CN104718342B - 钻柱的恒速连接器 - Google Patents

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Abstract

一种用于钻柱中的恒速连接器，该恒速连接器包括：至少一个球窝型接头，以及可转动地被接纳在侧向地通过接头的球形成的开口中的插入件。一种构造恒速连接器的方法，该方法包括：将插入件安装在恒速连接器的至少一个球窝型接头的球内形成的开口中，以及允许所述插入件在开口中围绕侧向轴线转动。一种钻柱，包括：钻探马达；钻头；以及连接在钻探马达和钻头之间的恒速连接器，所述恒速连接器包括至少一个球窝型接头，以及可转动地被接纳在侧向地通过接头的球形成的开口内的插入件。

Description

钻柱的恒速连接器
技术领域
本发明总的涉及结合地下井使用的设备和执行的操作，在以下描述的一个实例中，具体地说，提供钻柱的恒速连接器。
背景技术
钻探底部孔组件(BHA)可包括钻探马达，其在钻柱的端部处提供钻头的转动。然而，如果钻探的BHA包括容积式Moineau型钻探马达，则钻探马达的转子可具有环接的、行星和/或外摆线的运动，该运动较佳地被转换为钻头的旋转运动。此外，如果在钻探BHA中使用弯曲的外壳，则围绕BHA的一个中心线的转动较佳地转换为围绕另一中心线的转动，该另一中心线不与第一中心线对齐。
因此，将会认识到，在构造恒速连接器的行业内，对钻探马达和钻头之间传递转动和扭矩，不断地需要有改进。
附图说明
图1是井钻探系统和可实施本发明原理的相关方法的代表性局部剖视图。
图2是钻探马达组件的放大比例的代表性局部剖视立体图，该钻探马达组件可用于图1的系统和方法，并可实施本发明的原理。
图3是恒速连接器的另一放大比例的代表性局部剖视侧视图，该恒速连接器可用于图2的钻探马达组件，并可实施本发明的原理。
图4是恒速连接器的球窝型接头的另一放大比例的代表性剖视图。
图5是图4的球窝型接头的代表性分解立体图。
图6是钻探马达组件的另一实例的代表性侧视图。
具体实施方式
图1中代表性地示出了钻井系统10及相关方法，该系统和方法可实施本发明的原理。然而，应该清楚地理解到，系统10和方法仅是本发明原理在实践中应用的一个实例而已，且各种其它的实例都是可能的。因此，本发明的范围决不局限于这里所描述的和/或附图中所示的系统10和方法的细节。
在图1的实例中，钻柱12用于在地层16中钻探出井筒14。井筒14可沿任何方向延伸，钻柱12可以是任何类型的钻柱(例如，钻管、盘管，由复合材料制成，连接线的或“智能”的导管等)。本发明的范围不局限于钻探操作或钻柱的任何特殊类型。
钻探马达18互连在钻柱12中。在该实例中，钻探马达18可以是容积式马达，其对井钻探操作产生了理想的转速和扭矩。本技术领域内技术人员熟知类型的Moineau型的渐进腔“泥”泵可用于钻探马达18。
轴承组件20将钻探马达18的转动输出传递到连接在钻柱12的远端处的钻头26。在该实例中，轴承组件20转动地支承着输出轴(未在图1中示出)，该输出轴将转动和扭矩传输到用于钻探井筒14的钻头26。在其它的实例中，轴承组件20可与钻探马达18集成一体，或轴承组件可其它方式定位。
边测量边钻探(MWD)和/或边记录边钻探(LWD)系统22可用于测量某些向下钻进参数，以及与远处部位(诸如陆上或水上钻探台架、海底设施等)通讯。如此的通讯可以借助于任何方法，例如，有线或无线遥测、光纤、声脉冲、压力脉冲、电磁波等。
尽管钻柱12在文中被描述为包括某些部件，但应该清楚地理解到，本发明范围不局限于这些部件的任何特殊组合或布置，可使用或多或少的部件以适用特定的情况。钻柱12仅是可从这里所描述的原理中获益的钻柱的一个实例。
现另外参照图2，除了钻柱12的其余部分，代表性地示出了钻探马达18和轴承组件20。在该实例中，钻探马达18包括带有装在定子内的转子的动力部分28，由此，流过该动力部分的流体流动致使转子相对于定子转动。
