一种提高螺杆钻具抗冲击能力的方法及螺杆钻具结构技术

本发明专利技术公开了一种提高螺杆钻具抗冲击能力的方法及结构，其方法是在传统螺杆钻具的基础上重新设计万向轴总成和减震传动轴总成，提高螺杆钻具的总体抗冲击能力。其结构包括采用椭圆形传动球；采用串轴承，并在串轴承两端设置碟簧组；设置行程间隙δ实现过载保护；将万向部件密封在润滑油中，延长万向节使用寿命1.5倍。本发明专利技术结构简单，安全可靠，不仅能够实现常规螺杆钻具的旋转钻进及弯壳体定向钻进功能，同时还特别适用于钻井现场需要超大钻压钻进、钻头跳钻震动剧烈的钻井场合，在钻井平台上司钻有意或者无意突然顿钻时，不会导致钻压瞬时突然增大而对钻头和钻柱造成破坏，有效提高了螺杆钻具和钻头的寿命，从而有效提高钻井速度和效率。

A method to improve the impact resistance of screw drill and the structure of screw drill

The invention discloses a method and a structure for improving the impact resistance of a screw drill tool. The method is to redesign the universal shaft assembly and the shock absorbing transmission shaft assembly on the basis of the traditional screw drill tool, so as to improve the overall impact resistance of the screw drill. The structure includes elliptical drive ball, series bearing and disc spring group at the two ends of the series bearings, and the overload protection is set up by setting the travel gap Delta. The universal components are sealed in lubricating oil, and the service life of the universal joint is prolonged 1.5 times. The invention has the advantages of simple structure, safe and reliable, can not only realize the conventional screw drilling rotary drilling and directional drilling bent housing function, but also is especially suitable for drilling site requires large drilling pressure drilling, drilling drill bit jump sharp vibration occasions on the drilling platform to boss drill or inadvertently suddenly drill, will not cause the drilling pressure the instantaneous sudden increase of drill bit and drill string damage, effectively improve the service life of the drill bit and screw drill, so as to improve the speed and efficiency of drilling.

