CN103015906A - 一种钻具减阻短节 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻具减阻短节，包括芯轴本体和减阻器，所述芯轴本体上具有中心孔，在芯轴本体的中部外周上设有环形凹槽，该环形凹槽用作装配减阻器；所述减阻器主要由轴承套和多副减阻滚轮构成，所述轴承套为组合轴承套，由第一半环轴承套和第二半环轴承套经连接件组合构成，轴承套的内径略大于芯轴本体环形凹槽的外径，在轴承套的外周上设有多个滚轮槽，每个滚轮槽内通过销轴装配有一副减阻滚轮，减阻滚轮在轴承套圆周上的最高点大于芯轴本体及轴承套的外径。本发明能够有效地将钻具旋转过程中产生的接触摩擦阻力转换成滚动摩擦阻力，从而实现减摩降阻目的，它具有结构简单、加工成本低、可靠性和整体强度高、实用性强等特点。

Description

一种钻具减阻短节

技术领域

本发明涉及油气井的钻采工具，具体是一种钻具减阻短节。

背景技术

钻具是油气井钻采的重要设备之一，钻具的两端分别与钻头和井口的动力设备连接，在井口动力设备的驱动下，钻具在井壁内及置于井壁上的套管内实现旋转，从而给钻头传递钻压，驱使钻头进行钻进作业。然而，钻具在旋转过程中会与井壁及套管产生摩擦阻力，该摩擦阻力随着油气井的井深增长而急剧增大，当摩擦阻力大于钻具屈服的压力时，钻具被卡死，钻压无法传递至钻头，从而使油气井的钻进作业陷入停顿。为此，需要给钻具增设减阻工具，通过减阻工具降低钻具在井壁及套管内产生的摩擦阻力。现有的减阻工具结构有很多种，都是通过在其本体上设置的滚轮或滚珠，将钻具与井壁及套管产生的接触摩擦阻力转换滚动摩擦阻力，进而降低钻具在钻进过程中产生的摩擦阻力。但是，这些减阻工具为了实现在钻具上的装配，需要将减阻工具加工成多段或多块分体，在钻具上装配时，将各段或各块分体依次拼接到一起，其结构非常复杂，加工成本高，可靠性和整体强度差，使用寿命短。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有技术的不足，提供一种结构简单、加工成本低、可靠性和整体强度高、能够有效地将钻具旋转过程中产生的接触摩擦阻力转换成滚动摩擦阻力的钻具减阻短节。

本发明采用的技术方案是：一种钻具减阻短节，包括芯轴本体和减阻器，所述芯轴本体上具有中心孔，在芯轴本体的中部外周上设有环形凹槽，该环形凹槽用作装配减阻器；所述减阻器主要由轴承套和多副减阻滚轮构成，所述轴承套为组合轴承套，由第一半环轴承套和第二半环轴承套经连接件组合构成，轴承套的内径略大于芯轴本体环形凹槽的外径，在轴承套的外周上设有多个滚轮槽，每个滚轮槽内通过销轴装配有一副减阻滚轮，减阻滚轮在轴承套圆周上的最高点大于芯轴本体及轴承套的外径。

所述第一半环轴承套和第二半环轴承套分别为半环结构的异形体，二者的一个组合端边为直边，另一个组合端边为阶梯边，二者的阶梯边相匹配。

所述第一半环轴承套和第二半环轴承套的顶、底端均设有未贯通至环向端部的止环槽，在每道止环槽的环向端部设有螺栓孔，第一半环轴承套顶、底端止环槽上的螺栓孔分别与第二半环轴承套顶、底端止环槽上的螺栓孔对应、匹配，通过在二者的螺栓孔中穿入螺栓，将二者组合成一体。

