CN108518190B - 液力-磁传动井眼清洁工具用过载脱耦装置 - Google Patents

液力-磁传动井眼清洁工具用过载脱耦装置 Download PDF

Info

Publication number
CN108518190B
CN108518190B CN201810310174.6A CN201810310174A CN108518190B CN 108518190 B CN108518190 B CN 108518190B CN 201810310174 A CN201810310174 A CN 201810310174A CN 108518190 B CN108518190 B CN 108518190B
Authority
CN
China
Prior art keywords
shaft
tooth
overload
fluid power
cleaning tool
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810310174.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108518190A (zh
Inventor
孙晓峰
胡乔波
单五
单五一
曲晶瑀
张克博
陈烨
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northeast Petroleum University
Original Assignee
Northeast Petroleum University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Northeast Petroleum University filed Critical Northeast Petroleum University
Priority to CN201810310174.6A priority Critical patent/CN108518190B/zh
Publication of CN108518190A publication Critical patent/CN108518190A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108518190B publication Critical patent/CN108518190B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B21/00Methods or apparatus for flushing boreholes, e.g. by use of exhaust air from motor
    • E21B21/08Controlling or monitoring pressure or flow of drilling fluid, e.g. automatic filling of boreholes, automatic control of bottom pressure
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B21/00Methods or apparatus for flushing boreholes, e.g. by use of exhaust air from motor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Earth Drilling (AREA)
  • Details Of Spanners, Wrenches, And Screw Drivers And Accessories (AREA)

Abstract

本发明涉及的是液力‑磁传动井眼清洁工具用过载脱耦装置,这种液力‑磁传动井眼清洁工具用过载脱耦装置由输入端连接体、过载动作体、输出端连接体依次套装在转轴外构成;输入端连接体由插侧配合齿与轴向啮合法兰盘一体形成;过载动作体为双侧圆环结构,一侧为球面凹槽,另一侧为圆柱凹槽;转轴为筒状体,转轴与径向齿式啮合机构一体成型,转轴一端与输入端连接体通过轴承相连,若干滚珠分布于滚珠腔内,且每个滚珠位于径向齿式啮合机构的啮合齿凹槽内,转轴设有螺纹,碟形弹簧片、弹簧片配合体、调节螺母依次套装于其上,输出端连接体固定在转轴另一端。本发明可以实现旋转叶片触壁过载时,卸载传输力矩;过载解除后,自动恢复连接,传递力矩。

