CN105781439A - 一种缓冲调心接头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油气勘探开发工具领域内的一种缓冲调心接头，包括上球接头、上球座、上端盖、外筒、球销、喷管、内花键、外花键、下球座、下端盖、下球接头、下球座等部件；上、下球接头的球头分别安装在上、下球座与内、外花键形成的球形腔内，外花键插入内花键的花键槽内，上球接头、喷管、外花键、下球接头的中心孔形成泥浆循环通道；上端盖、上球座、外筒形成上气室；内花键、外花键、外筒、下球座之间形成下气室。本发明用于钻井时能够给钻具传递扭矩和承受轴向力、为泥浆提供循环通道并缓冲轴向冲击力保护顶驱，补偿顶驱动力输出轴相对于井口轴线有可能所出现的较大不同心现象，方便的施工作业，提高施工效率。

Description

一种缓冲调心接头

所属技术领域

本发明涉及油气勘探开发工具领域的一种缓冲调心接头，用于配置顶驱的钻机使用，能够在钻井过程中给钻具传递扭矩和承受轴向力、为泥浆提供循环通道及缓冲轴向冲击力，同时还能用于完井下套管施工作业。

背景技术

目前国内钻井时顶驱的输出扭矩是通过螺纹连接的钻具传递给井下钻头或其他工具，采用螺纹直接连接的钻具刚性较强，当钻具出现憋跳现象时，冲击力会直接作用在顶驱的动力输出端，而且当顶驱动力输出轴相对于井口如出现较大的偏心时，用于钻具与顶驱的刚性连接，将影响钻井施工，特别是进行套管钻井或采用旋转循环下套管装置下套管的施工作业时，对接套管螺纹容易发生螺纹错扣。目前已有的专利，US8684851的《浮动短节工具》（《FLOATINGSUBTOOL》），实现了传递顶驱扭矩和承受轴向力，并能够缓冲钻井过程中钻具传递给顶驱的轴向冲击力，但是不具备调心功能，无法解决顶驱动力输出轴相对于井口与出现较大偏心的问题。申请号CN201220563576.5《水平井柔性短节》和申请号CN03235201.8《一种齿形万向联轴器》两个专利，实现了钻具调心的功能，但无法缓冲钻井过程中钻具产生的轴向冲击力，并且CN03235201.8《一种齿形万向联轴器》无法为钻具提供泥浆循环通道。

发明内容

本发明的目的是解决上述技术问题，提供一种缓冲调心接头，采用带有预充气的缓冲气室和球形铰接的花键连接结构，实现了调心、扭矩传递及缓冲钻井过程中钻具产生的轴向冲击力的功能。

为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种缓冲调心接头，包括上球接头、上球座、上端盖、外筒、、内花键、外花键、下球座、下端盖和下球接头，其中：上球接头安装在上球座和内花键的球头连接后形成的球腔内，在内花键球头部的外圆对称分布有两个径向通孔，球销穿过通孔后与设置在上球接头球面外圆的盲孔构成间隙限位配合，并将上球接头和内花键铰链在一起；上端盖套装在上球座的外部，上端盖顶部内凸沿与上球座的上部轴向滑动密封配合，上端盖凸沿下方与上球座外部凸出部分间隙配合，构成环形的上气室；在上端盖上设有注气阀，注气阀与上气室贯通；内花键的下部是与内花键构成轴向插接配合的外花键，在内花键下端与外花键的结合部预留有环形的下气室；在上球座和内、外花键结合部设置贯通上下流道的T型喷管，并分别与内花键和外花键密封配合；下球接头安装在下球座和外花键的球头连接后形成的球腔内，在外花键球头部的外圆对称分布有两个径向通孔，球销穿过通孔后与设置在下球接头球面外圆的盲孔构成间隙限位配合，并将下球接头和外花键铰链在一起；下端盖套装在下球座外部，外筒分别与上、下端盖固定连接后，将上球座、内花键、下球座密闭套装在其内。

上述方案还包括：

在上、下求接头上分别通过螺纹和锁钉连接有上接头和下接头。

在喷管与内外花键、上球接头与外花键球头、下球接头与外花键的球头、上端盖与上球座，以及外筒与上端盖、上球座、内花键、下球座密闭结合部均设置有环形密封圈、槽。

本发明的技术方案中上球座上端安装在上端盖上部的孔内，能够沿轴向在一定距离内相对运动。上球座安装在上端盖孔内，内花键安装在外筒孔内，上球座与内花键通过螺纹连接在一起后能够相对于外筒沿轴向在一定距离内相对运动。上球接头下端的球头安装在上球座与内花键形成的球形孔内，扭矩能够通过安装在上球接头下端的球销传递给内花键，上球接头能够相对上球座在任何方向自由转动一定的角度。喷管装在内花键孔内，喷管下端插入外花键孔内，相对外花键能够在一定距离内轴向运动。外花键插入内花键的花键槽内，两者能够在一定距离内轴向运动并传递扭矩。另一个下球接头安装在下球座与外花键通过螺纹连接后形成的球孔内，扭矩能够通过安装在下球接头下端的球销传递给外花键，下球接头能够相对下球座在任何方向自由转动一定的角度，与上球座的自由转动向配合，实现调心功能。上接头、上球座、喷管、外花键、下球座、下接头的中心孔形成泥浆循环通道。上端盖、上球座、外筒之间装有密封，形成上气室。内花键、外花键、喷管、外筒、下球座之间装有密封，形成下气室。通过上端盖上部的注气阀可以给上气室预充一定压力的气体，充气后内花键相对外筒和外花键向下沿轴向运动一定距离，压缩下气室的气体，直至上、下气室产生的推力平衡。此时上端盖与上球座在气压作用下处于不接触状态，因此能够缓冲轴向冲击力。