转子连接到输出轴上，在该实例中，输出轴包括恒速连接器30，用于将转子的转动通过轴承组件20转递到钻头连接器32。该实例中的钻探马达18可在大部分的其它方面类似于SPERRYDRILL(TM)容积式钻探马达，其由美国得克萨斯州休斯敦市的哈里伯顿能源服务公司(Halliburton Energy Services,Inc.)出品。然而，在其它的实例中可使用其它类型的钻探马达(例如，其它的容积式马达、涡轮马达等)。
现另外参照图3，除了钻探马达18和轴承组件20，代表性地示出了恒速连接器30的实例。在该实例中，恒速连接器30包括两个定位在轴36的相对端处的球窝型接头34，但在其它的实例中可使用其它数量的这些部件。
每个球窝型接头34包括被接纳在窝40内的球38(例如，大致球体的结构)。通过在轴端部上一体地形成球，分开地形成球并然后连接这些球等，则球38连接到轴36的相对端。本发明的范围不局限于构造连接器30的各种部件的任何特殊方式。
插入件42被接纳在通过各个球38侧向形成的开口44内。插入件42和开口44的形状做成：可围绕垂直于开口的侧向轴线48转动。例如，插入件42可呈圆盘或短圆柱的形式。
应注意到，球窝型接头34彼此可转动地偏离90度。这是要抵消掉两个接头34之间的转速变化。
现另外参照图4，除了恒速连接器30的其余部分，代表性地示出了球窝型接头34的实例。在该视图中，可清楚地看到，销子或轴颈46侧向地延伸通过插入件42，平行于开口44并沿着垂直于轴线48的轴线52延伸。
正如下文中更加完整地描述的，窝40围绕轴线48相对于球38随插入件42转动，并还围绕轴线52随轴颈46或围绕轴颈46转动。这样，接头34可方便地容纳转子在钻探马达18中的行星的或外摆线的运动。
现另外参照图5，代表性地示出了球窝型接头34的分解立体图。利用该图可更加容易地理解连接器30的构造方法。
如图5所示，插入件42已经插入到沿着轴线52延伸的开口44内。插入件42在该点围绕轴线48在球38内自由转动。
球38然后被接纳在窝40内。该窝40可由多个分离部件构成，以便保证将球38固定在窝内，这样，窝可相对于球转动。
在球38被接纳在窝40内之后，相应地侧向通过插入件42和窝40形成的开口54、56对齐。轴颈46然后安装在对齐的开口54、56中并固定(例如，使用卡配环、紧固件、压配、焊接等)，于是，窝40现在可围绕着轴线52转动。
因此，当接头34已组装时，窝40可相对于球38围绕着侧向轴线48、52中的每一根轴线转动。窝40可随着或围绕着轴颈46转动。
应注意，上述的方法只是组装接头34的各种不同技术中的一个实例。可使用其它的步骤、其它顺序的步骤、其它步骤的组合等，而仍与本发明的范围保持一致。
现另外参照图6，代表性地示出了钻头12的另一实例。在该实例中，钻探马达18包括涡轮型的马达。对于图1的钻柱12的另一差别在于，图6的钻柱12具有连接在钻探马达18和恒速连接器30之间的轴承组件20。
图6构造中的还有另一差别在于，恒速连接器30定位在弯曲的外壳58内。因此，恒速连接器30在该实例中用来将围绕钻探马达18的中心线的转动和扭矩传递到钻头26，钻头26的中心线不与钻探马达的中心线对齐。在图2实例中，恒速连接器30也可定位在弯曲的外壳58内。
现可完全地认识到，上述的发明对构造用于钻柱的恒速连接器的行业提供了显著的进步。在上述的实例中，球窝型的接头34结构结实、制造和组装起来经济，并达到了从图2的钻探马达18的环接转子和/或通过图2和6的弯曲外壳58传递扭矩和转动的理想结果。
恒速连接器30以上描述是用于钻柱12。在一个实例中，恒速连接器30可包括至少一个球窝接头34和插入件42，该插入件42可转动地被接纳在通过接头34的球38侧向地形成的开口44内。
插入件42可相对于球38围绕第一轴线48转动。接头34的窝40可相对于球38围绕第一轴线48转动。
第一轴线48最好垂直于开口44。
