由多级PDC轴承串联形成的涡轮钻具制造技术

技术编号:19005437 阅读:35 留言:0更新日期:2018-09-22 07:00
本发明专利技术属于钻具设备技术领域,尤其涉及一种由多级PDC轴承串联形成的涡轮钻具。该种涡轮钻具能够适应高转速以及大轴向载荷的需求,并且具有便于拆装检修的优点。一种由多级PDC轴承串联形成的涡轮钻具,包括有涡轮节、轴承节以及中间节;涡轮节包括有涡轮节壳体、涡轮轴、涡轮节定子、涡轮节转子;轴承节包括有轴承节壳体、轴承节传动轴、多级PDC轴承组件、径向轴承组件;中间节包括有中间节壳体、隔环、复合接头。

Turbodrill formed by series PDC bearings in series

The invention belongs to the technical field of drilling equipment, in particular to a Turbodrill formed by a multi-stage PDC bearing in series. The turbodrill can meet the requirements of high rotational speed and large axial load, and has the advantages of easy disassembly and maintenance. The utility model relates to a Turbodrill formed by a multi-stage PDC bearing in series, which comprises a turbine joint, a bearing section and an intermediate section; a turbine section comprises a turbine joint shell, a turbine shaft, a turbine node stator, and a turbine node rotor; a bearing section comprises a bearing section shell, a bearing section transmission shaft, a multi-stage PDC bearing assembly, and a radial bearing assembly; and a middle section. It includes an intermediate joint shell, a spacer ring and a composite joint.

