CN211852476U - 挠性轴组件及具有其的螺杆钻具 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种挠性轴组件及具有其的螺杆钻具，其中，挠性轴组件，包括：钛合金轴体；第一接头，与钛合金轴体的第一端过盈配合；第一紧固件，穿设在第一接头和钛合金轴体的第一端内，第一紧固件的轴线垂直于钛合金轴体的轴线；第二接头，与钛合金轴体的第二端连接。本申请的技术方案有效地解决了相关技术中的万向轴总成容易产生疲劳失效，缩短螺杆钻具的使用寿命的问题。

Description

挠性轴组件及具有其的螺杆钻具

技术领域

本实用新型涉及油气田钻采领域，具体而言，涉及一种挠性轴组件及具有其的螺杆钻具。

背景技术

螺杆钻具是为定向井、水平井等钻井作业提供井下动力的钻井工具。螺杆钻具又称定排量马达，是一种以钻井液为动力液的井下动力钻具，为容积式马达。泥浆泵泵出的钻井液从钻柱进入螺杆钻具的马达，在马达的两端形成一定压力差，推动马达的转子在马达的定子内运行，马达产生的扭矩和转速通过万向轴和传动轴传递给钻头。

螺杆钻具基本结构由旁通阀总成、马达总成、万向轴总成、传动轴总成组成。其中，万向轴总成中的万向轴的主要功能是将马达总成的转子的在定子内的运动转换为定轴运动，并传递扭矩。由于万向轴和万向节长期处于交变载荷的环境中，使得万向节与万向轴的连接处容易产生疲劳失效，使得万向节或者万向轴易产生裂痕，甚至会出现断裂，缩短螺杆钻具的使用寿命。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种挠性轴组件及具有其的螺杆钻具，以解决相关技术中的万向轴总成容易产生疲劳失效，缩短螺杆钻具的使用寿命的问题。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种挠性轴组件，包括：钛合金轴体；第一接头，与钛合金轴体的第一端过盈配合；第一紧固件，穿设在第一接头和钛合金轴体的第一端内，第一紧固件的轴线垂直于钛合金轴体的轴线；第二接头，与钛合金轴体的第二端连接。

进一步地，第二接头与钛合金轴体的第二端过盈配合，挠性轴组件还包括穿设在第二接头和钛合金轴体的第二端内的第二紧固件，第二紧固件的轴线垂直于钛合金轴体的轴线。

进一步地，第一接头上设置有供第一紧固件穿设的第一过孔，第一紧固件为第一销轴，第一销轴和第一过孔过渡配合，和/或，第二接头上设置有供第二紧固件穿设的第二过孔，第二紧固件为第二销轴，第二销轴和第二过孔过渡配合。

进一步地，第一紧固件的两端分别焊接在第一接头的外侧壁上，和/或，第二紧固件的两端分别焊接在第二接头的外侧壁上。

进一步地，钛合金轴体包括依次连接的第一连接段、第一过渡段、第二连接段、第二过渡段及第三连接段，第一连接段的直径大于第二连接段的直径，第三连接段的直径大于第二连接段的直径，第一过渡段的直径由第二连接段至第一连接段的方向上逐渐增大，第二过渡段的直径由第二连接段至第三连接段的方向上逐渐增大。

进一步地，第一接头的第一端上设置有与第一连接段通过过盈配合的第一连接孔，第一连接孔的轴线平行于第一连接段的轴线，第一接头的第二端上设置有第一螺纹段。

进一步地，第二接头的第一端上设置有与第三连接段通过过盈配合的第二连接孔，第二连接孔的轴线平行于第二连接段的轴线，第二接头的第二端上设置有第二螺纹段。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种螺杆钻具，包括挠性轴组件，螺杆钻具还包括分别连接在挠性轴组件的第一接头的第二端上的马达组件及连接在挠性轴组件的第二接头的第二端上的传动轴组件，挠性轴组件为上述的挠性轴组件。

