專利名稱：一種高速渦輪鉆具渦輪節(jié)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種石油勘探領(lǐng)域、特別適于深井、定向井的高速渦輪鉆具渦輪節(jié)，屬于石油機械設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在石油勘探開采等領(lǐng)域應(yīng)用的渦輪鉆具是利用鉆井液的動能轉(zhuǎn)換成機械能，帶動鉆頭旋轉(zhuǎn)破巖的。由于早期鉆井設(shè)備水平不高，渦輪鉆具的壓降一般要求較小。隨著PDC鉆頭技術(shù)的發(fā)展，高速渦輪匹配鉆頭成為可能。為了提高渦輪的輸出性能，有必要提高渦輪的排量，從而提高鉆井液的機械能。而隨著鉆井泵提供的泵壓越來越高，以及高速渦輪鉆具的應(yīng)用，渦輪大排量導(dǎo)致了高壓降，渦輪壓降高不僅導(dǎo)致鉆井泵的負(fù)載過大，也會影響渦輪鉆具的機械效率。提高渦輪鉆具整機效率的關(guān)鍵在于降低鉆井液在渦輪鉆具中的壓力損失， 即降低渦輪壓降。渦輪壓降主要包括鉆井液經(jīng)過渦輪定、轉(zhuǎn)子造成的壓力損失和經(jīng)過流道其他部分的壓力損失。渦輪定、轉(zhuǎn)子的壓力損失和葉片的水力性能相關(guān)，而其他部分的壓力損失則與流道結(jié)構(gòu)有關(guān)?，F(xiàn)有渦輪節(jié)的流道結(jié)構(gòu)，由于過流面積變化劇烈，造成壓力損失較大，降低了渦輪鉆具的效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足而提供一種不同流道結(jié)構(gòu)的高速渦輪鉆具渦輪節(jié)，使鉆井液過流面積變化平緩，降低壓耗，提高渦輪鉆具的整機效率。本發(fā)明為解決上述提出的問題所采用的技術(shù)方案為包括有殼體，殼體內(nèi)穿裝有渦輪軸，渦輪軸上下分別連接花鍵軸和花鍵套，在渦輪軸和殼體內(nèi)腔之間的環(huán)形流道中沿軸向安設(shè)有渦輪組件和扶正軸承，在渦輪軸的下方安設(shè)軸承組，其特征在于在渦輪軸的下方軸承組的上部安設(shè)有液力平衡組件，渦輪軸開設(shè)上下貫通的中心通孔，在渦輪軸的上方開設(shè)與中心通孔連通的上徑向通孔，使中心通孔與殼體內(nèi)腔上方相連通，在渦輪軸的下方對應(yīng)于液力平衡組件開設(shè)有與中心通孔相導(dǎo)通的下徑向通孑L。按上述方案，所述的所述的渦輪組件沿軸向設(shè)置70 130級，每級渦輪組件由一對渦輪定子和渦輪轉(zhuǎn)子組成。按上述方案，所述的液力平衡組件包括殼體內(nèi)腔設(shè)置的靜環(huán)座，靜環(huán)座通過彈簧安設(shè)靜環(huán)盤，靜環(huán)盤的上端面與套裝在渦輪軸上的動環(huán)盤相配置，靜環(huán)盤的內(nèi)孔與套裝在渦輪軸上的動環(huán)隔套相配置，所述的動環(huán)盤下端面設(shè)置環(huán)槽，環(huán)槽通過連接通孔和下徑向通孔與渦輪軸的中心通孔相連通。按上述方案，所述的液力平衡組件沿軸向安設(shè)有1 4個。按上述方案，所述的上徑向通孔開設(shè)在在最上4級渦輪組件的下部。按上述方案，在花鍵套的內(nèi)腔上方與渦輪軸的連接處設(shè)置滑套閥，滑套閥開設(shè)徑
