一種鉆井頂驅(qū)下套管工具驅(qū)動頭的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于鉆井作業(yè)頂驅(qū)下部作為傳動裝置的鉆井頂驅(qū)下套管工具驅(qū)動頭。它能擴(kuò)展頂驅(qū)功能、簡化下套管作業(yè)、增強(qiáng)作業(yè)安全性、易于維修。其技術(shù)方案：在上殼體上安裝有電磁剎車磁軛，電磁剎車動盤用花鍵安裝在主軸上，電磁剎車動盤上端安裝軸向固定螺母B，下端連接一段軸肩；電磁剎車銜鐵用鉚釘安裝在外螺紋體上，外螺紋體與內(nèi)螺紋體用螺紋連接，內(nèi)螺紋體外部設(shè)置有外花鍵，下殼體內(nèi)部設(shè)置有內(nèi)花鍵，內(nèi)螺紋體的外花鍵與下殼體的內(nèi)花鍵連接，在下殼體上安裝有上行程開關(guān)，在殼體端蓋下端各安裝有下行程開關(guān)。本驅(qū)動頭結(jié)構(gòu)簡單緊湊，操作方便，成本低，安全、易于遠(yuǎn)距離控制，使用可靠。
【專利說明】一種鉆井頂驅(qū)下套管工具驅(qū)動頭
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鉆井作業(yè)中扭矩轉(zhuǎn)化推力傳遞的頂驅(qū)下套管工具驅(qū)動頭。該頂驅(qū)下套管工具驅(qū)動頭能夠連接于頂驅(qū)下部代替常規(guī)頂驅(qū)下套管工具中的液缸裝置或螺旋傳動裝置來執(zhí)行從主軸到頂驅(qū)下套管工具驅(qū)動頭夾緊裝置動力的傳遞和轉(zhuǎn)化，把主軸上的扭矩轉(zhuǎn)化為軸向的推力傳遞給夾緊裝置，屬于鉆井作業(yè)中核心部件頂驅(qū)的重要配套傳動裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]頂部驅(qū)動技術(shù)是轉(zhuǎn)盤鉆機(jī)問世以來的幾項(xiàng)重大變革(液壓盤式剎車、液壓鉆井泵、交流變頻驅(qū)動等)之一。目前，淺海上鉆井船或平臺，幾乎全部裝備了頂驅(qū)，陸地石油鉆機(jī)也越來越多地裝備了頂驅(qū)，作為當(dāng)前最新的鉆井方式，同以前的方法相比，頂部驅(qū)動鉆井裝置有一些特定優(yōu)點(diǎn):節(jié)省接單根時間；倒劃眼防止卡鉆；下鉆劃眼；降低了事故發(fā)生率；有利于設(shè)備安全等等。不過頂驅(qū)下套管工具中液缸的使用很大程度上增加了頂驅(qū)的質(zhì)量和成本，嚴(yán)重影響了頂驅(qū)的優(yōu)化和在實(shí)際鉆井過程中的應(yīng)用。電磁剎車器是現(xiàn)代工業(yè)中一種理想的自動化執(zhí)行元件，在機(jī)械傳動系統(tǒng)中主要起傳遞動力和控制運(yùn)動等作用。具有結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡單，響應(yīng)靈敏，壽命長久，使用可靠，易于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制等優(yōu)點(diǎn)。目前，電磁剎車技術(shù)日益成熟，再加上可以在一定程度上提高設(shè)備的自動化水平而且價格便宜，所以在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
[0003]針對液缸損失大、效率低、發(fā)熱大、當(dāng)采用油作為傳動介質(zhì)時還需要注意防火問題、液壓元件加工精度要求高，造價高、液壓系統(tǒng)的故障比較難查找，對操作人員的技術(shù)水平要求高等問題，創(chuàng)新性的提出一種鉆井頂驅(qū)下套管工具驅(qū)動頭，利用電磁剎車將頂驅(qū)主軸的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)化為軸向的推力來簡化頂驅(qū)下套管工具結(jié)構(gòu)、增加安全系數(shù)、降低造價和制造難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的:為了擴(kuò)展頂驅(qū)功能、簡化下套管作業(yè)、增強(qiáng)作業(yè)安全性，代替常規(guī)頂驅(qū)下套管工具中的液缸裝置或螺旋傳動裝置，特提供一種鉆井頂驅(qū)下套管工具驅(qū)動頭。