【技术实现步骤摘要】
由多级PDC轴承串联形成的涡轮钻具
本专利技术属于钻具设备
,尤其涉及一种由多级PDC轴承串联形成的涡轮钻具。
技术介绍
随着油气开发进程发展的深入,深井、超深井在钻井作业中所占比例逐渐增大。井深的增加会使得井下地质结构更加复杂,工作条件更为恶劣。现有钻井工艺中,技术人员通常会选用涡轮钻具或者螺杆钻具作为驱动钻头的井下动力马达,涡轮钻具的优势在于其拥有良好的机械特性、单次使用时间长等特点;问题则是现有的涡轮钻具多采用滚珠轴承作为推力轴承;由于涡轮钻具转速较高,容易造成早期损坏。举例而言,申请号为201110101931.7的专利(专利技术名称:用于涡轮钻具的径向滑动轴承)提供了一种用于涡轮钻具的径向滑动轴承,包括钢质静环和钢质动环,所述静环套装在所述动环的外部,在所述静环的内表面镶嵌硬质合金,在动环的外表面镶嵌硬质合金,形成具有较强承受径向力的轴承;然而上述内容中没有提及到承受轴向力的轴承。申请号为201420632562.3的专利(专利技术名称:带有PDC止推轴承的涡轮钻具支承节)提供了一种带有单级的PDC止推轴承节,较滚珠轴承的推力轴承耐磨、耐压方面有所提高;但是由于其中仅有一组PDC轴承承载轴向载荷,势必导致单节PDC轴承存在抗振动能力差、处理突变载荷能力差所导致的早期损坏等问题。申请号为201510594536.5的专利(专利技术名称:螺杆钻具耐力合金组合轴承)提供了一种螺杆钻具耐力合金组合轴承,采用了两组单级组合的轴向轴承,这两组轴向轴承之间相隔冷却水腔,两组轴向轴承之间分别独立而不是串联在一起。相对于螺杆钻具,涡轮钻具工作过程中产生的轴向力较大,因此上述两组分别独立安装的轴向轴承并不适合于涡轮钻具中使用。综上所述,专利技术人发现,现有涡轮钻具的止推轴承的动环一般需要通过径向螺钉紧固到中心轴上,而静环则需要通过径向螺钉紧固到壳体上。由于需要在中心轴和壳体上钻螺纹孔,这种固定方式会导致中心轴、壳体等存在螺纹孔的环节强度下降,整体强度降低,若在井下发生中心轴或者壳体断裂,将需要打捞作业,处理难度较大,另一方面,由于采用径向螺钉固定,会导致装配和拆卸时间增加。例如现有常见的涡轮钻具中涡轮定子、转子、径向轴承与止推轴承全部装在同一壳体内的同一轴上。检修涡轮钻具易损件止推轴承必须将涡轮定子、转子、径向轴承与止推轴承全部从同一轴上拆下,然后用新的止推轴承跟换掉旧的已磨损的或者损坏的止推轴承。由于每节涡轮钻具至少具有60级以上涡轮定子和转子,检修时要将所有的涡轮定子和转子先拆下,然后再装上,这样既费时又费力,不利于钻井速度的提高。
技术实现思路
本专利技术提供了一种由多级PDC轴承串联形成的涡轮钻具,该种涡轮钻具能够适应高转速以及大轴向载荷的需求,并且具有便于拆装检修的优点。为解决上述技术问题,本专利技术采用了如下技术方案:一种由多级PDC轴承串联形成的涡轮钻具,包括有涡轮节以及轴承节,涡轮节和轴承节之间连接有中间节,所述涡轮节包括有涡轮节壳体、涡轮轴、涡轮节定子、涡轮节转子;涡轮节定子的叶片盘外圈串联设置在涡轮节壳体内,涡轮节定子的叶片盘内圈与涡轮节定子叶片之间形成有环形腔室;涡轮节转子的叶片盘内圈串联设置在涡轮轴上,涡轮节转子的叶片位于环形腔室内,涡轮节转子的叶片与环形腔室之间存在轴向间隙h1;所述轴承节包括有轴承节壳体、轴承节传动轴、多级PDC轴承组件、径向轴承组件;多级PDC轴承组件由串联设置在轴承节壳体上的多级PDC轴承定圈与串联设置在轴承节传动轴上的多级PDC轴承动圈构成,多级PDC轴承定圈与多级PDC轴承动圈之间存在轴向间隙h2,h2不大于h1;径向轴承组件设置在多级PDC轴承组件的上下两端,由靠近中间节的上径向轴承组件与背离中间节的下径向轴承组件构成;所述中间节包括有中间节壳体、隔环、复合接头;中间节壳体的两端分别与涡轮节壳体、轴承节壳体相连接;隔环套设在中间节壳体的内部,用以紧固涡轮节定子的叶片盘;复合接头设置在中间节壳体的内部,且复合接头的两端分别与涡轮轴以及轴承节传动轴相接连;复合接头与隔环之间还设置有径向间隙,从而使得复合接头能相对于隔环进行轴向移动。较为优选的,任意一个PDC轴承定圈由圆环状的外轴承基体、设置在外轴承基体上下两端面上的柱状外轴承片以及沿外轴承基体外表面向两侧外延形成的外轴承延伸片构成;相邻PDC轴承定圈的外轴承延伸片相互契合,从而将相邻PDC轴承定圈接连成一体结构。较为优选的,任意一个PDC轴承动圈由圆环状的内轴承基体、设置在内轴承基体上下两端面上的柱状内轴承片以及沿内轴承基体内表面向两侧外延形成的内轴承延伸片构成;相邻PDC轴承动圈的内轴承延伸片相互契合,从而将相邻PDC轴承动圈接连成一体结构。进一步优选的,上径向轴承组件中,相邻的上径向轴承静套内表面与上径向轴承动套外表面覆盖有硬质合金层;下径向轴承组件中,相邻的下径向轴承静套内表面和下径向轴承动套外表面覆盖有硬质合金层。可选择的,所述硬质合金层为碳化钨层或者镀铬层;硬质合金层的厚度范围为0.05至3mm。较为优选的,复合接头由接头基体、上螺纹母扣、下螺纹母扣构成;上螺纹母扣用于建立复合接头与涡轮轴之间的连接关系,下螺纹母扣用于建立复合接头与轴承节传动轴之间的连接关系。较为优选的,下螺纹母扣端部位置处还加工有与下螺纹母扣同轴设置的沉孔;接头基体上还加工有通孔;所述通孔用于实现沉孔与外部空间的相互导通。本专利技术提供了一种由多级PDC轴承串联形成的涡轮钻具,该种涡轮钻具包括有涡轮节、轴承节以及中间节;其中,涡轮节包括有涡轮节壳体、涡轮轴、涡轮节定子、涡轮节转子;轴承节包括有轴承节壳体、轴承节传动轴、多级PDC轴承组件、径向轴承组件;中间节包括有中间节壳体、隔环、复合接头。具有上述结构特征的涡轮钻具,其具有以下有益效果:1、钻井液可由多级PDC轴承动圈与轴承节传动轴之间的径向间隙进入,经过多级PDC轴承动圈和多级PDC轴承定圈之间的轴向间隙,对多级PDC轴承组件进行冷却和润滑,然后由多级PDC轴承动圈和多级PDC轴承定圈之间的径向间隙流出。由于多级PDC轴承组件硬度高不易损坏,因此能够承受较大的双向载荷,并且摩擦系数小,产生的摩擦热量少,加之可以得到及时冷却和润滑,因而具有较高的传动效率。2、通过设置相邻PDC轴承定圈的外轴承延伸片相互契合,使得PDC轴承定圈之间的连接更为牢固,并且相对于轴承节壳体独立设置而不需要额外的螺钉部件进行紧固。一方面,保证了轴承节壳体的强度;另一方面在安装过程中可以采用将PDC轴承定圈先行串联后再整体推入到轴承节壳体内的安装方式,安装更加方便。同样的,通过设置相邻PDC轴承动圈的内轴承延伸片相互契合,使得PDC轴承动圈之间的连接更为牢固,并且相对于轴承节传动轴独立设置而不需要额外的螺钉部件进行紧固。3、通过设置的中间节结构,将涡轮节壳体和轴承节壳体分别连接到中间壳体的两端,使得工作人员可以根据需要对涡轮节、轴承节进行独立拆装;涡轮节和轴承节作为独立的结构单元进行装配、拆开和检修,有利于涡轮钻具的生产和使用。附图说明图1为本专利技术提供的由多级PDC轴承串联形成的涡轮钻具的结构示意图;图2为本专利技术提供的由多级PDC轴承串联形成的涡轮钻具的剖视图;图3为图2中局部C处的放大示意图;图4为复合接头的剖视图;图5为本文档来自技高网
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由多级PDC轴承串联形成的涡轮钻具

