刀口密封裝置安裝在殼體與水帽間，兩組刀口之間都有1～6層密封片。在上刀口密封裝置和軸承組之間安裝有石墨密封圈，起密封和潤滑作用。浮動環(huán)安裝在滾針軸承的外部，其內(nèi)外表面分別開有兩個槽，裝有柔性石墨圈。在兩組密封裝置間形成密封腔，內(nèi)安裝有滾針軸承、徑向軸承動套和推力軸承組。本發(fā)明具有密封性能好，壽命長，耐高溫高壓，摩擦系數(shù)小的效果；結(jié)構(gòu)簡單，成本低，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E21B4/00GK101215954SQ20081004515
公開日2008年7月9日 申請日期2008年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月9日
發(fā)明者祝效華, 華 童, 賈彥杰 申請人:西南石油大學(xué)