进一步地，螺杆钻具还包括套设在挠性轴组件的第一接头和挠性轴组件的第二接头的外的筒体，筒体的内孔包括第一孔段和孔径大于第一孔段的第二孔段，钛合金轴体和第二接头均位于第二孔段内。

进一步地，螺杆钻具还包括改变流体流向的旁通阀组件，旁通阀组件与马达组件连接，马达组件包括定子结构和转子结构，定子结构与挠性轴组件的筒体的第一端连接，转子结构与挠性轴组件的第一螺纹段连接，传动轴组件包括与挠性轴组件的筒体的第二端连接的套体及与挠性轴组件的第二螺纹段连接的传动轴。

应用本实用新型的技术方案，挠性轴组件包括：钛合金轴体、第一接头、第一紧固件和第二接头。第一接头与钛合金轴体的第一端过盈配合。第一紧固件穿设在第一接头和钛合金轴体的第一端内。第一紧固件的轴线垂直于钛合金轴体的轴线。第二接头与钛合金轴体的第二端连接。钛合金轴体的材质使得挠性轴组件具有弹性模量低，柔韧性好，能够实现挠性传动。第一接头与钛合金轴体的第一端过盈配合并通过第一紧固件连接，使得第一接头与钛合金轴体的第一端能够稳定的连接，提高了第一接头与钛合金轴体连接处的结构强度，降低了挠性轴组件产生疲劳失效的可能，进而能够提高螺杆钻具的使用寿命。因此，本申请的技术方案有效地解决了相关技术中的万向轴总成容易产生疲劳失效，缩短螺杆钻具的使用寿命的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本实用新型的挠性轴组件的实施例的局部示意图；

图2示出了图1的挠性轴组件安装在筒体内的局部示意图；以及

图3示出了根据本实用新型的螺杆钻具的实施例的局部示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、挠性轴组件；10、钛合金轴体；11、第一连接段；12、第一过渡段；13、第二连接段；14、第二过渡段；15、第三连接段；20、第一接头；21、第一过孔；22、第一连接孔；23、第一螺纹段；30、第一紧固件；40、第二接头；41、第二过孔；42、第二连接孔；43、第二螺纹段；50、第二紧固件；60、筒体；61、第一孔段；62、第二孔段；70、马达组件；71、定子结构；72、转子结构；80、传动轴组件；81、套体；82、传动轴；90、旁通阀组件。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

如图1所示，本实施例的挠性轴组件包括：钛合金轴体10、第一接头20、第一紧固件30和第二接头40。第一接头20与钛合金轴体10的第一端过盈配合。第一紧固件30穿设在第一接头20和钛合金轴体10的第一端内。第一紧固件30的轴线垂直于钛合金轴体10的轴线。第二接头40与钛合金轴体10的第二端连接。

应用本实施例的技术方案，第一接头20与钛合金轴体10的第一端过盈配合。第一紧固件30穿设在第一接头20和钛合金轴体10的第一端内。第一紧固件30的轴线垂直于钛合金轴体10的轴线。钛合金轴体10的材质使得挠性轴组件具有弹性模量低，柔韧性好，能够实现挠性传动。第一接头20与钛合金轴体10的第一端过盈配合并通过第一紧固件30连接，使得第一接头20与钛合金轴体10的第一端能够稳定的连接，提高了第一接头20与钛合金轴体10连接处的结构强度，降低了挠性轴组件产生疲劳失效的可能，进而能够提高螺杆钻具的使用寿命。因此，本实施例的技术方案有效地解决了相关技术中的万向轴总成容易产生疲劳失效，缩短螺杆钻具的使用寿命的问题。

在本实施例中，挠性轴组件简化了相关技术中的万向轴总成的结构，零件数量少。钛合金轴体10的弹性模量是钢材的一半，减轻了挠性轴组件的结构重量。挠性轴组件的技术方案使得钛合金轴体10在有限的空间范围内，能够满足传递扭矩的要求。