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種鉆井頂驅(qū)下套管工具驅(qū)動頭，是由主軸、殼體、軸端擋、毛氈墊圈、調(diào)節(jié)墊片、軸向固定螺母、圓錐滾子軸承組、電磁剎車磁軛、電磁剎車動盤、電磁剎車銜鐵、內(nèi)螺紋體、外螺紋體和套筒組成。其結(jié)構(gòu)特征是:在上殼體頂端安裝上軸端擋圈和上毛氈墊圈，上毛氈墊圈與主軸之間用過盈配合，在上軸端擋圈與上殼體之間安裝有上調(diào)節(jié)墊片；在上殼體與主軸之間裝有一對上圓錐滾子軸承組，上圓錐滾子軸承組的上端安裝一個軸向固定螺母A，下端連接主軸上端的一段軸肩，軸肩處開有退刀槽；上圓錐滾子軸承組與主軸和上殼體之間均采用過度配合，與主軸用較松配合，與上殼體用較緊配合；上殼體用螺栓連接下殼體；上殼體用螺栓連接電磁剎車磁軛，電磁剎車動盤用花鍵與主軸連接，漸開線花鍵依據(jù)軸頸和小模數(shù)大齒數(shù)的選用原則選取齒數(shù)為82、模數(shù)為2.5 ;電磁剎車動盤上端安裝軸向固定螺母B,下端連接一段軸肩；電磁剎車磁軛與電磁剎車動盤之間安裝有球軸承；電磁剎車銜鐵用鉚釘連接在外螺紋體上，電磁剎車銜鐵和電磁剎車動盤之間有0.7mm的執(zhí)行距離；外螺紋體內(nèi)圈裝有一對下圓錐滾子軸承組，下圓錐滾子軸承組與主軸和下殼體均采用過度配合，與主軸用較松配合，與下殼體用較緊配合；在兩個下圓錐滾子軸承組之間安裝套筒，下圓錐滾子軸承組的上端連接主軸下端的一段軸肩，下端安裝一個軸向固定螺母C ;在外螺紋體的下端安裝有下軸端擋圈和下毛租墊圈，外螺紋體與下軸端擋圈之間安裝下調(diào)節(jié)墊片；外螺紋體與內(nèi)螺紋體用螺紋連接；在下殼體上安裝有上行程開關(guān)，在殼體端蓋下端各安裝有下行程開關(guān)，內(nèi)螺紋體外部設(shè)置有外花鍵，下殼體內(nèi)部設(shè)置有內(nèi)花鍵，內(nèi)螺紋體的外花鍵與下殼體的內(nèi)花鍵連接。
[0006]本鉆井頂驅(qū)下套管工具驅(qū)動頭的工作原理如下:
[0007]工作時，啟動電磁剎車，電磁剎車磁軛通電產(chǎn)生磁力，電磁剎車銜鐵受到吸引力而軸向向電磁剎車動盤的方向運(yùn)動，進(jìn)而和電磁剎車動盤貼合在一起。電磁剎車動盤通過花鍵安裝在主軸上的，會隨著主軸一起轉(zhuǎn)動，電磁剎車動盤又會帶動電磁剎車銜鐵和外螺紋體一起轉(zhuǎn)動。內(nèi)螺紋體和外螺紋體是螺紋連接，又由于外螺紋體通過一對下圓錐滾子軸承組軸向固定，內(nèi)螺紋體通過和下殼體的花鍵連接實(shí)現(xiàn)周向固定，所以內(nèi)螺紋體會邊旋轉(zhuǎn)邊軸向運(yùn)動，進(jìn)而推動卡套夾緊套管開始上卸扣。當(dāng)內(nèi)螺紋體運(yùn)動到下極限距離時，內(nèi)螺紋體上花鍵的一段凸起會碰到安裝在殼體端蓋上的下行程開關(guān)進(jìn)而停止運(yùn)動。同理，當(dāng)內(nèi)螺紋體向上運(yùn)動到上極限時會碰到裝在下殼體上的上行程開關(guān)進(jìn)而停止運(yùn)動。上毛氈墊圈和下毛氈墊圈起到防止外部灰塵雜質(zhì)進(jìn)入殼體的作用；上圓錐滾子軸承組起到支撐上殼體和下殼體的作用；軸向固定螺母A和主軸上端的軸肩軸向固定上圓錐滾子軸承組；軸向固定螺母B和主軸中部的軸肩軸向固定電磁剎車動盤；軸向固定螺母C和主軸下端的軸肩軸向固定下圓錐滾子軸承組；上調(diào)節(jié)墊片調(diào)節(jié)上軸端擋圈和上圓錐滾子軸承組的間隙；下調(diào)節(jié)墊片調(diào)節(jié)下軸端擋圈和下圓錐滾子軸承組的間隙。
[0008]本發(fā)明具有以下有益效果:(I)本套管工具驅(qū)動頭結(jié)構(gòu)簡單緊湊，操作方便，響應(yīng)靈敏，壽命長久，使用可靠；(2)降低了制造成本，降低了加工難度；(3)提高了安全系數(shù)；
