CN212671588U

CN212671588U - 具有防卡功能的井下作业工具

Info

Publication number: CN212671588U
Application number: CN202021205859.3U
Authority: CN
Inventors: 邹先雄; 卢秀德; 李源源; 马小龙; 孙兆岩; 黎宗琪; 石孝志; 管彬; 宋丹; 雍和毅; 方福君; 唐琰琢; 向刚
Original assignee: China National Petroleum Corp; CNPC Chuanqing Drilling Engineering Co Ltd
Current assignee: China National Petroleum Corp; CNPC Chuanqing Drilling Engineering Co Ltd
Priority date: 2020-06-24
Filing date: 2020-06-24
Publication date: 2021-03-09
Anticipated expiration: 2030-06-24

Abstract

本实用新型提供了一种具有防卡功能的井下作业工具，所述井下作业工具包括传动轴、中心轴、轴承部件、以及将传动轴与中心轴连接的防卡组件。传动轴包括同轴设置且固定连接的上接头、外筒和轴承筒，中心轴部分设置在传动轴中且上接头、外筒、轴承筒和中心轴之间形成封闭腔体；防卡组件设置在封闭腔体中，防卡组件包括第一弹性件、扭矩活塞和第二弹性件，扭矩活塞套设在中心轴上，第一弹性件、第二弹性件分别设置在扭矩活塞的两端，扭矩活塞能够在外筒中沿轴向滑动的同时将传动轴的扭矩转换为沿中心轴轴向的载荷；第一弹性件和第二弹性件能够承受扭矩活塞沿中心轴回转轴方向的载荷；本实用新型具有能够吸收有害扭矩，保护上下游部件不受损害等优点。

Description

具有防卡功能的井下作业工具

技术领域

本实用新型涉石油天然气工业井下施工技术领域，具体来讲，涉及一种具有防卡功能的井下作业工具。

背景技术

在井下作业过程中，经常遇到卡钻憋钻事故，而卡钻的一个原因就是在钻头或磨鞋遇卡时，地面没有第一时间得到遇卡信息，还是持续扭矩输出，从而导致扭矩过大，发生卡钻或憋钻事故。尤其是当发生憋钻时，持续输出扭矩最终会导致连接马达的损害，造成较大的经济损失。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本实用新型的目的在于提供一种能够在卡钻或憋钻时对螺杆马达、钻头、磨鞋等部件进行保护的井下作业工具。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种具有防卡功能的井下作业工具。所述井下作业工具可包括传动轴、中心轴、轴承部件、以及将传动轴与中心轴连接并传递扭矩的防卡组件，其中，所述传动轴包括沿同一中心轴线设置且依次连接的上接头、外筒和轴承筒，其中，所述上接头未与外筒连接的一端能够与井下作业工具上游部件固定连接，以接收所述上游部件传递的扭矩，所述上接头还具沿中心轴线设置的第一中通孔；所述外筒的内壁上开设有至少一个轴向键槽；所述轴承筒具有沿中心轴线设置的第二中通孔，第二中通孔的孔壁上开设有向内凹陷的环形凹槽和径向贯穿的开孔，所述开孔与第一环形凹槽连通；所述中心轴的部分轴身位于传动轴内，并具有沿轴线设置的第三中通孔，所述中心轴一端位于第一中通孔中，另一端位于轴承筒之外，中心轴位于外筒内的轴身上设置有外螺纹，中心轴位于轴承筒内的轴身外壁上开设有向内凹陷的第二环形凹槽；上接头、外筒、轴承筒、以及中心轴之间形成了环形腔体，第一环形凹槽和第二环形凹槽构成环形轨道；所述轴承部件设置在环形轨道内并能够承受沿中心轴轴向方向的载荷；所述防卡组件包括沿第一方向依次设置在所述环形腔体中的第一弹性件、扭矩活塞和第二弹性件，第一方向为上接头朝向轴承筒的方向，其中，所述扭矩活塞为筒状结构并套设在中心轴上，扭矩活塞内壁具有与外螺纹配套的内螺纹，扭矩活塞外壁上具有至少一个向外突出的轴向滑动键，轴向滑动键的数量与轴向键槽的数量相同并能够一一对应，每个轴向滑动键对应的轴向键槽相适配。