【技术实现步骤摘要】
一种提高螺杆钻具抗冲击能力的方法及螺杆钻具结构
本专利技术涉及一种提高螺杆钻具抗冲击能力的方法及螺杆钻具结构，属于油田钻具

技术介绍
在钻井过程中，钻井平台上的司钻人员有会有意或者无意的突然进行顿钻操作，顿钻操作将导致钻压瞬时突然增大，常规的螺杆钻具在遇到顿钻操作或持续大钻压、高扭矩钻井时，由于螺杆钻具受轴向压力和振动破坏较大，使螺杆钻具及钻头使用寿命大大降低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种提高螺杆钻具抗冲击能力的方法及螺杆钻具结构。通过对螺杆钻具的优化设计可有效延长螺杆钻具和钻头的使用寿命，保护螺杆钻具不受轴向振动破坏，减少钻井起下钻过程，从而有效提高钻井速度和效率，实现油田钻井效益最大化。以克服现有技术的不足。本专利技术的技术方案：一种提高螺杆钻具抗冲击能力的方法，该方法通过对螺杆钻具中的万向轴总成和减震传动轴总成的改进提高螺杆钻具的总体抗冲击能力；万向轴总成中的传动球采用椭圆球；并将现有技术中的承压球和球座与球铰连杆合为一体，同时对与传动球、上球铰接头和下球铰接头接触的连接的内球面进行耐磨强化处理；同时通过橡胶密封套在传动球周围形成油腔；提高万向轴总成使用寿命和传动可靠性；减震传动轴总成采用串轴承将传递扭矩的螺杆传动轴与传动轴外筒连接，通过串轴承提高螺杆钻具承受轴向压力的性能；在串轴承两端分别设置碟簧组，通过碟簧组将轴向压力缓冲后传递给串轴承，以减缓串轴承所承受的冲击力；取消现有技术中分体的下TC轴承动圈，直接在螺杆传动轴与下TC轴承静圈接触部位敷焊硬质合金层替代现有技术中分体的下TC轴承动圈，实现螺杆传动轴直径尺寸的最大化，提高螺杆传动轴抗冲击能力的刚度要求；通过在螺杆传动轴下部大头上部的端面与下TC轴承静圈下端面之间设置轴向行程间隙δ，限制施加在串轴承上的最大轴向压力，实现串轴承的过载保护；通过在下TC轴承静圈端面设有圆弧水槽构成开放式润滑结构，确保泥浆始终能够对硬质合金层和串轴承进行冷却和润滑。前述方法中，通过在螺杆传动轴上设置防掉槽，并通过下TC轴承静圈内的两个防掉半环与防掉槽间隙连接，构成内防掉结构；内防掉结构与位于螺杆钻具顶部现有的防掉转换总成构成双防掉结构，防止发生钻具落井事故。前述方法中，所述硬质合金层由轴向排列的矩形硬质合金条错缝敷焊在下TC轴承静圈和上TC轴承静圈内孔，以及螺杆传动轴和上TC轴承动圈外圆形成。按前述方法构成的螺杆钻具结构，包括依次螺纹连接的防掉转换总成、马达总成、万向轴总成和减震传动轴总成；万向轴总成包括万向轴外筒；万向轴外筒内安装有球铰连杆，球铰连杆的上、下两端分别经传动球与上球铰接头和下球铰接头传动连接；上球铰接头与马达总成连接，下球铰接头与减震传动轴总成连接；球铰连杆与传动球的连接处设有一对对称的半环，一对对称的半环外设有橡胶密封套，橡胶密封套经锁紧套与上球铰接头或下球铰接头螺纹连接；减震传动轴总成包括与万向轴总成中下球铰接头螺纹连接的螺杆传动轴，螺杆传动轴外套有传动轴外筒；在螺杆传动轴与传动轴外筒之间的间隙内由下至上设有下TC轴承静圈、防掉半环、串轴承、上TC轴承动圈；串轴承两端分别设有碟簧组，上TC轴承静圈被套在传动轴外筒内。前述结构中，所述碟簧组包括上碟簧组和下碟簧组，上碟簧组包括导向套，导向套上套有一组碟簧；上碟簧组两端设有碟簧垫；下碟簧组包括承压套，承压套上套有一组碟簧；下碟簧组下端设有碟簧垫。前述结构中，所述防掉半环对应的螺杆传动轴外圆设有防掉槽，两个对称的防掉半环与防掉槽间隙连接，防掉半环外套有下TC轴承静圈。前述结构中，所述下TC轴承静圈与螺杆传动轴接触部位的内孔以及螺杆传动轴对应的外圆分别设有硬质合金层；上TC轴承动圈外圆和上TC轴承静圈内孔分别设有硬质合金层。前述结构中，所述上TC轴承动圈上设有平缺口，与平缺口对应的传动轴外筒内孔中设有偏心槽，偏心槽内设有锁块。前述结构中，所述螺杆传动轴下部大头的上端面与下TC轴承静圈的下端面均设有硬质合金承压面。前述结构中，所述下TC轴承静圈的下端面设有一组环状放射形分布的圆弧水槽。与现有技术相比，本专利技术通过对螺杆钻具中万向轴总成的改进简化了万向轴总成的结构，并提高了万向轴总成的抗轴向压力和抗旋转离心力的能力；通过对减震传动轴总成改进，提高了螺杆钻具的轴向压力承受能力，减缓了减震传动轴总成中轴承所受冲击力，大大延长了减震传动轴总成的使用寿命，减少了钻井时起下钻过程所耽误的时间，从而有效提高了钻井速度和效率。通过采用双防掉结构大大减少了钻具落井事故的发生。附图说明图1是本专利技术的总体结构示意图；图2是万向轴总成的结构示意图；图3是减震传动轴总成的结构示意图；图4是图3中A处的局部放大示意图；图5是图3中B处的局部放大示意图；图6是图3中锁块处的断面示意图；图7是下TC轴承静圈。图中：1-防掉转换总成、2-马达总成、3-万向轴总成，3.1-万向轴外筒、3.2-上球铰接头，3.3-传动球、3.4-半环、3.5-锁紧套、3.6-橡胶密封套、3.7-球铰连杆、3.8-下球铰接头、4-减震传动轴总成、4.1-上TC轴承动圈、4.2-上TC轴承静圈、4.3-传动轴外筒、4.4-锁块、4.5-碟簧组、4.6-碟簧垫、4.7-导向筒、4.8-串轴承、4.9-承压套、4.10-防掉半环、4.11-下TC轴承静圈、4.12-螺杆传动轴、4.13-硬质合金承压面、4.14-硬质合金层、4.15-防掉槽、4.16-圆弧水槽、4.17-平缺口、4.18-偏心槽、4.19-矩形硬质合金条。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明，但不作为对本专利技术的任何限制。一种提高螺杆钻具抗冲击能力的方法，如图1所示。该方法通过对螺杆钻具中万向轴总成3和减震传动轴总成4的改进提高螺杆钻具的总体抗冲击能力。万向轴总成3如图2所示，万向轴总成3中的传动球3.3采用椭圆球；并将现有技术中的承压球和球座与球铰连杆3.7合为一体，同时对与传动球3.3、上球铰接头3.2和下球铰接头3.8接触的连接的内球面进行耐磨强化处理；同时通过橡胶密封套3.6在传动球3.3周围形成油腔；提高万向轴总成3使用寿命和传动可靠性。减震传动轴总成4如图3所示，对减震传动轴总成4的改进包括以下内容：1、减震传动轴总成4采用串轴承4.8将传递扭矩的螺杆传动轴4.12与传动轴外筒4.3连接，通过串轴承4.8提高螺杆钻具承受轴向压力的性能。2、在串轴承4.8两端分别设置碟簧组4.5，通过碟簧组4.5将轴向压力缓冲后传递给串轴承4.8，以减缓串轴承4.8所承受的冲击力。3、取消现有技术中分体的下TC轴承动圈，直接在螺杆传动轴4.12与下TC轴承静圈4.11接触部位敷焊硬质合金层4.14替代现有技术中分体的下TC轴承动圈，实现螺杆传动轴4.12直径尺寸的最大化，提高螺杆传动轴4.12抗冲击能力的刚度要求。硬质合金层4.14由轴向排列的矩形硬质合金条4.19错缝敷焊在下TC轴承静圈4.11和上TC轴承静圈4.2内孔，以及螺杆传动轴4.12和上TC轴承动圈4.1外圆形成。4、通过在螺杆传动轴4.12下部大头上部的端面与下TC轴承静圈4.11下端面之间设置轴向行程间隙δ，限制施加在串轴承4.8上的最大轴向压力，实现串轴承4.8的过载保护。5、通过在下TC轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高螺杆钻具抗冲击能力的方法，其特征在于：该方法通过对螺杆钻具中的万向轴总成和减震传动轴总成的改进提高螺杆钻具的总体抗冲击能力；万向轴总成中的传动球采用椭圆球；并将现有技术中的承压球和球座与球铰连杆合为一体，同时对与传动球、上球铰接头和下球铰接头接触的连接的内球面进行耐磨强化处理；同时通过橡胶密封套在传动球周围形成油腔；提高万向轴总成使用寿命和传动可靠性；减震传动轴总成采用串轴承将传递扭矩的螺杆传动轴与传动轴外筒连接，通过串轴承提高螺杆钻具承受轴向压力的性能；在串轴承两端分别设置碟簧组，通过碟簧组将轴向压力缓冲后传递给串轴承，以减缓串轴承所承受的冲击力；取消现有技术中分体的下TC轴承动圈，直接在螺杆传动轴与下TC轴承静圈接触部位敷焊硬质合金层替代现有技术中分体的下TC轴承动圈，实现螺杆传动轴直径尺寸的最大化，提高螺杆传动轴抗冲击能力的刚度要求；通过在螺杆传动轴下部大头上部的端面与下TC轴承静圈下端面之间设置轴向行程间隙δ，限制施加在串轴承上的最大轴向压力，实现串轴承的过载保护；通过在下TC轴承静圈端面设有圆弧水槽构成开放式润滑结构，确保泥浆始终能够对硬质合金层和串轴承进行冷却和润滑。...