3向閥孔與花鍵套上開設(shè)的泄壓通孔相對應(yīng)，當(dāng)滑閥套處于開啟位時通過滑閥套使渦輪軸的中心通孔與環(huán)形流道的下方相導(dǎo)通。本發(fā)明的有益效果在于1、在高轉(zhuǎn)速、重載荷的工況下，通過在渦輪軸下方設(shè)置液力平衡組件和渦輪節(jié)流道的改變，使得占總流量5%左右的一小部分鉆進(jìn)液通過渦輪軸中心通孔經(jīng)液力平衡組件到達(dá)渦輪節(jié)下方，由此改善了渦輪節(jié)流道，使鉆井液過流面積變化平緩，降低渦輪鉆具的壓耗，提高渦輪鉆具的整機效率；2、由于前后壓差的降低，使得渦輪軸的軸向推力相應(yīng)減小，作用于球軸承組上的軸向推力也相應(yīng)變小，從而改善渦輪軸和球軸承組的止推受力狀況，提高了渦輪鉆具的使用壽命。3、渦輪節(jié)停止工作時，閥式花鍵套中的滑套閥處于開啟位，鉆井液從泄壓通孔流出，可起沖刷、清潔渦輪軸內(nèi)腔的作用。


圖1為本發(fā)明一個實施例的上半部分正剖視結(jié)構(gòu)圖。圖2為本發(fā)明一個實施例的下半部分正剖視結(jié)構(gòu)圖。圖3為本發(fā)明一個實施例中液力平衡組件的正剖視結(jié)構(gòu)圖。圖4為圖3中的A-A剖面圖。圖5為本發(fā)明一個實施例中液力平衡組件中靜環(huán)座的軸向視圖。圖6本發(fā)明中一個實施例中軸承座端面的軸向視圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說明。包括有管狀的殼體13，殼體的兩端分別設(shè)置具有內(nèi)錐螺紋的上接頭1和具有外錐螺紋的下接頭24，殼體內(nèi)穿裝有渦輪軸12，渦輪軸的上下端分別螺紋連接花鍵軸2和花鍵套21，在渦輪軸和殼體內(nèi)腔之間的環(huán)形流道中沿軸向安設(shè)有渦輪組件和扶正軸承9，所述的渦輪組件沿軸向安設(shè)有90級，最上的渦輪組件設(shè)置4級，最上4級渦輪組件起過濾泥漿雜質(zhì)防止上徑向通孔堵塞的作用，扶正軸承沿軸向安設(shè)2-4付，在渦輪軸上平均間隔分布； 每級渦輪組件由一對渦輪定子8和渦輪轉(zhuǎn)子7組成，渦輪定子通過上調(diào)整套4、分流隔套6 和間隙調(diào)整套11固定在殼體內(nèi)腔，渦輪轉(zhuǎn)子和扶正軸承通過上調(diào)整圈3、分流軸套5和間隙調(diào)整隔圈10固定在渦輪軸上。在渦輪軸的下方通過軸承座18安設(shè)球軸承組17，球軸承組的軸向通過動環(huán)隔套四和下調(diào)整套19固定在渦輪軸上，軸承座的上下通過靜環(huán)座25、下導(dǎo)流套15和下調(diào)整套20定位；球軸承組也可以換成金剛石滑動止推軸承組，這樣可以減小渦輪節(jié)長度，提高渦輪節(jié)的使用壽命。在球軸承組的上部安設(shè)有液力平衡組件14，所述的液力平衡組件包括殼體內(nèi)腔安設(shè)的靜環(huán)座25，靜環(huán)座內(nèi)孔通過碟形彈簧觀安設(shè)靜環(huán)盤27，靜環(huán)盤外周開設(shè)的周向定位槽，與徑向安設(shè)的定位螺釘30相配置使靜環(huán)盤周向定位，靜環(huán)盤的上端面與套裝在渦輪軸上的動環(huán)盤沈下端面相配置，靜環(huán)盤的內(nèi)孔與套裝在渦輪軸上的動環(huán)隔套四相配置，動環(huán)盤通過動環(huán)隔套壓緊，所述的動環(huán)盤下端面設(shè)置環(huán)槽，環(huán)槽通過連接通孔和下徑向通孔與渦輪軸的中心通孔相連通，所述的渦輪軸開設(shè)上下貫通的中心通孔，在渦輪軸的上方開設(shè)與中心通孔連通的上徑向通孔16，所述的上徑向通孔開設(shè)在最上4級渦輪組件的下部，上徑向通孔為2 4個，沿周向均布，套裝在渦輪軸上的分流軸套 5對應(yīng)上徑向通孔開設(shè)一圈通孔，使中心通孔與殼體內(nèi)腔上方相連通，在渦輪軸的下方對應(yīng)于液力平衡組件開設(shè)有與中心通孔相導(dǎo)通的下徑向通孔36，所述的液力平衡組件沿軸向安設(shè)有3個，每個液力平衡組件對應(yīng)一圈下徑向通孔；在靜環(huán)座25外周環(huán)形槽32兩端面的支撐筋上開設(shè)圓孔，圓孔中插入柱銷31，使上下相連的三個靜環(huán)座的環(huán)形槽和支撐筋33對中，以保持環(huán)形流道的暢通。