[发明专利]一种缓冲调心接头

说明书

所属技术领域

本发明涉及油气勘探开发工具领域的一种缓冲调心接头，用于配置顶驱的钻机使用，能够在钻井过程中给钻具传递扭矩和承受轴向力、为泥浆提供循环通道及缓冲轴向冲击力，同时还能用于完井下套管施工作业。

背景技术

目前国内钻井时顶驱的输出扭矩是通过螺纹连接的钻具传递给井下钻头或其他工具，采用螺纹直接连接的钻具刚性较强，当钻具出现憋跳现象时，冲击力会直接作用在顶驱的动力输出端，而且当顶驱动力输出轴相对于井口如出现较大的偏心时，用于钻具与顶驱的刚性连接，将影响钻井施工，特别是进行套管钻井或采用旋转循环下套管装置下套管的施工作业时，对接套管螺纹容易发生螺纹错扣。目前已有的专利，US8684851的《浮动短节工具》（《FLOATINGSUBTOOL》），实现了传递顶驱扭矩和承受轴向力，并能够缓冲钻井过程中钻具传递给顶驱的轴向冲击力，但是不具备调心功能，无法解决顶驱动力输出轴相对于井口与出现较大偏心的问题。申请号CN201220563576.5《水平井柔性短节》和申请号CN03235201.8《一种齿形万向联轴器》两个专利，实现了钻具调心的功能，但无法缓冲钻井过程中钻具产生的轴向冲击力，并且CN03235201.8《一种齿形万向联轴器》无法为钻具提供泥浆循环通道。

发明内容

本发明的目的是解决上述技术问题，提供一种缓冲调心接头，采用带有预充气的缓冲气室和球形铰接的花键连接结构，实现了调心、扭矩传递及缓冲钻井过程中钻具产生的轴向冲击力的功能。

为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种缓冲调心接头，包括上球接头、上球座、上端盖、外筒、、内花键、外花键、下球座、下端盖和下球接头，其中：上球接头安装在上球座和内花键的球头连接后形成的球腔内，在内花键球头部的外圆对称分布有两个径向通孔，球销穿过通孔后与设置在上球接头球面外圆的盲孔构成间隙限位配合，并将上球接头和内花键铰链在一起；上端盖套装在上球座的外部，上端盖顶部内凸沿与上球座的上部轴向滑动密封配合，上端盖凸沿下方与上球座外部凸出部分间隙配合，构成环形的上气室；在上端盖上设有注气阀，注气阀与上气室贯通；内花键的下部是与内花键构成轴向插接配合的外花键，在内花键下端与外花键的结合部预留有环形的下气室；在上球座和内、外花键结合部设置贯通上下流道的T型喷管，并分别与内花键和外花键密封配合；下球接头安装在下球座和外花键的球头连接后形成的球腔内，在外花键球头部的外圆对称分布有两个径向通孔，球销穿过通孔后与设置在下球接头球面外圆的盲孔构成间隙限位配合，并将下球接头和外花键铰链在一起；下端盖套装在下球座外部，外筒分别与上、下端盖固定连接后，将上球座、内花键、下球座密闭套装在其内。

上述方案还包括：

在上、下求接头上分别通过螺纹和锁钉连接有上接头和下接头。

在喷管与内外花键、上球接头与外花键球头、下球接头与外花键的球头、上端盖与上球座，以及外筒与上端盖、上球座、内花键、下球座密闭结合部均设置有环形密封圈、槽。

本发明的技术方案中上球座上端安装在上端盖上部的孔内，能够沿轴向在一定距离内相对运动。上球座安装在上端盖孔内，内花键安装在外筒孔内，上球座与内花键通过螺纹连接在一起后能够相对于外筒沿轴向在一定距离内相对运动。上球接头下端的球头安装在上球座与内花键形成的球形孔内，扭矩能够通过安装在上球接头下端的球销传递给内花键，上球接头能够相对上球座在任何方向自由转动一定的角度。喷管装在内花键孔内，喷管下端插入外花键孔内，相对外花键能够在一定距离内轴向运动。外花键插入内花键的花键槽内，两者能够在一定距离内轴向运动并传递扭矩。另一个下球接头安装在下球座与外花键通过螺纹连接后形成的球孔内，扭矩能够通过安装在下球接头下端的球销传递给外花键，下球接头能够相对下球座在任何方向自由转动一定的角度，与上球座的自由转动向配合，实现调心功能。上接头、上球座、喷管、外花键、下球座、下接头的中心孔形成泥浆循环通道。上端盖、上球座、外筒之间装有密封，形成上气室。内花键、外花键、喷管、外筒、下球座之间装有密封，形成下气室。通过上端盖上部的注气阀可以给上气室预充一定压力的气体，充气后内花键相对外筒和外花键向下沿轴向运动一定距离，压缩下气室的气体，直至上、下气室产生的推力平衡。此时上端盖与上球座在气压作用下处于不接触状态，因此能够缓冲轴向冲击力。