在本实用新型的一个示例性实施例中，所述作业工具还可包括设置在上接头第一中通孔内的螺母，所述螺母套设在中心轴的所述一端上以控制第一弹性件的初始载荷。

在本实用新型的一个示例性实施例中，所述进行作业工具还可包括下接头，所述下接头固定设置在所述中心轴的另一端以与井下作业工具下游部件进行连接。

在本实用新型的一个示例性实施例中，所述作业工具还可包括第一垫圈、第二垫圈、第三垫圈和第四垫圈，其中，所述第一垫圈设置在上接头和第一弹性件之间、第二垫圈设置在第一弹性件和扭矩活塞之间，第三垫圈出设置在扭矩活塞和第二弹性件之间，第四垫圈设置在第二弹性件和轴承筒之间。

在本实用新型的一个示例性实施例中，所述作业工具还可包括第一密封、第二密封、第三密封、第一动密封和第二动密封，其中，所述第一密封设置在上接头与外筒之间，第二密封设置在外筒与轴承筒之间，第三密封设置在中心轴与下接头之间，第一动密封设置在上接头与中心轴之间，第二动密封设置在中心轴与轴承筒之间。

在本实用新型的一个示例性实施例中，所述轴承部件可为轴承滚珠。

在本实用新型的一个示例性实施例中，所述第一弹性件和第二弹性件可为碟簧组。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果可包括：

在遇到卡钻或憋钻时，能够吸收有害扭矩，保护螺杆马达和磨鞋，降低了可能造成的经济损失。

附图说明

图1示出了根据本实用新型的一个示例性实施例的具有防卡功能的井下作业工具的结构示意图；

图2示出了图1的A-A向剖视图。

附图标记说明如下：

1-上接头、2-螺母、3-第一垫圈、4-第一弹性件、5-外筒、6-第二垫圈、7-扭矩活塞、8-中心轴、9-第三垫圈、10-第二弹性件、11-第四垫圈、12-轴承筒、13-开孔、14-轴承部件、15-下接头、16-第一密封、17-第一动密封、18-第二密封、19-第二动密封、20-第三密封、21-轴向滑动键、22-轴向键槽、23-内螺纹。

具体实施方式

在下文中，将结合附图和示例性实施例来详细说明本实用新型的具有防卡功能的井下作业工具。

图1示出了根据本实用新型的一个示例性实施例的具有防卡功能的井下作业工具的结构示意图；图2示出了图1的A-A向剖视图。

在本实用新型的一个示例性实施例中，具有防卡功能的井下作业工具可包括传动轴、中心轴、轴承部件、以及将传动轴与中心轴连接并传递扭矩的防卡组件。

具体地，传动轴包括沿同一中心轴线设置且依次连接的上接头、外筒和轴承筒，其中，所述上接头未与外筒连接的一端能够与井下作业工具上游部件固定连接，以接收所述上游部件传递的扭矩，所述上接头还具沿中心轴线设置的第一中通孔。如图1中所示，传动轴包括同轴且依次连接的上接头1、外筒5和轴承筒12，上接头1、外筒5和轴承筒12均为中空筒体，上接头1下端部外壁上设置螺纹，外筒5上端和下端内壁上可设置螺纹，轴承筒12上端外壁上可设置螺纹，上接头1和外筒5，外筒5和轴承筒12通过螺纹固定连接形成一个整体。同时，上接头1上端部内壁上可设置螺纹，上接头1通过螺纹与井下作业工具上游部件固定连接，使井下作业工具在上游部件的带动下旋转。第一中通孔沿轴向贯穿设置上接头1筒体中。然而，本实用新型不限于此，上接头和外筒，外筒和轴承筒也可以通过其他方式连接，只要能将上接头、外筒和轴承筒连接形成整体即可。

