CN205896088U - 一种三轨道双作用凸轮 - Google Patents

Abstract

本实用新型所涉及的一种三轨道双作用凸轮，是具有中孔部分的不规则柱状体；三轨道双作用凸轮外沿120°均布设计三个耳板，每个耳板上有一个凸轮轨道；凸轮轨道在耳板上构成腰型通孔且技术参数相同。三轨道双作用凸轮应用在一种石油钻井工具上，通过在耳板上设置凸轮轨道推动销轴和钳牙状推板沿穿过基准圆心O直径方向做往复运动，当三轨道双作用凸轮沿穿过基准圆心O直径方向带动销轴和钳牙状推板向外运动时，钳牙状推板伸出支撑在井壁上阻止螺杆钻具外壳逆时针旋转，达到定向钻进稳定工具面的目的；当三轨道双作用凸轮沿穿过基准圆心O直径方向带动销轴和钳牙状推板向内运动时，钳牙状推板收回达到复合钻进的目的。

Description

一种三轨道双作用凸轮

技术领域

本实用新型属于石油钻井机械领域，具体涉及一种三轨道双作用凸轮，主要应用于石油钻井工具。

背景技术

目前，在石油天然气钻井领域，无论是直井控制井身质量，还是定向井/水平井调整井眼轨迹，都大量使用螺杆钻具通过定向钻进来实现。

所谓定向，螺杆钻具弯角所在平面与弯曲井眼弯角所在平面之间的夹角不同，可分别达到增(或降)井斜角和/或增(或减)方位角的目的。在钻井术语中，螺杆钻具弯角所在平面可称之为工具面，弯曲井眼弯角所在平面可称之为井眼高边，二者之间夹角可称之为装置角。

在定向钻进过程中，由于钻头类型、螺杆钻具技术参数、井眼轨迹及空间参数、井眼底部钻具组合及泥浆性能等因素影响，定向困难严重影响了定向作业效率和定向钻进速度。主要表现在工具面不稳定、左右剧烈摆动，从而导致装置角剧烈变化，进而影响增(或降)井斜角和/或增(或减)方位角效果。因此，工具面不稳定是定向困难的根源所在。

工具面不稳定主要与螺杆钻具(其他井下动力钻具类似)结构有关。螺杆钻具主要由转子和定子组成，转子通过万向轴和传动轴驱动钻头钻进，定子橡胶硫化在螺杆钻具外壳上。当转子以一定扭矩驱动钻头顺时针旋转时，在螺杆钻具外壳上产生一个大小相等的反扭矩，反扭矩驱动螺杆钻具外壳及其上部钻具逆时针旋转，导致工具面不稳定。

那么，如果在螺杆钻具外壳上能够设计出一种石油钻井工具，阻止螺杆钻具外壳逆时针旋转，就可以保证工具面稳定，解决定向困难问题。

实用新型内容

本实用新型的目的就是提供一种三轨道双作用凸轮，作为石油钻井工具的核心部件，以解决定向困难问题。

本实用新型采用的具体技术方案是：

三轨道双作用凸轮，是具有中孔部分的不规则柱状体；三轨道双作用凸轮的外沿120°均布设计三个耳板，每个耳板上有一个凸轮轨道；在俯视结构中，凸轮轨道的形状是，左、右两端为两条半径相等的圆弧，上、下两侧为两条平行线段，且两条平行线段与两条半径相等的圆弧相切连接；以中孔部分的中心孔圆心O为基准圆心，凸轮轨道左侧圆弧圆心O1到中心孔圆心O的距离小于凸轮轨道右侧圆弧圆心O2到中心孔圆心O的距离。

耳板在三轨道双作用凸轮的外沿按照120°均布设计。

凸轮轨道在耳板上构成腰型通孔。

耳板的上、下两侧可作为凸轮轨道。

三个凸轮轨道的技术参数相同。

中孔部分具有内花键。

三轨道双作用凸轮通过中孔部分安装固定在花键传动轴上，花键传动轴下端连接螺杆钻具和钻头，花键传动轴上端连接无磁钻铤。

三个凸轮轨道内各安装一根销轴，每个销轴上各安装固定一块钳牙状推板。

本实用新型的效果是：三轨道双作用凸轮应用在石油钻井工具上，通过在耳板上设置的凸轮轨道推动销轴和钳牙状推板沿穿过基准圆心O的直径方向做往复运动，当三轨道双作用凸轮带动销轴和钳牙状推板沿过基准圆心O直径方向向外伸出时，钳牙状推板支撑在井壁上阻止螺杆钻具外壳逆时针旋转，从而达到稳定工具面的目的。

附图说明

图1是本实用新型的三轨道双作用凸轮的俯视结构示意图。

附图标记说明：1-内花键、2-耳板、3-凸轮轨道。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

本实用新型的三轨道双作用凸轮是具有中孔部分的不规则柱状体，其横断面形状如附图1所示。

所述中孔部分具有内花键1，且三轨道双作用凸轮通过中孔部分可以安装固定在花键传动轴上；三轨道双作用凸轮的外沿按照120°均布设计有三个耳板2，每个耳板2上有一个凸轮轨道3，且三个凸轮轨道3技术参数相同；在图1所示的俯视结构中，凸轮轨道3的形状是，左、右两端为两条半径相等的圆弧，上、下两侧为两条平行线段，且两条平行线段与两条半径相等的圆弧相切连接，在耳板2上构成腰型通孔。