Description

液力-磁传动井眼清洁工具用过载脱耦装置
技术领域:
本发明涉及的是石油天然气井钻井过程中,液力-磁传动井眼清洁工具旋转叶片触碰井壁后过载保护、卸载重启装置,具体涉及的是液力-磁传动井眼清洁工具用过载脱耦装置。
背景技术:
目前海洋石油天然气开采常采用大斜度井、水平井、大位移井等井型来提高井眼泄油面积,最大限度地提高单井产量。这些井型由于存在造斜段(井斜角由0°增加到90°的弯曲井段)和水平井段,岩屑在重力分量的作用下不容易被钻井液及时携带出井眼,出现岩屑堆积的现象,形成岩屑床。若井内沉积岩屑床厚度过高,将会导致一系列严重的井下问题,如钻具摩擦阻力、扭矩增大,甚至发生严重的井下事故如卡钻、扭断钻具等,处理这些井下事故将大幅度降低机械钻速,大幅度增加非生产时间和作业成本。这就要求在这类井型的钻井过程中,保持较高的井眼岩屑清洁效率,在岩屑床易于形成的井段采用必要的方法,防止岩屑床的形成,保证钻具与井眼安全。
钻井过程中井眼清洁工具的使用可以良好的解决井筒中岩屑沉积问题。液力-磁传动井眼清洁工具的发明更可以实现在滑动钻进与连续油管钻井中无钻杆提供扭矩情况下井眼清洁工具自主高速旋转。抑制岩屑床的形成,提高井眼清洁效率。
液力-磁传动井眼清洁工具工作机理是:在钻井液循环的情况下,旋转磁芯将钻井液的压力势能转换为自身旋转的动能,应用磁力传递技术,通过永磁铁透过流筒壳体传递磁力和扭矩,带动流筒壳体外侧旋转叶片旋转,从而实现液力-磁耦合传动。旋转叶片在液力-磁耦合传动旋转的情况下,可以大幅度提高井眼环空钻井液的周向速度,抑制岩屑床的形成,提高井眼清洁效率。
液力-磁传动井眼清洁工具旋转叶片位于钻杆外侧钻井液环空中,在钻进过程中,由于钻杆偏心转动或周向破岩不完整有井壁突出,可能会造成旋转叶片触碰井壁,停止旋转;井壁脱落大块岩石卡住叶片,亦会造成旋转叶片阻滞不动。
由于液力压差动力输入端依靠钻井液的流动提供动力,只要钻井液正常循环工况下,即便永磁叶片阻滞不动,钻井液液压仍会作用在液力压差叶片上,由于钻井液中含有大量固相颗粒,会导致液力压差叶片严重冲蚀,工具工作寿命缩短。
发明内容:
本发明的一个目的是提供液力-磁传动井眼清洁工具用过载脱耦装置,这种液力-磁传动井眼清洁工具用过载脱耦装置用于实现永磁叶片触壁过载,扭矩超过设定值时,以打滑形式限制整个传动***所传动的扭力,当过载情况消失后自行恢复联结。防止永磁叶片与液力磁芯***机械损坏。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:这种液力-磁传动井眼清洁工具用过载脱耦装置由输入端连接体、过载动作体、输出端连接体依次套装在转轴外构成,输入端连接体、过载动作体、输出端连接体三者的外径相等;
输入端连接体由插侧配合齿与轴向啮合法兰盘一体形成,输入端连接体一端有插侧配合齿,另一端为轴向啮合法兰盘;过载动作体为双侧圆环结构,一侧为球面凹槽,另一侧为圆柱凹槽;转轴为筒状体,转轴与径向齿式啮合机构一体成型,转轴一端与输入端连接体通过轴承相连,轴向啮合法兰盘、径向齿式啮合机构、球面凹槽共同构成滚珠腔,若干滚珠分布于滚珠腔内,且每个滚珠位于径向齿式啮合机构的啮合齿凹槽内,转轴设有螺纹,碟形弹簧片、弹簧片配合体、调节螺母依次套装配合于其上,碟形弹簧片位于圆柱凹槽内,输出端连接体固定在转轴另一端。
上述方案中径向齿式啮合机构啮合齿的齿数与滚珠数量一致。
上述方案中径向齿式啮合机构啮合齿径向宽度为滚珠直径与轴向啮合法兰盘啮合齿高度之和。
上述方案中转轴设有磁轴侧固定孔,输出端连接体也有转轴配合孔,转轴与输出端连接体通过螺栓固定连接。
上述方案中径向齿式啮合机构啮合齿齿槽部分、轴向啮合法兰盘啮合齿齿槽部分均采用高强度合金,表面做热处理,保证传动光滑,又可延长使用寿命。
上述方案中转轴由坯料整体机械加工,没有任何通孔,可以保证高压钻井液在内部流动时不刺漏壳体,造成工具破坏。
本发明具有以下有益效果:
1、本发明通过滚珠脱耦装置无齿隙力矩传递,可以实现旋转叶片触壁过载时,液力压差动力输入端与磁力传动端自动打滑,卸载传输力矩;过载解除后,液力压差动力输入端与磁力传动端自动恢复连接,传递力矩。该装置在异常工作状态下,起到保护旋转叶片不被破坏、磁轴中永磁铁减少退磁。
2、本发明中过载脱耦装置与输入、输出端轴向连接方式为承插连接,相较于法兰连接,可以最大限度的节约径向空间,使工具外缘可以贴合壳体内缘。承插连接易于配合,安装更换更简便。
3、本发明中设有调节螺母,可调节碟形弹簧松紧程度作用,设置打滑力矩,根据现场实际需要,调节旋转叶片实际最大扭矩输出。
附图说明
图1是本发明的结构示意图;
图2是动力输入连接体轴测图;
图3是本发明中过载动作体1/4剖切轴测图;
图4是本发明中磁轴连接体槽1/4剖切轴测图;
图5是本发明中转轴轴测图;