恒速连接器30还可包括垂直于第一轴线48的第二轴线52。窝40也可相对于球38围绕第二轴线52转动。
插入件42一般地可呈圆盘形。
恒速连接器30还可包括延伸通过插入件42的轴颈46。窝40可围绕轴颈46转动。窝40也可围绕垂直于轴颈46的轴线48转动。
恒速连接器30可包括两个球窝型接头34(但在其它实例中也可使用其它数量的接头)。球窝型接头34可定位在轴36的相应的相对端部处。
轴36可传递钻探马达18和钻头26之间的扭矩。轴36可通过弯曲的外壳58传递扭矩。
以上还描述了构造恒速连接器30的方法。在一实例中，该方法可包括：将插入件42安装在恒速连接器30的至少一个球窝型接头34的球38中形成的开口44内；以及，允许插入件42在开口44中围绕第一侧向轴线48转动。
开口44可侧向地延伸通过球38。开口44可垂直于第一轴线48。
该方法可包括将球窝型接头34的窝40定位在球38上。该定位步骤可在插入件42安装步骤之后进行。
该方法可包括通过插入件42插入轴颈46并至少部分地插入到窝40内。窝40可围绕延伸通过轴颈46的第二轴线52转动。
该方法可包括将球窝型接头34定位在轴36的相应的相对端处。
该方法可包括将轴36连接在钻探马达18和钻头26之间。轴36可通过弯曲的外壳58传递扭矩。
以上也描述了钻柱12。在一个实例中，钻柱12可包括钻探马达18、钻头26和连接在钻探马达18和钻头26之间的恒速连接器30，该恒速连接器30包括至少一个球窝型接头34以及可转动地被接纳在开口44内的插入件42，开口44侧向地通过接头34的球38而形成。
尽管以上描述了各种实例，每个实例具有某些的特征，但应该理解到，一个实例特定的特征不必一定唯独地用于该实例中。相反，以上描述的和/或附图中所示的任何特征可与任何实例相组合，添加到或替代这些实例的任何其它特征。一个实例的特征与另一实例的特征互相不排斥。相反，本发明的范围包括任何特征的任何组合。
尽管以上描述的每个实例包括各种特征的某种组合，但应该理解到，一个实例的所有特征不必要全被用到。相反，可使用以上描述的任何特征，无需也使用任何其它特别的特征或多个特征。
应该理解到，文中描述的各种实施例可使用在各种定向中，诸如倾斜的、倒置的、水平的、垂直的等，并可用在各种构造中，这不会脱离本发明的原理。各种实施例仅是描述为本发明原理的有用应用的实例，本发明不局限于这些实施例的任何具体的细节。
在以上对代表性实例的描述中，为了方便于参照附图，使用了方向性术语(诸如“上”、“下”、“上部”、“下部”等)。然而，应该清楚地理解到，本发明的范围不局限于这里描述的任何特殊的方向。
术语“正包括”、“包括”、“正包含”、“包含”以及类似的术语在本说明书中的使用均无限制的意义。例如，如果系统、方法、设备、装置等被描述为“正包括”某些特征或元件，则系统、方法、设备、装置等可包括该特征或元件，以及也可包括其它的特征或元件。同样地，术语“包含”被认为意指“包括但不限于”。
当然，本技术领域内技术人员在仔细考虑了以上对本发明代表性实施例的描述后，将会容易地认识到，对于特殊的实施例可作出许多修改、添加、替代、删除和其它的改变，且如此的改变均被本发明的原理所考虑到。例如，被披露为分开地形成的结构，在其它的实例中可一体地形成，或反之亦然。因此，以上详细的描述应被清楚地理解为仅是借助于图示和实例给出的，本发明的精神和范围仅由附后权利要求书及其等价物来予以限定。

Claims (28)

1.一种用于钻柱中的恒速连接器，该恒速连接器包括：
至少一个球窝型接头；以及
插入件，其可转动地被接纳在侧向地通过接头的球形成的开口中；
其中，所述插入件相对于所述球围绕第一轴线转动，且其中，所述接头的窝相对于所述球围绕第一轴线转动。
2.如权利要求1所述的恒速连接器，其特征在于，所述第一轴线垂直于所述开口。
3.如权利要求1所述的恒速连接器，其特征在于，还包括垂直于第一轴线的第二轴线，且其中，所述窝也相对于所述球围绕第二轴线转动。