外筒的内壁上开设有至少一个轴向键槽。所述轴承筒具有沿中心轴线设置的第二中通孔，第二中通孔的孔壁上开设有向内凹陷的环形凹槽和径向贯穿的开孔，所述开孔与第一环形凹槽连通；如图1中所示，外筒5的外径与上接头1和轴承筒12的外径相同，外筒5的内径较上接头1和轴承筒12的内径大，外筒5内壁上沿轴向设置有两个轴向键槽22，该两个轴向键槽22均匀分布在外筒5内壁圆周上。例如，轴向键槽22可以为矩形轴向键槽。轴承筒12沿轴向设置有贯穿的第二中通孔，在第二中通孔的孔壁上沿周向设置有向内凹陷的第一环形凹槽。轴承筒12上沿径向设置有若干个贯穿的开孔，该若干个开孔分布在同一圆周上且每个开孔都与第一环形凹槽连通。

中心轴的部分轴身位于传动轴内，并具有沿轴线设置的第三中通孔，所述中心轴一端位于第一中通孔中，另一端位于轴承筒之外，中心轴位于外筒内的轴身上设置有外螺纹，中心轴位于轴承筒内的轴身外壁上开设有向内凹陷的第二环形凹槽。具体来讲，如图1中所示，中心轴8的上段穿过第二中通孔、外筒5内部空间后进入第一中通孔中。这里，中心轴8的外径与第一中通孔和第二中通的内径相匹配，第一中通孔和第三中通孔连通，形成供流体通过的通道。此外，中心轴8位于外筒5内的轴身外壁上设置有外螺纹，中心轴8位于轴承筒12内的部分轴身外壁上设置有向内凹陷的第二环形凹槽。中心轴另一端用于与井下作业工具下游部件固定连接，以带动下游部件克服其所受的负载或承受下游部件所受的负载。如图1中所示，中心轴8的下端可以直接或间接与井下作业工具下游部件固定连接，带动下游部件旋转。这里，下游部件可以为钻头或磨鞋。

上接头、外筒、轴承筒、以及中心轴之间形成了环形腔体，第一环形凹槽和第二环形凹槽构成了环形轨道。轴承部件设置在环形轨道内并能够承受沿中心轴轴向方向的载荷。具体来讲，如图1中所示，上接头1下端面、外筒5内壁、轴承筒12上端面和中心轴8外壁之间形成封闭的环形腔体。中心轴8外壁第二环形凹槽与轴承筒12内壁上第一环形凹槽向配合构成安装轴承部件14的环形轨道，通过在环形轨道中设置轴承部件14来限制中心轴8和轴承筒12在轴向方向的相对移动。例如，轴承部件14可为轴承滚珠。如图1中所示，中心轴8外壁上向内凹陷，轴承筒12内壁上对应位置也向内凹陷，从而形成了圆环形的轨道。轴承筒12上的开孔13可以为螺孔，将轴承滚珠通过螺孔放入轨道中，然后通过螺塞将螺孔封闭。当中心轴8和轴承筒12有沿轴线相对移动的趋势时，轴承部件14可以承受沿轴向的载荷，阻挡两者沿轴向相对移动。

防卡组件包括沿第一方向依次设置在环形腔体中的第一弹性件、扭矩活塞和第二弹性件，第一方向为上接头朝向轴承筒的方向，其中，所述扭矩活塞为筒状结构并套设在中心轴上，扭矩活塞内壁具有与外螺纹配套的内螺纹，扭矩活塞外壁上具有至少一个向外突出的轴向滑动键，轴向滑动键的数量与轴向键槽的数量相同并能够一一对应，每个轴向滑动键对应的轴向键槽相适配。如图1和2中所示，防卡组件包括扭矩活塞7以及设置在扭矩活塞7上端的第一弹性件4和设置在扭矩活塞7下端的第二弹性件10。第一弹性件4的上端与上接头下端接触，第一弹性件4的下端与扭矩活塞7的上端接触；第二弹性件10的上端与扭矩活塞7的下端接触，第二弹性件10的下端与轴承筒12的上端接触。扭矩活塞7筒体内壁上设置有与外螺纹配套的内螺纹23(或称传动螺纹)，扭矩活塞7的外壁上沿轴向设置有两个向外突出的轴向滑动键21，该两个轴向滑动键21沿周向对称设置且与外筒5内壁上的两个轴向键槽22相匹配，例如，轴向滑动键21可以为矩形结构。扭矩活塞7能够在沿外筒5中轴向移动(即图1中上下方向)的同时相对与中心轴8旋转轴方向(即中心轴8的轴向方向)旋转，从而将传动轴的扭矩转换为沿中心轴8轴向的载荷。

