CN111853027A - 一种随钻工具用防脱扣螺栓 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种随钻工具用防脱扣螺栓，包括螺栓和螺栓连接块，螺栓包括螺栓本体，螺栓本体顶部开设有第一环形槽，第一环形槽内套设弹性卡簧，弹性卡簧外套设有卡簧束紧环，卡簧束紧环与所述螺栓本体贯穿设置有剪切销钉，螺栓本体底部设置有若干第二环形槽，第二环形槽上套设有密封圈，螺栓连接块内开设有承卡凹槽，承卡凹槽与弹性卡簧相适配。本发明能够避免井下强烈振动而导致的螺栓脱扣，工具掉落的问题，能够提高工具的有效性，保证工具的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及石油、天然气开发工具领域，特别是涉及一种随钻工具用防脱扣螺栓。
背景技术
随着石油天然气钻井深度的增加，所钻地层的复杂程度也随之增加，导致钻井难度增大。特别是在开发中晚期油区钻井过程中，需要对小油层进行开发开采，因此，采集关键数据，对进一步的钻完井作业及开采开发都起着至关重要的作用，目前大多采用的方式为钻完井段后在通井过程中或者是起下钻过程中将测量工具随钻具一起下入井底，测量钻完段的相关数据，这样不仅存在数据采集滞后的情况，更会因为钻井液的作用而导致测量数据存在偏差。随钻测量设备可以实时的测量井下数据并将井下的真实情况及时的上传到地面，极大地增加了数据的真实性和准确性，对钻井起到很大的指导作用并对后期的开发和增产也起到了积极的效果。但是，由于井深的增加，钻井环境的复杂，特别是软硬交错地层钻进会产生强烈的轴向及周向震动，在以往的随钻设备井下作业时经常会发生因螺栓的松动脱落而导致的内部测量设备脱落、测量效果出现偏差或无法工作等情况的发生，甚至出现由于内部设备脱落后在井下反复振动出现设备损坏的情况发生。因此保证随钻设备连接的紧固性和保证随钻设备的有效性成为随钻测量设备研究的重要方向。
发明内容
本发明的目的是提供一种随钻工具用防脱扣螺栓，以解决上述现有技术存在的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种随钻工具用防脱扣螺栓，包括螺栓和螺栓连接块，螺栓包括螺栓本体，螺栓本体顶部开设有第一环形槽，第一环形槽内套设弹性卡簧，弹性卡簧外套设有卡簧束紧环，卡簧束紧环与所述螺栓本体贯穿设置有剪切销钉，螺栓本体底部设置有若干第二环形槽，第二环形槽上套设有密封圈，螺栓连接块内开设有承卡凹槽，承卡凹槽与弹性卡簧相适配。
优选的，弹性卡簧为弹簧钢钢片加工成的筒型，弹性卡簧一侧设有开口。
优选的，卡簧束紧环为不锈钢片加工成的圆环。
优选的，剪切销钉至少有两个，剪切销钉沿卡簧束紧环外壁周向设置。
优选的，第二环形槽至少有两个，密封圈的厚度大于第二环形槽的深度。
优选的，弹性卡簧的厚度不大于第一环形槽的深度。
一种随钻工具用防脱扣螺栓的使用方法，其具体方法为：
施工时螺栓本体通过正常旋转方式与随钻工具外壳上预先加工好的螺纹进行螺纹连接，当卡簧束紧环上扣到螺栓连接块与随钻工具外壳形成的剪切台阶位置时，与剪切台阶相碰撞挤压剪断剪切销钉后，卡簧束紧环留在外壳与剪切台阶构成的空腔内，螺纹孔代替卡簧束紧环与弹性卡簧相配合并约束弹性卡簧的弹性作用，当弹性卡簧随螺栓本体运动到承卡凹槽的凹槽处时弹性卡簧弹性释放，将螺栓本体与承卡凹槽卡死固定。
