增效螺杆钻具 所属技术领域：
本发明是一种用于地质勘探、石油开采的井下动力钻具。是非直井施工的必备工具。对目前广泛推行的复合钻进技术有更强的适应性。
背景技术：
目前，公知螺杆钻具的基本结构是在推行复合钻进技术以前设计出来的。其传动轴部分的基本结构是：滑动轴承(上TC轴承)+滚珠轴承组+滑动轴承(下TC轴承)。使用钻井液直接分流冷却与润滑，其分流量随轴承间隙的增大而增大。上述结构的螺杆钻具存在三大缺陷：一是TC轴承摩擦阻力和摩擦功耗大；二是传动轴与钻头直接连接，水力驱动部分的转动慣量偏小，冲击负荷大；三是钻井液直接冷却与润滑的效果不好，轴承磨蚀速度快，钻头工况不稳定。在复合钻进中，转速、功率和受力条件都超出了设计，当单弯螺杆钻具的外筒旋转到弯度与井眼曲度相反方向时，传动轴同时受到TC轴承的侧压力、滑动摩擦力、钻头的反扭力、马达的水力驱动力、转盘的机械驱动力和动载冲击力等六种力量的共同作用，是螺杆钻具的危险点。在现代钻井工程中，螺杆钻具的复合钻进时间已占到总使用时间的四至八成，螺杆钻具的使用寿命和检修周期太短，作业成本高，不适应复合钻进技术的需要。
发明内容：
本发明的目的就是为地质勘探、石油开采提供一种长寿命地螺杆钻具。它对目前广泛推行的复合钻进技术有更强的适应性。
本发明所采用的技术方案是：把螺杆钻具传动轴部分的轴承组合改为：滚套轴承+滚珠轴承组+滚套轴承，在传动轴下端增设减震机构并采用补偿式端面动态水封系统实现冷却与润滑系统的介质净化和定量分流。
滚套轴承的工况以滚动方式为主，轴承的受力条件和摩擦条件得到改善，螺杆钻具在越过危险点时，发生部件损毁的机率减小。
本发明的有益效果有六点：(1)是采用滚套轴承和减震机构后，轴承的受力条件改善，螺杆钻具因过载而先期损坏的机率减小；(2)是滚套轴承摩擦功耗低，钻头的有效功率增加；(3)是补偿式端面水封系统使井底的净化作用和水力破岩作用保持稳定；(4)是补偿式端面水封系统能减少进入轴承腔的固相含量，降低轴承的磨蚀速度；(5)是轴承的摩擦功耗减小后，马达和万向节的负荷减小，受命延长，作业成本下降；(6)是减震系统使水力驱动部分的转动慣量增加，螺杆钻具冲击载荷的幅度下降。
实现上述目的的螺杆钻具可以是单弯的、直的和变弯度的。
本发明结构新颖，无特殊工艺要求。
【附图说明】
下面结合附图和设计方案对本发明作进一步说明。
图1是本发明在石油矿场上通用的φ172mm5.5级单弯螺杆钻具上实施的外观结构示意图。
图2是增效螺杆钻具传动轴总成的半剖结构示意视图。
图3是增效螺杆钻具减震器总成的半剖结构示意图。
图1中，1.是旁通阀总成，2.是马达总成，3.是万向轴总成，4.是传动轴总成，5是减震器总成。
图2中，3.是水帽，4.是“O”形圈，5.是弹簧，6.是万向轴外筒，7.是水封罩，8.是耐磨环，9.是锁紧帽，10.、29.是尼龙垫，11.、16.是外滚套，12.是传动轴外筒，13.是轴承组，14.、15.、18.、21.是滚珠，17.、23.、24.、28.是轴承端盖，19.、27.是中滚套，20.、26.是内滚套，22.是顶套，25.是防掉螺母，30.是传动轴。
图3中，1.是传动轴，2.、10.是密封圈，3.是上盖，4.是“O”形圈，5.是花键，6.是丝堵，7.是外筒，8.是弹性波纹管，9.是调节环。
具体实施方式：
