CN112832671A - 一种带防掉机构的井下动力工具 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种带防掉机构的井下动力工具，涉及石油钻井技术领域，该带防掉机构的井下动力工具包括：动力工具本体，动力工具本体包括壳体、传动轴和下径向动套，壳体为空心管状结构，下径向动套套设并固定于传动轴；传动轴和下径向动套部分套设在壳体内，且可在壳体内同轴转动；防掉机构，防掉机构设置于壳体内，且套设并固定于下径向动套，防掉机构远离下径向动套的一侧设有防掉台肩；壳体内壁设有台阶面，且台阶面位于防掉台肩下方，防掉台肩用于当传动轴与下径向动套固定连接处上方的部分脱落或断裂向下滑落时，与台阶面抵接，以限制传动轴向下滑落的部分脱出壳体。本申请的井下动力工具，可避免传动轴断裂造成的落井事故，提高施工安全性。

Description

一种带防掉机构的井下动力工具

技术领域

本申请涉及石油钻井技术领域，特别涉及一种带防掉机构的井下动力工具。

背景技术

目前，井下动力工具的应用越来越广泛。螺杆钻具是动力钻具中应用最广泛的一种，螺杆钻具是一种以钻井液或者压缩空气为动力源，将钻井液压力或气体压力能转化为机械能的容积式井下动力钻具，进而带动钻具下端的钻头旋转，实现地层的钻进。螺杆钻具主要包括旁通阀总成、马达总成、万向轴总成及传动轴总成。其中，传动轴总成包括传动轴、上下径向轴承、推力轴承、传动轴壳体、水帽等。

当钻井作业过程中遇到复杂工况时，井底钻头载荷变化较大，使与钻头相连接的传动轴承受复杂的交变载荷，易导致传动轴内部断裂松扣脱落，造成动力钻具或工具失效，甚至导致钻头及钻具掉落入井，造成传动轴断裂落井事故。

发明内容

本申请实施例提供一种带防掉机构的井下动力工具，以解决相关技术中传动轴易断裂落井的问题。

本申请提供一种带防掉机构的井下动力工具，其包括：

动力工具本体，上述动力工具本体包括壳体、传动轴和下径向动套，上述壳体为空心管状结构，上述下径向动套套设并固定于上述传动轴；上述传动轴和下径向动套部分套设在壳体内，且可在上述壳体内同轴转动；

防掉机构，上述防掉机构设置于上述壳体内，且套设并固定于上述下径向动套，上述防掉机构远离上述下径向动套的一侧设有防掉台肩；

上述壳体内壁设有台阶面，且台阶面位于防掉台肩下方，上述防掉台肩用于当上述传动轴与下径向动套固定连接处上方的部分脱落或断裂向下滑落时，与上述台阶面抵接，以限制上述传动轴向下滑落的部分脱出上述壳体。

一些实施例中，防掉机构包括多个异形限位件，多个上述异形限位件间隔设置于上述下径向动套外周，每个上述异形限位件均包括：

限位本体，其远离上述下径向动套的一侧设有上述防掉台肩；

限位凸台，其设置于上述限位本体朝向上述下径向动套的一侧，上述下径向动套沿周向设有与上述限位凸台相适配的限位槽。

一些实施例中，防掉机构还包括套设于上述下径向动套的锁紧环，上述锁紧环包括内径依次减小的连接环和压紧环，上述压紧环压设于上述限位本体，上述连接环固定连接于上述下径向动套。

一些实施例中，连接环设有内螺纹，上述下径向动套设有与内螺纹相适配的外螺纹；

上述连接环沿周向间隔设有多个防掉螺钉，上述防掉螺钉的另一端抵接于上述外螺纹的凹槽内。

一些实施例中，锁紧环还包括内径小于连接环的限位环，上述限位环位于上述连接环远离压紧环的一端，且上述限位环朝向连接环的端面抵接上述下径向动套的端面。

一些实施例中，传动轴与上述下径向动套穿出上述壳体的部分螺纹连接。

一些实施例中，还包括推力轴承，上述推力轴承套设于上述壳体与传动轴之间，上述推力轴承的一端内壁间隔设有多个第一键槽，上述传动轴外壁间隔开设有与上述第一键槽相对的第二键槽，上述第一键槽和第二键槽形成容置腔，上述容置腔内设有定位键。