靜環(huán)座下端軸承座結(jié)構(gòu)與靜環(huán)座相近，外周環(huán)形槽35的兩端面設(shè)置有支撐塊34，上端面的支撐塊上上開設(shè)圓孔插入柱銷31，與靜環(huán)座的下端面的連接并對中，保持軸承座環(huán)形流道的暢通。在花鍵套21的內(nèi)腔上方與渦輪軸的連接處設(shè)置滑套閥，所述的滑套閥包括花鍵套內(nèi)腔開設(shè)的閥孔，閥孔中配置滑套閥芯22，滑套閥芯下部配置回位彈簧23，通過花鍵套和渦輪軸的螺紋聯(lián)接，將滑套閥芯和回位彈簧預(yù)緊，滑套閥芯開設(shè)徑向閥孔37與花鍵套上開設(shè)的泄壓通孔38相對應(yīng)，當(dāng)滑閥套處于開啟位時通過滑套閥使渦輪軸的中心通孔與環(huán)形流道的下方相導(dǎo)通。渦輪節(jié)停止工作時，滑套閥處于開啟位，鉆井液從泄壓通孔流出，起沖刷、清潔渦輪軸內(nèi)腔的作用；渦輪節(jié)工作時，回位彈簧受壓，花鍵套上的泄壓通孔關(guān)閉。 本發(fā)明的渦輪節(jié)工作時，鉆井液經(jīng)過最上4級渦輪組件后，通過分流軸套5和渦輪軸上的孔，一部分進(jìn)入渦輪軸中心通孔，在滑閥套關(guān)閉的情況，形成高壓區(qū)；而另一部分通過下組多級渦輪組件后壓降減小形成低壓區(qū)。鉆井液通過液力平衡組件，由高壓區(qū)向低壓區(qū)泄流，一方面提高了低壓區(qū)的壓力，減小了前后壓降，另一方面產(chǎn)生與渦輪軸軸向水推力反向的推力，可以減少球軸承組止推承受的軸向負(fù)荷。渦輪節(jié)工作時，流經(jīng)渦輪軸內(nèi)中心通孔的鉆井液只占總流量的5%左右，鉆井液主要從渦輪軸與殼體間的環(huán)形流道中流動。渦輪的過流面積為A1，液力平衡組件中靜環(huán)座的環(huán)形槽面積為A2，軸承座的環(huán)形槽面積為A3。 使~ = A2 = A3,或過流面積相近，則鉆井液的過流面積變化較為平緩，壓力損失減少，可相應(yīng)地降低渦輪壓降。
權(quán)利要求
1.一種高速渦輪鉆具渦輪節(jié)，包括有殼體，殼體內(nèi)穿裝有渦輪軸，渦輪軸上下分別連接花鍵軸和花鍵套，在渦輪軸和殼體內(nèi)腔之間的環(huán)形流道中沿軸向安設(shè)有渦輪組件和扶正軸承，在渦輪軸的下方安設(shè)軸承組，其特征在于在渦輪軸的下方軸承組的上部安設(shè)有液力平衡組件，渦輪軸開設(shè)上下貫通的中心通孔，在渦輪軸的上方開設(shè)與中心通孔連通的上徑向通孔，使中心通孔與殼體內(nèi)腔上方相連通，在渦輪軸的下方對應(yīng)于液力平衡組件開設(shè)有與中心通孔相導(dǎo)通的下徑向通孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速渦輪鉆具渦輪節(jié)，其特征在于所述的渦輪組件沿軸向設(shè)置70 130級，每級渦輪組件由一對渦輪定子和渦輪轉(zhuǎn)子組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高速渦輪鉆具渦輪節(jié)，其特征在于所述的液力平衡組件包括殼體內(nèi)腔設(shè)置的靜環(huán)座，靜環(huán)座通過彈簧安設(shè)靜環(huán)盤，靜環(huán)盤的上端面與套裝在渦輪軸上的動環(huán)盤相配置，靜環(huán)盤的內(nèi)孔與套裝在渦輪軸上的動環(huán)隔套相配置，所述的動環(huán)盤下端面設(shè)置環(huán)槽，環(huán)槽通過連接通孔和下徑向通孔與渦輪軸的中心通孔相連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高速渦輪鉆具渦輪節(jié)，其特征在于所述的液力平衡組件沿軸向安設(shè)1 4個。