【技术特征摘要】
1.一种提高螺杆钻具抗冲击能力的方法，其特征在于：该方法通过对螺杆钻具中的万向轴总成和减震传动轴总成的改进提高螺杆钻具的总体抗冲击能力；万向轴总成中的传动球采用椭圆球；并将现有技术中的承压球和球座与球铰连杆合为一体，同时对与传动球、上球铰接头和下球铰接头接触的连接的内球面进行耐磨强化处理；同时通过橡胶密封套在传动球周围形成油腔；提高万向轴总成使用寿命和传动可靠性；减震传动轴总成采用串轴承将传递扭矩的螺杆传动轴与传动轴外筒连接，通过串轴承提高螺杆钻具承受轴向压力的性能；在串轴承两端分别设置碟簧组，通过碟簧组将轴向压力缓冲后传递给串轴承，以减缓串轴承所承受的冲击力；取消现有技术中分体的下TC轴承动圈，直接在螺杆传动轴与下TC轴承静圈接触部位敷焊硬质合金层替代现有技术中分体的下TC轴承动圈，实现螺杆传动轴直径尺寸的最大化，提高螺杆传动轴抗冲击能力的刚度要求；通过在螺杆传动轴下部大头上部的端面与下TC轴承静圈下端面之间设置轴向行程间隙δ，限制施加在串轴承上的最大轴向压力，实现串轴承的过载保护；通过在下TC轴承静圈端面设有圆弧水槽构成开放式润滑结构，确保泥浆始终能够对硬质合金层和串轴承进行冷却和润滑。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于：该方法通过在螺杆传动轴上设置防掉槽，并通过下TC轴承静圈内的两个防掉半环与防掉槽间隙连接，构成内防掉结构；内防掉结构与位于螺杆钻具顶部现有的防掉转换总成构成双防掉结构，防止发生钻具落井事故。3.根据权利要求2所述方法，其特征在于：所述硬质合金层由轴向排列的矩形硬质合金条错缝敷焊在下TC轴承静圈和上TC轴承静圈内孔，以及螺杆传动轴和上TC轴承动圈外圆形成。4.一种按权利要求1、2或3所述方法构成的螺杆钻具结构，包括依次螺纹连接的防掉转换总成（1）、马达总成（2）、万向轴总成（3）和减震传动轴总成（4）；其特征在于：万向轴总成（3）包括万向轴外筒（3.1）；万向轴外筒（3.1）内安装有球铰连杆（3.7），球铰连杆（3.7）的上、下两端分别经传动球（3.3）与上球铰接头（3.2）和下球铰接头（3.8）传动连接；上球铰接头（3.2）与马达总成（2）连接，下球铰接头（3.8）与减震传动轴总成（4）连接；球铰连杆（3.7）与传动球（3.3）的连接处设...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄瑞海，杨增辉，郑波强，曹良波，金峰，兰键，张腾飞，
申请(专利权)人：贵州高峰石油机械股份有限公司，
类型：发明
国别省市：贵州,52