本发明公开了以下技术效果：
1.本发明设计有弹性卡簧，弹性卡簧与承卡凹槽相配合使螺栓与承卡凹槽在井下振动环境下不会产生轴向及周向位移，保证螺栓的固紧作用，保证工具的安全性和有效性。同时该工具设计有剪切销钉，能够保证弹性卡簧在进入承卡凹槽之前不会发生弹性变形。
2.本发明设计有剪切销钉、卡簧束紧环和剪切台阶，螺纹在上扣过程中卡簧束紧环到达剪切台阶位置并与剪切台阶相碰，形成轴向力用于剪切销钉，剪切销钉在轴向力作用下被剪断，进而卡簧束紧环留在剪切台阶空腔内，弹性卡簧继续随螺栓本体向上运动，到达承卡凹槽后弹性卡簧弹性被释放，使螺栓与承卡凹槽后相对位置固定。
3.本发明中螺栓头部分设计了密封圈，既保证了螺栓在安装过程中的紧密性，也保证了随钻工具在使用过程中的密封性使钻具内外压差保持一致，不会因流体轴向力的作用产生滚动，从而影响使用效果和避免产生磨损而降低工具的使用寿命。
4.本发明能够避免井下强烈振动而导致的螺栓脱扣，工具掉落的问题，能够提高工具的有效性，保证工具的安全性。减少因螺栓脱落而导致的井下复杂情况发生，减少因维修、打捞、停工等待等非钻井作业时间，减少非钻井作业成本。进而减少钻井周期，提高钻井效率，增加钻井收益，是具有较高推广价值和使用价值的油气井随钻连接工具。
5.本发明结构简单，安装容易，安装后即可固定，螺栓不会产生大的磨损，工具大小及螺纹均按照国家级及行业标准加工，可替代性强，使用成本低。工具对工况适用性强，安全系数高，具有较高的安全性的固定连接部件，同时为随钻工具的有效性提供了保障。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的随钻工具用防脱扣螺栓的结构示意图；
图2为本发明中螺栓本体的结构示意图；
图3为本发明中螺栓连接块的结构示意图；
图4为本发明中弹性卡簧的结构示意图；
图5为本发明的随钻工具用防脱扣螺栓的安装位置示意图；
图中：弹性卡簧1、剪切销钉2、螺栓本体3、承卡凹槽4、卡簧束紧环5、密封圈6、第一环形槽7、第二环形槽8、螺栓连接块9。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参照图1-5，本发明提供一种随钻工具用防脱扣螺栓，包括螺栓和螺栓连接块9，所述螺栓包括螺栓本体3，所述螺栓本体3顶部开设有第一环形槽7，所述第一环形槽7内套设弹性卡簧1，所述弹性卡簧1外套设有卡簧束紧环5，所述卡簧束紧环5与所述螺栓本体3贯穿设置有剪切销钉2，所述螺栓本体3底部设置有若干第二环形槽8，所述第二环形槽8上套设有密封圈6，所述螺栓连接块9内开设有承卡凹槽4，所述承卡凹槽4与所述弹性卡簧1相适配。
进一步优化方案，所述弹性卡簧1为弹簧钢钢片加工成的筒型，所述弹性卡簧1一侧设有开口，具有加工容易的特点，且弹簧钢加工完成后呈筒状，具有轴向稳定性好，且卡紧之后耐拉压的特性。
进一步优化方案，所述卡簧束紧环5为不锈钢片加工成的圆环，具有稳定性好，价格便宜的特点。
进一步优化方案，所述剪切销钉2至少有两个，所述剪切销钉2沿卡簧束紧环5外壁周向设置，便于固定卡簧束紧环5，使卡簧束紧环5在进入螺栓孔前保持稳定，不脱落。
