[发明专利]一种用于高速涡轮钻具涡轮节的液力平衡装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于石油钻井的高速涡轮钻具，具体涉及用于高速涡轮钻具涡轮节的液力平衡装置。

背景技术

现有的井下动力钻具，主要有螺杆钻具和涡轮钻具。螺杆钻具上的橡胶件不耐高温，不适应用于深井和高温井。随着钻井技术的发展和深井、超深井钻井的提速，对高转速涡轮的需求和性能要求越益增加。现有涡轮钻具涡轮节的结构，由于所有的涡轮转子在钻井液水力作用下产生的轴向力全部作用在推力轴承上，不但推力轴承的负荷大，易于失效，而且也造成涡轮钻具水力性能和机械效率的下降。另一方面，现有涡轮节的流道结构，由于过流面积变化剧烈，造成压力损失较大，也影响了涡轮钻具的效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足而提供一种用于高速涡轮钻具涡轮节的液力平衡装置，它不仅能降低涡轮节内的轴向推力，而且能使钻井液过流面积变化平缓，降低压耗，从而提高涡轮钻具的整机效率和使用寿命。

本发明为解决上述问题提出的技术方案为：包括有与涡轮钻具壳体相配置的静环座，静环座内下方通过弹簧安设静环盘，静环盘的上端面与套装在涡轮轴上的动环盘相配置，静环盘的内孔与套装在涡轮轴上的动环隔套相配置，所述的动环盘下端面设置环槽，环槽通过连接通孔与涡轮轴的下径向通孔相连通。

按上述方案，所述的弹簧为碟形弹簧，碟形弹簧与静环盘的下端面相配置。

按上述方案，所述的静环座呈套状，内孔为台阶状，上大下小，且设置有与碟形弹簧相配置的内端面；外周与涡轮钻具壳体内腔保持间隔形成环形流道，同时沿周向间隔设置支撑块与壳体内腔相配置。

按上述方案，所述的设置在静环座外周的支撑块上设置螺孔安设径向定位螺钉，与静环盘外周开设的周向定位槽相配置，所述的支撑块沿周向均布3～5个。

按上述方案，所述的动环盘外周与静环座内孔保持间隙形成泄流通道，所述的的静环座上端外周设置泄流孔。

按上述方案，动环盘上端有涡轮轴轴肩止挡，下端通过动环隔套轴向压紧。

本发明使用时液力平衡装置13安设在涡轮轴的下方，位于涡轮组件12与轴承组件14之间，涡轮轴开设上下贯通的中心通孔，在涡轮轴的上方开设与中心通孔连通的上径向通孔，使中心通孔与壳体内腔上方相连通，在涡轮轴的下方对应于液力平衡组件开设有与中心通孔相导通的下径向通孔，通过下径向通孔与液力平衡装置的动环盘下端面环槽相连通，当到达一定压力时，动环盘顶开静环盘，产生间隙，使得一小部分钻进液通过涡轮轴中心通孔经液力平衡组件到达涡轮节下方。

本发明的有益效果在于：1、通过液力平衡装置动环盘端面的作用产生反向推力可降低作用在轴承组件上的轴向推力，由于前后压差的降低，使得涡轮轴的轴向推力相应减小，作用于球轴承组上的轴向推力也相应变小，从而改善涡轮轴和球轴承组的止推受力状况，提高了涡轮钻具的使用寿命。2、在高转速、重载荷的工况下，通过在涡轮轴下方设置液力平衡装置，改善了涡轮节流道，使钻井液过流面积变化趋于平缓，降低了涡轮钻具的压耗，提高了涡轮钻具的整机效率。

附图说明

图1是本发明一实施例正剖视图。

图2是图1中的A-A剖视图。

图3是本发明的使用安装状态图。

图4是本发明安设在高速涡轮钻具中的实施例结构图。

具体实施方式·

下面结合附图和实施例对本发明进一步地详细说明。

包括有与涡轮钻具壳体1相配置的静环座2，静环座的轴向通过分流轴套9定位，所述的静环座呈套状，内孔为台阶状，上大下小，且设置有与碟形弹簧5相配置的内端面；静环座外周与涡轮钻具壳体内腔保持间隔形成环形流道，同时沿周向间隔设置支撑块与壳体内腔相配置，所述的支撑块上设置螺孔安设径向定位螺钉8，与静环盘外周开设的周向定位槽7相配置，所述的支撑块沿周向均布5个。静环座内下方通过碟形弹簧安设静环盘4，静环盘的上端面与套装在涡轮轴上的动环盘3相配置，静环盘的内孔与套装在涡轮轴上的动环隔套6相配置，所述的动环盘下端面设置环槽，环槽通过连接通孔与涡轮轴10的下径向通孔相连通。所述的动环盘外周与静环座内孔保持间隙形成泄流通道，所述的的静环座上端外周设置泄流孔。动环盘上端有涡轮轴轴肩止挡，下端通过动环隔套轴向压紧。动环盘和动环隔套与涡轮轴一起转动。

本发明使用时液力平衡装置13安设在涡轮轴10的下方，位于涡轮组件12与轴承组件14之间，液力平衡装置可沿轴向连续设置多个，涡轮轴开设上下贯通的中心通孔，在涡轮轴的上方开设与中心通孔连通的上径向通孔，使中心通孔与壳体内腔上方相连通，在涡轮轴的下方对应于液力平衡装置开设有与中心通孔相导通的下径向通孔C，通过下径向通孔与液力平衡装置的动环盘下端面环槽D相连通，由于下径向通孔C的压力大于外周环形流道B处的压力，动环盘顶开静环盘，产生间隙，使得一小部分高压区的钻井液通过涡轮轴中心通孔经液力平衡装置到达涡轮节下方，进入低压区，而大部分钻井液通过多级涡轮组件和分流轴套从静环座外周的环形流道流出，压力逐渐变小从而形成低压区。本发明适用于深井、高温井的高速涡轮钻具。