图6是本发明中转轴主视图;
图7是本发明中弹簧片配合体与调节螺母轴测图;
图8是本发明中扭力限制工作原理图。
图中:1动力输入连接体,2过载动作体,3磁轴连接体,4转轴,5弹簧片配合体,6调节螺母,7弹簧片,8径向齿式啮合机构,9滚珠,10轴承,11轴向齿式啮合法兰盘,12插侧配合齿,13滚珠配合面,14弹簧片配合面,15转轴配合孔,16磁轴侧固定孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明:
结合图1-图7所示,这种液力-磁传动井眼清洁工具用过载脱耦装置由输入端连接体1、过载动作体2、输出端连接体依次套装在转轴4外构成,输出端连接体与工作时与磁轴连接,故也称为磁轴连接体3,输入端连接体1、过载动作体2、输出端连接体三者的外径相等,可同心配合于工具壳体内缘。转轴4左端与输入端连接体1通过轴承10相连既紧密配合,又在传动中相互不产生干扰。转轴4右端与输出端连接体通过螺丝连接,保证二者同步旋转。过载动作体(弹片槽)2在两连接体间可径向***,只受传递扭矩影响。
参阅图1、图2,输入端连接体1由插侧配合齿12与轴向啮合法兰盘11一体形成,输入端连接体1为插侧配合齿12,插侧配合齿12与液力转化装置和磁轴中承侧配合齿槽相结合,组成承插连接。承插连接相较于法兰连接,可以最大限度上节约径向空间,实现连接体外缘半径与壳体内缘相合;相较于螺纹连接,可实现径向无缝连接,减少工具轴向长度。该连接机构结构简单,便于安装和拆卸。输入端连接体1另一端为轴向啮合法兰盘11,法兰盘外为滚珠9,滚珠9连接径向啮合齿,连接体另一端为轴向啮合法兰盘11,法兰盘转动,啮合齿通过滚珠9带动转轴旋转,传递扭矩,完成动力端扭矩输入。在此传动中,可以通过改变滚珠9直径和数量,变化工具内外缘半径。连接体内缘通过轴承10与转轴10相连,轴承10起支撑和减少摩擦阻力的作用。轴承10采用的安装方式为双侧紧配合。
滚珠9使用数量与筒状体内缘半径有关(外缘半径固定),内缘半径越大,滚珠半径约小,使用数量越多。
参阅图3,过载动作体2为双侧圆环结构,一侧为球面凹槽(即滚珠配合面13),表面光滑,配合于滚珠;另一侧为圆柱凹槽(即弹簧片配合面14),配合于碟形弹簧片。过载动作体2受弹簧片7径向压力作用限制滚珠9位置。
参阅图5、图6、图7,转轴4为筒状体,转轴4与径向齿式啮合机构8一体成型,转轴4一端与输入端连接体1通过轴承4相连,轴向啮合法兰盘11、径向齿式啮合机构8、球面凹槽共同构成滚珠腔,若干滚珠分布于滚珠腔内,且每个滚珠位于径向齿式啮合机构8的啮合齿凹槽内,齿数与滚珠9数量一致。啮合齿径向宽度为滚珠直径与轴向啮合齿高度之和,滚珠9可在齿槽内做轴向运动。转轴4设有螺纹,碟形弹簧片、弹簧片配合体5、调节螺母6依次套装配合于其上,碟形弹簧片7位于圆柱凹槽内。转轴4设有磁轴侧固定孔16,输出端连接体也有转轴配合孔15,转轴4与输出端连接体通过螺栓固定连接。
正常工作状态下,液力压差叶片输入动力带动输入端连接体旋转,滚珠位于法兰盘轴向啮合齿凹槽内,通过无齿隙力矩传递使转轴同步旋转,最终经由输入端连接体1带动磁轴旋转,完成扭矩传递。
异常工作状态下,磁轴因阻滞而不动,使得脱耦装置传递扭矩增大,滚珠因受径向压力大于弹簧片负载,压缩弹簧片7,滚珠9脱离轴向啮合齿凹槽,输入端连接体1与转轴4打滑断开,输入端连接体1与输出端连接体解除连接,完成过载脱耦。
径向齿式啮合机构8啮合齿齿槽部分、轴向啮合法兰盘11啮合齿齿槽部分均采用高强度合金,表面做热处理,保证传动光滑,又可延长使用寿命。
转轴4由坯料整体机械加工,没有任何通孔,可以保证高压钻井液在内部流动时不刺漏壳体,造成工具破坏。
参阅图8,本发明可实现过载保护的原理是:作图为正常工作状态下,力矩传递示意图。在一定限制扭矩下,滚珠9位于径向啮合齿槽内,滚珠9受力F方向如图,可分解为径向力FX和轴向力FY,径向力因受到过载动作体的阻挡而被抵消,滚珠9只受到轴向力作用,做圆周运动,带动转轴旋转完成扭矩在输入输出端传递。叶片遇卡不旋转时,扭矩增大,超过弹簧片7受力极限,滚珠9脱离凹槽,过载动作体2变到如右图位置,滚珠9运动不在受法兰盘转动影响,打滑脱离,输入端空转卸载。叶片恢复转动后,扭矩下降,滚珠9回归法兰盘,重新连接完成扭矩传递。
过载动作体2可在两连接体中动作,最小动作量时,滚珠9位于凹槽中心位置,动作体一端,紧贴法兰盘;最大动作量时,滚珠9正好脱离齿槽,动作体另一端紧贴输出端连接体。
调节螺母6可以起到调节装置最大传输扭矩的作用,通过转动螺母调节弹簧片7松紧程度来改变初值轴向压力,进而可以起到改变最大传递扭矩的作用。
本发明设计了一种液力-磁传动井眼清洁工具用过载脱耦装置,当永磁叶片在环空受到外力停止转动时,能够使液力旋转磁芯和永磁叶片自动脱耦。