图1中，(4)是螺杆钻具结构最复杂的部分，它的工作条件恶劣，承受着钻压、扭矩、摩蚀、水力冲蚀、摩擦力、振动力和侧向弯曲压力等多种负载，其部件寿命决定着螺杆钻具的检修周期。
图2中，传动轴(30)的左端通过丝扣与水帽(3)连接。轴承组(13)的内圈与传动轴(30)之间为静配合，其外圈与带扶正器的传动轴外筒(12)之间为静配合。锁紧帽(9)与传动轴(30)丝扣相连并通过内滚套(20)、顶套(22)、防掉螺母(25)把轴承组的内圈锁定在传动轴(30)的中部。来自钻头的轴向反力从传动轴(30)的右端依次传到内滚套(20)、防掉螺母(25)、轴承组内圈、外圈最终到达传动轴外筒(12)上。中滚套(19)、(27)的内环面与传动轴(30)之间为滚动配合，其外环面则分别与外滚套(11)、(16)的内环面滚动配合。中滚套(19)、(27)两侧分别通过滚珠(18)、(21)、(14)和(15)分别与轴承端盖(17)、(23)、(24)、(28)等滚动接触。外滚套(11)、(16)通过丝扣固定在传动轴外筒(12)上。尼龙垫(10)、(29)能调节轴承端盖与滚珠间的间隙并适度补偿滚套轴承的轴向磨损。这样，来自钻头的径向负荷就通过滚套轴承的内滚套(20)、(26)，中滚套(19)、(27)，外滚套(11)、(16)最终传到外筒(12)上。当传动轴(30)旋转时，中滚套(19)、(27)以滚动工作方式为主，其磨擦功耗大幅降低，磨蚀速度减慢。
在复合钻进中，螺杆钻具外筒在转盘驱动下强制旋转，弯曲部位越过危险点时，由于滚动摩擦力小，动载系数低，轴、轴承、万向节的负荷减小，因超载而损毁的机率减小，寿命延长。
滚套轴承的滚动接触面有耐磨层或耐磨合金镶块。
图2中，定量分流系统由水帽(3)、水封罩(7)、耐磨环(8)和锁紧帽(9)组成。水帽(3)上有限流孔(2)。限流孔的孔道为锥形并有耐磨涂层，限流孔的孔轴线与主流孔道(1)的轴线垂直。此结构能有效防堵并利用惯性原理，分离冷却液中的部分固相。限流孔(2)的小端孔径根据设计分流系数(7％～15％)计算得出。水封罩(7)的左端与水帽(3)之间通过“O”形圈(4)实现静态密封。耐磨环(8)通过丝扣固定在外滚套(11)上，水封罩(7)的右端与耐磨环(8)之间为动态密封，其内孔与锁紧帽(9)的左端滑条之间为间隙配合，滑条使水封罩(7)与锁紧帽(9)同步旋转，同时水封罩(7)可延滑条左右移动，并通过弹簧(5)实时补偿右端面的磨损。
定量分流保证了流经钻头的水力和流量，使井底的净化作用和水力破岩作用保持稳定。
复合钻进中，转盘驱动可能掩盖传动轴断裂的事实。为预防断轴后锁紧帽(9)相继失效致传动轴落井，防掉螺母通过丝扣与传动轴(30)固定，实现二次保险。
图3中，上盖(3)通过丝扣与外筒(7)连接，由“O”形圈(4)实现静密封，上盖(3)的右端内侧有花键槽，花键(5)与传动轴(1)为一体，并与上盖(3)的花键槽配合，通过丝堵(6)可向花键槽内添注黄油。上盖(3)的左端内侧与传动轴(1)之间由密封圈(2)密封，传动轴(1)的右端与外筒之间有密封圈(10)密封。弹性波纹管(8)套在传动轴(1)上，通过调节环(9)使弹性波纹管的轴向预紧压力达到1吨左右。当外筒承受波动钻压时，弹性波纹管能吸收和释放能量达到减震的目的，传动轴上的花键在花键槽内滑动，扭矩通过花键(5)、上盖(3)、外筒(7)传至钻头。
弹性波纹管由弹簧钢加工，刚性较大，在10吨钻压的作用下，轴向压缩量不超过3MM。