CN2883651Y - 花键传动式钻铤减震器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种花键传动式钻铤减震器，其特征在于在上接头(1)的中部设置有球形外花键(7)，在下接头(8)的相应位置设置有直齿内花键(6)，当上接头与下接头接合时，球形外花键和直齿内花键相啮合构成传动机构，传递扭矩；在上接头与下接头的上下接合部分，分别设置有上部弹性环(2)和下部弹性环(9)，在上部弹性环的外圈设置有螺纹锁紧环(3)，在上部弹性环和螺纹锁紧环的下部设置有推力环(4)；花键传动式钻铤减震器可以减小钻柱的纵向振动，也就减小了钻铤螺纹因振动而产生的交变应力；花键传动式钻铤减震器的设计结构简单，易于制造，减震效果良好。

Description

花键传动式钻铤减震器

技术领域：

本实用新型涉及一种石油钻井用的钻铤减震器，属石油钻井设备领域。

背景技术：

在石油勘探与开发钻井工程中，钻铤是井底钻具组合的重要组成部分。它的作用是给钻井提供足够的钻压，并保证有一定的余量使钻杆处于拉伸状态，从而避免钻杆发生弯曲变形，导致钻杆的磨损甚至折断。在钻井过程中，井底的高低不平以及钻头的旋转使钻柱产生横向及纵向振动，钻铤内产生交变弯曲应力，由于钻铤管体部分比其螺纹部分的刚度大，所以钻铤弯曲多发生在螺纹部分。而螺纹本身容易产生应力集中，在交变弯曲应力的作用下易发生疲劳断裂。实际工作中，现在通常采用以下三种技术措施来防止钻铤损坏失效。

一种是选择合适的钻铤螺纹扣型。如果钻铤的螺纹配合不合适，在钻铤弯曲时，母螺纹很容易损坏。为了延长钻铤的使用寿命，就要选用合适的螺纹，使公、母螺纹在尺寸和强度上保持平衡。通常使用弯曲强度比法，根据钻铤内外径及其环境条件选择螺纹，其出发点是使钻铤的公、母螺纹的抵抗弯曲疲劳破坏的相对能力保持平衡。通过选择合适的钻铤螺纹扣型，虽然可使钻铤公、母螺纹的使用寿命相近，但不能有效改善钻铤螺纹在井下的恶劣工况。

第二种是改进钻铤螺纹的机加工和热处理工艺，避免钻铤内壁产生的较大的残余拉应力。研究表明，若钻铤螺纹机加工和热处理工艺不当，会在钻铤内产生较大的残余拉应力，钻铤内螺纹接头端易产生淬火裂纹。在正常钻井情况下，钻铤使用时间很短就产生了疲劳裂纹，并向四周扩展，最终导致断裂。因此改善钻铤材质、改进螺纹的机加工和热处理工艺可以消除钻铤内残余拉应力、提高钢材韧性，延长其使用寿命，但这样势必使得钻铤的生产成本增加，而热处理工艺过程也难以严格控制。

第三种是通过在钻柱上安装减震器的方法来减小钻柱振动。减震器一般安装在钻头上，通过环形弹簧和可压缩液体吸收来减缓钻进过程中钻柱的纵向振动和冲击载荷，从而维持正常的钻压，这样就有助于减小钻铤的纵向振动，对防止钻铤螺纹失效起到了一定的作用。但钻柱减震器的结构比较复杂，如果使用不当或发生质量问题，容易造成减震器的下接头、心轴螺母脱扣，从而使环形弹簧等全部落井，给钻井工作带来极大的麻烦。

在上述三种防止钻铤螺纹损坏失效的技术措施中，前两种不能从根本上解决钻柱振动问题，因而也无法从根本上解决钻铤螺纹的损坏失效问题，第三种在一定程度上解决了钻柱的纵向振动问题，但对横向振动的缓解作用不大，减震器并没有直接作用于钻铤螺纹，因而对减小钻铤振动只起到辅助作用。

发明内容：

本实用新型的目的在于提供一种能直接改善钻铤振动且便于设计制造使用的花键传动式钻铤减震器。

本实用新型是通过如下技术方案来实现上述目的的。

在花键传动式钻铤减震器中，在上接头(1)的中部设置有球形外花键(7)，将下接头(8)的相应位置的内花键设计成直齿内花键(6)，当上接头与下接头接合时，球形外花键和直齿内花键相啮合构成传动机构，传递扭矩；在上接头与下接头的上下接合部分，分别设置有上部弹性环(2)和下部弹性环(9)，在上接头与下接头的相重叠接合部分的中间设置有弹性管(10)；在弹性管的上、下两端分别设有上部密封圈(5)和下部密封圈(11)；在上部弹性环的外圈设置有螺纹锁紧环(3)，在上部弹性环和螺纹锁紧环的下部设置有推力环(4)。