如图1所示，在本实施例中，第二接头40与钛合金轴体10的第二端过盈配合。挠性轴组件还包括穿设在第二接头40和钛合金轴体10的第二端内的第二紧固件50。第二紧固件50的轴线垂直于钛合金轴体10的轴线。上述的结构使得第一接头20与钛合金轴体10的第二端能够稳定的连接，提高了第一接头20与钛合金轴体10连接处的结构强度，降低了挠性轴组件产生疲劳失效的可能，进而能够提高螺杆钻具的使用寿命。在本实施例中，钛合金轴体10优选为高性能钛合金。第一接头20、第一紧固件30、第二接头40和第二紧固件50均优选为高性能合金钢。钛合金轴体10、第一紧固件30和第二紧固件50均优选为圆柱形。

如图1所示，在本实施例中，第一接头20上设置有供第一紧固件30穿设的第一过孔21。第一紧固件30为第一销轴，第一销轴和第一过孔21过渡配合。这样，在保证第一销轴穿过第一接头20和钛合金轴体10的第一端的同时，还能够有效地减少钛合金轴体10的第一端与第一销轴之间的配合间隙。第二接头40上设置有供第二紧固件50穿设的第二过孔41，第二紧固件50为第二销轴，第二销轴和第二过孔41过渡配合。这样，在保证第二销轴穿过第二接头40和钛合金轴体10的第二端的同时，还能够有效地减少钛合金轴体10的第二端与第二销轴之间的配合间隙。第一销轴的设置一方面能够提高第一接头20与钛合金轴体10的第一端过盈配合的稳定性，另一方面能够起到增加传扭能力的作用。第二销轴的设置一方面能够提高第一接头20与钛合金轴体10的第二端过盈配合的稳定性，另一方面能够起到增加传扭能力的作用。

当然，在其他图中未示出的实施例中，第一接头上设置有供第一紧固件穿设的第一过孔。第一紧固件为第一销轴，第一销轴和第一过孔过渡配合。或者第二接头上设置有供第二紧固件穿设的第二过孔，第二紧固件为第二销轴，第二销轴和第二过孔过渡配合。

如图1所示，在本实施例中，第一紧固件30的两端分别焊接在第一接头20的外侧壁上。上述的焊接方式使得第一紧固件30与第一接头20成为一体，能够加强第一接头20扭矩的传递。当然，可以将焊口处进行打磨处理以使第一接头20的外侧壁较为光滑。第二紧固件50的两端分别焊接在第二接头40的外侧壁上。上述的焊接方式使得第二紧固件50与第二接头40成为一体，能够加强第二接头40扭矩的传递。当然，可以将焊口处进行打磨处理以使第二接头40的外侧壁较为光滑。

当然，在其他图中未示出的实施例中，第一紧固件的两端分别焊接在第一接头的外侧壁上。或者第二紧固件的两端分别焊接在第二接头的外侧壁上。

如图1和图2所示，在本实施例中，钛合金轴体10包括依次连接的第一连接段11、第一过渡段12、第二连接段13、第二过渡段14及第三连接段15。第一连接段11的直径大于第二连接段13的直径，第三连接段15的直径大于第二连接段13的直径。第一过渡段12的直径由第二连接段13至第一连接段11的方向上逐渐增大。第二过渡段14的直径由第二连接段13至第三连接段15的方向上逐渐增大。上述的第一过渡段12的形状能够提高钛合金轴体10自身的结构强度，避免在第二连接段13和第一连接段11之间存在应力集中。第二过渡段14的形状能够提高钛合金轴体10自身的结构强度，避免在第二连接段13和第三连接段15之间存在应力集中。在第一接头20带动钛合金轴体10进行转动时，由于钛合金轴体10具有足够的柔性，第一接头20的轴线与第二接头40的轴线发生错位，以使第一接头20的轴线与第二接头40的轴线之间存在一个偏距e。以便于钛合金轴体10实现运动转换。具体地，钛合金轴体10近似哑铃形，第二连接段13为细长柱状，第一连接段11和第三连接段15均为膨大柱状，第一过渡段12和第二过渡段14均为斜面圆滑过渡的柱状。

