CN103132926A - 旋转导向钻井用中空万向节 - Google Patents

旋转导向钻井用中空万向节 Download PDF

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本发明公开了一种旋转导向钻井用中空万向节，包括从上至下依次设置的万向节叉Ⅰ、中间轴及万向节叉Ⅱ，所述万向节叉Ⅰ和所述中间轴上端通过十字轴Ⅰ以及安装在所述十字轴Ⅰ上的轴承Ⅰ转动连接，所述中间轴下端与所述万向节叉Ⅱ通过十字轴Ⅱ以及安装在所述十字轴Ⅱ上的轴承Ⅱ转动连接；所述万向节叉Ⅰ与所述十字轴Ⅰ之间、所述十字轴Ⅰ与所述中间轴上端之间、所述中间轴下端与所述十字轴Ⅱ之间和所述十字轴Ⅱ与所述万向节叉Ⅱ之间均设有密封，所述密封为设有中空结构的圆弧状瓦片体。本发明能够能够实现有效密封，从而显著提高旋转导向钻井工具的性能和寿命。

Description

旋转导向钻井用中空万向节
技术领域
本发明涉及一种应用于石油、天然气等钻探领域的钻井工具，特别是涉及一种旋转导向钻井用中空万向节。
背景技术
旋转导向钻井工具在钻进过程中需要通过不断调整钻头方向来实现井眼轨迹导向，特别是对于指向式旋转导向钻井工具，其是通过偏置芯轴来改变钻头方向，因而在旋转钻进过程中芯轴易承受疲劳应力而破坏。此时，需要一种既能够传递扭矩又能任意改变方向，同时能够实现有效密封的钻井工具。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种旋转导向钻井用中空万向节,该万向节既能够传递扭矩又能任意改变方向，同时能够实现有效密封，从而能够显著提高旋转导向钻井工具性能和寿命。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种旋转导向钻井用中空万向节，包括从上至下依次设置的万向节叉Ⅰ、中间轴及万向节叉Ⅱ，所述万向节叉Ⅰ和所述中间轴上端通过十字轴Ⅰ以及安装在所述十字轴Ⅰ上的轴承Ⅰ转动连接，所述中间轴下端与所述万向节叉Ⅱ通过十字轴Ⅱ以及安装在所述十字轴Ⅱ上的轴承Ⅱ转动连接；
所述万向节叉Ⅰ与所述十字轴Ⅰ之间、所述十字轴Ⅰ与所述中间轴上端之间、所述中间轴下端与所述十字轴Ⅱ之间和所述十字轴Ⅱ与所述万向节叉Ⅱ之间均设有密封，所述密封为设有中空结构的圆弧状瓦片体；
所述万向节叉Ⅰ与所述十字轴Ⅰ之间的密封与所述十字轴Ⅰ的上端面形成面接触，所述十字轴Ⅰ通过该面接触与所述万向节叉Ⅰ与所述十字轴Ⅰ之间的密封转动连接；
所述十字轴Ⅰ与所述中间轴上端之间的密封与所述十字轴Ⅰ的下端面形成面接触，所述十字轴Ⅰ通过该面接触与所述十字轴Ⅰ与所述中间轴上端之间的密封转动连接；