4.如权利要求1所述的恒速连接器，其特征在于，所述插入件基本上呈圆盘形。
5.如权利要求1所述的恒速连接器，其特征在于，还包括延伸通过插入件的轴颈，且其中，所述接头的窝围绕所述轴颈转动。
6.如权利要求5所述的恒速连接器，其特征在于，所述窝也围绕垂直于轴颈的轴线转动。
7.如权利要求1所述的恒速连接器，其特征在于，至少一个球窝型接头包括第一和第二球窝型接头，且其中，球窝型接头定位在轴的相应的相对端处。
8.如权利要求7所述的恒速连接器，其特征在于，所述轴传递钻探马达和钻头之间的扭矩。
9.如权利要求7所述的恒速连接器，其特征在于，所述轴通过弯曲的外壳传递扭矩。
10.一种构造恒速连接器的方法，该方法包括：
将插入件安装在恒速连接器的至少一个球窝型接头的球内形成的开口中；以及
允许所述插入件在开口中相对于所述球围绕第一轴线转动，且允许所述接头的窝相对于所述球围绕第一轴线转动。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述开口侧向地延伸通过所述球。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述开口垂直于所述第一轴线。
13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括将球窝型接头的窝定位在所述球上。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述定位是在所述安装之后执行的。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括通过所述插入件插入轴颈，并至少部分地插入所述窝内。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述窝围绕延伸通过所述轴颈的第二轴线转动。
17.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述至少一个球窝型接头包括第一和第二球窝型接头，并还包括将球窝型接头定位在轴的相应的相对端处。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括将所述轴连接在钻探马达和钻头之间。
19.如权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括使所述轴通过弯曲的外壳传递扭矩。
20.一种钻柱，包括：
钻探马达；
钻头；以及
连接在钻探马达和钻头之间的恒速连接器，所述恒速连接器包括至少一个球窝型接头，以及可转动地被接纳在开口内的插入件，所述开口侧向地通过接头的球形成；
其中，所述插入件相对于所述球围绕第一轴线转动，且其中，所述接头的窝相对于所述球围绕第一轴线转动。
21.如权利要求20所述的钻柱，其特征在于，所述第一轴线垂直于所述开口。
22.如权利要求20所述的钻柱，其特征在于，还包括垂直于第一轴线的第二轴线，且其中，所述窝也相对于所述球围绕第二轴线转动。
23.如权利要求20所述的钻柱，其特征在于，所述插入件基本上呈圆盘形。
24.如权利要求20所述的钻柱，其特征在于，还包括延伸通过插入件的轴颈，且其中，所述接头的窝围绕所述轴颈转动。
25.如权利要求24所述的钻柱，其特征在于，所述窝也围绕垂直于轴颈的轴线转动。
26.如权利要求20所述的钻柱，其特征在于，所述至少一个球窝型接头包括第一和第二球窝型接头，且其中，所述球窝型接头定位在轴的相应的相对端处。
27.如权利要求26所述的钻柱，其特征在于，所述轴传递钻探马达和钻头之间的扭矩。
28.如权利要求26所述的钻柱，其特征在于，所述轴通过弯曲的外壳传递扭矩。
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