專利名稱：定向變角鉆井接頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是一種定向變角鉆井接頭。主要用于石油鉆井工程，配合井下動力鉆具，鉆叢式井、多底井、定向井的造斜和降斜，或用于普通鉆井的糾斜。
目前，國內(nèi)石油鉆井工程中，鉆叢式井、定向井的造斜和降斜作業(yè)時，主要用死彎接頭。它的缺點是不能改變彎曲角度，因此在鉆井過程中常出現(xiàn)以下問題。一、死彎接頭只有一個角度，需要改變角度時，必須起鉆重新更換死彎接頭。二、死彎接頭彎曲角度大時，起下鉆困難，容易破壞井壁，使井壁產(chǎn)生鍵槽，造成卡鉆事故。三、調(diào)整方位困難，容易破壞井底。四、造斜角度不夠大，不能鉆大斜度井。
另外，有一種投球式可變角度彎接頭。如中國專利85202671.4、美國83年專利，專利號US4374547，它們的缺點是只有一個凸輪軸，當(dāng)每次投球改變彎曲角度時，其彎曲方位也隨之改變。鉆井造斜時，不應(yīng)改變造斜方位，因此，它給鉆井增加了調(diào)整造斜方位的麻煩。由于沒有一次復(fù)位功能，即沒有一次投球就能將彎曲角度改變?yōu)榱愣鹊墓δ?，起鉆前需要多次投球，才能將彎曲角度復(fù)位到零度。
本實用新型的目的一、克服死彎接頭在井下不能改變彎曲角度的缺點；二、克服投球式可變角度彎接頭彎曲時，不能保持彎曲方位不變，即不能固定彎曲方位的缺點。
本實用新型的技術(shù)特征是在投球式可變角度彎接頭的基礎(chǔ)上，設(shè)計了兩個凸輪軸和兩組導(dǎo)向銷。上凸輪軸(5)、下凸輪軸(11)的外圓上分別設(shè)有直、斜相間的凸輪槽，并且上、下凸輪軸(5)、(11)的斜槽，傾斜方向相反。在上、下凸輪軸(5)、(11)中間設(shè)有萬向節(jié)(9)。
為了簡化定向變角鉆井接頭復(fù)位變直的操作過程，減少投球的次數(shù)，上、下凸輪軸(5)、(11)外圓的斜凸輪槽中有一條是復(fù)位斜凸輪槽。
為了使萬向節(jié)(9)具有密封性能，在上、下凸輪軸(5)、(11)中間的萬向節(jié)(9)為球面形萬向球鉸。
附圖
一是本實用新型的一個實施例。主要由上接頭(1)、定向套(2)、活塞(3)、花鍵(4)、上凸輪軸(5)、上導(dǎo)向銷(6)、上轉(zhuǎn)動體(7)、中間軸(8)、萬向節(jié)(9)、鉸軸(10)、下凸輪軸(11)、鋼珠(12)、下導(dǎo)向銷(13)、下轉(zhuǎn)動體(14)、花鍵(15)、控制套(16)、釋放銷(17)、環(huán)形槽(18)、彈簧套(19)、復(fù)位彈簧(20)、鋼球(21)、球座(22)、下接頭(23)等部件組成。
結(jié)合本實用新型的附圖和操作過程，對本實用新型的優(yōu)點進(jìn)行說明。上、下凸輪軸(5)、(11)的軸線相交于上、下轉(zhuǎn)動體(7)、(14)的配合端面上，兩條軸線的夾角為α。上凸輪軸(5)通過花鍵(4)與上接頭(1)聯(lián)接，使得二者不能相對轉(zhuǎn)動。下凸輪軸(11)通過花鍵(15)與下轉(zhuǎn)動體(14)相聯(lián)接，使二者不能相對轉(zhuǎn)動。上、下凸輪軸(5)、(11)之間有一個中間軸(8)和兩個萬向節(jié)(9)，它們起到使上、下凸輪軸(5)、(11)可以上下自由移動，不會卡住的作用。萬向節(jié)(9)制成球面形萬向節(jié)球鉸，具有密封性能。上、下凸輪軸(5)、(11)的外圓上有直斜相間的凸輪槽，上凸輪軸(5)和下凸輪軸(11)上的斜槽傾斜方向相反。凸輪槽內(nèi)各有一組導(dǎo)向銷(6)、(13)，通過導(dǎo)向銷(6)、(13)使上、下凸輪軸(5)、(11)與上、下轉(zhuǎn)動體(7)、(14)聯(lián)接在一起。