所述万向节叉Ⅰ与所述十字轴Ⅰ之间的密封和所述十字轴Ⅰ与所述中间轴上端之间的密封垂直交叉设置；
所述中间轴下端与所述十字轴Ⅱ之间的密封与所述十字轴Ⅱ的上端面形成面接触，所述十字轴Ⅱ通过该面接触与所述中间轴下端与所述十字轴Ⅱ之间的密封转动连接；
所述十字轴Ⅱ与所述万向节叉Ⅱ之间的密封与所述十字轴Ⅱ的下端面形成面接触，所述十字轴Ⅱ通过该面接触与所述十字轴Ⅱ与所述万向节叉Ⅱ之间的密封转动连接；
所述中间轴下端与所述十字轴Ⅱ之间的密封和所述十字轴Ⅱ与所述万向节叉Ⅱ之间的密封垂直交叉设置。
所述中间轴设置有中间轴下节和中间轴上节，所述中间轴下节和所述中间轴上节通过花键连接，并且在它们之间设置有密封Ⅴ。
所述万向节叉Ⅰ与所述十字轴Ⅰ之间的密封设有预紧结构Ⅰ，所述预紧结构Ⅰ包括固件Ⅰ和预紧弹簧Ⅰ，所述固件Ⅰ安装在所述万向节叉Ⅰ的内壁上，所述预紧弹簧Ⅰ套装在所述固件Ⅰ的外面，并夹压在所述万向节叉Ⅰ与所述固件Ⅰ之间，所述万向节叉Ⅰ与所述十字轴Ⅰ之间的密封安装在所述固件Ⅰ内；在所述万向节叉Ⅰ1与所述固件Ⅰ之间安装有密封环Ⅰ。
所述中间轴上端与所述十字轴Ⅰ之间的密封设有预紧结构Ⅱ，所述预紧结构Ⅱ包括固件Ⅱ和预紧弹簧Ⅱ，所述固件Ⅱ安装在所述中间轴的内壁上，所述预紧弹簧Ⅱ套装在所述固件Ⅱ的外面，并夹压在所述中间轴与所述固件Ⅱ之间，所述中间轴上端与所述十字轴Ⅰ之间的密封安装在所述固件Ⅱ内；在所述中间轴与所述固件Ⅱ之间安装有密封环Ⅱ。
所述中间轴下端与所述十字轴Ⅱ之间的密封设有预紧结构Ⅲ，所述预紧结构Ⅲ包括固件Ⅲ和预紧弹簧Ⅲ，所述固件Ⅲ安装在所述中间轴的内壁上，所述预紧弹簧Ⅲ套装在所述固件Ⅲ的外面，并夹压在所述中间轴与所述固件Ⅲ之间，所述中间轴下端与所述十字轴Ⅱ之间的密封安装在所述固件Ⅲ内；在所述中间轴与所述固件Ⅲ之间安装有密封环Ⅲ。
所述十字轴Ⅱ与所述万向节叉Ⅱ之间的密封设有预紧结构Ⅳ，所述预紧结构Ⅳ包括固件Ⅳ和预紧弹簧Ⅳ，所述固件Ⅳ安装在所述万向节叉Ⅱ的内壁上，所述预紧弹簧Ⅳ套装在所述固件Ⅳ的外面，并夹压在所述万向节叉Ⅱ与所述固件Ⅳ之间，所述十字轴Ⅱ与所述万向节叉Ⅱ之间的密封安装在所述固件Ⅳ内；在所述万向节叉Ⅱ与所述固件Ⅳ之间安装有密封环Ⅳ。
本发明具有的优点和积极效果是：
1）通过十字轴与万向节叉、中间轴之间的圆弧状瓦片体密封能有效解决钻井液通过中空万向节时的密封问题；
2）通过花键的引入使中空万向节在传递扭矩的同时可以补偿因芯轴偏置产生的轴向位移变化。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明图1的A-A剖视图；
图3是本发明图1的B-B剖视图；
