[实用新型]带独立支承节的悬挂式涡轮钻具

说明书

本实用新型涉及一种供石油勘探与开发、特别是打深井、定向井和丛式井用的涡轮钻具。

在石油勘探与开发中，涡轮钻具的作用是将钻井液泥浆的高压液能转变为机械能，将动力集中于井底而直接带动钻头旋转以破碎岩石，实现钻井进尺。其功率的利用程度大大高于常规的转盘钻，比较适应于中深井和深井钻进，并可以提高深井的机械钻速，降低钻井成本。由于涡轮钻具工作时钻柱基本不转动，特别适应于打定向井和丛式井。目前，在实际生产中使用的涡轮钻具大多采用橡胶——金属推力轴承，装配维修复杂，调节定、转子之间的工作间隙困难。特别是当由多节涡轮节组成复式涡轮钻具时，节与节之间的调节极为不方便，并且不能互换涡轮节，其平均工作寿命为20小时左右，因此需要频繁更换涡轮钻具中的易损件，影响了涡轮钻具的工作效率。另外，带浮动定子的涡轮钻具，克服了调节间隙的麻烦，但是，定、转子间的摩擦损失比较大，实际出力小，效率不高，而且定子上的销子很容易损坏，大大降低了其使用效果。

本实用新型的任务是提供一种带独立支承节的悬挂式涡轮钻具，由涡轮节和支承节两大部分组成，采用独立的支承节来承受钻压，涡轮轴在悬挂状态下运转、工作稳定可靠，与现有的涡轮钻具相比具有装配简单，维修方便，工作寿命长，启动灵活，工作效率和经济效益高等特点。

本实用新型的设计要点是：在涡轮节中采用多级金属推力球轴承；球轴承的内座圈与主轴相连接，外座圈与外壳相连接，通过球轴承，使涡轮节主轴独立地悬挂在外壳上。在涡轮节中装有多级定子和转子，定子通过接头压紧在外壳内，而转子通过压紧螺母压紧在主轴上，在轴承组的轴承与轴承之间设有减震垫，在轴承组与涡轮定子之间，设有一个调节套用来调节定子与转子之间的工作间隙，支承节与涡轮节中的所有轴承均采用开式钻井液润滑，因而在支承节的上部和下部，以及涡轮节的上部设有环隙节流装置。

本实用新型所述的带独立支承节的悬挂式涡轮钻具，其优点是涡轮节采用独立悬挂结构，涡轮节和支承节均采用开式润滑的金属推力球轴承和减震垫的组合方式，改善了涡轮主轴和径向轴承的受力状况以及定、转子的工作状况；涡轮节中采用了低叶冠固定式的定、转子结构，定子与转子之间的工作间隙用调节套来调节；设置了钻井液固相分离器和环隙节流器，从而使涡轮定、转子之间的工作间隙调节简单可靠、互换性强、输出功率大、容易启动、更换易损件方便、缓冲减震性能良好、工作寿命长等特点。整机寿命可达120～200小时，而定、转子的寿命可达600～1000小时。

图1为本实用新型涡轮节部分的半剖面结构示意图。

图2为本实用新型支承节部分的半剖面结构示意图。

图3为另一结构轴承组形式的涡轮节结构示意图。

图中（1）（17）（19）接头、（2）下接头、（3）（21）外壳、（4）（20）固相分离器、（5）（22）主轴、（6）外隔套、（7）轴承、（8）减震垫、（9）内隔套、（10）挡块、（11）调节套、（12）径向轴承、（13）定子、（14）转子、（15）压紧调节套、（16）压紧螺母、（18）花键套、（23）短接、（24）下轴套、（25）（26）（27）环隙节流装置、（28）内座圈、（29）外座圈。

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明：涡轮钻具由涡轮节和支承节两部分组成，涡轮节上部接钻柱，下部接支承节；支承节上部接涡轮节，下部接钻头，在图1的涡轮钻具结构中，轴承组采用抗震、耐磨的推力球轴承（7），用以承受转子（14）产生的水力载荷及钻头上的钻压。轴承之间通过内隔套（9）、外隔套（6）及减震垫（8）隔开，用以均布轴承之间承受的轴向载荷，使各轴承的受力大小均匀，以便各轴承的工作寿命大致相同。内座圈（28）与主轴（5）相连接，外座圈（29）与外壳（3）相连接，从而通过球轴承，使涡轮节主轴独立地悬挂在外壳上。这种独立悬挂结构大大改善了涡轮节主轴（5）的受力状况，减少了径向轴承（12）的偏摩擦，大大提高了径向轴承的寿命。减震垫（8）采用耐高温、耐腐蚀、吸震性能良好的材料制成。在涡轮节外壳（3）中装有多级定子（13）和转子（14），定子（13）通过接头（1）和接头（17）压紧在外壳内，而转子（14）通过压紧螺母（16）压紧在主轴（5）上，以定、转子为主的涡轮节即组成了井下液动马达，以便产生钻井破碎岩石所需要的动力。定子（13）和转子（14）之间的工作间隙可以通过调节套（11）来调节，这种调节方法简单可靠，只在一个涡轮节内部进行，积累误差小。而且只要一个涡轮节的工作间隙调节好后就可以通用。

在图1、2中，在钻井液进入涡轮节和支承节轴承腔的入口处，分别设有固相分离器（4）和（20），此结构是利用流体力学中的沉降原理，将钻井液中质量较大、颗粒较粗的粒子同质量较小、颗粒较小的粒子分离开来，使得含质量较大、颗粒较粗粒子的钻井液进到定子（13）和转子（14）内并经过主轴（22）的内孔流经钻头喷射而进入上返的环形空间；而让含质量较轻、颗粒较小粒子的钻井液进入轴承腔内，对轴承组进行润滑和冷却，减少钻井液中固相颗粒对轴承的磨损。在支承节的上部和下部，以及涡轮节的上部，钻井液的入口和出口处，分别设有一定长度的环隙节流装置（25），（26），（27）来组成环隙节流器，限制进入支承节轴承腔内的钻井液流量，使得进入轴承腔内的钻井液流量适当，即既保证有足够的钻井液对轴承进行润滑和冷却，又不影响钻头的喷射效果，同时又起到一定的扶正作用。涡轮节中的环隙节流装置（27）与支承节中的环隙节流装置（25）和（26）可根据功能要求的不同而采用不同的环隙。