所述轴承套的内壁上设有至少一道磨损指示槽。

所述减阻器通过两端的止推环和间隙调节环装配在芯轴本体的环形凹槽内。

所述轴承套上的滚轮槽以纵向划分为三组，这三组滚轮槽均布在轴承套的圆周上。

所述多副减阻滚轮中的每一副减阻滚轮由两个旋转时互不干扰的滚轮构成，每个滚轮呈椭圆形。

所述芯轴本体环形凹槽的外壁和轴承套的内壁上分别设有耐磨层，芯轴本体环形凹槽外壁上的耐磨层硬度大于轴承套内壁上的耐磨层硬度。

所述芯轴本体上部和下部的外壁分别设有螺旋导流槽，且在芯轴本体的上部设有吊钳扣合部位。

所述芯轴本体的顶、底端分别设有连接用的第一锥螺纹和第二锥螺纹，所述第一锥螺纹设在芯轴本体的中心孔顶端，所述第二锥螺纹设在芯轴本体的外壁底端。

本发明的有益效果是：上述减阻短节由芯轴本体和减阻器构成，通过芯轴本体与钻具进行可靠连接；减阻器由两块半环轴承套和布置在两块半环轴承套上的多副减阻滚轮构成，两块半环轴承套并非为简单的瓦状结构，而是类似于太极图案的两块异形状半环轴承套，两块半环轴承套能够在芯轴本体上轻松组装，组装可靠、牢固，强度高，无论是轴向受力，还是径向受力，均能可靠承受，减阻滚轮的滚轮设计成椭圆形，有效避免了滚轮变形对井下工具的磨损（如柱形滚轮）及嵌入井壁的意外情况（如球形滚轮）发生，通过减阻滚轮可以有效地将钻具在旋转过程中产生的接触摩擦阻力转换成滚动摩擦阻力，从而实现减摩降阻目的，整体结构简单，可靠性和强度高，实用性强，加工成本低；此外，芯轴本体和减阻器的装配组合面设有耐磨层，芯轴本体上的耐磨层硬度大于减阻器上的耐磨层硬度，以减阻器作为磨损牺牲的一方，避免了芯轴本体磨损，减阻器更换方便，便于钻具维护、更换，而且在构成减阻器的在两块半环轴承套的内壁设有磨损指示槽，通过该槽可以观察减阻器的磨损情况，亦能通过该槽注入润滑油，有助于降低减阻器与芯轴本体的摩擦系数，延长整个减阻短节的使用寿命。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明的一种结构示意图。

图2是图1的A-A视图。

图3是图1的B-B视图。

图4是图1的C-C视图。

图5是图3的局部D放大图。

图6是图1中第一半环轴承套的一种结构示意图。

图7是图1中第二半环轴承套的一种结构示意图。

图中代号含义：1—芯轴本体；2—止推环；3—间隙调节环；4—减阻滚轮；5—销轴；6—第一半环轴承套；7—第二半环轴承套；8—螺旋导流槽；9—磨损指示槽；10—滚轮槽；11—中心孔；12—第一锥螺纹；13—第二锥螺纹；14—螺栓孔；15—止环槽。

具体实施方式

参见图1至图7：本发明包括芯轴本体1和减阻器。

其中，芯轴本体1为一根轴向空心的管件，其空心部分即为中心孔11，该中心孔11用作使钻井气、液循环；在芯轴本体1的顶、底端分别设有用作连接钻具的第一锥螺纹12和第二锥螺纹13（第一锥螺纹12和第二锥螺纹13均为API标准锥螺纹），第一锥螺纹12设在芯轴本体1的中心孔11顶端，第二锥螺纹13设在芯轴本体1的外壁底端。在芯轴本体1外壁的中部设有环形凹槽，环形凹槽的长度和深度应当与减阻器的高度和厚度相对应，在环形凹槽的外壁上堆焊有一层高强度的耐磨层（例如堆焊AL2O3），芯轴本体1通过环形凹槽装配减阻器，减阻器的两端与环形凹槽的两端留有间隙，在两端的间隙内均装有止推环2和间隙调节环3，止推环2紧贴环形凹槽的端部，间隙调节环3紧贴减阻器的端部。在环形凹槽上方和下方的芯轴本体1外壁上（即芯轴本体1外壁的上部和下部）分别设有螺旋导流槽8，螺旋导流槽8用作快速的携带井底岩屑，且在芯轴本体1的外壁上部设有吊钳扣合部位（在上部的螺旋导流槽处），吊钳扣合部位供操作机械上扣、松扣。