图4是本发明图1的二维爆炸视图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参见图1～图4，一种旋转导向钻井用中空万向节，包括从上至下依次设置的万向节叉Ⅰ1、中间轴及万向节叉Ⅱ6，所述万向节叉Ⅰ1和所述中间轴上端通过十字轴Ⅰ2以及安装在所述十字轴Ⅰ2上的轴承Ⅰ8转动连接，所述中间轴下端与所述万向节叉Ⅱ6通过十字轴Ⅱ5以及安装在所述十字轴Ⅱ5上的轴承Ⅱ12转动连接。
所述万向节叉Ⅰ1与所述十字轴Ⅰ2之间、所述十字轴Ⅰ2与所述中间轴上端之间、所述中间轴下端与所述十字轴Ⅱ5之间和所述十字轴Ⅱ5与所述万向节叉Ⅱ6之间均设有密封，所述密封为设有中空结构的圆弧状瓦片体。
所述万向节叉Ⅰ1与所述十字轴Ⅰ2之间的密封7与所述十字轴Ⅰ2的上端面形成面接触，所述十字轴Ⅰ2通过该面接触与所述万向节叉Ⅰ1与所述十字轴Ⅰ2之间的所述密封7转动连接；为了提高所述万向节叉Ⅰ1与所述十字轴Ⅰ2之间的所述密封7的密封效果，在所述万向节叉Ⅰ1与所述十字轴Ⅰ2之间的密封设有预紧结构Ⅰ，所述预紧结构Ⅰ包括固件Ⅰ14和预紧弹簧Ⅰ15，所述固件Ⅰ14安装在所述万向节叉Ⅰ1的内壁上，所述预紧弹簧Ⅰ15套装在所述固件Ⅰ14的外面，并夹压在所述万向节叉Ⅰ1与所述固件Ⅰ14之间，所述万向节叉Ⅰ与所述十字轴Ⅰ之间的所述密封7安装在所述固件Ⅰ14内；在所述万向节叉Ⅰ1与所述固件Ⅰ14之间安装有密封环Ⅰ16。
所述十字轴Ⅰ2与所述中间轴上端之间的密封9与所述十字轴Ⅰ2的下端面形成面接触，所述十字轴Ⅰ2通过该面接触与所述十字轴Ⅰ2与所述中间轴上端之间的所述密封9转动连接；为了提高所述十字轴Ⅰ2与所述中间轴上端之间的所述密封9的密封效果，在所述中间轴上端与所述十字轴Ⅰ2之间的密封设有预紧结构Ⅱ，所述预紧结构Ⅱ包括固件Ⅱ17和预紧弹簧Ⅱ18，所述固件Ⅱ17安装在所述中间轴的内壁上，所述预紧弹簧Ⅱ18套装在所述固件Ⅱ17的外面，并夹压在所述中间轴与固件Ⅱ17之间，所述十字轴Ⅰ2与所述中间轴上端之间的密封9安装在所述固件Ⅱ17内；在所述中间轴与所述固件Ⅱ17之间安装有密封环Ⅱ19。
所述万向节叉Ⅰ1与所述十字轴Ⅰ2之间的所述密封7和所述十字轴Ⅰ2与所述中间轴上端之间的所述密封9垂直交叉设置。
中间轴下端与十字轴Ⅱ5之间的密封11与所述十字轴Ⅱ5的上端面形成面接触，所述十字轴Ⅱ5通过该面接触与所述中间轴下端与所述十字轴Ⅱ5之间的所述密封11转动连接；为了提高所述所述中间轴下端与所述十字轴Ⅱ5之间的所述密封11的密封效果，在所述中间轴下端与所述十字轴Ⅱ5之间的所述密封9设有预紧结构Ⅲ，所述预紧结构Ⅲ包括固件Ⅲ20和预紧弹簧Ⅲ21，所述固件Ⅲ20安装在所述中间轴的内壁上，所述预紧弹簧Ⅲ21套装在所述固件Ⅲ20的外面，并夹压在所述中间轴与所述固件Ⅲ20之间，所述中间轴下端与所述十字轴Ⅱ5之间的所述密封11安装在所述固件Ⅲ20内；在所述中间轴与所述固件Ⅲ20之间安装有密封环Ⅲ22。