第一弹性件或第二弹性件能够在中心轴所受载荷小于等于第一弹性件或第二弹性件对应回弹力的情况下，阻止扭矩活塞在外筒中沿轴向滑动且相对中心轴转动，从而将传动轴的扭矩传递给中心轴带动中心轴一同旋转克服负载，以及所述第一弹性件或第二弹性件能够在中心轴所受载荷大于第一弹性件或第二弹性件对应回弹力的情况下被压缩，使扭矩活塞在外筒中沿轴向滑动的同时相对中心轴旋转，吸收有害扭矩。具体来讲，如图1和图2中所示，当中心轴8所受的载荷(即井下作业工具下游部件的负载)小于等于第一弹性件4或第二弹性件10的回弹力时，第一弹性件4和第二弹性件10不会被压缩，从而阻止了扭矩活塞7在外筒5中沿轴向滑动和相对中心轴8回转轴转动的趋势，从而将传动轴的扭矩传递给中心轴8，中心轴8带动与其连接的下游部件旋转克服负载。当中心轴8所受的载荷(即井下作业工具下游部件的负载)大于第一弹性件4或第二弹性件10的回弹力时，第一弹性件4或第二弹性件10会被压缩，扭矩活塞7会在外筒5中沿轴向滑动和相对中心轴8回转轴发生转动，由于第一弹性件4或第二弹性件10吸收了传动轴的扭矩，从而起到保护井下作业工具上游部件(例如，螺杆马达)和下游部件(例如，磨鞋)的作用。这里，回弹力是指第一弹性件或第二弹性件被压缩的临界弹力。例如，第一弹性件4和第二弹性件10可为碟簧组。然而，本实用新型不限于此，其它具有相同功能的弹性件也可以。在本示例性实施例中，所述作业工具还可包括设置在上接头第一中通孔内的螺母，所述螺母套设在中心轴的所述一端上以控制第一弹性件的初始载荷。这里，螺母2与中心轴8之间采用螺纹连接，可以精确控制第一弹性件4的初始载荷，同时也能确保在出现较大的拉伸载荷作用下，中心轴不会脱落。

在本示例性实施例中，所述进行作业工具还可包括下接头，所述下接头固定设置在所述中心轴的另一端以与井下作业工具下游部件进行连接。如图1中所示，通过设置下接头15，下接头15下端部内壁设置螺纹，可以更好的与井下作业工具下游部件固定连接。

在本实用新型的另一个示例性实施例中，所述作业工具还可在上述示例性实施例的基础上进一步包括第一垫圈、第二垫圈、第三垫圈和第四垫圈，其中，所述第一垫圈设置在上接头和第一弹性件之间、第二垫圈设置在第一弹性件和扭矩活塞之间，第三垫圈出设置在扭矩活塞和第二弹性件之间，第四垫圈设置在第二弹性件和轴承筒之间。如图1中所示，通过设置第一垫圈3、第二垫圈6、第三垫圈9和第四垫圈11能够提高井下作业工具的使用寿命。

在本实用新型的又一个示例性实施例中，所述作业工具还可包括第一密封、第二密封、第三密封、第一动密封和第二动密封，其中，所述第一密封设置在上接头与外筒之间，第二密封设置在外筒与轴承筒之间，第三密封设置在中心轴与下接头之间，第一动密封设置在上接头与中心轴之间，第二动密封设置在中心轴与轴承筒之间。通过设置第一密封16、第二密封18、第三密封20、第一动密封17和第二动密封19能够放置上游部件中的流体以及井下的液体进入密封腔体中，对防卡组件造成腐蚀，延长井下作业工具的使用寿命。