进一步优化方案，所述第二环形槽8至少有两个，所述密封圈6的厚度大于第二环形槽8的深度，既保证了螺栓在安装过程中的紧密性，也保证了随钻工具在使用过程中的密封性使钻具内外压差保持一致，不会因流体轴向力的作用产生滚动，从而影响使用效果和避免产生磨损而降低工具的使用寿命。
进一步优化方案，所述弹性卡簧1的厚度不大于第一环形槽7的深度，是弹性卡簧1可以收缩在第一环形槽7内，便于进入螺栓孔。
施工时，将螺栓连接块9于随钻工具外壳相固定，螺栓本体3通过正常旋转方式与随钻工具外壳上预先加工好的螺纹进行螺纹连接，当卡簧束紧环5上扣到螺栓连接块9与随钻工具外壳形成的剪切台阶位置时，与剪切台阶相碰撞挤压剪断剪切销钉2后，卡簧束紧环5留在外壳与剪切台阶构成的空腔内，承卡凹槽4代替卡簧束紧环5与弹性卡簧1相配合并约束弹性卡簧1的弹性作用，当弹性卡簧1随螺栓本体3运动到承卡凹槽4的凹槽处时弹性卡簧1弹性释放，将螺栓本体3与承卡凹槽4卡死固定，本发明能够降低振动对设备的影响，安装完成后除非人为破坏性拆除，否则不会发生任何的位移，能够极大地保证随钻工具内部组件的牢固性，提高随钻工具的安全性。减少因随钻工具内部组件脱落维修和井下打捞的非生产作业时间，避免随钻工具的非正常损坏，降低维修成本，延长随钻工具的使用寿命，减少井下复杂情况的发生，进而降低总的钻井成本，提高经济效益。
该工具设计有弹性卡簧，弹性卡簧与承卡凹槽相配合使螺栓与承卡凹槽在井下振动环境下不会产生轴向及周向位移，保证螺栓的固紧作用，保证工具的安全性和有效性，同时该工具设计有剪切销钉，能够保证弹性卡簧在进入承卡凹槽之前不会发生弹性变形。
随钻工具在钻井过程中，由于钻井会产生较大的井下振动，随钻工具在井下作业过程中会在振动的作用下与螺栓产生轴向及周向位移，最终导致螺栓与随钻工具相分离，进而导致随钻工具工作失效甚至井下复杂情况的发生。
本工具设计了具有弹性卡簧与承卡凹槽的螺栓，保证了随钻工具在强烈振动下仍能够与钻具外壳有效连接，保证随钻工具与钻具外壳不会产生较大的相对位移，且随钻工具不会因与钻具外壳连接螺栓的松动而产生沿螺栓轴向的冲击碰撞进而导致随钻工具内部组件及其他部件的损坏影响随钻工具的使用效果。
本发明所用材质均为一般的不锈钢及弹簧钢，具有稳定性好，价格便宜的特点。本工具弹簧钢仅需钢片加工成圆形即可，具有加工容易的特点，且弹簧钢加工完成后呈筒状，具有轴向稳定性好，且卡紧之后耐拉压的特性。
本螺栓头部设计了两处橡胶密封圈，既保证了螺栓在安装过程中的紧密性，也保证了随钻工具在使用过程中的密封性使钻具内外压差保持一致，不会因流体轴向力的作用产生滚动，从而影响使用效果和避免产生磨损而降低工具的使用寿命。
螺栓连接是机械中最基本的一种结构连接形式，具有标准化程度高、制造方便、构造简单、便于拆装、成本低等优点，在现代工业中有着广泛的应用。从原理上说，螺纹连接一般都采用单线普通螺纹，螺栓连接基本上都能自锁，在静载荷条件下不会自行松脱。但是在冲击、振动、交变载荷作用下，或者在工作温度变化很大的情况下，螺栓连接很可能松动。而螺栓松脱往往会造成严重后果，因此螺栓连接设计时，必须采取防松措施。业机械中螺栓防松就是消除螺纹副之间的相对运动或增大相对运动的难度。常用的防松方法为弹簧垫圈防松。
