[实用新型]用于旋转导向钻井工具的万向传扭装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种传扭装置,特别是一种用于旋转导向钻井工具的万向传扭装置。

背景技术

随着大位移井、空间S井等高难度井钻井的日益增多，现有被广泛使用的螺杆马达定向钻井技术，由于是滑动钻井，整个钻柱在井眼中不旋转以及大位移井长的水平段井眼轨迹钻井要求，使得钻具轴身摩阻大，井底工具面控制难度大，无法实现井眼轨迹精确定向和钻井施工。同时，由于大的钻具轴身摩阻，使得钻压及扭矩不易施加于钻头，钻井效率低。此外，钻柱不旋转，在长水平段，岩屑受重力作用，不易上返，易在井眼低边沉积，极易发生粘卡钻事故。由于螺杆马达定向钻井技术的自身缺点，已不能满足高难度井钻井的需求。因此，出现了旋转导向钻井技术。由于整个钻柱在井眼中都旋转，使得钻压和扭矩易于施加于钻头。同时，依靠安装于旋转导向工具本体上的高精度惯性传感器、导向力伺服控制系统以及导向力施力执行机构，从而实现了井眼轨迹的高精度控制和安全高效钻井。

现有用于旋转导向钻井工具的传扭装置均使用滚动轴承来实现万向扭动和扭矩传递。这种结构由于传扭件之间承受高的点接触或线接触应力，磨损严重，使用寿命短。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种用于旋转导向钻井工具的万向传扭装置，它既能够实现钻井扭矩的传递，又能同时实现钻头轴任意指向，具有摆动灵活、耐磨和使用寿命高的优点。

本实用新型的技术方案：一种用于旋转导向钻井工具的万向传扭装置，包括钻头轴和传扭套，钻头轴的轴身上设有3个以上的球形坑A，所有的球形坑A都分布在同一横截面上，每个球形坑A内均设有一个传扭球；传扭套的内部设有与球形坑A数量相同的键槽，每个键槽内均设有一个传扭键，每个传扭键均与键槽滑动配合（即滑动连接），每个传扭键上均设有球形坑B。采用这种传扭球与球形坑A和球形坑B相配合的方式，在钻头轴发生扭转时，传扭球与球形坑A和球形坑B、传扭键与传扭球、传扭键与传扭套之间都是面接触而非点接触，这样使得彼此之间的接触应力较低，接触件磨损小，寿命长，同时还能传递较大的载荷。

前述的用于旋转导向钻井工具的万向传扭装置中，键槽为方形键槽结构，传扭键为方键式结构。

前述的用于旋转导向钻井工具的万向传扭装置中，所述键槽为半圆形键槽结构，传扭键为半圆键式结构。

前述的用于旋转导向钻井工具的万向传扭装置中，所述任意相邻2个球形坑A之间的间距相等。

与现有技术相比，本实用新型可实现钻头轴相对于传扭套轴线偏斜并做万向摆动或圆锥运动，使钻头轴下端朝向任意方向。从而控制与钻头轴连接的钻头沿某一指定的方向钻井。钻头轴相对于传扭套轴线上的固有万向铰点做万向摆动运动时，与钻头轴上的球形坑A以及传扭键下端的球形坑B配合的多个传扭球在各自球坑内实现任意自转滚动调整，不会影响钻头轴偏斜摆动。同时，整个传扭装置加工和安装误差、钻头轴公转所造成的本装置理论万向铰点沿传扭套所确定的轴线发生前后偏移，通过与传扭套上多个键槽滑配的多个传扭键，沿传扭套轴向前后滑动自调整实现，因此，本装置做万向摆动时，工作灵活可靠，摆动更灵活。

本实用新型的扭矩从传扭套传递到钻头轴的过程中，受力件传扭球与钻头轴上的球形坑A和球形坑B、传扭键与传扭球、传扭键与传扭套之间都是面接触而非点接触，在钻头轴相对于传扭套轴线做万向运动并传扭时，彼此之间的接触应力较低，接触件磨损小，寿命长。同时，能传递较大的载荷。

附图说明

图1是本实用新型的剖面结构示意图；

图2是本实用新型采用半圆键式传扭键的结构示意图；

图3是本实用新型采用方键式传扭键的结构示意图。

附图中的标记为：1-钻头轴，2-传扭套，3-传扭球，4-传扭键,5-球形坑A,6-键槽,7-球形坑B。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

本实用新型的实施例1：如图1所示，本实用新型提供了一种既能实现钻井扭矩传递，又能实现钻头轴任意指向的用于旋转导向钻井工具的万向传扭装置，包括钻头轴1和传扭套2，钻头轴1的轴身上设有3个以上的球形坑A5，所有的球形坑A5都分布在同一横截面上，每个球形坑A5内均设有一个传扭球3，传扭球体3可在球形坑A5内任意自由旋转；传扭套2的内部设有与球形坑A5数量相同的键槽6，每个键槽6内均设有一个传扭键4，每个传扭键4均与键槽6滑动配合，每个传扭键4上均设有球形坑B7，球形坑B7与传扭球3配合。

如图2所示，键槽6为半圆形键槽结构，传扭键4为半圆键式结构。任意相邻2个球形坑A5之间的间距相等。