[发明专利]一种长寿命高性能螺杆钻具

说明书

技术领域

本发明涉及一种石油天然气勘探与开发的工具，特别是适合于气基流体钻井工艺及高温强振动的泥浆介质深井、超深井钻探中使用的长寿命高性能螺杆钻具。

背景技术

螺杆钻具是当前国内外石油、天然气钻井领域中应用最广泛的一种井下动力钻具，随着现代钻井技术的不断发展，尤其是随着复合钻井的推广，螺杆钻具在钻井作业中扮演的职能越来越多，作用也越来越大。

螺杆钻具主要包括旁通阀总成、马达总成、万向轴总成和传动轴总成。目前螺杆钻具存在的主要问题包括：旁通阀阀孔的开启与关闭由钻井液的流量控制，一旦达到阀孔关闭的流量值，则钻井液均从马达总成流过，在石油天然气钻井过程中，在钻头喷嘴堵塞或螺杆钻具损坏及井下出现复杂情况时，一个常用的技术措施就是进行大排量循环，如不能及时进行，将造成井下事故，当使用大排量钻进时，不能保证马达总成在最优参数下工作；常用的花瓣万向轴的齿瓣需要专用设备加工，火焰切割成型，热影响区大，造成切口周围金相组织不均匀，晶粒粗大，强度低，在近齿根处容易断裂，使用寿命短，而球铰万向轴的传动球在使用过程中承受的摩擦力较大，使用寿命也较短；由于承受的轴向力较大，传动轴总成与万向轴总成的水帽连接处容易断裂；而传动轴总成是螺杆钻具的四大主要部件之一，也是最易失效的部件之一，其作用是将马达的输出扭矩和转速传递给钻头，同时承受钻进过程中产生的轴向和径向载荷，因此，传动轴上端螺纹经常发生断裂及脱扣现象；此外，近年来国内外油气田的招标作业，甲方都要求使用空气钻井，空气钻井具有大幅提高机械钻速、有效发现及保护油气层等技术优势，但同时它对井下钻具特别是对螺杆钻具提出了更高的要求，在空气钻井中常规的螺杆钻具由于缺乏足够的流体润滑无法使用；近年来出现的油密封传动轴螺杆钻具经过现场实验亦无法较好地阻止气基循环介质（纯气、气固、气固液）的侵入，使用寿命低，通常使用40～50小时即失效，这不仅导致频繁起下钻，而且轴承卡死容易引发钻井事故，从而带来较大经济损失并大幅降低钻井效率，目前国内已有的传动轴密封装置用于深井泥浆钻井中时，由于自身密封能力的原因，导致使用效果差，使用寿命短，无法满足使用要求，这甚至限制了带密封装置螺杆钻具在深井中的应用。

本发明针对目前螺杆钻具存在的问题进行了相应的优化改进，改进后的螺杆钻具具有可靠性高、使用寿命长和工作效率高等优点，为钻井提供技术支持和安全保障，拓展在高压复杂地层的使用范围，提高机械钻速，缩短钻井周期。

发明内容

本发明的目的是：为了有效延长螺杆钻具的使用寿命，提高工作效率，减少起下钻和降低钻进成本，特提供一种长寿命高效率螺杆钻具。为了达到上述目的，本发明解决此技术问题所采用的技术方案是：一种长寿命高性能螺杆钻具，主要包括旁通阀总成、马达总成、万向轴总成和传动轴总成，其结构特征是：旁通阀总成、马达总成、万向轴总成和传动轴总成从上至下依次连接；旁通阀总成主要包括上短节、压降阀、心轴、档位套、档位随动件、支撑套筒、弹簧、活塞杆、活塞套、旁通阀壳体、弹簧挡圈、活塞芯和下阀体；旁通阀壳体上下两端分别与上短节和下阀体连接；旁通阀壳体内孔中从上至下依次安装心轴、支撑套筒、活塞杆和活塞套；压降阀安装在心轴上端内孔中；档位套安装在心轴和支撑套筒配合形成的轴向空间内，档位随动件安装在旁通阀壳体预留的安装孔内，并与档位套配合；弹簧挡圈安装在活塞套上端，并固定在旁通阀壳体内孔中，弹簧安装在活塞杆和弹簧挡圈形成的轴向空间内；活塞芯安装在下阀体上端；马达总成主要包括马达接头、流量可控防掉总成、定子壳体、橡胶衬套、中空转子和转子流道；马达接头上下两端分别与下阀体和定子壳体连接；定子壳体内孔硫化有橡胶衬套，中空转子旋入定子壳体内孔，与橡胶衬套配合；流量可控防掉总成下端与中空转子连接，中空转子下端有2～3个转子流道；万向轴总成主要包括万向轴壳体、限位套、上花瓣球铰、承压球、球座连杆、下花瓣球铰和水帽；万向轴壳体上端与定子壳体连接，上花瓣球铰与中空转子连接；球座连杆上下两端分别与上花瓣球铰和下花瓣球铰配合，限位套与球座连杆连接，限制上花瓣球铰向上的移动；承压球安装在球座连杆与上花瓣球铰配合形成的孔内，水帽与下花瓣球铰连接；传动轴总成主要包括传动轴壳体、传动轴、上密封总成、中间密封总成、下密封总成和下短节；传动轴壳体上端与万向轴壳体连接，下端与下短节连接，传动轴和水帽连接；上密封总成安装在传动轴壳体和传动轴配合形成的环空内；中间密封总成安装在传动轴总成中部，下密封总成安装在传动轴总成下端。