如图1所示，在本实施例中，第一接头20的第一端上设置有与第一连接段11通过过盈配合的第一连接孔22。第一连接孔22的轴线平行于第一连接段11的轴线，第一接头20的第二端上设置有第一螺纹段23。第一连接段11与第一连接孔22过盈配合可避免在第一连接段11上加工成螺纹而导致的瞬断现象。第一螺纹段23的设置便于第一接头20的第二端与螺杆钻具的其他结构进行连接，比如第一接头20的第二端与螺杆钻具的转子结构连接。

如图1所示，在本实施例中，第二接头40的第一端上设置有与第三连接段15通过过盈配合的第二连接孔42。第二连接孔42的轴线平行于第二连接段13的轴线。第二接头40的第二端上设置有第二螺纹段43。第三连接段15与第二连接孔42过盈配合可避免在第三连接段15上加工成螺纹而导致的瞬断现象。第二螺纹段43的设置便于第二接头40的第二端与螺杆钻具的其他结构进行连接，比如第二接头40的第二端与螺杆钻具的传动轴连接。

本申请还提供了一种螺杆钻具，如图2和图3所示，在本实施例中，螺杆钻具包括挠性轴组件1，螺杆钻具还包括分别连接在挠性轴组件1的第一接头20的第二端上的马达组件70及连接在挠性轴组件1的第二接头40的第二端上的传动轴组件80，挠性轴组件为上述的挠性轴组件。本实施例的螺杆钻具能够解决了相关技术中的万向轴总成容易产生疲劳失效，缩短螺杆钻具的使用寿命的问题。挠性轴组件可以满足石油天然气行业中水平井、定向井提速的需求。

在本实施例中，第一接头20与钛合金轴体10的第一端过盈配合的过盈量，以及第二接头40与钛合金轴体10的第二端过盈配合的过盈量是通过计算保证的，进而能够保证马达组件70产生的扭矩通过挠性轴组件1传递到传动轴组件80上。

如图2和图3所示，螺杆钻具还包括套设在挠性轴组件的第一接头20和挠性轴组件的第二接头40的外的筒体60。筒体60的内孔包括第一孔段61和孔径大于第一孔段61的第二孔段62。钛合金轴体10和第二接头40均位于第二孔段62内。第二孔段62的设置能够保证钛合金轴体10和第二接头40传动过程中具有足够的转动空间，以保证挠性轴组件的的钛合金轴体10进行扭矩的传递。

如图3所示，在本实施例中，螺杆钻具还包括改变流体流向的旁通阀组件90，旁通阀组件90与马达组件70连接。马达组件70包括定子结构71和转子结构72。定子结构71与挠性轴组件1的筒体60的第一端连接，转子结构72与挠性轴组件1的第一螺纹段23连接，传动轴组件80包括与挠性轴组件1的筒体60的第二端连接的套体81及与挠性轴组件1的第二螺纹段43连接的传动轴82。这样，挠性轴组件1具有足够的柔性，能够完成从旋转的转子结构72到定轴旋转的传动轴82之间的运动转换。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种挠性轴组件，其特征在于，包括：

钛合金轴体(10)；

第一接头(20)，与所述钛合金轴体(10)的第一端过盈配合；

第一紧固件(30)，穿设在所述第一接头(20)和所述钛合金轴体(10)的第一端内，所述第一紧固件(30)的轴线垂直于所述钛合金轴体(10)的轴线；

第二接头(40)，与所述钛合金轴体(10)的第二端连接。

2.根据权利要求1所述的挠性轴组件，其特征在于，所述第二接头(40)与所述钛合金轴体(10)的第二端过盈配合，所述挠性轴组件还包括穿设在所述第二接头(40)和所述钛合金轴体(10)的第二端内的第二紧固件(50)，所述第二紧固件(50)的轴线垂直于所述钛合金轴体(10)的轴线。

