[發(fā)明專利]一種扭矩過載保護(hù)工具

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610102355.0
• 申請(qǐng)日: 2016-02-25
• 公開（公告）號(hào): CN105569562A
• 公開（公告）日: 2016-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王川;周旭;王國榮;黎俊;謝真強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南石油大學(xué)
• 主分類號(hào): E21B4/00
• 分類號(hào): E21B4/00
• 代理公司: 成都正華專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51229
• 代理人: 李林合

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及油氣田開發(fā)領(lǐng)域，具體涉及一種扭矩過載保護(hù)工具。

背景技術(shù)

在油氣田開發(fā)過程中，鉆井和修井是主要的作業(yè)步驟，需要使用轉(zhuǎn)盤、頂驅(qū)從地面給鉆 頭使鉆頭旋轉(zhuǎn)破巖，或者使用螺桿馬達(dá)等從井下對(duì)鉆頭提供旋轉(zhuǎn)破巖。不論哪種方式，最終 都是通過鉆桿或鉆鋌傳遞扭矩給鉆頭(或其他鉆具組合)。在鉆井過程中，不同的地層施加給 鉆頭不同的阻力，該阻力使得鉆柱傳遞的扭矩超過正常鉆井扭矩，可能導(dǎo)致鉆柱的損害或斷 裂，而大多鉆桿只能傳遞一定的扭矩，過大扭矩時(shí)不能對(duì)井下工具進(jìn)行過載保護(hù)。在井下工 具損壞后只能起鉆更換損壞工具，增加了鉆柱起升次數(shù)，浪費(fèi)鉆井作業(yè)時(shí)間和費(fèi)用。

目前市面上已有的部分扭矩過載保護(hù)工具，包括滾珠式、摩擦式、液壓式、氣動(dòng)式、電 磁式等，但這些保護(hù)器都存在體積較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造維護(hù)和使用成本較高的問題，無法 滿足井下作業(yè)空間狹小、工作環(huán)境惡劣的需求。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供了一種體積小巧、結(jié) 構(gòu)簡單，裝配占用空間小，制造和使用成本低的扭矩過載保護(hù)工具，用于解決在鉆井過程中 因扭矩過大產(chǎn)生的鉆柱破壞。

本發(fā)明下端與井下工具連接，上端與鉆柱相接。其技術(shù)方案是將扭矩分解為力與力臂的 乘積，通過彈簧實(shí)現(xiàn)對(duì)扭矩的調(diào)節(jié)。當(dāng)扭矩超過設(shè)定的過載扭矩后，使得鉆柱扭矩?zé)o法傳遞 到井下工具。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種扭矩過載保護(hù)工具，包括動(dòng)力外筒、過載保護(hù)裝置、軸承總成、密封總成和輸出軸； 所述過載保護(hù)裝置包括中心軸、上花鍵、下部傳動(dòng)裝置、彈簧和鎖緊螺母，上花鍵、下部傳 動(dòng)裝置、彈簧和鎖緊螺母均與中心軸共軸；所述動(dòng)力外筒與過載保護(hù)裝置相連，過載保護(hù)裝 置下部依次連軸承總成和密封總成，中心軸與輸出軸相連；

所述中心軸下端設(shè)有凸臺(tái)B和螺紋A，上端設(shè)有臺(tái)階和凸臺(tái)A；

所述上花鍵一段設(shè)有一圈均勻分布的凸臺(tái)C，凸臺(tái)C頂端為接觸面B，凸臺(tái)C間隙形成凹 槽C；所述上花鍵安裝于中心軸上，通過凸臺(tái)A固定，上端與臺(tái)階抵緊；所述上花鍵具有圓 柱形外表面A，在外表面A的徑向方向外側(cè)設(shè)有凸臺(tái)A，凸臺(tái)A嵌入動(dòng)力外筒上對(duì)應(yīng)的鍵槽， 配合傳遞扭矩。

進(jìn)一步的，所述下部傳動(dòng)裝置由傳動(dòng)花鍵和下花鍵一組成，所述傳動(dòng)花鍵外側(cè)設(shè)有一圈 放射狀均勻分布的凸臺(tái)D，凸臺(tái)D一側(cè)為接觸面A，上花鍵的接觸面B嵌入傳動(dòng)花鍵的接觸面 A中，相互配合傳遞扭矩；所述下花鍵一一段設(shè)有一圈均勻分布的凹槽D，凸臺(tái)D嵌入凹槽D 中，相互配合傳遞扭矩；

所述上花鍵的接觸面B和傳動(dòng)花鍵的接觸面A為相連凹凸面；

所述彈簧一端與傳動(dòng)花鍵的端面接觸，使上花鍵的接觸面B與傳動(dòng)花鍵的接觸面A之間 的滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)化成軸向位移，進(jìn)而轉(zhuǎn)換成彈簧的壓縮位移；

所述下花鍵一的一個(gè)端面上沿軸向方向設(shè)有凹槽D，在下花鍵一的內(nèi)表面沿徑向向外設(shè)有 凹槽E，凸臺(tái)B嵌入凹槽E，相互配合傳遞扭矩。

進(jìn)一步的，所述扭矩過載保護(hù)工具在順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)且扭矩不超過設(shè)定的過載保護(hù) 扭矩時(shí)，動(dòng)力外筒將扭矩傳遞給上花鍵，上花鍵通過接觸面B與傳動(dòng)花鍵的接觸面A發(fā)生接 觸，通過摩擦力和周向推力帶動(dòng)傳動(dòng)花鍵轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)下花鍵一轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞扭矩；當(dāng)旋轉(zhuǎn)扭 矩超過設(shè)定的過載保護(hù)扭矩時(shí)，上花鍵受到的扭矩過大，接觸面B與接觸面A之間的軸向推 力大于摩擦力和周向推力，軸向推力帶動(dòng)傳動(dòng)花鍵擠壓彈簧，使上花鍵的接觸面B與傳動(dòng)花 鍵的接觸面A發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，而不帶動(dòng)下花鍵一轉(zhuǎn)動(dòng)，上花鍵與下花鍵一之間的滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn) 化成軸向位移，從而轉(zhuǎn)換成彈簧的壓縮位移，無法將扭矩傳遞到中心軸上，從而無法通過中 心軸將扭矩傳遞出去，達(dá)到了保護(hù)下部井下工具的目的。

進(jìn)一步的，所述上花鍵的接觸面B和傳動(dòng)花鍵的接觸面A為波浪形圓弧面或鋸齒形斜面。

進(jìn)一步的，所述下部傳動(dòng)裝置由下花鍵二和鎖緊螺母組成；所述下花鍵二上部設(shè)有一圈 均勻分布的凹槽F，凹槽F上設(shè)有凸形圓弧面D；下花鍵二中部直徑小于上部；所述鎖緊螺母 通過螺紋A安裝在中心軸上的；所述彈簧環(huán)繞在下花鍵二中部，一端抵緊下花鍵二上部的軸 肩，另一端抵緊鎖緊螺母；所述下花鍵二端面由凹形圓弧面E和凸形圓弧面D間隔組成；所 述上花鍵由接觸面B和凹槽C分別與下花鍵二的凹形圓弧面E和凸形圓弧面D接觸。