所述十字轴Ⅱ5与所述万向节叉Ⅱ6之间的所述密封13与所述十字轴Ⅱ5的下端面形成面接触，所述十字轴Ⅱ5通过该面接触与所述十字轴Ⅱ5与所述万向节叉Ⅱ6之间的所述密封13转动连接；为了提高所述十字轴Ⅱ5与所述万向节叉Ⅱ6之间的所述密封13的密封效果，在所述十字轴Ⅱ5与所述万向节叉Ⅱ6之间的密封设有预紧结构Ⅳ，所述预紧结构Ⅳ包括固件Ⅳ23和预紧弹簧Ⅳ24，所述固件Ⅳ23安装在所述万向节叉Ⅱ6的内壁上，所述预紧弹簧Ⅳ24套装在所述固件Ⅳ23的外面，并夹压在所述万向节叉Ⅱ6与所述固件Ⅳ23之间，所述十字轴Ⅱ5与所述万向节叉Ⅱ6之间的所述密封13安装在所述固件Ⅳ23内；在所述万向节叉Ⅱ6与所述固件Ⅳ23之间安装有密封环Ⅳ25。
所述中间轴下端与所述十字轴Ⅱ5之间的所述密封11和所述十字轴Ⅱ5与所述万向节叉Ⅱ6之间的所述密封13垂直交叉设置。
为了补偿因芯轴偏置产生的轴向位移变化，所述中间轴设置有中间轴下节4和中间轴上节3，所述中间轴下节4和所述中间轴上节3通过花键连接，并且在它们之间设置有密封Ⅴ10。
本发明的工作原理：
钻柱旋转产生的扭矩依次通过万向节叉Ⅰ1、十字轴Ⅰ2、中间轴上节3、中间轴下节4、十字轴Ⅱ5与万向节叉Ⅱ6传输至钻头；同时万向节叉Ⅰ1与十字轴Ⅰ2、十字轴Ⅰ2与中间轴上节3、中间轴上节3与中间轴下节4、中间轴下节4与十字轴Ⅱ5、十字轴Ⅱ5与万向节叉Ⅱ6又分别通过密封实现中空万向节的密封；万向节叉Ⅰ1与固件Ⅰ14、中间轴上节3与固件Ⅱ17、中间轴下节4与固件Ⅲ20、万向节叉Ⅱ6与固件Ⅳ23分别通过密封环Ⅰ16、密封环Ⅱ19、密封环Ⅲ22、密封环Ⅳ25来保证其相互之间产生轴向位移时的密封。并且本发明通过花键使中空万向节在传递扭矩的同时可以补偿因芯轴偏置产生的轴向位移变化。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种旋转导向钻井用中空万向节，其特征在于，包括从上至下依次设置的万向节叉Ⅰ、中间轴及万向节叉Ⅱ，所述万向节叉Ⅰ和所述中间轴上端通过十字轴Ⅰ以及安装在所述十字轴Ⅰ上的轴承Ⅰ转动连接，所述中间轴下端与所述万向节叉Ⅱ通过十字轴Ⅱ以及安装在所述十字轴Ⅱ上的轴承Ⅱ转动连接；
所述万向节叉Ⅰ与所述十字轴Ⅰ之间、所述十字轴Ⅰ与所述中间轴上端之间、所述中间轴下端与所述十字轴Ⅱ之间和所述十字轴Ⅱ与所述万向节叉Ⅱ之间均设有密封，所述密封为设有中空结构的圆弧状瓦片体；
所述万向节叉Ⅰ与所述十字轴Ⅰ之间的密封与所述十字轴Ⅰ的上端面形成面接触，所述十字轴Ⅰ通过该面接触与所述万向节叉Ⅰ与所述十字轴Ⅰ之间的密封转动连接；
所述十字轴Ⅰ与所述中间轴上端之间的密封与所述十字轴Ⅰ的下端面形成面接触，所述十字轴Ⅰ通过该面接触与所述十字轴Ⅰ与所述中间轴上端之间的密封转动连接；
