一种石油顶驱装置及内防喷器驱动总成的制作方法

本发明涉及石油钻井设备生产技术领域，特别涉及一种石油顶驱装置及内防喷器驱动总成。

背景技术：

石油顶驱装置简称“顶驱装置”或“顶驱”，顶驱是用以取代转盘提供旋转动力的石油钻井装备，随着油气勘探开发过程中复杂井及深井的增多，市场对顶驱的需求越来越迫切，在顶驱普遍应用钻井的同时，市场对顶驱的工作可靠性提出了更高的要求。

在顶驱钻井过程中为防范井喷井涌，须在顶驱下面配套设置内防喷器(简称ibop)，内防喷器驱动总成是实现ibop自动控制的关键部件，因此需要内防喷器驱动总成满足顶驱工作高可靠性需要，保证ibop进行准确的开启和关闭操作。

目前常见的内防喷器驱动总成的结构有两种，一种是以曲柄带动转销旋转；另外一种是通过齿轮齿条带动转销旋转。以上两种结构直接参与驱动防喷器旋塞的机构相对较为复杂，工作所涉及的零件多，特别是曲柄带动转销由于受到安装空间的限制，核心驱动零件体积较小，零件最大机械强度受到制约，在承受防喷器应急工况下的驱动工作中受力较为薄弱，可靠性有明显不足，曲柄及转销等核心零件寿命也受到影响。另外上述两种结构中直接驱动防喷器旋塞的零部件对外界环境是敞开状态，抵抗外界泥浆和污物的能力较弱，例如顶驱钻井作业起下钻时，由于井底泥浆在钻杆接头的涌出，以及顶驱冲管故障造成泥浆的泄漏等，都会有泥浆等污物浸溅到防喷器驱动总成内，如不及时处理都会对驱动总成产生不利的影响，这些影响包括对驱动总成产生磨损，产生卡滞等问题。

技术实现要素：

为了能够提升驱动总成工作的可靠性，保证内防喷器及时的开启和关闭，本发明一方面提供了一种内防喷器驱动总成，包括内防喷器，所述内防喷器在周向上间隔180°设置有两个用于驱动阀体开合的旋塞，其特征在于，还包括：

套设于所述内防喷器外圆上，且能够沿所述防喷器的轴向上下运动的导向套，所述导向套与所述旋塞对应的位置开设有工作窗口，且所述导向套的上端和下端均与所述内防喷器的外圆密封配合；

每个所述工作窗口内均嵌设有一凸轮，所述凸轮的外壁与所述工作窗口的内壁型面配合，每个所述凸轮均通过连杆与和自身对应的所述旋塞在周向上固定连接，在所述导向套上下运动时，两个所述凸轮在所述工作窗口的带动下绕所述连杆的轴线同步旋转；

连接于所述导向套上，用于将所述凸轮封闭于所述工作窗口内的凸轮盖板；

驱动所述导向套进行上下运动的驱动装置。

优选的，还包括：

套设于所述导向套外部，且能够相对于所述导向套旋转的安装架；

开设在所述导向套上的周向环槽；

设置在所述环槽内，且能够相对于所述周向环槽旋转的转动件，所述转动件具有多个供驱动装置连接的动力输入端，所述动力输入端沿所述导向套的周向均匀分布；

其中，

所述驱动装置为与所述动力输入端对应设置的活塞缸，所述活塞缸的缸体固定于所述安装架上，活塞杆与所述动力输入端相连。

优选的，所述转动件为设置在所述周向滑槽内的多个滚轮组件，每一个所述滚轮组件的支撑轴构成一个所述动力输入端。

优选的，所述转动件为嵌入所述周向滑槽内的滑环，所述滑环上沿径向伸出多个所述动力输入端。

优选的，所述安装架由对称的两个半圆筒体扣合形成，任意一个所述半圆筒体的上端和下端均设置有半法兰，两个所述半圆筒体上端的所述半法兰共接于同一上端法兰盘上，两个所述半圆筒体下端的所述半法兰共接于同一下端法兰盘上。

优选的，所述导向套的上端与所述内防喷器外圆之间，以及所述导向套的下端与所述内防喷器外圆之间均通过o型密封圈密封。

优选的，所述导向套的上端与所述内防喷器外圆之间，以及所述导向套的下端与所述内防喷器外圆之间均设置有耐磨环，所述耐磨环靠近所述o型密封圈设置。

优选的，所述导向套包括导向套本体和螺栓连接在所述导向套本体下端的导向套端盖，所述导向套端盖与所述导向套本体之间设置有密封件，位于所述导向套下端的所述o型密封圈设置在所述导向套端盖与所述内防喷器外圆之间。