當(dāng)需要定向變角鉆井接頭改變角度時，由地面通過鉆具投入一個鋼球(21)，鋼球(21)落在釋放銷(17)上。地面開泵，鋼球(21)上面的壓強(qiáng)高于下面的壓強(qiáng)，形成壓力差。在壓力差的作用下，上、下凸輪軸(5)、(11)向下移動，首先脫開花鍵(15)，然后繼續(xù)下移，驅(qū)動上、下導(dǎo)向銷(6)、(13)，上、下導(dǎo)向銷(6)、(13)帶動上轉(zhuǎn)動體(7)向左轉(zhuǎn)動一個角度，下轉(zhuǎn)動體(14)向右轉(zhuǎn)動同一個角度。這樣使下接頭(23)的彎曲方位不改變，并相應(yīng)產(chǎn)生一次彎曲角度改變。其關(guān)系式如下φ＝arcCos(1－2Sin2α·Sin2(θ)/2 )式中φ－－下接頭(23)的彎曲角度α－－上、下凸輪軸(5)、(11)的軸線夾角θ－－上、下轉(zhuǎn)動體(7)、(14)的自轉(zhuǎn)角度當(dāng)釋放銷(17)移動到環(huán)形槽(18)處，鋼球(21)自動落在球座(22)上，水眼中的泥漿壓力差消失，復(fù)位彈簧(20)推動上、下凸輪軸(5)、(11)往上運動，直到下凸輪軸(11)下端與下轉(zhuǎn)動體(14)的花鍵(15)嚙合。完成一次變角過程，即可以進(jìn)行鉆進(jìn)。需要增加彎曲角度，重復(fù)前過程。
當(dāng)定向變角鉆井接頭達(dá)到最大彎曲值，需要起鉆時必需將彎曲角度恢復(fù)到零度。這時投最后一個鋼球(21)，蹩壓，產(chǎn)生壓力差，推動上、下凸輪軸(5)、(11)向下移動。上、下凸輪軸(5)、(11)外圓上的復(fù)位斜槽，通過上、下導(dǎo)向銷(6)、(13)帶動上、下轉(zhuǎn)動體(7)、(14)大角度轉(zhuǎn)動，使下接頭(23)的彎曲角由最大值改變到零度。
實施例如附圖一所示，上接頭(1)、上凸輪體(5)、上轉(zhuǎn)動體(7)、中間軸(8)、球鉸(10)、下凸輪軸(11)、下轉(zhuǎn)動體(14)、下接頭(23)等主要零件用42CrMo制造。上接頭(1)與上轉(zhuǎn)動體(7)，上轉(zhuǎn)動體(7)與下轉(zhuǎn)動體(14)分別用鋼珠(12)聯(lián)接，彼此相互轉(zhuǎn)動。上凸輪軸(5)的外圓上，在零度至九十度范圍內(nèi)有六組直斜相間不同深度的凸輪槽，斜槽的傾斜方向向右，九十度至一百八十度之間有一個傾斜方向向右的長斜槽－－復(fù)位長斜凸輪槽；下凸輪軸(11)的外圓上，在零度至九十度范圍內(nèi)有六組直斜相間不同深度的凸輪槽，斜槽的傾斜方向向左，九十度至一百八十度之間有一個傾斜方向向左的長斜槽－－復(fù)位長斜凸輪槽。六組凸輪槽可以使定向變角鉆井接頭變化六種角度。在變化彎曲角度的過程中，定向變角鉆井接頭的彎曲方位始終保持不變。萬向節(jié)(9)使用是兩個球鉸。由于球鉸在作上下運動時還能作擺動運動，使上、下凸輪軸(5)、(11)上下移動時不被卡死。兩組導(dǎo)向銷(6)、(13)始終保持在凸輪槽內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種由投球方法改變彎曲角度的定向變角鉆井接頭由上接頭(1)、定向套(2)、上轉(zhuǎn)動體(7)、鋼珠(12)、釋放銷(17)、復(fù)位彈簧(20)、鋼球(21)、下接頭(23)所組成，其特征在于設(shè)有兩個凸輪軸(5)、(11)和兩組導(dǎo)向銷(6)、(13)；上凸輪軸(5)和下凸輪軸(11)的外圓上有直斜相間的凸輪槽，并且傾斜方向相反；在上、下凸輪軸(5)、(11)之間設(shè)有一組萬向節(jié)(9)。
2.如權(quán)利要求1所述的定向變角鉆井接頭，其特征在于上、下凸輪軸(5)、(11)的外圓上的斜凸輪槽，有一個是復(fù)位斜凸輪槽。
3.如權(quán)利要求1所述的定向變角鉆井接頭，其特征在于萬向節(jié)為一組球面形萬向球鉸。
專利摘要本實用新型具有遙控、定向、變角的鉆井接頭。它采用地面投球，液體蹩壓使裝在上轉(zhuǎn)動體上的導(dǎo)向銷在凸輪軸斜坡槽上滑動和下轉(zhuǎn)動體上的導(dǎo)向銷在下凸輪軸斜坡槽上滑動，從而使上、下轉(zhuǎn)動體產(chǎn)生相反方向的轉(zhuǎn)動，得到了彎曲角度。角度從零度到需要的角度，并一次回位。又利用萬向節(jié)上的鉸軸作用只使上、下轉(zhuǎn)動體在角度變化的方向上擺動，從而控制了方位。因此，它適用于石油鉆井中叢式井、多底井、定向井造斜和普通井糾斜作業(yè)的新型實用工具。
文檔編號E21B17/02GK2071700SQ89215330
公開日1991年2月20日 申請日期1989年8月23日 優(yōu)先權(quán)日1989年8月23日
發(fā)明者張健, 沈漢民, 王瑞芳 申請人:張健, 沈漢民, 王瑞芳