本实用新型与现有技术相比具有如下有益效果：在钻铤之间安装花键传动式钻铤减震器，使钻铤之间可以相对偏转一定角度，这样弹性元件就发生了形变，从而承受了钻铤螺纹之间的弯曲应力，使钻铤螺纹之间的联接变为柔性联接，不受弯曲应力的作用；同时由于弹性元件的存在，钻铤减震器可以减小钻柱的纵向振动，也就减小了钻铤螺纹因振动而产生的交变应力。花键传动式钻铤减震器的结构简单，易于制造，减震效果良好。

附图说明：

图1为花键传动式钻铤减震器的总体结构图。

图2为花键传动式钻铤减震器的上接头结构图。

图3为花键传动式钻铤减震器的下接头结构图。

在图中，1.上接头，2.上部弹性环，3.螺纹锁紧环，4.推力环，5.上部密封圈，6.直齿内花键，7.球形外花键，8.下接头，9.下部弹性环，10.弹性管，11.下部密封圈。

具体实施方式：

本花键传动式钻铤减震器由上接头(1)、上部弹性环(2)、螺纹锁紧环(3)、推力环(4)、上部密封圈(5)、直齿内花键(6)、球形外花键(7)、下接头(8)、下部弹性环(9)、弹性管(10)、下部密封圈(11)组成。上接头的上端为标准的API内螺纹，可以直接连接到上一节钻铤下部的外螺纹上。下接头下端的外螺纹与下一节钻铤上部的内螺纹相连接。在上接头的中部设置有球形外花键(7)，在下接头的相应位置设置有直齿内花键(6)，当上接头与下接头接合时，球形外花键(7)和直齿内花键(6)相啮合构成可以有一定偏转角的传动机构，传递扭矩，钻压主要由上、下接头的结合面来传递。在上接头与下接头的上下接合部分，分别设置有上部弹性环和下部弹性环，上、下两个弹性环对倾斜运动起缓冲和挠性控制作用；在上接头与下接头的相重叠接合部分的中间设置有弹性管，在弹性管的上、下两端分别设有上部密封圈和下部密封圈。在上部弹性环的外圈设置有螺纹锁紧环(3)，螺纹锁紧环为薄壁圆筒形，下部制出螺纹，在上部弹性环和螺纹锁紧环(3)的下部设置有推力环(4)，为便于安装，推力环的结构设计为两个半环。在螺纹锁紧环和推力环的共同作用下，将上接头和下接头连在一起，以防在提钻时下接头下掉，螺纹锁紧环可以传递轴向载荷。上接头上的球形外花键，以过外花键中部的截面圆圆心为球心。这种结构使得上接头与下接头之间可以偏转一个角度。上、下部密封圈采用标准的O形橡胶密封圈。弹性管为钢丝缠绕增强外覆橡胶液压软胶管，上下两端壁较厚，皆有密封圈槽，便于获得较好的密封性能，中间壁较薄，以获得良好的弹性；弹性管作为钻井液的流道，它对倾斜的挠性没有限制作用。上、下部两个密封圈用于密封钻井液，防止其经弹性管的上、下端面进入花键区。上、下接头的花键槽内应涂满黄油，起润滑保护作用。由于采用了这种特殊的球形传动结构，上接头和下接头之间可允许一定倾角，从而在井下钻具组合倾斜时，允许各级钻铤之间产生一定的弯曲，从而消除了钻铤螺纹的弯曲应力。这种结构在生产工艺方面也容易实现，易于制造，减震效果良好。

Claims (3)

1、一种由上接头(1)、下接头(8)等组成的花键传动式钻铤减震器，其特征在于在上接头的中部设置有球形外花键(7)，在下接头的相应位置设置有直齿内花键(6)，当上接头与下接头接合时，球形外花键和直齿内花键相啮合构成传动机构，传递扭矩。

2、根据权利要求1所述的花键传动式钻铤减震器，其特征在于在上接头与下接头的上下接合部分，分别设置有上部弹性环(2)和下部弹性环(9)，在上接头与下接头的相重叠接合部分的中间设置有弹性管(10)，在弹性管的上、下两端分别设有上部密封圈(5)和下部密封圈(11)。

3、根据权利要求2所述的花键传动式钻铤减震器，其特征在于在上部弹性环的外圈设置有螺纹锁紧环(3)，在上部弹性环和螺纹锁紧环的下部设置有推力环(4)。

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