优选的，所述连杆与所述凸轮为一体式结构，且所述连杆的横截面为多边形，所述旋塞上设置有与所述连杆截面形状适配的插接孔，所述连杆插接于所述旋塞上的插接孔内。

本发明另一方面还提供了一种石油顶驱装置，包括内防喷器，和用于驱动所述内防喷器开启和关闭的驱动总成，所述驱动总成为上述任意一项所公开的内防喷器驱动总成。

由以上技术方案可以看出，本发明中所公开的内防喷器驱动总成，在导向套上设置工作窗口，并且使工作窗口的内壁与凸轮的外壁型面配合，凸轮通过连杆与和自身对应的旋塞在周向上固定连接，在驱动装置驱动导向套进行上下运动时，两个凸轮在所述工作窗口的带动下绕连杆的轴线同步旋转，从而达到开启或关闭防喷器球阀的目的；相比于现有技术中的驱动方式而言，凸轮驱动的结构更加简单，整体强度更高，能够承受更大的作用力；同时，由于导向套的上端和下端均与内防喷器的外圆密封配合，配合凸轮盖板后使得凸轮工作在一个密封的环境中，有效避免了钻井液、泥浆等污染物进入凸轮内部，保证了凸轮以及导向套工作的稳定性，显著延长了保养周期，提高了钻井工作效率和安全性。

附图说明

图1为本发明实施例中所公开的内防喷器驱动总成的半剖示意图；

图2为本发明实施例中所公开的内防喷器驱动总成的爆炸示意图。

其中，1为内防喷器，2为半圆筒体，3为上端法兰盘，4为活塞缸，5为o型密封圈，6为导向套，7为耐磨环，8为滚轮组件，9为凸轮盖板，10为右凸轮，11为左凸轮，12为密封件，13为导向套端盖，14为下端法兰盘，21为半法兰，601为工作窗口，602为周向环槽，1001为六方凸台。

具体实施方式

本发明的核心之一是提供一种内防喷器驱动总成，以便能够及时并准确的开启和关闭内防喷器，保证钻井工作的安全性，并寻求简化内防喷器驱动总成的结构，降低生产和维护成本。

本发明的另一核心在于提供一种采用上述内防喷器驱动总成的石油顶驱装置。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请同时参考附图1和附图2，本实施例中所公开的内防喷器驱动总成包括内防喷器1、导向套6、凸轮、凸轮盖板9以及驱动装置，内防喷器1在周向上间隔180°设置有两个用于驱动内防喷器1中球阀开合的旋塞，该旋塞结构在图2中可以清楚的展现出来，导向套6套设在内防喷器1的外圆上，导向套6能够沿防喷器的轴向上下运动，并且导向套6上与旋塞对应的位置开设有工作窗口601，由于旋塞包括两个，因此导向套6上也间隔180°对称开设有两个工作窗口601，导向套6的上端和下端均与内防喷器1的外圆密封配合；

每个工作窗口601内嵌设有一个凸轮，以图1和图2中的图示为例，当面对图1和图2时，位于读者左侧的凸轮定义为左凸轮11，位于读者右侧的凸轮定义为右凸轮10，左凸轮11和右凸轮10的外壁分别与工作窗口601的内壁型面配合，并且每个凸轮均通过连杆与和自身对应的旋塞在周向上固定连接，在导向套6上下运动时，左凸轮11和右凸轮10在工作窗口601的带动下绕连杆的轴线同步旋转，从而带动旋塞转动，实现内防喷器1的球阀的开启或关闭，需要进行说明的是，凸轮的形状和工作窗口601的形状需要根据运动轨迹进行适应性设计，本领域技术人员运用目前公知的机械原理知识可以设计出合适的型面配合方式，本发明实施例中对型面的设计过程不再进行赘述，如图2中所示，本发明实施例中的凸轮大体呈桃心状，工作窗口601整体呈矩形，四角部位做弧形倒角，桃心状凸轮由两段对称的侧弧，连接两段侧弧的顶部圆弧以及连接两段侧弧底部的直线段构成，凸轮在工作窗口601的带动下旋转，当凸轮的顶部圆弧抵在工作窗口601的弧形倒角部位时，凸轮无法继续旋转，此时到达旋转极限位置；

凸轮盖板9连接在导向套6上，优选的，凸轮盖板9与导向套6之间为螺栓连接，凸轮盖板9用于将凸轮封闭在工作窗口601内，如图1中所示；

驱动装置可直接设置在内防喷器1上，从而可以跟随内防喷器1转动；也可以通过另外设置其他机构供驱动装置安装，驱动装置不随内防喷器1转动，驱动装置的主要作用在于驱动导向套6进行上下运动。