综上所述，本实用新型的有益效果可包括以下内容中：

通过在传动轴与下游固定连接的中心轴之间设置防卡组件进行连接，当下游部件遇卡是，防卡组件能够吸收传动轴的扭矩，从而保护防卡工具上下游工具，节约因防卡工具上下游部件损坏造成的经济成本。

尽管上面已经结合示例性实施例及附图描述了本实用新型，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。

Claims

1.一种具有防卡功能的井下作业工具，其特征在于，所述井下作业工具包括传动轴、中心轴、轴承部件、以及将传动轴与中心轴连接并传递扭矩的防卡组件，其中，

所述传动轴包括沿同一中心轴线设置且依次连接的上接头、外筒和轴承筒，其中，

所述上接头未与外筒连接的一端能够与井下作业工具上游部件固定连接，以接收所述上游部件传递的扭矩，所述上接头还具沿中心轴线设置的第一中通孔；

所述外筒的内壁上开设有至少一个轴向键槽；

所述轴承筒具有沿中心轴线设置的第二中通孔，第二中通孔的孔壁上开设有向内凹陷的环形凹槽和径向贯穿的开孔，所述开孔与第一环形凹槽连通；

所述中心轴的部分轴身位于传动轴内，并具有沿轴线设置的第三中通孔，所述中心轴一端位于第一中通孔中，另一端位于轴承筒之外，中心轴位于外筒内的轴身上设置有外螺纹，中心轴位于轴承筒内的轴身外壁上开设有向内凹陷的第二环形凹槽；

上接头、外筒、轴承筒、以及中心轴之间形成了环形腔体，第一环形凹槽和第二环形凹槽构成了环形轨道；

所述轴承部件设置在环形轨道内并能够承受沿中心轴轴向方向的载荷；

所述防卡组件包括沿第一方向依次设置在所述环形腔体中的第一弹性件、扭矩活塞和第二弹性件，第一方向为上接头朝向轴承筒的方向，其中，

所述扭矩活塞为筒状结构并套设在中心轴上，扭矩活塞内壁具有与外螺纹配套的内螺纹，扭矩活塞外壁上具有至少一个向外突出的轴向滑动键，轴向滑动键的数量与轴向键槽的数量相同并能够一一对应，每个轴向滑动键对应的轴向键槽相适配。

2.根据权利要求1所述的具有防卡功能的井下作业工具，其特征在于，所述作业工具还包括设置在上接头第一中通孔内的螺母，所述螺母套设在中心轴的所述一端上以控制第一弹性件的初始载荷。

3.根据权利要求1所述的具有防卡功能的井下作业工具，其特征在于，从上到下，所述进行作业工具还包括下接头，所述下接头固定设置在所述中心轴的另一端以与井下作业工具下游部件进行连接。

4.根据权利要求1所述的具有防卡功能的井下作业工具，其特征在于，所述作业工具还包括第一垫圈、第二垫圈、第三垫圈和第四垫圈，其中，所述第一垫圈设置在第一弹性件和上接头之间、第二垫圈设置在第一弹性件和扭矩活塞之间，第三垫圈出设置在扭矩活塞和第二弹性件之间，第四垫圈设置在第二弹性件于轴承筒之间。

5.根据权利要求1所述的具有防卡功能的井下作业工具，其特征在于，所述作业工具还包括第一密封、第二密封、第三密封、第一动密封和第二动密封，其中，所述第一密封设置在上接头与外筒之间，第二密封设置在外筒与轴承筒之间，第三密封设置在中心轴与下接头之间，第一动密封设置在上接头与中心轴之间，第二动密封设置在中心轴与轴承筒之间。

6.根据权利要求1所述的具有防卡功能的井下作业工具，其特征在于，所述轴承部件为轴承滚珠。

7.根据权利要求1所述的具有防卡功能的井下作业工具，其特征在于，所述第一弹性件和第二弹性件为碟簧组。