所述万向节叉Ⅰ与所述十字轴Ⅰ之间的密封和所述十字轴Ⅰ与所述中间轴上端之间的密封垂直交叉设置；
所述中间轴下端与所述十字轴Ⅱ之间的密封与所述十字轴Ⅱ的上端面形成面接触，所述十字轴Ⅱ通过该面接触与所述中间轴下端与所述十字轴Ⅱ之间的密封转动连接；
所述十字轴Ⅱ与所述万向节叉Ⅱ之间的密封与所述十字轴Ⅱ的下端面形成面接触，所述十字轴Ⅱ通过该面接触与所述十字轴Ⅱ与所述万向节叉Ⅱ之间的密封转动连接；
所述中间轴下端与所述十字轴Ⅱ之间的密封和所述十字轴Ⅱ与所述万向节叉Ⅱ之间的密封垂直交叉设置。
2.根据权利要求1所述旋转导向钻井用中空万向节，其特征在于，所述中间轴设置有中间轴下节和中间轴上节，所述中间轴下节和所述中间轴上节通过花键连接，并且在它们之间设置有密封Ⅴ。
3.根据权利要求1所述旋转导向钻井用中空万向节，其特征在于，所述万向节叉Ⅰ与所述十字轴Ⅰ之间的密封设有预紧结构Ⅰ，所述预紧结构Ⅰ包括固件Ⅰ和预紧弹簧Ⅰ，所述固件Ⅰ安装在所述万向节叉Ⅰ的内壁上，所述预紧弹簧Ⅰ套装在所述固件Ⅰ的外面，并夹压在所述万向节叉Ⅰ与所述固件Ⅰ之间，所述万向节叉Ⅰ与所述十字轴Ⅰ之间的密封安装在所述固件Ⅰ内；在所述万向节叉Ⅰ1与所述固件Ⅰ之间安装有密封环Ⅰ。
4.根据权利要求1所述旋转导向钻井用中空万向节，其特征在于，所述中间轴上端与所述十字轴Ⅰ之间的密封设有预紧结构Ⅱ，所述预紧结构Ⅱ包括固件Ⅱ和预紧弹簧Ⅱ，所述固件Ⅱ安装在所述中间轴的内壁上，所述预紧弹簧Ⅱ套装在所述固件Ⅱ的外面，并夹压在所述中间轴与所述固件Ⅱ之间，所述中间轴上端与所述十字轴Ⅰ之间的密封安装在所述固件Ⅱ内；在所述中间轴与所述固件Ⅱ之间安装有密封环Ⅱ。
5.根据权利要求1所述旋转导向钻井用中空万向节，其特征在于，所述中间轴下端与所述十字轴Ⅱ之间的密封设有预紧结构Ⅲ，所述预紧结构Ⅲ包括固件Ⅲ和预紧弹簧Ⅲ，所述固件Ⅲ安装在所述中间轴的内壁上，所述预紧弹簧Ⅲ套装在所述固件Ⅲ的外面，并夹压在所述中间轴与所述固件Ⅲ之间，所述中间轴下端与所述十字轴Ⅱ之间的密封安装在所述固件Ⅲ内；在所述中间轴与所述固件Ⅲ之间安装有密封环Ⅲ。
6.根据权利要求1所述旋转导向钻井用中空万向节，其特征在于，所述十字轴Ⅱ与所述万向节叉Ⅱ之间的密封设有预紧结构Ⅳ，所述预紧结构Ⅳ包括固件Ⅳ和预紧弹簧Ⅳ，所述固件Ⅳ安装在所述万向节叉Ⅱ的内壁上，所述预紧弹簧Ⅳ套装在所述固件Ⅳ的外面，并夹压在所述万向节叉Ⅱ与所述固件Ⅳ之间，所述十字轴Ⅱ与所述万向节叉Ⅱ之间的密封安装在所述固件Ⅳ内；在所述万向节叉Ⅱ与所述固件Ⅳ之间安装有密封环Ⅳ。
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