一种保护井下螺杆钻具和钻头组合的缓冲蓄能装置 |
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| 申请号 | CN201510867447.3 | 申请日 | 2015-11-30 | 公开(公告)号 | CN105507821A | 公开(公告)日 | 2016-04-20 |
| 申请人 | 长江大学; | 发明人 | 易先中; 盛治新; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种保护井下螺杆钻具和 钻头 组合的缓冲蓄能装置，至少包括 主轴 、蓄能组件和套于主轴上的壳体，壳体通过安装于主轴上端的上 锁 紧 螺母 和位于主轴下端的壳体锁紧螺母限位，壳体与主轴之间间隙构成传动缓冲腔，蓄能组件安装于传动缓冲腔中，蓄能组件包括蓄能短节、推靠垫和弹性缓冲件，蓄能短节与主轴键连接并且蓄能短节的下端突出于主轴下端；该装置通过蓄能短节来调整钻头所承受钻压的大小，减震同时还具有良好 扭矩 的传递功能，可作为井下动 力 马 达的传动部分，防止顿钻时对螺杆钻具和钻头造成的损害，对螺杆钻具和钻头起到一定的缓冲和保护作用，并有效的减短井下动力马达扶正器到钻头的距离，提高单弯井下动力马达的造斜率。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种保护井下螺杆钻具和钻头组合的缓冲蓄能装置，至少包括主轴、蓄能组件和套于主轴上的壳体，其特征在于：所述壳体通过安装于主轴上端的上锁紧螺母和位于主轴下端的壳体锁紧螺母限位，壳体与主轴之间的间隙构成传动缓冲腔，蓄能组件安装于传动缓冲腔中，所述蓄能组件包括蓄能短节、推靠垫和弹性缓冲件，蓄能短节与推靠垫从下至上依次套于主轴上，蓄能短节的内表面上开设有滑道，蓄能短节通过安装于滑道中的键与主轴连接并且蓄能短节的下端突出于主轴下端，弹性缓冲件固定于推靠垫管壁与壳体之间，主轴的下端上安装有下锁紧螺母，蓄能短节通过下锁紧螺母锁紧，所述推靠垫为法兰管，弹性缓冲件的上端通过壳体内表面上设置的限位结构限位、下端通过推靠垫的法兰边限位，所述蓄能短节为外表面呈阶梯状的直管，推靠垫的法兰边通过蓄能短节外表面的台阶A限位。 |
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| 说明书全文 | 一种保护井下螺杆钻具和钻头组合的缓冲蓄能装置技术领域[0001] 本发明涉及一种用于保护井下螺杆钻具和钻头组合的装置，属于石油钻井工具技术领域。 背景技术[0002] 目前，随着国内外钻井技术的发展，钻井速度与过去相比已经有很大的提高，但来自钻井现场的信息表明，复杂结构井中钻头常常因为扭矩大，不稳定等而出现失速或飞车情况，严重时导致钻头磨损失效；此外，在下钻过程中时常发生顿钻的现象，造成钻头破坏，螺杆钻具受损，不仅使钻头和螺杆钻具的使用寿命受到影响还直接导致钻井周期变长、钻井的成本大大增加。 [0003] 有鉴于此，申请号为201110000167.4的中国发明专利“抗冲击螺杆钻具”公开了一种带缓冲装置的螺杆钻具，传动轴突出于壳体的下端上设有缓冲套，缓冲套的下端安装有用于安装钻头的转换接头，传动轴与缓冲套之间设有弹簧，用于将钻头产生的震动瞬间消除，避免钻头以上的工具受到冲击；但由于缓冲装置(缓冲套和弹簧)安装于传动轴突出于壳体的下端上，因此缓冲装置增大了传动轴的长度，限制了钻具的整体钻速，并且传动轴长度过长增大了传动轴故障的风险。 