用于井下旋轉轉向鉆井工具的高負載萬向接頭制造技術

一種技術通過提供萬向接頭幫助井下鉆井應用。萬向接頭具有在緊湊的和簡單的配置中呈現的高承載能力。高承載能力通過采用獨特的負載傳遞機構的技術實現。例如，可通過負載共享原理提供更高的承載能力，其中通過萬向接頭銷和萬向接頭四通的側面共同地傳遞扭矩負載。也可通過具有集成銷和開口軛/連接叉組合的整體式四通傳遞負載而實現更高的承載能力。在另一個實施方案中，通過采用從萬向接頭的內部插入并向外轉動直至實現與接頭軛的充分嚙合的萬向接頭銷而產生更高的承載能力。每個萬向接頭實施方案也可被設計為通過接頭實現鉆井泥漿的壓力密封的流動。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】用于井下旋轉轉向鉆井工具的高負載萬向接頭相關申請的交叉引用本申請文件基于并要求于2010年6月18日提交的美國臨時專利申請No. 61/356,469的權益，其通過引用并入本文。背景基于“指向鉆頭式”原理的旋轉轉向鉆井系統要求轉向單元中的撓性接頭以動態地連接鉆頭軸的下部(鉆頭軸端)與主工具管柱。鉆頭軸的軸線相對于主工具軸線傾斜固定的或可變的角度，從而“指向”期望的轉向方向中的鉆頭。撓性接頭允許通過接頭的中心抽出鉆井液。在工具外徑和井孔的直徑之間保持足夠大的徑向間隙以允許鉆井液和鉆屑流回表面。撓性接頭將鉆探負載(扭矩和軸向負載)從主工具管柱傳遞到鉆頭。例如，在一些旋轉轉向鉆井系統中，萬向接頭采用圍繞鉆頭軸的周圍的大量陶瓷球來將鉆井扭矩傳遞至以相應的圓柱形通道為特征的扭矩環。在扭矩環中通過陶瓷球和通道之間的點/線接觸傳遞負載。通過遠離萬向接頭的中心的單獨的一組球形推力軸承來傳遞軸向負載。需要兩對推力軸承以允許要傳遞的壓縮和拉伸軸向負載。現有的設計復雜且負載能力有限，尤其是對于較小的鉆孔尺寸。專利技術概述一般地，本專利技術提供一種可用于井下旋轉轉向鉆井應用的萬向接頭系統。該萬向接頭具有在緊湊的和簡單的配置中呈現的高承載能力。高承載能力通過采用獨特的荷載傳遞機構的技術實現。例如，可通過負載共享原理提供更高的承載能力，其中通過萬向接頭銷和萬向接頭四通的側面共同地傳遞扭矩負載。也可通過具有集成銷和開口軛/連接叉組合的整體式四通來傳遞負載而實現更高的承載能力。在另一個實施方案中，通過采用從萬向接頭的內部插入并向外轉動直至實現與接頭軛的充分嚙合的萬向接頭銷獲得更高的承載能力。每個萬向接頭的實施方案也可被設計為通過接頭實現鉆井泥漿的壓力密封的流動。附圖簡述下面將結合附圖描述本專利技術的特定實施方案，其中類似的參考數字表示類似的元件，其中圖I示出根據本專利技術實施方案的萬向接頭的負載共享實施方案；圖2示出根據本專利技術實施方案的替換萬向接頭的整體式四通的實施方案；圖3示出根據本專利技術實施方案的替換萬向接頭的內部銷的實施方案；圖4是根據本專利技術實施方案的萬向接頭組合件的剖視圖；圖5是根據本專利技術實施方案的在圖4中示出的萬向接頭組合件的主軸部分的剖視圖；圖6是根據本專利技術實施方案的在圖4中示出的萬向接頭組合件的主軸部分的端視圖；圖7是根據本專利技術實施方案的在圖4中示出的萬向接頭組合件的主軸部分的側視圖；圖8是根據本專利技術實施方案的在圖4中示出的萬向接頭組合件的主軸部分的正交視圖；圖9是根據本專利技術實施方案的在圖4中示出的萬向接頭組合件的鉆頭軸部分的剖視圖；附圖說明圖10是根據本專利技術實施方案的在圖4中示出的萬向接頭組合件的鉆頭軸部分的端視圖；圖11是根據本專利技術實施方案的在圖4中示出的萬向接頭組合件的鉆頭軸部分的側視圖；圖12是根據本專利技術實施方案的在圖4中示出的萬向接頭組合件的鉆頭軸部分的正交視圖； 圖13示出根據本專利技術的替代實施方案的萬向接頭的其他示例；以及圖14示出根據本專利技術實施方案的在安裝在用于鉆井孔的鉆柱中的旋轉轉向系統中采用的萬向接頭的實施方案。專利技術詳述在下面的描述中闡明大量的細節以提供本專利技術的理解。但是，本專利技術的普通技術人員應理解，本專利技術可不通過這些細節實現并且可對下面描述的實施方案做出大量變化或修改。一般地，本專利技術涉及一種具有在緊湊的和簡單的配置中的高承載能力的萬向接頭系統。萬向接頭系統適于與井孔鉆井系統相協作。例如，萬向接頭系統可用于與井下指向鉆頭式旋轉轉向鉆井系統相協作以促進定向鉆井。萬向接頭的一種實施方案包括胡克接頭(Hooke' s Joint)式系統并被構造成負載共享配置，其中通過萬向接頭銷和方形形狀的中心部件(四通)的側面共同地傳遞扭矩負載。負載共享允許大大超過傳統萬向接頭的扭矩極限的扭矩值的傳遞。在另一種配置中，萬向接頭中心部件或四通為具有集成銷的整體式球形組件。萬向接頭軛的特征為可分離的構件/連接叉部分以幫助萬向接頭的組裝。通過兩個成角度的面定位和調整主體上的連接叉部分來實現高強度和負載傳遞能力。