减阻器主要由轴承套和六副减阻滚轮4构成。轴承套为组合轴承套，由第一半环轴承套6和第二半环轴承套7经连接件（即螺栓）组合构成。轴承套的具体结构是，第一半环轴承套6和第二半环轴承套7分别为半环结构的异形体，即二者的一个组合端边为直边，另一个组合端边为阶梯边，第一半环轴承套6的阶梯边呈正向阶梯，第二半环轴承套7的阶梯边呈倒向阶梯，二者的阶梯边应当相互匹配，确保组合时能够叠加重合、相互啮合在一起，第一半环轴承套6和第二半环轴承套7的组合类似于太极图案，这能有助于提高二者的组装牢固性和可靠性，强度高，无论是轴向受力，还是径向受力，均能可靠承受；在第一半环轴承套6和第二半环轴承套7的顶、底端均设有未贯通至环向端部的止环槽15，在每道止环槽15的环向端部设有螺栓孔14，第一半环轴承套6顶、底端止环槽上的螺栓孔分别与第二半环轴承套7顶、底端止环槽上的螺栓孔对应、匹配，通过在第一半环轴承套6和第二半环轴承套7的螺栓孔中穿入螺栓，将第一半环轴承套6和第二半环轴承套7组合成一体，形成完整的轴承套。轴承套的内径略大于芯轴本体1环形凹槽的外径，在轴承套的内壁上堆焊有一层高强度的耐磨层，该耐磨层的硬度应当小于芯轴本体1环形凹槽上的耐磨层硬度，因为在减阻器和芯轴本体1的组合过程中，要求减阻器作为磨损牺牲的一方，进而降低芯轴本体1更换难度及更换工作量；在轴承套的内壁上加工有多道磨损指示槽9（数量根据具体设计要求而定），通过磨损指示槽9可以观察减阻器的磨损情况，亦能通过磨损指示槽9向减阻器和芯轴本体1的装配组合面注入润滑油，降低减阻器和芯轴本体1的摩擦系数。在轴承套的外周上设有六个滚轮槽10，这六个滚轮槽10中的三个分布在轴承套外壁的上部，另外三个分布在轴承套外壁的下部，上部的三个滚轮槽10和下部的三个滚轮槽10两两对应，上、下两两对应的两个滚轮槽10为一组，这样的话，就是将轴承套外周上的六个滚轮槽10以纵向划分为三组，三组滚轮槽10均布在轴承套的圆周上，即相邻两组滚轮槽10的径向中心线之间夹角为120°；由于轴承套的特殊结构，前述的三组滚轮槽10分布在第一半环轴承套6和第二半环轴承套7上，在第一半环轴承套6和第二半环轴承套7上各分布一组半，半组（即一个）处在第一半环轴承套6、第二半环轴承套7的阶梯边附近；每个滚轮槽10内通过销轴5装配有一副减阻滚轮4，装配在滚轮槽10内的减阻滚轮4在轴承套圆周上的最高点应当大于芯轴本体1及轴承套的外径。前述的一副减阻滚轮4由两个旋转时互不干扰的滚轮构成，每个滚轮分别通过各自的销轴5在滚轮槽10上装配，每个滚轮呈椭圆形，采用硬质合金制成，这样的滚轮结构能够有效杜绝柱形滚轮及球形滚轮所存在的缺陷，其强度和硬度高，耐磨损。

第一半环轴承套6和第二半环轴承套7的阶梯边正、倒方向除了按上述设计外，还可以将二者的阶梯边正、倒方向颠倒过来，即第一半环轴承套6的阶梯边呈倒向阶梯，第二半环轴承套7的阶梯边呈正向阶梯，只要二者的阶梯边相互匹配，在组合时能够叠加重合、相互啮合在一起即可。 