发明内容[0004] 本发明的目的在于提供一种结构简单、井下运转稳定、安全可靠、使用寿命长的保护井下螺杆钻具和钻头组合的缓冲蓄能装置。 [0005] 实现本发明目的所采用的技术方案为，一种保护井下螺杆钻具和钻头组合的缓冲蓄能装置，至少包括主轴、蓄能组件和套于主轴上的壳体，所述壳体通过安装于主轴上端的上锁紧螺母和位于主轴下端的壳体锁紧螺母限位，壳体与主轴之间的间隙构成传动缓冲腔，蓄能组件安装于传动缓冲腔中，所述蓄能组件包括蓄能短节、推靠垫和弹性缓冲件，蓄能短节与推靠垫从下至上依次套于主轴上，蓄能短节的内表面上开设有滑道，蓄能短节通过安装于滑道中的键与主轴连接并且蓄能短节的下端突出于主轴下端，弹性缓冲件固定于推靠垫管壁与壳体之间，主轴的下端上安装有下锁紧螺母，蓄能短节通过下锁紧螺母锁紧，所述推靠垫为法兰管，弹性缓冲件的上端通过壳体内表面上设置的限位结构限位、下端通过推靠垫的法兰边限位，所述蓄能短节为外表面呈阶梯状的直管，推靠垫的法兰边通过蓄能短节外表面的台阶A限位。 [0006] 传动缓冲腔中设有传动组件，所述传动组件包括上径向轴承内圈、上径向轴承外圈、下径向轴承内圈、顶靠螺母和由一个以上推力轴承构成的推力轴承组，上径向轴承外圈与上径向轴承内圈从外至内依次套于主轴上，推力轴承组和顶靠螺母从上至下顺序安装于主轴上，推力轴承组的两端分别通过上径向轴承内圈和顶靠螺母限位。 [0007] 推力轴承组与顶靠螺母之间设有台肩套，台肩套的上端抵紧推力轴承组的内圈下端，推靠垫位于顶靠螺母下方。 [0008] 所述壳体包括上壳体和下壳体，上壳体和下壳体的表面上均设有台阶结构，上壳体的上端通过上锁紧螺母限位、下端通过下壳体外表面的台阶结构限位，下壳体的上端通过推力轴承组外圈的下端面限位、下端通过壳体锁紧螺母限位，壳体锁紧螺母与下壳体下端的内表面螺纹连接。 [0009] 壳体锁紧螺母套于蓄能短节的中部，壳体锁紧螺母与蓄能短节之间设有下径向轴承内圈，下径向轴承内圈的两端分别通过推靠垫的法兰边和蓄能短节外表面的台阶B限位。 [0010] 上径向轴承外圈的下端设有法兰边，上径向轴承外圈的法兰边夹紧固定于上壳体内表面的台阶结构与推力轴承组的外圈上端面之间，弹性缓冲件的上端通过下壳体内表面的台阶结构限位。 [0011] 下壳体上设有近钻头稳定器。 [0012] 传动缓冲腔中设有调整隔套，调整隔套套于主轴上，调整隔套的两端分别与推力轴承组的外圈下端和弹性缓冲件的上端紧密接触。 [0013] 所述壳体锁紧螺母外表面上的螺纹为左旋螺纹。 [0014] 所述弹性缓冲件为弹簧垫片。 [0015] 由上述技术方案可知，本发明提供的保护井下螺杆钻具和钻头组合的缓冲蓄能装置，主轴的上端与螺杆钻具万向轴螺纹连接、壳体的上端与螺杆钻具万向轴外壳螺纹连接、下端通过壳体锁紧螺母进行限位，螺杆钻具马达产生的动力螺杆钻具万向轴传递至主轴，蓄能短节与主轴键连接并且通过下锁紧螺母锁紧，钻头安装于蓄能短节的下端并且与之螺纹连接，上述结构可保证该缓冲蓄能装置传递较大的扭矩；壳体通过安装于主轴上端的上锁紧螺母和位于主轴下端的壳体锁紧螺母限位，保证壳体与主轴之间连接稳固；壳体与主轴之间的间隙构成传动缓冲腔，蓄能组件安装于传动缓冲腔中，传动缓冲腔为蓄能组件提供有效的保护并且蓄能组件的安装不改变主轴的长度，使得该装置可维持较佳的钻进速度；所述蓄能组件包括蓄能短节、推靠垫和弹性缓冲件，蓄能短节与推靠垫从下至上依次套于主轴上，蓄能短节的下端突出于主轴下端用于连接钻头，下锁紧螺母抵紧蓄能短节用于对蓄能短节进行轴向