【技术保护点】
1.一种由多级PDC轴承串联形成的涡轮钻具,包括有涡轮节以及轴承节,涡轮节和轴承节之间连接有中间节,其特征在于:所述涡轮节包括有涡轮节壳体、涡轮轴、涡轮节定子、涡轮节转子;涡轮节定子的叶片盘外圈串联设置在涡轮节壳体内,涡轮节定子的叶片盘内圈与涡轮节定子叶片之间形成有环形腔室;涡轮节转子的叶片盘内圈串联设置在涡轮轴上,涡轮节转子的叶片位于环形腔室内,涡轮节转子的叶片与环形腔室之间存在轴向间隙h1;所述轴承节包括有轴承节壳体、轴承节传动轴、多级PDC轴承组件、径向轴承组件;多级PDC轴承组件由串联设置在轴承节壳体上的多级PDC轴承定圈与串联设置在轴承节传动轴上的多级PDC轴承动圈构成,多级PDC轴承定圈与多级PDC轴承动圈之间存在轴向间隙h2,h2不大于h1;径向轴承组件设置在多级PDC轴承组件的上下两端,由靠近中间节的上径向轴承组件与背离中间节的下径向轴承组件构成;所述中间节包括有中间节壳体、隔环、复合接头;中间节壳体的两端分别与涡轮节壳体、轴承节壳体相连接;隔环套设在中间节壳体的内部,用以紧固涡轮节定子的叶片盘;复合接头设置在中间节壳体的内部,且复合接头的两端分别与涡轮轴以及轴承节传动轴相接连;复合接头与隔环之间还设置有径向间隙,从而使得复合接头能相对于隔环进行轴向移动。...

【技术特征摘要】
1.一种由多级PDC轴承串联形成的涡轮钻具,包括有涡轮节以及轴承节,涡轮节和轴承节之间连接有中间节,其特征在于:所述涡轮节包括有涡轮节壳体、涡轮轴、涡轮节定子、涡轮节转子;涡轮节定子的叶片盘外圈串联设置在涡轮节壳体内,涡轮节定子的叶片盘内圈与涡轮节定子叶片之间形成有环形腔室;涡轮节转子的叶片盘内圈串联设置在涡轮轴上,涡轮节转子的叶片位于环形腔室内,涡轮节转子的叶片与环形腔室之间存在轴向间隙h1;所述轴承节包括有轴承节壳体、轴承节传动轴、多级PDC轴承组件、径向轴承组件;多级PDC轴承组件由串联设置在轴承节壳体上的多级PDC轴承定圈与串联设置在轴承节传动轴上的多级PDC轴承动圈构成,多级PDC轴承定圈与多级PDC轴承动圈之间存在轴向间隙h2,h2不大于h1;径向轴承组件设置在多级PDC轴承组件的上下两端,由靠近中间节的上径向轴承组件与背离中间节的下径向轴承组件构成;所述中间节包括有中间节壳体、隔环、复合接头;中间节壳体的两端分别与涡轮节壳体、轴承节壳体相连接;隔环套设在中间节壳体的内部,用以紧固涡轮节定子的叶片盘;复合接头设置在中间节壳体的内部,且复合接头的两端分别与涡轮轴以及轴承节传动轴相接连;复合接头与隔环之间还设置有径向间隙,从而使得复合接头能相对于隔环进行轴向移动。2.根据权利要求1所述的一种由多级PDC轴承串联形成的涡轮钻具,其特征在于,任意一个PDC轴承定圈由圆环状的外轴承基体、设置在外轴承基体上下两端面上的柱状外轴承片以及沿...

【专利技术属性】
技术研发人员:朱新忠周宏斌林传宏满守鑫朱恒武培轩张永辉张文燕原义德
申请(专利权)人:胜利油田高原石油装备有限责任公司
类型:发明
国别省市:山东,37

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