使用大量長的、高強度螺栓來牢固地連接萬向接頭的主體和連接叉部分。使用低摩擦的定位楔來消除主體和連接叉之間的任何間隙?？赏ㄟ^成角度的接觸面和組裝楔實現組裝的再現性。軛的剖面被塑造為最大化扭矩和軸向負載傳遞。在第三種配置中，從四通或中心部件的內部插入萬向接頭銷。銷的特征為允許它們向外轉動直至嚙合在萬向接頭的軛中的相應孔的螺紋部分。在它們的端部位置中，它們相對于四通的錐形面定位以允許高預載的應用。與本文描述的其他實施方案類似，這種類型的萬向接頭也具有通過接頭允許內部的液體流動的能力。通過壓力密封的撓性管連接上和下萬向接頭部分。與現有的在鉆井工具中采用的萬向接頭相比，本文描述的實施方案將扭矩負載能力和軸向負載傳遞合并到以萬向接頭的中心點為中心的單一組件中。不需要額外的推力軸承。一般地，參考圖1，以負載共享配置示出萬向接頭系統20的實施方案，其中通過萬向接頭銷和方形形狀的中心部件(四通)的側面共同地傳遞扭矩負載。負載共享允許大大地超過傳統萬向接頭的扭矩極限的扭矩值的傳遞。萬向接頭系統20被示為連接在鉆柱22中。如圖所示，萬向接頭系統20包括以分解形式示出的具有上或主軸本體部分26和下或鉆頭軸部分28的萬向接頭24。主軸本體部分26和鉆頭軸部分28可由高強度材料如高強度不銹鋼形成。另外，主體部分26和鉆頭軸部分28分別包括軛30和32，軛30和32被設計作為與四通或中心部件34如所示出的方形形狀的四通或中心部件的連接。軛30和軛32兩者的特征均為矩形的、如方形形狀的內部中間區域35以滑動地容納中心部件34?？赏ㄟ^適當的緊固件如小定位銷將薄耐磨護板36貼附在軛的內部表面。薄耐磨護板36可由高強度材料如高強度銅基軸承合金形成。在一種實施方案中，耐磨護板36的特征為內部表面上的網格圖案的小潤滑溝道37。交叉圖案的內部表面37形成四通34的矩形中心部分38的平坦外表面的支承面。四通34也由高強度材料如高強度不銹鋼材料制成。應注意的是，在很多實施方案中，例如，那些萬向接頭24被充滿油或其他適當的液體以幫助從萬向接頭中排除鉆井液和井底巖屑的實施方案，四通34也可由高強度合金鋼形成。矩形中心部分38的側面也可覆蓋有耐磨防護材料，如基于碳化鎢的涂層。在示出的實施方案中，四通34具有四個保留孔40，相應的萬向接頭銷42通過每個 軛30、32中的開口 44插入保留孔40中。根據整個萬向接頭系統20的具體設計，萬向接頭銷42可形成為緊固件如螺栓46、套管48、隔圈50和/或墊圈52的各種組合。銷42有效地以撓曲的方式連接主軸本體部分26和鉆頭軸部分28。根據一種實施方案，萬向接頭銷42包括由高強度強度材料如高強度不銹鋼材料制成的、覆蓋有耐磨防護涂層如碳化鎢涂層的組件。涂層保護銷42并在銷42在軛30、32的相應開口 44內部旋轉時幫助萬向接頭的撓曲。在一些設計中，軛30、32的開口 44被壓配有由適當的材料如銅基合金制成的可替換的軸承襯套。也可設置撓性管54以貫穿萬向接頭24并可通過適當的ο形環使撓性管54相對于主軸26和鉆頭軸28密封。撓性管54允許鉆井液在相對于工具的外部的差分壓力下從主體26流到鉆頭軸28。在外部，如下面關于替代實施方案的更多細節中所描本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.06.18 US 61/356,4691.一種用于鉆井孔的系統，其包括 耦合在鉆柱中的萬向接頭，所述萬向接頭包括 主體部分，其具有帶有內表面的主體軛； 鉆頭軸部分，其具有帶有內表面的鉆頭軸軛；以及 中心部件，其連接所述主體部分和所述鉆頭軸部分，所述中心部件具有與所述主體部分和所述鉆頭軸部分的內表面相應的側面，所述側面被塑造成共同地在多個端面上傳遞扭矩負載。2.根據權利要求I所述的系統，其中所述側面包括四個基本平坦的側面。3.根據權利要求I所述的系統，其中所述萬向接頭包括用于傳導流動的鉆井泥漿的內部通道。4.根據權利要求I所述的系統，其中所述萬向接頭包括四個將所述軛固定在所述中心部件上的硬化銷。5.根據權利要求I所述的系統，其中沿著每個軛的內表面設置耐磨護板。6.根據權利要求5所述的系統，其中每個耐磨護板包括表面上的油道，所述油道被導向成與所述中心部件的相應側面嚙合。7.根據權利要求4所述的系統，其中所述四個硬化銷覆蓋有耐磨防護涂層。8.根據權利要求7所述的系統，其中所述耐磨防護涂層包括碳化鎢。9.根據權利要求I所述的系統，其還包括圍繞所述中心部件的波紋管。10.根據權利要求9所述的系統，其還包括圍繞所述波紋管設置的穩定器套筒。11.一種用于鉆井孔的系統，其包括 耦合在鉆柱中的萬向接頭，所述萬向接頭包括 主體部分，其具有...

【專利技術屬性】
技術研發人員：C·門格，I·基里，S·劉易斯，
申請(專利權)人：普拉德研究及開發股份有限公司，
類型：
國別省市：