專利名稱：渦輪鉆具支承節(jié)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種鉆井用渦輪鉆具支承節(jié)。
隨著鉆井技術(shù)的發(fā)展，在石油、天燃?xì)夂推渌V藏的勘探開發(fā)中越來越多地使用井下動(dòng)力鉆具。特別是井下渦輪鉆具與聚晶復(fù)合片金剛石鉆頭或新型三牙輪鉆頭配合使用，取得了尤為顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。渦輪鉆具支承節(jié)是渦輪鉆具的關(guān)鍵部分之一，它上部與渦輪節(jié)相聯(lián)接，下部與鉆頭相聯(lián)接。支承節(jié)的結(jié)構(gòu)、性能和壽命，直接影響著整個(gè)鉆具的使用性能和壽命。目前，國內(nèi)外渦輪鉆具支承節(jié)主要有以下三種型式1、橡膠止推軸承支承節(jié)；2、金屬球軸承支承節(jié)；3、帶減速節(jié)的球軸承支承節(jié)。其中，金屬球軸承支承節(jié)中潤滑冷卻方式又分為閉式充油潤滑冷卻和開式鉆井液潤滑冷卻兩種。上述幾種型式的支承節(jié)存在的缺點(diǎn)是1、橡膠止推軸承支承節(jié)的主要缺點(diǎn)是其橡膠——金屬軸承付在含有大量磨礪性介質(zhì)的鉆井液中工作壽命很短。另外，機(jī)械摩擦損失也很大，降低了渦輪鉆具的效率，特別是在低速時(shí)，由于摩擦阻力顯著增大，使渦輪鉆具不能穩(wěn)定工作。2、金屬球軸承支承節(jié)，對于采用開式鉆井液潤滑冷卻的型式，其主要缺點(diǎn)是金屬球軸承仍然在含有磨礪性介質(zhì)的鉆井液中工作，球軸承磨損很快，從而降低支承節(jié)的使用壽命；對于采用閉式充油潤滑冷卻型式的支承節(jié)，雖然軸承的潤滑條件得以改善，但現(xiàn)有支承節(jié)采用鉆井液從主軸中心通過而冷卻軸承的方式，這種冷卻方式存在兩大缺點(diǎn)，一方面由于主軸壁厚較厚，因而冷卻效果不好；另一方面，由于軸承組與支承節(jié)外殼接觸，因而支承節(jié)外殼的外側(cè)與井壁之間的環(huán)空中上返的高溫鉆井液(由于在深井井底溫度較高，鉆頭在切削破碎巖石時(shí)產(chǎn)生的大量熱量也將被鉆井液吸收，所以上返鉆井液溫度較高)很容易把熱量傳遞給軸承組，使軸承組的冷卻條件進(jìn)一步惡化。另外，由于密封結(jié)構(gòu)不能平衡內(nèi)外壓力及自動(dòng)補(bǔ)償密封處泄漏的潤滑油，所以鉆井液容易侵入軸承組密封腔內(nèi)；3、帶減速節(jié)球軸承支承節(jié)，只是在金屬球軸承支承節(jié)中接有減速機(jī)構(gòu)，起到降速增矩的作用，與支承節(jié)本身的結(jié)構(gòu)無關(guān)。
本實(shí)用新型的目的在于設(shè)計(jì)一種冷卻效果好，并具有潤滑油自動(dòng)補(bǔ)償裝置及鉆井液液流分離裝置的渦輪鉆具支承節(jié)。
本實(shí)用新型將現(xiàn)有技術(shù)中，鉆井液從支承節(jié)主軸中心孔通過的方式改為鉆井液從軸承組殼體與支承節(jié)外殼之間的環(huán)空通過的方式。由于軸承組殼體的壁厚比主軸中心孔的壁厚要薄，并且散熱面積也增大，所以軸承的冷卻效果得以改善。同時(shí)環(huán)空中的鉆井液還相當(dāng)于一層隔熱層，阻止上返高溫鉆井液的熱量傳入軸承組密封腔內(nèi)；在支承節(jié)主軸中心設(shè)計(jì)一個(gè)與軸承組密封腔相通的貯油孔，在貯油孔內(nèi)安裝一個(gè)潤滑油自動(dòng)補(bǔ)償裝置，通過鉆井液來平衡軸承組密封腔的內(nèi)外壓力，并使之保持動(dòng)態(tài)平衡，這樣一方面可以隨時(shí)向軸承組補(bǔ)充從密封處泄漏的少量潤滑油，延長有效潤滑時(shí)間；另一方面由于內(nèi)、外壓力平衡，可以阻止高壓鉆井液侵入軸承組密封腔內(nèi)。