弹簧垫圈材料一般为65Mn弹簧钢或70#碳钢，装配后压平垫圈，弹簧的反弹力能使螺纹间保持压紧力并增加螺母和螺栓之间摩擦力，从而达到防松的目的；同时，垫圈斜口的尖端抵住螺母与被连接件的支承面也有防松作用，弹簧垫圈虽实用简易、价格低廉，但缺陷也很明显，因其支承面小，***受力偏斜，破坏螺栓作用力的中心，导致螺纹连接的疲劳性能下降，加之在振动冲击载荷作用下夹紧力的作用，可能会出现因内径涨大而失效的情况。因此，弹簧垫圈不能够避免井下强烈振动而导致的螺栓脱扣，工具掉落的问题。
本发明所涉及一种随钻工具用防脱扣螺栓的使用，能够避免井下强烈振动而导致的螺栓脱扣，工具掉落的问题，能够提高工具的有效性，保证工具的安全性。减少因螺栓脱落而导致的井下复杂情况发生，减少因维修、打捞、停工等待等非钻井作业时间，减少非钻井作业成本。进而减少钻井周期，提高钻井效率，增加钻井收益，是具有较高推广价值和使用价值的油气井随钻连接工具，而且本发明结构简单，安装容易，安装后即可固定，螺栓不会产生大的磨损，工具大小及螺纹均按照国家级及行业标准加工，可替代性强，使用成本低。工具对工况适用性强，安全系数高，具有较高的安全性的固定连接部件，同时为随钻工具的有效性提供了保障。
本发明所涉及一种随钻工具用防脱扣螺栓，沿轴线可加工通孔，通孔可作为测量工具井下环空压力和温度测量的连通通道。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (7)
1.一种随钻工具用防脱扣螺栓，包括螺栓和螺栓连接块(9)，其特征在于：所述螺栓包括螺栓本体(3)，所述螺栓本体(3)顶部开设有第一环形槽(7)，所述第一环形槽(7)内套设弹性卡簧(1)，所述弹性卡簧(1)外套设有卡簧束紧环(5)，所述卡簧束紧环(5)与所述螺栓本体(3)贯穿设置有剪切销钉(2)，所述螺栓本体(3)底部设置有若干第二环形槽(8)，所述第二环形槽(8)上套设有密封圈(6)，所述螺栓连接块(9)内开设有承卡凹槽(4)，所述承卡凹槽(4)与所述弹性卡簧(1)相适配。
2.根据权利要求1所述的随钻工具用防脱扣螺栓，其特征在于：所述弹性卡簧(1)为弹簧钢钢片加工成的筒型，所述弹性卡簧(1)一侧设有开口。
3.根据权利要求1所述的随钻工具用防脱扣螺栓，其特征在于：所述卡簧束紧环(5)为不锈钢片加工成的圆环。
4.根据权利要求1所述的随钻工具用防脱扣螺栓，其特征在于：所述剪切销钉(2)至少有两个，所述剪切销钉(2)沿卡簧束紧环(5)外壁周向设置。
5.根据权利要求1所述的随钻工具用防脱扣螺栓，其特征在于：所述第二环形槽(8)至少有两个，所述密封圈(6)的厚度大于第二环形槽(8)的深度。
6.根据权利要求1所述的随钻工具用防脱扣螺栓，其特征在于：所述弹性卡簧(1)的厚度不大于第一环形槽(7)的深度。
7.一种随钻工具用防脱扣螺栓的使用方法，基于权利要求1-6任一项所述的随钻工具用防脱扣螺栓，其具体方法为：
施工时螺栓本体(3)通过正常旋转方式与随钻工具外壳上预先加工好的螺纹进行螺纹连接，当卡簧束紧环(5)上扣到螺栓连接块(9)与随钻工具外壳形成的剪切台阶位置时,与剪切台阶相碰撞挤压剪断剪切销钉(2)后,卡簧束紧环(5)留在外壳与剪切台阶构成的空腔内，螺纹孔代替卡簧束紧环(5)与弹性卡簧(1)相配合并约束弹性卡簧(1)的弹性作用，当弹性卡簧(1)随螺栓本体(3)运动到承卡凹槽(4)的凹槽处时弹性卡簧(1)弹性释放，将螺栓本体(3)与承卡凹槽(4)卡死固定。
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