热机耦合作用下冲击螺杆钻具传动轴密封性能分析*

石昌帅 赵念刚 邓 娟 付玉坤

(1.西南石油大学机电工程学院 四川成都 610500； 2.中国航发成都发动机有限公司 四川成都 610500；3.中国石油西南油气田分公司工程技术研究院 四川成都 610017)

随着石油钻井深度不断增加，受深部高研磨性地层、高温高压等因素的影响，常规螺杆钻具面临损坏严重、破岩效率低及钻速慢等问题，已经不能满足现场钻井提速需要，从而提出了可提高机械钻速的冲击螺杆钻具。冲击螺杆钻具在传递扭矩的同时，可以产生高频低幅轴向冲击，能够有效提高机械钻速。然而，随着钻探深度的增加，井底温度不断升高，在高温、三维复合运动(往复+旋转)耦合作用下冲击螺杆钻具传动轴总成密封极易失效，限制了冲击螺杆钻具的推广应用。因此研究高温、高转速和往复运动耦合作用下传动轴总成密封性能及参数敏感性具有重要工程价值。冲击螺杆钻具传动轴总成密封结构如图1所示，由上、下2个密封组成一个密封腔体，在密封腔体里面存有润滑油，可以减缓腔体里面轴承组和冲击组件副的磨损，上传动轴通过凸轮机构带动下传动轴实现单向旋转和轴向往复运动。

图1 冲击螺杆钻具传动轴总成密封结构Fig 1 Sealing structure of drive shaft assembly of impact positive displacement motor

LIU等[1]发现流体压力和温度共同作用是导致密封失效的重要因素。CHEN等[2]研究了机械密封柔性环端面变形受O形密封圈分级压缩的影响规律。ZHANG和HU[3]研究了高压和高温环境下牙轮钻头O形密封圈的静密封性能和机械性能。LIU等[4]通过压差实验研究了橡胶密封圈的密封性能。……