潤滑油自動(dòng)補(bǔ)償裝置可以是彈簧一活塞型式。為了保護(hù)軸承組的密封元件和在密封失效之后，使進(jìn)入軸承組的鉆井液固相含量減少，在軸承組的兩端裝有液流分離裝置、分離裝置將分離出的鉆井液固相顆粒送入軸承組殼體外的鉆井液中帶走。這種液流分離裝置可以是離心式的，也可以是螺旋式的。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于1、鉆井液從軸承組殼體外部環(huán)空通過，改善了軸承組的冷卻條件；2、采用內(nèi)外壓力由鉆井液進(jìn)行動(dòng)態(tài)平衡的密封充油潤滑裝置，可以自動(dòng)補(bǔ)償密封處少量潤滑油的泄漏和阻止磨礪性提質(zhì)侵入密封腔，改善了軸承的工作條件，從而延長整個(gè)支承節(jié)的使用壽命；3、采用液流分離裝置，使密封元件得以保護(hù)，即使在密封失效之后，也可以使進(jìn)入軸承組的鉆井液固相含量大為減少，因而可以延長密封元件及軸承的壽命。4、本實(shí)用新型易損件少，便于制造、組裝和檢修。
實(shí)施例鉆井液流道由支承節(jié)外殼(9)和軸承組殼體(4)之間的環(huán)空形成。由于軸承組殼體(4)的壁厚比支承節(jié)主軸(14)的壁厚要薄，而且散熱面積增大，環(huán)空中的鉆井液還相當(dāng)于一層隔熱層，所以軸承組的冷卻條件得以改善；在支承節(jié)主軸(14)中心鉆有貯油孔與軸承組密封腔相通，貯油孔內(nèi)安裝有帶密封圈(16)的壓力補(bǔ)償活塞(17)，活塞上部裝彈簧(13)，彈簧由中心鉆有小孔的絲堵(12)壓住。在渦輪鉆具工作時(shí)，流入支承節(jié)內(nèi)的高壓鉆井液通過下聯(lián)軸套(11)上的小孔進(jìn)入支承節(jié)主軸上端，由絲堵(11)上的小孔流入貯油孔內(nèi)，推動(dòng)壓力補(bǔ)償活塞(17)移動(dòng)，使密封腔內(nèi)的壓力與密封處外部的鉆井液相平衡。如果增大壓力補(bǔ)償活塞(17)上部的彈簧(13)剛度，可使密封腔內(nèi)的潤滑油壓力高于鉆井液壓力。因此在支承節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)少量的潤滑油只能從密封腔內(nèi)部向外部泄漏，阻止了磨礪性介質(zhì)侵入密封腔內(nèi)；支承節(jié)的密封結(jié)構(gòu)由內(nèi)環(huán)(19)外環(huán)(1)和液流分離裝置(18)組成，在內(nèi)環(huán)與外環(huán)之間裝有兩道“O”型密封圈(20)以密封軸承組殼體內(nèi)的潤滑油，數(shù)道Y型(或U型、或J型)帶有唇邊的橡膠密封圈(2)密封外部的鉆井液。Y型橡膠密封圈(2)固定在內(nèi)環(huán)(19)上與主軸(14)同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)密封面是由外環(huán)(1)內(nèi)壁與Y型橡膠圈(2)的外唇邊形成的，因?yàn)橄鹉z是熱的不良導(dǎo)體，所以旋轉(zhuǎn)密封處產(chǎn)生的熱量絕大部分傳給外環(huán)(1)，而外環(huán)的壁很薄，并直接和鉆井液接觸，因而其冷卻效果非常好。同時(shí)，內(nèi)環(huán)(19)和軸承組殼體(4)上端的液流分離裝置(18)之間形成一個(gè)迷宮結(jié)構(gòu)(同樣下部內(nèi)環(huán)(33)和軸承組殼體(4)下端的下部液流分離裝置(34)之間也形成一個(gè)迷宮結(jié)構(gòu))，旋轉(zhuǎn)的液流分離裝置(18)使進(jìn)入迷宮的鉆井液靠離心力將固相顆粒分離出來，由軸承組殼體(4)上部的小孔進(jìn)入軸承組殼體外部，環(huán)空中高速流動(dòng)的鉆井液將其帶走。這樣一方面可以保護(hù)密封元件，另一方面在密封失效之后，進(jìn)入軸承組密封腔內(nèi)的鉆井液的固相含量也會(huì)大量減少。