一些实施例中，定位键与上述防掉机构之间设有间隙。

一些实施例中，壳体内还套设有隔套，上述隔套一端抵接上述台阶面，另一端抵接上述推力轴承。

一些实施例中，上述壳体包括传动轴外壳和下径向静套，上述下径向静套套设于上述传动轴外壳内，且二者螺纹连接，上述下径向静套的上端面形成上述台阶面。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

本申请实施例提供了一种带防掉机构的井下动力工具，在壳体内设置防掉机构，且防掉机构套设并固定在下径向动套上，下径向动套套设并固定在传动轴上，由于防掉机构远离下径向动套的一侧设有防掉台肩，壳体的内壁设有台阶面，且台阶面位于防掉台肩的下方，因此，当传动轴与下径向动套的固定连接处上方的部分脱落或断裂且向下滑落时，防掉机构的防掉台肩可下滑至与台阶面相抵接，以限制传动轴向下滑落的部分脱出壳体，进而避免传动轴断裂造成的落井事故，提高施工安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的带防掉机构的井下动力工具的结构示意图；

图2为图1中A的放大图；

图3为图1中的B-B向示意图；

图4为图1中的C-C向示意图；

图5为本申请实施例提供的位置1与位置2的示意图。

附图标记：

1-壳体，11-传动轴外壳，12-下径向静套；

2-传动轴；

3-下径向动套；

4-异形限位件，40-防掉台肩，41-限位本体，42-限位凸台；

5-锁紧环，51-连接环，511-防掉螺钉，52-压紧环，53-限位环；

6-推力轴承；

7-定位键；

8-隔套。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种带防掉机构的井下动力工具，其能解决井下动力工具的传动轴易断裂落井的问题。

如图1所示，本实施例的带防掉机构的井下动力工具包括动力工具本体和防掉机构。

动力工具本体包括壳体1、传动轴2和下径向动套3，上述壳体1为空心管状结构，上述下径向动套3套设并固定在上述传动轴2上。上述传动轴2和下径向动套3部分套设在壳体1内，且可在上述壳体1内同轴转动。传动轴2和下径向动套3的另一端均穿出壳体1。传动轴2穿出壳体1的端部用于连接钻头并带动钻头旋转运动。

上述防掉机构设置在上述壳体1内，且防掉机构套设并固定在上述下径向动套3上，防掉机构远离上述下径向动套3的一侧设有防掉台肩40。

上述壳体1内壁设有台阶面，且台阶面位于防掉台肩40的下方，上述防掉台肩40用于当上述传动轴2与下径向动套3固定连接处上方的部分脱落或断裂向下滑落时，与上述台阶面抵接，以限制上述传动轴2向下滑落的部分脱出上述壳体1。

本申请实施例的井下动力工具，由于防掉机构远离下径向动套3的一侧设有防掉台肩40，壳体1的内壁设有台阶面，且台阶面位于防掉台肩40的下方，因此，当传动轴2与下径向动套3的固定连接处上方的部分脱落或断裂且向下滑落时，防掉机构的防掉台肩40可下滑至与台阶面相抵接，以限制传动轴2向下滑落的部分脱出壳体1，进而避免传动轴2断裂造成的落井事故，提高施工安全性。

本实施例中，上述防掉机构包括多个异形限位件4，多个上述异形限位件4间隔设置于上述下径向动套3外周，且每个上述异形限位件4均包括限位本体41和限位凸台42。

如图2所示，上述限位本体41远离下径向动套3的一侧设有上述防掉台肩40。上述限位凸台42设置在上述限位本体41朝向上述下径向动套3的一侧，上述下径向动套3沿周向设有与限位凸台42相适配的限位槽。

优选地，多个异形限位件4等间距间隔设置在上述下径向动套3外周，因此，下径向动套3沿周向等间距设有多个限位槽，且限位槽与多个限位凸台42一一对应。

进一步地，上述防掉机构还包括套设在下径向动套3上的锁紧环5，上述锁紧环5包括内径依次减小的连接环51和压紧环52，上述压紧环52压设在上述限位本体41上，上述连接环51套设并固定连接于上述下径向动套3。