上述第一半环轴承套6和第二半环轴承套7的组合连接件除了采用螺栓外，还可以采用焊接（即将二者的组合边直接焊接成一体）或铰链销轴（即将二者的组合边设计成相互交错的合页状，在交错的合页中穿入销轴即可）。若采用焊接作为组合连接件，那么不利于后续的设备维护、更换；若采用铰链销轴作为组合连接件，那么将会增大减阻器的加工难度，组合可靠性和牢固性差。因而，第一半环轴承套6和第二半环轴承套7的组合连接件优选螺栓。

上述的减阻滚轮数量和滚轮槽数量并非特定值，可以是更多的，例如八个滚轮槽、十个滚轮槽等，减阻滚轮的数量应当与滚轮槽的数量对应一致。

Claims (10)

1.一种钻具减阻短节，包括芯轴本体（1）和减阻器，所述芯轴本体（1）上具有中心孔（11），在芯轴本体（1）的中部外周上设有环形凹槽，该环形凹槽用作装配减阻器；其特征在于：所述减阻器主要由轴承套和多副减阻滚轮（4）构成，所述轴承套为组合轴承套，由第一半环轴承套（6）和第二半环轴承套（7）经连接件组合构成，轴承套的内径略大于芯轴本体（1）环形凹槽的外径，在轴承套的外周上设有多个滚轮槽（10），每个滚轮槽（10）内通过销轴（5）装配有一副减阻滚轮（4），减阻滚轮（4）在轴承套圆周上的最高点大于芯轴本体（1）及轴承套的外径。

2.根据权利要求1所述钻具减阻短节，其特征在于：所述第一半环轴承套（6）和第二半环轴承套（7）分别为半环结构的异形体，二者的一个组合端边为直边，另一个组合端边为阶梯边，二者的阶梯边相匹配。

3.根据权利要求2所述钻具减阻短节，其特征在于：所述第一半环轴承套（6）和第二半环轴承套（7）的顶、底端均设有未贯通至环向端部的止环槽（15），在每道止环槽（15）的环向端部设有螺栓孔（14），第一半环轴承套（6）顶、底端止环槽上的螺栓孔分别与第二半环轴承套（7）顶、底端止环槽上的螺栓孔对应、匹配，通过在二者的螺栓孔中穿入螺栓，将二者组合成一体。

4.根据权利要求1所述钻具减阻短节，其特征在于：所述轴承套的内壁上设有至少一道磨损指示槽（9）。

5.根据权利要求1所述钻具减阻短节，其特征在于：所述减阻器通过两端的止推环（2）和间隙调节环（3）装配在芯轴本体（1）的环形凹槽内。

6.根据权利要求1所述钻具减阻短节，其特征在于：所述轴承套上的滚轮槽（10）以纵向划分为三组，这三组滚轮槽（10）均布在轴承套的圆周上。

7.根据权利要求1所述钻具减阻短节，其特征在于：所述多副减阻滚轮（4）中的每一副减阻滚轮由两个旋转时互不干扰的滚轮构成，每个滚轮呈椭圆形。

8.根据权利要求1所述钻具减阻短节，其特征在于：所述芯轴本体（1）环形凹槽的外壁和轴承套的内壁上分别设有耐磨层，芯轴本体（1）环形凹槽外壁上的耐磨层硬度大于轴承套内壁上的耐磨层硬度。

9.根据权利要求1所述钻具减阻短节，其特征在于：所述芯轴本体（1）上部和下部的外壁分别设有螺旋导流槽（8），且在芯轴本体（1）的上部设有吊钳扣合部位。

10.根据权利要求1所述钻具减阻短节，其特征在于：所述芯轴本体（1）的顶、底端分别设有连接用的第一锥螺纹（12）和第二锥螺纹（13），所述第一锥螺纹（12）设在芯轴本体（1）的中心孔（11）顶端，所述第二锥螺纹（13）设在芯轴本体（1）的外壁底端。

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