[发明专利]一种液力平衡涡轮钻具动力节

说明书

技术领域：

本发明涉及一种液力平衡涡轮钻具动力节，属石油钻井工具设计技术领域。

背景技术：

随着石油勘探、开采的深度增加，地层条件愈加恶劣，钻井的难度也越来越大。在深井和超深井中作为井下动力钻具的涡轮钻具的优势也越来越明显，涡轮钻具与螺杆钻具相比具有钻速高，能量转换率大，噪音小，井身质量好，寿命长，耐高温等优势。涡轮钻具是目前提高机械钻速、增加单只钻头进尺、减少每米钻井成本、实现井身轨迹的定向控制、确保井身质量和钻井安全性等方面，效果非常显著的钻井工具。

涡轮钻具一般由涡轮节和支承节组成，涡轮节是将定、转子装在一个壳体内，是动力部分；支撑节是将止推轴承组装在一个壳体内，用来承受钻井时涡轮节产生的水力载荷和钻压。

在采用涡轮钻具钻井的过程中，涡轮钻具的止推轴承组是磨损最快的部件，止推轴承组承受了巨大的水力载荷和轴向跳动，井底的恶劣工作环境(如高温，高压，泥浆冲蚀和磨损等诸多因素)会导致支承节止推轴承组过早的失效，从而影响涡轮钻具的使用寿命。可以说止推轴承组的寿命直接决定了涡轮钻具的工作寿命。因此，如何减少对涡轮钻具止推轴承组的冲击载荷，提高支承节止推轴承组的使用寿命，是延长涡轮钻具工作寿命的关键。

发明内容：

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种液力平衡涡轮钻具动力节，将涡轮钻具中的动力节单独设置并设有液力平衡系统，减小了涡轮钻具的轴向力，具有拆装、维修和更换方便，提高维修工作效率，提高涡轮钻具使用寿命的特点。

本发明是通过如下技术方案来实现上述目的的。

在一种液力平衡涡轮钻具动力节的结构中，设置有上接头、壳体、下接头、联接轴、涡轮轴、转子调节套、定子调节套、上扶正轴承、定转子组、下扶正轴承、挡流头调节套、挡流头、分流套、平衡转子调节套、平衡定转子组、联接套、高压引流孔、平衡腔；壳体的上端与上接头的下端相联接；壳体的下端与下接头的上端相联接；涡轮轴安装在壳体内；涡轮轴的上端与联接轴相联接；涡轮轴的下端与联接套相联接；沿涡轮轴的轴向，从上至下，依次在涡轮轴上套装有转子调节套、上扶正轴承、定转子组、下扶正轴承、分流套、平衡定转子组；转子调节套安装在上扶正轴承与联接轴之间；在转子调节套的外圈，沿壳体的内壁，定子调节套安装在上扶正轴承与上接头之间；上扶正轴承安装在定转子组的上方；下扶正轴承安装在定转子组的下方；在下扶正轴承的下方，装有分流套、挡流头调节套和平衡转子调节套；分流套坐在涡轮轴的台阶上；在分流套的外圈，沿壳体的内壁，挡流头调节套和平衡转子调节套安装在下扶正轴承与平衡定转子组之间；在挡流头调节套和平衡转子调节套之间安装有挡流头；在分流套的下方，平衡定转子组套装在涡轮轴上；在涡轮轴上相对应于定转子组的第二副定转子处开有高压引流孔，与涡轮轴中空的泥浆通道相通；在涡轮轴的底部，向上开有平衡腔，并与涡轮轴中空的泥浆通道和平衡定转子组相通。

本发明与现有的技术相比，将涡轮钻具中的动力节单独设置，方便拆装、维修和更换，极大地提高了维修工作效率；在动力节中设置有液力平衡系统，减小了涡轮钻具的轴向力，提高了涡轮钻具的使用寿命。

附图说明：

图1为本发明的总体结构示意图。

在图中：1.上接头、2.壳体、3.下接头、4.联接轴、5.涡轮轴、6.转子调节套、7.定子调节套、8.上扶正轴承、9.定转子组、10.下扶正轴承、11.挡流头调节套、12.挡流头、13.分流套、14.平衡转子调节套、15.平衡定转子组、16.联接套、17.高压引流孔、18.平衡腔。

具体实施方式：

本发明一种液力平衡涡轮钻具动力节由上接头1、壳体2、下接头3、联接轴4、涡轮轴5、转子调节套6、定子调节套7、上扶正轴承8、定转子组9、下扶正轴承10、挡流头调节套11、挡流头12、分流套13、平衡转子调节套14、平衡定转子组15、联接套16、高压引流孔17、平衡腔18组成；壳体2的上端与上接头1的下端通过螺纹相联接；壳体2的下端与下接头3的上端通过螺纹相联接；涡轮轴5安装在壳体2内；涡轮轴5的上端与联接轴4通过螺纹相联接；涡轮轴5的下端与联接套16通过螺纹相联接；沿涡轮轴5的轴向，从上至下，依次在涡轮轴5上套装有转子调节套6、上扶正轴承8、定转子组9、下扶正轴承10、分流套13、平衡定转子组15；转子调节套6安装在上扶正轴承8与联接轴4之间，转子调节套6是用来调节涡轮钻具转子系统轴向间隙的；联接轴4与涡轮轴5通过螺纹锁紧将转子调节套6和涡轮转子紧锁在涡轮轴5上，使涡轮转子与涡轮轴5在工作过程中不发生相对转动；在转子调节套6的外圈，沿壳体2的内壁，定子调节套7安装在上扶正轴承8与上接头1之间；定子调节套7是调整涡轮钻具定子系统轴向间隙的；上接头1与壳体2间的螺纹联接将定子调节套7和涡轮定子压紧在壳体2上，使涡轮定子与壳体2在工作过程中不发生相对转动；在装配时，根据实际需要，可改变转子调节套6、定子调节套7的长度来调整转子系统和定子系统的间隙；上扶正轴承8安装在定转子组9的上方；下扶正轴承10安装在定转子组9的下方；定转子系统将高压的泥浆液体转化为机械能，带动涡轮轴5转动；在下扶正轴承10的下方，装有分流套13、挡流头调节套11和平衡转子调节套14；下扶正轴承10的外圈与挡流头调节套11接触，内圈坐在分流套13上；分流套13坐在涡轮轴5的台阶上；在分流套13的外圈，沿壳体2的内壁，挡流头调节套11和平衡转子调节套14安装在下扶正轴承10与平衡定转子组15之间；在挡流头调节套11和平衡转子调节套14之间安装有挡流头12；在分流套13的下方，平衡定转子组15套装在涡轮轴5上；平衡定转子组15装配在涡轮轴5上，联接套16与涡轮轴5通过螺纹旋紧时，锁紧平衡转子，壳体2与下接头3通过螺纹旋紧时，锁紧平衡定子；分流套13和挡流头12之间组成了一个微小的锲状环形空间，少量泥浆经过环形空间旋流除沙后，进入平衡定转子组15处，避免固体颗粒对平衡定转子的冲蚀磨损，又可以起到冷却润滑的作用；在涡轮轴5上相对应于定转子组9的第二副定转子处开有高压引流孔17，与涡轮轴5中空的泥浆通道相通；在涡轮轴5的底部，向上开有平衡腔18，并与涡轮轴5中空的泥浆通道和平衡定转子组15相通；在高压引流孔17处引入的液体压力高，且经过第一副涡轮定转子过滤后，不会含有过多的杂质；高压液体经过平衡腔18后引到平衡定转子组15处；经平衡腔18引入的高压液体与经过多级涡轮副减压后的低压体液会产生的压差，压差形成的压力会对平衡定转子组15有个向下的作用力，减小了涡轮钻具的轴向力，有利于提高涡轮钻具的工作寿命。