由以上技术方案可以看出，上述实施例中所公开的内防喷器驱动总成，在导向套6上设置工作窗口601，并且使工作窗口601的内壁与凸轮的外壁型面配合，凸轮通过连杆与和自身对应的旋塞在周向上固定连接，在驱动装置驱动导向套6进行上下运动时，两个凸轮在所述工作窗口601的带动下绕连杆的轴线同步旋转，从而达到开启或关闭防喷器球阀的目的；相比于现有技术中的驱动方式而言，凸轮驱动的结构更加简单，整体强度更高，能够承受更大的作用力；同时，由于导向套6的上端和下端均与内防喷器1的外圆密封配合，配合凸轮盖板9后使得凸轮工作在一个密封的环境中，有效避免了钻井液、泥浆等污染物进入凸轮内部，保证了凸轮以及导向套6工作的稳定性，显著延长了保养周期，提高了钻井工作效率和安全性。

需要进行说明的是，本发明实施例中的“上端”和“下端”是以内防喷器1在使用状态时的位置关系进行定义的，内防喷器1在使用状态时，靠近地面的一端为“下端”，另外一端为“上端”，其他各部件的“上端”和“下端”同样是以此方式定义。

为了进一步优化上述实施例中的技术方案，本发明还提供了一种优选的方案，在该方案中，还包括安装架和转动件，请参考图1和图2，安装架套设在导向套6外部，并且安装架能够相对于导向套6旋转，导向套6上端还开设有周向环槽602，转动件可转动地设置在周向环槽602内，并且转动件还具有多个供驱动装置连接的动力输入端，动力输入端应当沿导向套6的周向均匀分布，以使导向套6在上下运动过程中受力均匀，避免导向套6发生倾斜卡死；驱动装置可以选择活塞缸4，例如油缸或气缸，以油缸为例，油缸的缸体固定设置在安装架上，活塞杆与动力输入端相连。

油缸活塞杆的动力将传递至动力转动件，转动件将跟随活塞杆进行上下运动，由于转动件在轴向上相对于导向套6固定，因此导向套6在转动件的带动下实现了上下运动，并最终通过工作窗口601带动凸轮旋转，实现内防喷器1球阀的开启和关闭；而当顶驱装置作业时，导向套6与防喷器随主轴一起旋转，此时，转动件相对于周向环槽602发生转动，安装架与导向套6产生相对转动，因此安装架和设置在安装架上的油缸可以不随主轴转动。

当然，转动件的设置方式也并不局限于一种，例如将转动件可以为设置在周向滑槽内的多个滚轮组件8，每一个滚轮组件8的支撑轴构成一个动力输入端，图1和图2中所公开的方案中具体设置了两个滚轮组件8。

转动件也可以为嵌入周向滑槽内的滑环，滑环上沿径向伸出多个动力输入端，但是，由于滑环与滑槽之间为滑动摩擦，相较于上述实施例中的滚轮组件8，滑环的摩擦力较大，因此该种方式的能耗相对而言较高。

考虑到生产、安装和维护时的便利性，本实施例中的安装架具体由对称的两个半圆筒体2扣合形成，任意一个半圆筒体2的上端和下端均设置有半法兰21，两个半圆筒体2上端的半法兰21共同连接在同一个上端法兰盘3上，两个半圆筒体2下端的半法兰21共同连接于同一下端法兰盘14上，如图1和图2中所示，上端法兰盘3用于与顶驱回转头固定。

导向套6上端和下端与内防喷器1的外圆之间的密封是通过o型密封圈5实现的，请参考图1和图2，导向套6的上端与内防喷器1的外圆之间，以及导向套6的下端与内防喷器1外圆之间均通过o型密封圈5密封。考虑到导向套6上下运动所造成的磨损，本实施例还做出了进一步优化，在导向套6上端与内防喷器1外圆之间，以及导向套6的下端与内防喷器1外圆之间均设置了耐磨环7，耐磨环7靠近o型密封圈5设置。

导向套6具体包括导向套本体和螺栓连接在导向套本体下端的导向套端盖13，导向套端盖13与导向套本体之间还设置有密封件12，该密封件12可采用o型密封圈5，位于导向套6下端的o型密封圈5设置在导向套端盖13与内防喷器1外圆之间，以避免污染物进入导向套6内部。

如图2中所示，作为优选的，连杆与凸轮为一体式结构，连杆的横截面为多边形，旋塞上设置有与连杆截面形状适配的插接孔，连杆插接于旋塞上的插接孔内，以带动旋塞旋转。图2中所示的连杆为六方凸台1001，相应的，插接孔也应当为六边形插接孔。

本发明实施例中所公开的石油顶驱装置，包括内防喷器1，和用于驱动内防喷器1开启和关闭的驱动总成，并且该驱动总成为上述任意一实施例中所公开的内防喷器驱动总成。

由于采用了上述内防喷器1驱动总成，因此该石油顶驱装置兼具上述内防喷器1驱动总成相应的技术优点，本文中对此不再进行赘述。

以上对本发明所提供的石油顶驱装置及内防喷器驱动总成进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。