Claims (6)

1.一种液力-磁传动井眼清洁工具用过载脱耦装置,其特征在于:这种液力-磁传动井眼清洁工具用过载脱耦装置由输入端连接体(1)、过载动作体(2)、输出端连接体依次套装在转轴外构成,输入端连接体(1)、过载动作体(2)、输出端连接体三者的外径相等;
输入端连接体(1)由插侧配合齿与轴向啮合法兰盘(11)一体形成,输入端连接体一端有插侧配合齿(12),另一端为轴向啮合法兰盘(11);过载动作体(2)为双侧圆环结构,一侧为球面凹槽,另一侧为圆柱凹槽;转轴(4)为筒状体,转轴与径向齿式啮合机构(8)一体成型,转轴(4)一端与输入端连接体(1)通过轴承相连,轴向啮合法兰盘(11)、径向齿式啮合机构(8)、球面凹槽共同构成滚珠腔,若干滚珠(9)分布于滚珠腔内,且每个滚珠(9)位于径向齿式啮合机构(8)的啮合齿凹槽内,转轴(4)设有螺纹,碟形弹簧片(7)、弹簧片配合体(5)、调节螺母依次套装配合于其上,碟形弹簧片位于圆柱凹槽内,输出端连接体固定在转轴另一端。
2.根据权利要求1所述的液力-磁传动井眼清洁工具用过载脱耦装置,其特征在于:所述的径向齿式啮合机构(8)啮合齿的齿数与滚珠(9)数量一致。
3.根据权利要求2所述的液力-磁传动井眼清洁工具用过载脱耦装置,其特征在于:所述的径向齿式啮合机构(8)啮合齿径向宽度为滚珠(9)直径与轴向啮合法兰盘(11)啮合齿高度之和。
4.根据权利要求3所述的液力-磁传动井眼清洁工具用过载脱耦装置,其特征在于:所述的转轴设有磁轴侧固定孔(16),输出端连接体也有转轴配合孔(15),转轴(4)与输出端连接体通过螺栓固定连接。
5.根据权利要求4所述的液力-磁传动井眼清洁工具用过载脱耦装置,其特征在于:所述的径向齿式啮合机构(8)啮合齿齿槽部分、轴向啮合法兰盘(11)啮合齿齿槽部分均采用高强度合金,表面做热处理。
6.根据权利要求4所述的液力-磁传动井眼清洁工具用过载脱耦装置,其特征在于:所述的转轴(4)由坯料整体机械加工,没有通孔,保证高压钻井液在内部流动时不刺漏壳体。
CN201810310174.6A 2018-03-30 2018-03-30 液力-磁传动井眼清洁工具用过载脱耦装置 Active CN108518190B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810310174.6A CN108518190B (zh) 2018-03-30 2018-03-30 液力-磁传动井眼清洁工具用过载脱耦装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810310174.6A CN108518190B (zh) 2018-03-30 2018-03-30 液力-磁传动井眼清洁工具用过载脱耦装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108518190A CN108518190A (zh) 2018-09-11
CN108518190B true CN108518190B (zh) 2019-03-22