本发明的突出优点在于：钻井过程中将顶驱的输出扭矩传递给钻具、承受轴向力、为泥浆提供循环通道，同时能够缓冲轴向冲击力，保护顶驱，并具有调心功能，方便套管钻井或采用旋转循环下套管装置下入套管的施工作业，提高施工效率。

附图说明

图1是缓冲调心接头的整体结构示意图；

图2是图1在A-A的剖视图；

图3是缓冲调心接头上气室充气后结构示意图；

图4是缓冲调心接头在调心状态时的结构示意图。

图中：1.上接头，2.上球接头，3.上球座，4.上端盖密封，5.注气阀，6.上端盖，7.外筒，8.球销，9.球接头密封，10.喷管上密封，11.球座密封，12.内花键密封，13.喷管，14.内花键，15.喷管下密封，16外花键，17.下球座，18.下端盖，19.下球接头，20.下接头，21.上气室，22.下气室。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

在图1中所示，使用时顶驱动力输出端与上接头1连接，下接头20下端与钻具连接。上接头1与上球接头2连接，上球接头2安装在上球座3和内花键14螺纹连接后形成的球孔内，球销8穿过内花键14外圆的孔后安装在上球接头2球面外圆的盲孔内，将上球接头2和内花键14铰链固定在一起。在图2所示中，内花键14与外花键16插接在一起，能够在一定距离内沿轴向相对运动。下球接头19安装在下球座17和外花键16螺纹连接后形成的球孔内，球销8穿过外花键16外圆的孔后安装在下球接头19的球面外圆上的盲孔内，将下球接头2和外花键16铰链固定在一起。顶驱输出的扭矩能够通过上接头1、上球接头2、球销8传递给内花键14，然后内花键14通过外花键16、球销8、下球接头19、下接头20传递给钻具。上接头1、上球接头2、喷管13、外花键16、下球接头19、下接头20的内孔与密封圈相配合构成了密封的泥浆循环通道。

在图3中所示，上端盖6、上球座3、外筒7与密封圈相配合构成了密闭的上气室21，外花键16、内花键14、外筒7、下球座17与密封圈相配合构成了密闭的下气室22。当由注气阀5向上气室21内注入一定压力气体时，上球座3相对于上端盖6能够在一定距离内沿轴向下运动，同时推动内花键14相对于外筒7和外花键16向下运动，上气室21的空间逐渐增大，下气室22的空间逐渐缩小，直到达到推力平衡，最终由图1所示的状态变为图3所示的状态。此时上球座3和上端盖6已经分开一定距离，因此上气室21能够缓冲来自下部钻具的冲击力，保护顶驱。

在图4中所示，上球接头2和下球接头19的球面外圆上的盲孔内径大于球销8的外径，因此上球接头2相对于内花键14、下球接头19相对于外花键16能够在任何方向自由转动一定的角度，因此能够很好的补偿顶驱动力输出轴相对于井口轴线有可能所出现的较大不同心现象。

Claims (3)

1.一种缓冲调心接头，包括上球接头、上球座、上端盖、外筒、、内花键、外花键、下球座、下端盖和下球接头，其特征是：上球接头安装在上球座和内花键的球头连接后形成的球腔内，在内花键球头部的外圆对称分布有两个径向通孔，球销穿过通孔后与设置在上球接头球面外圆的盲孔构成间隙限位配合，并将上球接头和内花键铰链在一起；上端盖套装在上球座的外部，上端盖顶部内凸沿与上球座的上部轴向滑动密封配合，上端盖凸沿下方与上球座外部凸出部分间隙配合，构成环形的上气室；在上端盖上设有注气阀，注气阀与上气室贯通；内花键的下部是与内花键构成轴向插接配合的外花键，在内花键下端与外花键的结合部预留有环形的下气室；在上球座和内、外花键结合部设置贯通上下流道的T型喷管，并分别与内花键和外花键密封配合；下球接头安装在下球座和外花键的球头连接后形成的球腔内，在外花键球头部的外圆对称分布有两个径向通孔，球销穿过通孔后与设置在下球接头球面外圆的盲孔构成间隙限位配合，并将下球接头和外花键铰链在一起；下端盖套装在下球座外部，外筒分别与上、下端盖固定连接后，将上球座、内花键、下球座密闭套装在其内。

2.根据权利要求1所述的缓冲调心接头，其特征是：在上、下求接头上分别通过螺纹和锁钉连接有上接头和下接头。

3.根据权利要求1所述的缓冲调心接头，其特征是：喷管与内外花键、上球接头与外花键球头、下球接头与外花键的球头、上端盖与上球座，以及外筒与上端盖、上球座、内花键、下球座密闭结合部均设置有环形密封圈、槽。