圖1為實(shí)施例半剖視圖；圖2為實(shí)施例從A-A斷開后的上半部半剖視圖；圖3為實(shí)施例從A-A斷開后的下半部半剖視圖；圖4為實(shí)施例B-B剖面圖。
在圖2中包括外環(huán)(1)，Y型橡膠密封圈(2)、壓環(huán)(3)、軸承組殼體(4)、軸頭螺帽(5)、緊箍(6)、保險(xiǎn)螺母(7)、調(diào)整墊圈(8)、支承節(jié)外殼(9)、上聯(lián)軸套(10)、下聯(lián)軸套(11)、絲堵(12)、彈簧(13)、支承節(jié)主軸(14)、排氣閥(15)、“O”型密封圈(16)、壓力補(bǔ)償活塞(17)、液流分離裝置(18)、內(nèi)環(huán)(19)、“O”型密封圈(20)、軸承內(nèi)襯環(huán)(21)。其中支承節(jié)外殼(9)與上部的渦輪組外殼聯(lián)接；上軸套(10)上部聯(lián)接渦輪組主軸，下部通過花鍵與下連軸套(11)聯(lián)接；下連軸套(11)下部通過螺紋與支承節(jié)主軸(14)聯(lián)接。
在圖3中，包括橡膠軸承襯套(22)、下軸承殼(23)、撐套(24)、軸承組壓蓋(25)、軸承外隔環(huán)(26)、橡膠減振墊(27)、長軸套(28)、長軸套隔套(29)、軸向力承力盤(30)、軸承(31)、軸承套(32)、軸承下端內(nèi)環(huán)(33)、液流分離裝置(34)、接頭(35)、下部外環(huán)(36)。其中接頭(35)上部和支承節(jié)主軸(14)聯(lián)接，下部和鉆頭聯(lián)接。
在圖4中，(4)為軸承組殼體，(9)為支承節(jié)外殼，(14)為支承節(jié)主軸、(28)為長軸套、(29)為長軸套隔套。
權(quán)利要求1.一種鉆井用渦輪鉆具支承節(jié)，特別是閉式充油潤滑球軸承支承節(jié)，它主要由支承節(jié)外殼(9)，支承節(jié)主軸(14)及一組軸承組成，其特征在于a、鉆井液流道由支承節(jié)外殼(9)和軸承組殼體(4)之間的環(huán)空形成；b、支承節(jié)主軸(14)中心有貯油孔及潤滑油自動(dòng)補(bǔ)償裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪鉆具支承節(jié)，其特征在于軸承組的上、下兩端密封處外面分別具有液流分離裝置；
3.根據(jù)要求2所述的液流分離裝置可以是離心式的，也可以是螺旋式的；
4.根據(jù)要求1所述的潤滑油自動(dòng)補(bǔ)償裝置，其特征在于補(bǔ)償裝置由彈簧(13)、壓力補(bǔ)償活塞(17)組成，并由鉆井液平衡內(nèi)外壓力。
專利摘要一種鉆井用渦輪鉆具支承節(jié)。該支承節(jié)采用鉆井液平衡內(nèi)外壓力的全密封充油潤滑裝置，能自動(dòng)補(bǔ)償密封處泄漏的潤滑油。鉆井液由軸承組殼體的外部環(huán)空流過，從而對軸承組進(jìn)行有效的冷卻。在軸承組的上下密封處外面分別具有液流分離裝置，以保護(hù)密封元件和在密封失效之后減少進(jìn)入密封腔的固相含量，從而提高軸承的壽命。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)緊湊、便于制造、組裝和檢修。
文檔編號E21B17/10GK2048106SQ8821788
公開日1989年11月22日 申請日期1988年12月18日 優(yōu)先權(quán)日1988年12月18日
發(fā)明者趙建新 申請人:新疆石油局鉆井工藝研究所