Family

ID=63432258

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810310174.6A Active CN108518190B (zh) 2018-03-30 2018-03-30 液力-磁传动井眼清洁工具用过载脱耦装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108518190B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116752914B (zh) * 2023-08-14 2023-11-10 东北石油大学三亚海洋油气研究院 一种清洁装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4373923A (en) * 1979-12-14 1983-02-15 Umc Industries Inc. Torque limiting overload coupling
CA2476708A1 (en) * 2002-02-21 2003-08-28 Intelligent Mechatronic Systems, Inc. (preloaded) load cell for vehicle seat with lateral and angular alignment
US8506434B2 (en) * 2011-01-24 2013-08-13 The Gates Corporation Isolating decoupler
DE102014111956A1 (de) * 2014-08-21 2016-03-10 Knorr-Bremse Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH Nachstelleinrichtung für eine Scheibenbremse und Scheibenbremse mit einer solchen Nachstelleinrichtung

Also Published As

Publication number Publication date
CN108518190A (zh) 2018-09-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2838868C (en) Housing, mandrel and bearing assembly for downhole drilling motor
CA2055291C (en) Disc drill bit
US20180051516A1 (en) Hydraulic Gentle Vibration Speed Enhancing Drilling
CN105332655B (zh) 一种三维水力振荡器
CN103502560A (zh) 用于对钻柱中的振动进行阻尼的设备和方法
CN112983254B (zh) 一种定向钻修井用螺杆钻具
US10267109B2 (en) Agitator with oscillating weight element
CN105569562A (zh) 一种扭矩过载保护工具
CA3038945A1 (en) Reciprocation-dampening drive shaft assembly
CN108518190B (zh) 液力-磁传动井眼清洁工具用过载脱耦装置
CN205100878U (zh) 一种三维水力振荡器
CN109268419A (zh) 一种钻井提速机构
CN107532452B (zh) 用于钻井马达的cv接头和方法
US20180073566A1 (en) Drive shaft assembly
CN114837549A (zh) 螺杆钻具
CN110145224B (zh) 一种井下钻头的自动调速装置
CN203248101U (zh) 一种防失速的钻井工具
CN107407134A (zh) 用于驱动轴传动组件的耦合机构
CN218563619U (zh) 一种连续油管用马达
RU2441125C2 (ru) Регулятор угла перекоса гидравлического забойного двигателя
CN217129431U (zh) 免起钻穿越漏层的动力钻具
CN106639865B (zh) 分级式切削装置
CN109505728B (zh) 动态推靠式回转马达
US20240200611A1 (en) Flexible Coupling
CN115749581B (zh) 一种防制动防掉大扭矩涡轮钻具

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant