油润滑螺杆钻具传动轴总成的结构设计

油润滑螺杆钻具传动轴总成的结构设计

螺杆钻具推力轴承组所采用的润滑方式多为钻井液润滑，

该润滑方式容易导

致推力轴承组发生磨粒磨损以及钻井液腐蚀等现象，

通过对传统传动轴总成结构

进行分析总结，

确定可能导致泄露情况发生的结构，

可知影响储油润滑方式实现

的主要结构可分为三大类：

螺纹连接结构、

相对静止的间隙配合、

相对旋转的间

隙配合。

通过对传动轴总成相关结构进行一系列改良，

解决影响轴承组储油润滑

方式实现的结构问题，实现轴承组润滑方式由钻井液润滑到储油润滑的转变。

标签：螺杆钻具；油润滑；密封圈；金属波纹管；壳体

前言

随着我国石油钻井业的发展，

人们对主要动力钻井设备的性能及可靠性提出

越来越高的要求，而我国螺杆钻具整体工作寿命并不理想，在钻井作业过程中，

由于推力轴承组所受载荷比较复杂、

载荷波动程度高、

冲击性强、

作业坏境恶劣，

轴承组失效时常发生。

目前，

我国螺杆钻具推力轴承组的润滑方式主要为钻井液

润滑，

该润滑方式效果有限，

润滑液所携带的固体颗粒及其所具有的腐蚀作用会

加剧推力轴承组滚球与滚道的磨损。

对推力轴承组润滑方式进行改良，

提高其工

作寿命具有重要的工程意义。

1 

传统推力轴承组润滑结构及工作原理

螺杆钻具主要由旁通阀总成、

马达总成、

万向节总成和传动轴总成四部分组

成，

而传动轴总成如图

1

所示，

是螺杆钻具最关键的部件之一，

其将钻压及扭矩

傳递给钻头；

推力轴承组为传动轴总成最为薄弱的环节，

其主要作用是承受轴向

载荷

[1]

。为了使推力轴承组实现油润滑，此处需对传统的传动轴总成结构和工

作原理进行分析，

并进行优化改进。

在钻井作业过程中有超过

90%

的钻井液由水

帽进入传动轴中部通道进而流向下部钻头，其余约

7%

的钻井液主要通过上

TC

轴承动圈、静圈之间的间隙，流经推力轴承组从而对其进行冷却及润滑

[2]

。

以外径为

172mm

的螺杆钻具为例，传动轴转速相对较低（

90

～

160r/min

）

，

推力轴承组所承受的载荷主要为较大轴向载荷和较小的摩擦扭矩

（径向载荷主要

由上、下

TC

轴承承担）

，轴向载荷主要由静钻压（

60

～

150KN

）和由于振动而

引起的附加载荷

（大小为静钻压的

25%

～

50%

）

组成

[3]

。

推力轴承组工作环境恶

劣，所受载荷巨大。目前，我国螺杆钻具推力轴承组多采用钻井液润滑方式，相

对于储油润滑，

该润滑方式不仅腐蚀性更强，

而且钻井液中不可避免会含有固体

颗粒，

在巨大的载荷作用下，

固体颗粒对推力轴承组磨损严重，

甚至会导致滚子

崩碎的发生

[4

、

5]

。

如果想要推力轴承组实现储油润滑，需要对推力轴承组两端进行可靠密封，

以防止润滑油的泄露，

通过对传统的传动轴总成结构进行分析，

将可能导致泄露

发生的结构进行分类，需要解决的问题主要包括以下三种：