本实施例中，上述连接环51的内表面设有内螺纹，上述下径向动套3的外表面设有与内螺纹相适配的外螺纹，连接环51与下径向动套3螺纹连接，进而可通过上述压紧环52将异形限位件4固定在下径向动套3上。

本实施例中，若防掉台肩40因磨损等原因无法抵接在台阶面上时，压紧环52的下端面也能抵接在该台阶面上，以限制传动轴2脱出。

上述连接环51的中部沿周向间隔设有多个螺孔，每个螺孔内均设有一个防掉螺钉511，上述防掉螺钉511穿过螺孔的一端抵接在下径向动套3的外螺纹的凹槽内，以进一步加强防掉机构的防掉防松作用。

进一步地，上述锁紧环5还包括内径小于连接环51的限位环53，上述限位环53位于上述连接环51远离压紧环52的一端，且上述限位环53朝向连接环51的端面抵接上述下径向动套3的端面。

本实施例中，连接环51、压紧环52和限位环53的外径相同，且三者一体成型形成锁紧环5。

可选地，上述传动轴2与下径向动套3穿出上述壳体1的部分螺纹连接。

本实施例的动力工具本体还包括推力轴承6，上述推力轴承6套设在上述壳体1与传动轴2之间，上述推力轴承6的一端内壁间隔设有多个第一键槽，上述传动轴2的外壁间隔开设有与上述第一键槽相对的第二键槽，上述第一键槽和第二键槽形成容置腔，上述容置腔内设有定位键7。其中，第二键槽沿传动轴2轴向的长度大于第一键槽的长度。

本实施例中，多个定位键7等间距设置在传动轴2的外圆周上。

进一步地，上述定位键7与上述防掉机构之间设有间隙。通过在定位键7与防掉机构之间设置间隙，进而将推力轴承6与下径向动套3隔离开，以便于将轴向载荷通过推力轴承6直接施加在传动轴2上，此时下径向动套3上端不承受载荷，改善了下径向动套3的受力情况，降低下径向动套3的变形，有效避免了因下径向动套3受力变形导致与传动轴2抱死的问题，同时还方便下径向动套3和传动轴2的拆卸维修，提高了传动轴2的使用寿命。

如图3和4所示，进一步地，上述壳体1内还套设有隔套8，上述隔套8一端抵接上述台阶面，另一端抵接上述推力轴承6。

可选地，本实施例的井下动力工具为动力钻具，上述壳体1包括传动轴外壳11和下径向静套12，上述下径向静套12套设于上述传动轴外壳11内，且二者螺纹连接，上述下径向静套12位于传动轴外壳11内的上端面形成上述台阶面。

如图5所示，本实施例中，由于传动轴2在位置1处的直径较小，强度较低，因此断裂性较大。当传动轴2在位置1处或以上位置断裂时，传动轴2向下掉落到一定位置，异形限位件4的防掉台肩40抵接在下径向静套12上端面形成的台阶面上，下径向静套12通过与传动轴外壳11固定连接，即可防止传动轴2继续下落。若防掉台肩40因磨损等原因失效，即无法抵接在台阶面上时，锁紧环5也能抵接在该台阶面上，同时，上述防掉螺钉511可使锁紧环5与下径向动套3之间螺纹粘扣防转(当传动轴2发生断裂且未发现异常，继续复合钻进时，上述防掉螺钉511可主动破坏下径向动套3的外螺纹，使锁紧环5与下径向动套3之间的螺纹锁死防转)，进一步阻止传动轴2出现松扣落井。

进一步地，下径向动套3包括动套本体、以及与连接环51螺纹连接的外螺纹段，动套本体远离外螺纹段的一端与传动轴2螺纹连接，动套本体与外螺纹段之间的外壁设有退刀槽。虽然下径向动套3的断裂风险系数远低于传动轴2，但在井下极端复杂受力等情况下，下径向动套3仍可能断裂。因此，设计多级防掉结构，对此断裂风险进行防范。

本实施例中，当传动轴2在位置1处或以上位置断裂后，下径向动套3在位置2(图中所示位置2处为下径向动套3外螺纹靠近退刀槽的第一牙处位置)或以上位置断裂时，异形限位件4的防掉台肩40可抵接在下径向静套12的上端面，以防止传动轴2和下径向动套3继续下落。本实施例中，下径向动套3的限位槽处的强度需远高于下径向动套3在外螺纹靠近退刀槽的第一牙处的强度。