限位，提高了该蓄能组件的结构可靠性；蓄能短节为外表面呈阶梯状的直管，推靠垫通过蓄能短节外表面的台阶A(轴向)限位，推靠垫采用法兰管，弹性缓冲件固定于推靠垫管壁与壳体之间，推靠垫主体套于主轴上、法兰边用于对弹性缓冲件进行轴向限位，弹性缓冲件的上端通过壳体内表面上设置的限位结构限位，钻进时，蓄能短节遇到钻头瞬间的轴向力而沿滑道向上移动，推动推靠垫向上移动，从而压缩弹性缓冲件，对钻头和螺杆钻具起到缓冲减震的作用，当钻头不受瞬间轴向力的作用时，蓄能短节在弹性缓冲件的作用下恢复原位。 [0016] 为提高装置的抗冲击性能，传动缓冲腔中设有传动组件，传动组件包括上径向轴承内圈、上径向轴承外圈、下径向轴承内圈、顶靠螺母和推力轴承组，上径向轴承外圈与上径向轴承内圈从外至内依次套于主轴上、承受径向力作用，推力轴承组和顶靠螺母从上至下顺序安装于主轴上，推力轴承组的两端分别通过上径向轴承内圈和顶靠螺母限位、承受来自钻井过程中施加钻压的轴向力作用，钻进过程中，上径向轴承外圈、上径向轴承内圈和推力轴承组均通过钻井液润滑，推力轴承组与顶靠螺母之间设有台肩套，台肩套的上端抵紧推力轴承组的内圈下端、用于锁紧推力轴承组，推力轴承组的外圈下端通过调整隔套将其位置固定。 [0017] 本发明提供的外壳由上壳体和下壳体构成，外壳设计为两段式结构、增大自身强度、减小加工难度，上壳体和下壳体的表面上均设有用于轴向限位的台阶结构，其中，上壳体的上端通过上锁紧螺母限位、下端通过下壳体外表面的台阶结构限位，下壳体的上端通过推力轴承组外圈的下端面限位、下端通过壳体锁紧螺母限位，壳体锁紧螺母与下壳体下端的内表面螺纹连接，位于上壳体内表面的台阶结构用于对推力轴承组的外圈上端进行轴向限位，位于上壳体内表面的台阶结构与推力轴承组的外圈夹紧上径向轴承外圈的法兰边，增大上径向轴承外圈的承力范围，下壳体内表面的台阶结构用于对弹性缓冲件的上端进行轴向限位；壳体锁紧螺母与下壳体下端的内表面通过左旋螺纹螺纹进行连接，左旋螺纹避免壳体锁紧螺母在工作中发生松扣现象，保证壳体与主轴稳定连接，壳体锁紧螺母与蓄能短节之间设有下径向轴承内圈，下径向轴承内圈的两端分别通过推靠垫的法兰边和蓄能短节外表面的台阶B限位，壳体锁紧螺母与下径向轴承内圈相配合，辅助承受钻进过程中施加于装置上的径向力作用；传动缓冲腔中设有调整隔套，其两端分别与推力轴承组的外圈下端和弹性缓冲件的上端紧密接触，用于调整推力轴承组与弹性缓冲件之间的间隔，即调节蓄能组件的缓冲行程。 [0018] 综上所述，本发明提供的保护井下螺杆钻具和钻头组合的缓冲蓄能装置，不但有效解决了钻头在钻进过程中与到的对钻头有害震动的情况，同时还传递的较大的扭矩，该装置可以与井下动力马达直接组合，配成所需要的井下保护钻头和螺杆钻具的缓冲蓄能螺杆钻具，该装置可以很好的解决下钻过程中顿钻对螺杆钻具和钻头造成的损伤。并且根据钻井工况的需要，可以在下壳体上设置近钻头稳定器，这样有效的减短近钻头稳定器到钻头的距离，提高单弯井下动力马达的造斜率。该装置结构简单，使用方便；井下运转稳定，安全可靠，与井下动力马达配合整机效率较高，传递的扭矩大，使用寿命高，可以对工作中的钻头有效的起到减震的作用，保护钻头，并能有效防止下钻过程中发生顿钻对螺杆钻具造成的伤害，该装置能适应各种硬地层钻井工况，对螺杆钻具和钻头起到有效的保护作用，延长钻头的使用寿命，缩短钻井周期，降低钻井成本。附图说明 [0019] 图1为本发明提供的保护井下螺杆钻具和钻头组合的缓冲蓄能装置的结构示意图。 [0020] 其中，1-主轴，2-上锁紧螺母，3-上径向轴承外圈，4-上径向轴承内圈，5-上壳体，6-推力轴承组，7-台肩套，8-调整隔套，9-顶靠螺母，10-下壳体，11-弹性缓冲件，12-推靠垫，13-下径向轴承内圈，14-壳体锁紧螺母，15-蓄能短节，16-下锁紧螺母，17-滑道，18-台阶A，19-台阶B，20-键。 具体实施方式[0021] 下面结合附图和实施例对本发明进行详细具体说明。 [0022] 本发明提供的保护井下螺杆钻具和钻头组合的缓冲蓄能装置，其结构如图1所示，包括主轴1、蓄能组件、传动组件和套于主轴上的壳体，壳体通过安装于主轴1上端的上锁紧螺母2和位于主轴下端的壳体锁紧螺母14限位，壳体与主轴之间的间隙构成传动缓冲腔，传动组件和蓄能组件安装于传动缓冲腔中，上锁紧螺母2位于主轴1最上端，保证其他零件不会向上窜动； [0023] 所述传动组件包括上径向轴承内圈3、上径向轴承外圈4、下径向轴承内圈13、顶靠螺母9、台肩套7和由一个以上推力轴承构成的推力轴承组6，上径向轴承外圈4与上径向轴承内圈3从外至内依次套于主轴1上，承受径向力作用，推力轴承组6、台肩套7和顶靠螺母9从上至下顺序安装于主轴1上，台肩套7的上端抵紧推力轴承组的内圈下端，推力轴承组的两端分别通过上径向轴承内圈3和台肩套7限位； [0024] 所述蓄能组件包括蓄能短节15、推靠垫12和弹性缓冲件11，蓄能短节15与推靠垫12从下至上依次套于主轴1上，蓄能短节的内表面上开设有滑道17，蓄能短节通过安装于滑道17中的键20与主轴1连接并且蓄能短节的下端突出于主轴下端，钻头与蓄能短节15的下端螺纹连接，弹性缓冲件11固定于推靠垫12管壁与壳体之间，弹性缓冲件优选弹簧垫片，主轴1的下端上安装有下锁紧螺母16，蓄能短节通过下锁紧螺母16锁紧，所述推靠垫12为法兰管，推靠垫12套于主轴1上并且位于顶靠螺母9下方，弹性缓冲件11的上端通过壳体内表面上设置的限位结构限位、下端通过推靠垫12的法兰边限位，所述蓄能短节15为外表面呈阶梯状的直管，推靠垫12的法兰边通过蓄能短节外表面的台阶A18限位，壳体锁紧螺母14套于蓄能短节的中部，壳体锁紧螺母14与蓄能短节之间设有下径向轴承内圈13，下径向轴承内圈13的两端分别通过推靠垫12的法兰边和蓄能短节15外表面的台阶B19限位； [0025] 所述壳体包括上壳体5和下壳体10，上壳体5的上端通过上锁紧螺母2限位、下端通过下壳体外表面的台阶结构限位，下壳体10的上端通过推力轴承组6外圈的下端面限位、下端通过壳体锁紧螺母14限位，壳体锁紧螺母14与下壳体10下端的内表面通过左旋螺纹连接，上径向轴承外圈3的下端设有法兰边，上径向轴承外圈的法兰边夹紧固定于上壳体5内表面的台阶结构与推力轴承组6的外圈上端面之间，弹性缓冲件11的上端通过下壳体内表面的台阶结构限位，台阶结构即为壳体内表面上设置的限位结构，根据钻井工况的需要，可以在下壳体上设置近钻头稳定器(图中未示出)； [0026] 传动缓冲腔中设有调整隔套8，调整隔套8套于主轴1上，调整隔套的两端分别与推力轴承组6的外圈下端和弹性缓冲件11的上端紧密接触。 [0027] 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要结构特征。本发明不受上述实例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。 |
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