3.根据权利要求2所述的挠性轴组件，其特征在于，所述第一接头(20)上设置有供所述第一紧固件(30)穿设的第一过孔(21)，所述第一紧固件(30)为第一销轴，所述第一销轴和所述第一过孔(21)过渡配合，和/或，所述第二接头(40)上设置有供所述第二紧固件(50)穿设的第二过孔(41)，所述第二紧固件(50)为第二销轴，所述第二销轴和所述第二过孔(41)过渡配合。

4.根据权利要求2所述的挠性轴组件，其特征在于，所述第一紧固件(30)的两端分别焊接在所述第一接头(20)的外侧壁上，和/或，所述第二紧固件(50)的两端分别焊接在所述第二接头(40)的外侧壁上。

5.根据权利要求1所述的挠性轴组件，其特征在于，所述钛合金轴体(10)包括依次连接的第一连接段(11)、第一过渡段(12)、第二连接段(13)、第二过渡段(14)及第三连接段(15)，所述第一连接段(11)的直径大于所述第二连接段(13)的直径，所述第三连接段(15)的直径大于所述第二连接段(13)的直径，所述第一过渡段(12)的直径由所述第二连接段(13)至所述第一连接段(11)的方向上逐渐增大，所述第二过渡段(14)的直径由所述第二连接段(13)至所述第三连接段(15)的方向上逐渐增大。

6.根据权利要求5所述的挠性轴组件，其特征在于，所述第一接头(20)的第一端上设置有与所述第一连接段(11)通过过盈配合的第一连接孔(22)，所述第一连接孔(22)的轴线平行于所述第一连接段(11)的轴线，所述第一接头(20)的第二端上设置有第一螺纹段(23)。

7.根据权利要求5所述的挠性轴组件，其特征在于，所述第二接头(40)的第一端上设置有与所述第三连接段(15)通过过盈配合的第二连接孔(42)，所述第二连接孔(42)的轴线平行于所述第二连接段(13)的轴线，所述第二接头(40)的第二端上设置有第二螺纹段(43)。

8.一种螺杆钻具，包括挠性轴组件(1)，其特征在于，所述螺杆钻具还包括分别连接在所述挠性轴组件(1)的第一接头(20)的第二端上的马达组件(70)及连接在所述挠性轴组件(1)的第二接头(40)的第二端上的传动轴组件(80)，所述挠性轴组件为权利要求1至7中任一项所述的挠性轴组件。

9.根据权利要求8所述的螺杆钻具，其特征在于，所述螺杆钻具还包括套设在所述挠性轴组件的第一接头(20)和所述挠性轴组件的第二接头(40)的外的筒体(60)，所述筒体(60)的内孔包括第一孔段(61)和孔径大于所述第一孔段(61)的第二孔段(62)，所述钛合金轴体(10)和所述第二接头(40)均位于所述第二孔段(62)内。

10.根据权利要求9所述的螺杆钻具，其特征在于，所述螺杆钻具还包括改变流体流向的旁通阀组件(90)，所述旁通阀组件(90)与所述马达组件(70)连接，所述马达组件(70)包括定子结构(71)和转子结构(72)，所述定子结构(71)与所述挠性轴组件(1)的筒体(60)的第一端连接，所述转子结构(72)与所述挠性轴组件(1)的第一螺纹段(23)连接，所述传动轴组件(80)包括与所述挠性轴组件(1)的筒体(60)的第二端连接的套体(81)及与所述挠性轴组件(1)的第二螺纹段(43)连接的传动轴(82)。

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