(4)易于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制，易于控制和維修；(5)對操作者要求低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明一種鉆井頂驅(qū)下套管工具驅(qū)動頭的結(jié)構(gòu)剖面示意圖。
[0010]圖中，1、上毛氈墊圈，2、上軸端擋圈，3、軸向固定螺母A，4、上調(diào)節(jié)墊片，5、上圓錐滾子軸承組，6、上殼體,7、軸向固定螺母B, 8、球軸承,9、電磁剎車磁軛,10、電磁剎車動盤，
11、電磁剎車銜鐵，12、下殼體，13、上行程開關(guān)，14、外螺紋體，15、內(nèi)螺紋體，16、主軸，17、套筒，18、下圓錐滾子軸承組，19、下行程開關(guān)，20、殼體端蓋，21、軸向固定螺母C，22、下調(diào)節(jié)墊片，23、下軸端擋圈，24、下毛租墊圈。
【具體實(shí)施方式】
[0011]實(shí)施例1:以外部驅(qū)動頂驅(qū)下套管工具驅(qū)動頭為例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0012]將本發(fā)明應(yīng)用到外部頂驅(qū)下套管工具驅(qū)動頭中，如圖1所示，一種鉆井頂驅(qū)下套管工具驅(qū)動頭，是采用電磁剎車技術(shù)將主軸16上的扭矩轉(zhuǎn)化為推力來實(shí)現(xiàn)卡瓦夾緊機(jī)構(gòu)對套管的夾緊，關(guān)鍵結(jié)構(gòu)有殼體、扭矩傳遞機(jī)構(gòu)、扭矩轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)和輔助機(jī)構(gòu)等。殼體主要由上毛氈墊圈1、上軸端擋圈2、上調(diào)節(jié)墊片4、上殼體6、上圓錐滾子軸承組5、下殼體12、下毛氈墊圈24、下軸端擋圈23、下調(diào)節(jié)墊片22組成；扭矩傳遞機(jī)構(gòu)主要有電磁剎車磁軛9、電磁剎車動盤10、電磁剎車銜鐵11、球軸承8組成；扭矩轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)主要有外螺紋體14、內(nèi)螺紋體15、套筒17、下圓錐滾子軸承組18組成。
[0013]電磁剎車動盤10和主軸16之間用花鍵連接，漸開線花鍵依據(jù)軸頸和小模數(shù)大齒數(shù)的選用原則選取齒數(shù)為82、模數(shù)為2.5 ；電磁剎車磁軌9和上殼體6之間用螺栓連接，電磁剎車磁軌9和電磁剎車動盤10之間安裝一個球軸承8,電磁剎車動盤10和電磁剎車銜鐵11之間有0.7mm的執(zhí)行距離；電磁剎車銜鐵11用鉚釘連接在外螺紋體14上，外螺紋體14和內(nèi)螺紋體15之間用螺紋連接；外螺紋體14內(nèi)圈裝有一對下圓錐滾子軸承組18，在兩個下圓錐滾子軸承組18之間安裝套筒17，下圓錐滾子軸承組18的上端連接主軸16下端的一段軸肩，下端安裝一個軸向固定螺母C21 ;在外螺紋體14的下端安裝有下軸端擋圈23和下毛氈墊圈24，外螺紋體14與下軸端擋圈23之間安裝下調(diào)節(jié)墊片22 ;外螺紋體14與內(nèi)螺紋體15用螺紋連接；在下殼體12上安裝有上行程開關(guān)13，在殼體端蓋20下端各安裝有下行程開關(guān)19，內(nèi)螺紋體15外部設(shè)置有外花鍵，下殼體12內(nèi)部設(shè)置有內(nèi)花鍵，內(nèi)螺紋體15的外花鍵與下殼體12的內(nèi)花鍵連接。上卸扣時，接通電磁剎車器，電磁剎車銜鐵11軸向移動且壓緊在安裝在主軸16上的電磁剎車動盤10上，通過主軸一電磁剎車動盤一電磁剎車銜鐵傳動帶動外螺紋體14 一起繞主軸16轉(zhuǎn)動。外螺紋體14通過下圓錐滾子軸承組18、下軸端擋圈23實(shí)現(xiàn)軸向固定。內(nèi)螺紋體15就會通過和外螺紋體14的螺紋連接實(shí)現(xiàn)軸向運(yùn)動。當(dāng)主軸16逆時針轉(zhuǎn)動時，外螺紋體14和內(nèi)螺紋體15作背離運(yùn)動，外螺紋體14是軸向固定的，內(nèi)螺紋體15就會沿軸向向下運(yùn)動推動卡套、連接套、連桿運(yùn)動進(jìn)而實(shí)現(xiàn)卡瓦夾緊機(jī)構(gòu)對套管的夾持。