本实施例的井下动力工具，通过防掉机构可防止传动轴在位置1处或以上位置、以及下径向动套在位置2或以上位置同时断裂造成的落井事故，且防掉机构结构紧凑，对下径向动套的结构强度削弱小，使用寿命长。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种带防掉机构的井下动力工具，其特征在于，其包括：

动力工具本体，所述动力工具本体包括壳体(1)、传动轴(2)和下径向动套(3)，所述壳体(1)为空心管状结构，所述下径向动套(3)套设并固定于所述传动轴(2)；所述传动轴(2)和下径向动套(3)部分套设在壳体(1)内，且可在所述壳体(1)内同轴转动；

防掉机构，所述防掉机构设置于所述壳体(1)内，且套设并固定于所述下径向动套(3)，所述防掉机构远离所述下径向动套(3)的一侧设有防掉台肩(40)；

所述壳体(1)内壁设有台阶面，且台阶面位于防掉台肩(40)下方，所述防掉台肩(40)用于当所述传动轴(2)与下径向动套(3)固定连接处上方的部分脱落或断裂向下滑落时，与所述台阶面抵接，以限制所述传动轴(2)向下滑落的部分脱出所述壳体(1)。

2.如权利要求1所述的带防掉机构的井下动力工具，其特征在于，所述防掉机构包括多个异形限位件(4)，多个所述异形限位件(4)间隔设置于所述下径向动套(3)外周，每个所述异形限位件(4)均包括：

限位本体(41)，其远离所述下径向动套(3)的一侧设有所述防掉台肩(40)；

限位凸台(42)，其设置于所述限位本体(41)朝向所述下径向动套(3)的一侧，所述下径向动套(3)沿周向设有与所述限位凸台(42)相适配的限位槽。

3.如权利要求2所述的带防掉机构的井下动力工具，其特征在于：所述防掉机构还包括套设于所述下径向动套(3)的锁紧环(5)，所述锁紧环(5)包括内径依次减小的连接环(51)和压紧环(52)，所述压紧环(52)压设于所述限位本体(41)，所述连接环(51)固定连接于所述下径向动套(3)。

4.如权利要求3所述的带防掉机构的井下动力工具，其特征在于：所述连接环(51)设有内螺纹，所述下径向动套(3)设有与内螺纹相适配的外螺纹；

所述连接环(51)沿周向间隔设有多个防掉螺钉(511)，所述防掉螺钉(511)的另一端抵接于所述外螺纹的凹槽内。

5.如权利要求3所述的带防掉机构的井下动力工具，其特征在于：所述锁紧环(5)还包括内径小于连接环(51)的限位环(53)，所述限位环(53)位于所述连接环(51)远离压紧环(52)的一端，且所述限位环(53)朝向连接环(51)的端面抵接所述下径向动套(3)的端面。

6.如权利要求1所述的带防掉机构的井下动力工具，其特征在于：所述传动轴(2)与所述下径向动套(3)穿出所述壳体(1)的部分螺纹连接。

7.如权利要求1所述的带防掉机构的井下动力工具，其特征在于：还包括推力轴承(6)，所述推力轴承(6)套设于所述壳体(1)与传动轴(2)之间，所述推力轴承(6)的一端内壁间隔设有多个第一键槽，所述传动轴(2)外壁间隔开设有与所述第一键槽相对的第二键槽，所述第一键槽和第二键槽形成容置腔，所述容置腔内设有定位键(7)。

8.如权利要求7所述的带防掉机构的井下动力工具，其特征在于：所述定位键(7)与所述防掉机构之间设有间隙。

9.如权利要求7所述的带防掉机构的井下动力工具，其特征在于：所述壳体(1)内还套设有隔套(8)，所述隔套(8)一端抵接所述台阶面，另一端抵接所述推力轴承(6)。

10.如权利要求1所述的带防掉机构的井下动力工具，其特征在于，所述壳体(1)包括传动轴外壳(11)和下径向静套(12)，所述下径向静套(12)套设于所述传动轴外壳(11)内，且二者螺纹连接，所述下径向静套(12)的上端面形成所述台阶面。

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