以中孔部分的中心孔圆心O为基准圆心，凸轮轨道3左侧圆弧圆心O1到中心孔圆心O的距离小于凸轮轨道3右侧圆弧圆心O2到中心孔圆心O的距离。

另外，轨道下、上两侧的平行线段也可以替换成任何曲线形状。

三个耳板120°均布设置，可同时解决井下工具内部各种部件强度分配问题和外部井眼居中问题。

三轨道双作用凸轮通过内花键1安装固定在花键传动轴上，花键传动轴下端连接螺杆钻具和钻头，上端连接无磁钻铤(内置MWD仪器)，无磁钻铤连接其他钻具至井口。

三个凸轮轨道3内各安装一根销轴，每个销轴上再安装固定一块钳牙状推板。凸轮轨道作为销轴的导向槽，销轴和钳牙状推板被限制在凸轮轨道内，只能沿穿过基准圆心O的直径方向做往复运动。

实施例1

当定向钻进(也称之为滑动钻进)时，井眼内钻柱不旋转，钻头通过螺杆钻具传动轴顺时针旋转。此时，螺杆钻具外壳在反扭矩作用下逆时针旋转，从而带动花键传动轴和三轨道双作用凸轮逆时针旋转，凸轮轨道3再推动销轴和钳牙状推板沿过基准圆心O直径方向向外伸出，钳牙状推板支撑在井壁上阻止螺杆钻具弯外壳逆时针旋转。从而达到稳定工具面的目的。

当转盘钻进(也称之为复合钻进)时，井眼内钻柱顺时针旋转，钻头通过钻柱和螺杆钻具传动轴叠加顺时针双速旋转。此时，钻柱和螺杆钻具外壳顺时针旋转，从而带动花键传动轴和三轨道双作用凸轮顺时针旋转，凸轮轨道3推动销轴和钳牙状推板沿过基准圆心O直径方向向内收回，实现正常复合钻进。

实施例2

本实用新型的凸轮轨道3也可以不设置成腰型通孔，而在耳板的上、下两侧分别设置腰型滑槽作为凸轮轨道3。

当定向钻进(也称之为滑动钻进)时，井眼内钻柱不旋转，钻头通过螺杆钻具传动轴顺时针旋转。此时，螺杆钻具外壳在反扭矩作用下逆时针旋转，从而带动花键传动轴和三轨道双作用凸轮逆时针旋转，凸轮轨道3的下侧面再推动销轴和钳牙状推板沿过基准圆心O直径方向向外伸出，钳牙状推板支撑在井壁上阻止螺杆钻具外壳逆时针旋转。从而达到稳定工具面的目的。

当转盘钻进(也称之为复合钻进)时，井眼内钻柱顺时针旋转，钻头通过钻柱和螺杆钻具传动轴叠加顺时针双速旋转。此时，钻柱和螺杆钻具外壳顺时针旋转，从而带动花键传动轴和三轨道双作用凸轮顺时针旋转，凸轮轨道3的上侧面再推动销轴和钳牙状推板沿过基准圆心O直径方向向内收回，实现正常复合钻进。

以上对本实用新型的说明仅是优选范例，并不能被理解为对本实用新型技术方案内容的限制。以上内容在具体应用中，技术人员有可能需要根据具体情况作个别调整和改变，所述调整和改变均应落入本实用新型所附权利要求的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种三轨道双作用凸轮，是具有中孔部分的不规则柱状体；其特征在于：

所述三轨道双作用凸轮的外沿设计有三个耳板(2)，每个耳板(2)上分别有一个凸轮轨道(3)；

在俯视结构中，所述凸轮轨道(3)的形状是，左、右两端为两条半径相等的圆弧，上、下两侧为两条平行线段，且两条平行线段与两条半径相等圆弧相切连接；

以所述中孔部分的中心孔圆心O为基准圆心，所述凸轮轨道(3)的左侧圆弧的圆心O1到中心孔圆心O的距离小于凸轮轨道(3)右侧圆弧的圆心O2到中心孔圆心O的距离。

2.根据权利要求1所述的一种三轨道双作用凸轮，其特征在于：所述耳板(2)在所述三轨道双作用凸轮的外沿按照120°均布设计。

3.根据权利要求1或2所述的一种三轨道双作用凸轮，其特征在于：所述凸轮轨道(3)在所述耳板(2)上构成腰型通孔，或也可为腰型滑槽。

4.根据权利要求1或2所述的一种三轨道双作用凸轮，其特征在于：所述凸轮轨道(3)的技术参数均相同。

5.根据权利要求1或2所述的一种三轨道双作用凸轮，其特征在于：所述凸轮轨道(3)的形状采用圆弧和线段构成闭环形状，或也可采用圆弧和其他任何曲线构成闭环形状。

6.根据权利要求1或2所述的一种三轨道双作用凸轮，其特征在于：所述中孔部分具有内花键(1)。

7.根据权利要求6所述的一种三轨道双作用凸轮，其特征在于：所述三轨道双作用凸轮通过所述中孔部分安装固定在花键传动轴上，所述花键传动轴下端连接螺杆钻具，所述花键传动轴上端连接无磁钻铤。

8.根据权利要求1或2或7所述的一种三轨道双作用凸轮，其特征在于：所述凸轮轨道(3)内各安装一根销轴，每个所述销轴上各安装固定一块钳牙状推板。