這時斷開電磁剎車器，內(nèi)螺紋體15和外螺紋體14由于自鎖而相對靜止，保證了夾板一直保持夾緊狀態(tài)。最后主軸16通過正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)上卸扣。當(dāng)一個上卸扣動作結(jié)束時，接通電磁剎車器，電磁剎車銜鐵11移動到壓緊在安裝在主軸16上的電磁剎車動盤10上，通過主軸一電磁剎車動盤一電磁剎車銜鐵傳動帶動外螺紋體14 一起繞主軸16轉(zhuǎn)動。此時主軸16作順時針轉(zhuǎn)動，外螺紋體14和內(nèi)螺紋體15作相向運(yùn)動，外螺紋體14是軸向固定的，內(nèi)螺紋體15就會沿軸向向上運(yùn)動拉動卡套、連接套、連桿運(yùn)動進(jìn)而實(shí)現(xiàn)卡瓦夾緊機(jī)構(gòu)松開套管。至此，一次上卸扣作業(yè)完成。外部殼體結(jié)構(gòu)主要實(shí)現(xiàn)保護(hù)作用以及通過下殼體12保證內(nèi)螺紋體15不隨外螺紋體14轉(zhuǎn)動。
【權(quán)利要求】
1.一種鉆井頂驅(qū)下套管工具驅(qū)動頭，是由主軸、殼體、軸端擋圈、毛氈墊圈、調(diào)節(jié)墊片、軸向固定螺母、圓錐滾子軸承組、電磁剎車磁軛，電磁剎車動盤、電磁剎車銜鐵、內(nèi)螺紋體、外螺紋體和套筒組成，其特征在于:在上殼體(6)頂端安裝上軸端擋圈(2)和上毛氈墊圈(I)，上毛租墊圈與主軸(16)之間用過盈配合,在上軸端擋圈(2)與上殼體(6)之間安裝有上調(diào)節(jié)墊片(4);在上殼體(6)與主軸(16)之間裝有一對上圓錐滾子軸承組(5)，上圓錐滾子軸承組(5)的上端安裝一個軸向固定螺母A (3)，下端連接主軸(16)上端的一段軸肩，軸肩處開有退刀槽；上殼體(6)用螺栓連接下殼體(12);上殼體(6)上用螺栓連接電磁剎車磁軛(9 )，電磁剎車動盤(10 )用花鍵與主軸(16 )連接，電磁剎車動盤(10 )上端安裝軸向固定螺母B (7)，下端連接主軸(16)中部的一段軸肩；電磁剎車磁軛(9)與電磁剎車動盤(10)之間安裝有球軸承(8);電磁剎車銜鐵(11)用鉚釘連接在外螺紋體(14)上，電磁剎車銜鐵(II)與電磁剎車動盤(10)之間有0.7mm的執(zhí)行距離；外螺紋體(14)內(nèi)圈裝有一對下圓錐滾子軸承組(18)，在兩個下圓錐滾子軸承組(18)之間安裝套筒(17)，下圓錐滾子軸承組(18)的上端連接主軸(16)下端的一段軸肩，下圓錐滾子軸承組(18)的下端安裝一個軸向固定螺母C (21);在外螺紋體(14)的下端安裝有下軸端擋圈(23)和下毛氈墊圈(24)，外螺紋體(14)與下軸端擋圈(23)之間安裝下調(diào)節(jié)墊片(22);外螺紋體(14)與內(nèi)螺紋體(15)用螺紋連接；在下殼體(12)上安裝有上行程開關(guān)(13)，在殼體端蓋(20)下端各安裝有下行程開關(guān)(19)，內(nèi)螺紋體(15)外部設(shè)置有外花鍵，下殼體(12)內(nèi)部設(shè)置有內(nèi)花鍵，內(nèi)螺紋體(15)的外花鍵與下殼體(12)的內(nèi)花鍵連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述套管工具驅(qū)動頭，其特征是:上圓錐滾子軸承組(5)與主軸(16)和上殼體(6)之間均采用過度配合，與主軸(16)用較松配合，與上殼體(6)用較緊配入口 ο
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述套管工具驅(qū)動頭，其特征是:下圓錐滾子軸承組(18)與主軸(16)和下殼體(12)之間均采用過度配合，與主軸(16)用較松配合，與下殼體(12)用較緊配合。
【文檔編號】E21B7/20GK103628818SQ201310617485
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月28日
【發(fā)明者】蔣發(fā)光, 張佳佳, 梁政, 鄧雄, 張梁, 趙廣慧, 葉哲偉, 肖仕紅, 田家林 申請人:西南石油大學(xué)