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高速渦輪鉆具渦輪節(jié)，其特征在于所述的上徑向通孔開設(shè)在最上4級渦輪組件的下部。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高速渦輪鉆具渦輪節(jié)，其特征在于每個液力平衡組件對應(yīng)一圈下徑向通孔；在靜環(huán)座外周環(huán)形槽兩端面的搭接筋上開設(shè)圓孔，圓孔中插入柱銷，使上下相連的靜環(huán)座的環(huán)形槽和搭接筋對中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高速渦輪鉆具渦輪節(jié)，其特征在于在花鍵套的內(nèi)腔上方與渦輪軸的連接處設(shè)置滑套閥，滑套閥開設(shè)徑向閥孔與花鍵套上開設(shè)的泄壓通孔相對應(yīng)， 當(dāng)滑閥套處于開啟位時通過滑閥套使渦輪軸的中心通孔與環(huán)形流道的下方相導(dǎo)通。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高速渦輪鉆具渦輪節(jié)，其特征在于所述的滑套閥包括花鍵套內(nèi)腔開設(shè)的閥孔，閥孔中配置滑套閥芯，滑套閥芯下部配置回位彈簧，通過花鍵套和渦輪軸的螺紋聯(lián)接，將滑套閥芯和回位彈簧預(yù)緊，滑套閥芯開設(shè)徑向閥孔與花鍵套上開設(shè)的泄壓通孔相對應(yīng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高速渦輪鉆具渦輪節(jié)，其特征在于所述的軸承組為球軸承組或金剛石滑動止推軸承組。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高速渦輪鉆具渦輪節(jié)，其特征在于所述的彈簧為碟形彈簧。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種石油勘探領(lǐng)域、特別適于深井、定向井的高速渦輪鉆具渦輪節(jié)，包括有殼體，殼體內(nèi)穿裝有渦輪軸，渦輪軸上下分別連接花鍵軸和花鍵套，在渦輪軸和殼體內(nèi)腔之間的環(huán)形流道中沿軸向安設(shè)有渦輪組件和扶正軸承，在渦輪軸的下方安設(shè)軸承組，其特征在于在渦輪軸的下方軸承組的上部安設(shè)有液力平衡組件，渦輪軸開設(shè)上下貫通的中心通孔，在渦輪軸的上方開設(shè)與中心通孔連通的上徑向通孔，使中心通孔與殼體內(nèi)腔上方相連通，在渦輪軸的下方對應(yīng)于液力平衡組件開設(shè)有與中心通孔相導(dǎo)通的下徑向通孔。本發(fā)明改善了渦輪節(jié)流道，降低渦輪鉆具的壓耗，提高渦輪鉆具的整機效率；同時改善渦輪軸和球軸承組的止推受力狀況，提高了渦輪鉆具的使用壽命。
文檔編號E21B4/00GK102434110SQ201110444438
公開日2012年5月2日 申請日期2011年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月26日
發(fā)明者馮進(jìn), 葉道輝, 周思柱, 張小俊, 田紅平, 章靖 申請人:江漢石油鉆頭股份有限公司