液动旋转式钻具防顶器的制造方法
【专利说明】
所属技术领域
[0001]本实用新型涉及石油机械、钻采设备:钻具防顶器的产品研发。
【背景技术】
[0002]在开采地下石油、天然气资源的钻井作业过程中，可能遇到的井下复杂情况很多；除了井眼垮塌、缩径、沉砂等不良情况外，还会遇到浅气层侵井或高压地层的压差引起的油气上窜，把钻具顶出井筒，危及钻井作业人员和设备的安全。现有的钻具防顶器，均采用压缩弹簧、推动数块卡瓦沿着卡瓦座的锥面上行、夹紧钻杆防顶，虽能达到防顶的效果，但存在着许多不足之处:一是用压缩弹簧推动卡瓦上行后，不能自动缩回，必须用人力将弹簧压缩回位，否则会影响钻具后来的工作。二是防顶器中的卡瓦上行和缩回，都必须派人冒着钻具上顶的危险，到旋转的钻具跟前手工操作，而不能远距离操控，增加了安全风险。三是用人工操作的防顶器，必须在防顶器的侧壁上开出两个以上内外相通的L型长槽、并装上操作手柄，这就为砂尘进入防顶器、并影响其正常运行、敞开了方便之门。四是装在防顶器L型长槽内的手柄及卡瓦座和卡瓦，或无法旋转，影响钻具的钻井作业；或让其旋转的结构很复杂(如采用三个以上不同种类和规格的大轴承与多个不同的零部件配合，并让有弹簧、手柄和L型长槽的升降系统远离卡瓦和卡瓦座等锁定机构)，增加了防顶器产品的体积、造价和装配的麻烦。另外，现有的防顶器中的数块卡瓦，在推力取消后，均依靠各自的重力下落回位；由于受到砂尘、锥面等因素的影响，一致性较差。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的在于消除现有防顶器产品的不足之处，而提供一种结构新颖、体积较小、耗材较少、密封性好、可靠性高、可随杆转动和远程控制的“液动旋转式钻具防顶
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[0004]本实用新型由防顶器本体、自动锁定机构、液压升降系统和支撑转动系统所组成，其特色之处是:防顶器本体由上法兰、圆壳体和下法兰三种零件，通过螺纹联接成一个径向封闭的壳体；在壳体内的上方，装有连动环牵扯、数块能同时沿着卡瓦座中心台阶通孔内均布的向上向内倾斜的T形槽滑动的卡瓦、构成的自动锁定机构；在壳体内的下方，是安装在下法兰孔内外的数根活塞杆、一个封隔套和一个管接头组成的液压升降系统；支撑转动系统由移动滚珠、径向滚珠和轴向滚珠三个部分所构成，均为数量不等的钢球，布置在自动锁定机构的上面、下面和周围。
[0005]由于本实用新型的防顶器本体径向封闭，所以能杜绝砂尘进入防顶器内，防止其影响卡瓦的上下滑动和相关零件的转动。在防顶器本体内，由连动环牵扯、数块能同时沿着卡瓦座内均布的向上向内倾斜的T形槽滑动的卡瓦、构成的自动锁定机构，不仅能对上顶的钻杆即时卡夹锁止，而且还能将个别下滑不畅的卡瓦同时拉扯到位。装在下法兰孔内外的数根活塞杆、封隔套和管接头组成的液压升降系统，可以远距离操控，在外来液压油的推动下，能迅速地通过数根活塞杆、推动连动环和数块卡瓦上行防顶；也能在释放液压油后，在诸多零件的重力压迫下，自动回位。分为下中上三个部分的支撑转动系统，均为数量不等的钢球，布置在自动锁定机构的四周，在承受钻具上顶力量的同时，又能促使自动锁定机构跟随钻杆灵活地旋转，去完成钻穿浅层水泥塞等工作。从而使防顶器产品的技术水平和综合性能，达到一个新的高度。
【附图说明】
[0006]图1是本实用新型最常用的四块卡瓦实施例的总体结构全剖视示意图；
[0007]图2是图1中A-A两个平行剖切面对称于中心线的剖视示意图。
[0008]图中标号所示的零件名称如下:
[0009]1、上法兰，2、圆壳体，3、下法兰，4、活塞杆，5、封隔套，6、管接头，7、移动滚珠，8、连动环，9、径向滚珠，10、螺钉螺母，11、卡瓦，12、卡瓦座，13、轴向滚珠。
【具体实施方式】
[0010]下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】和实施例作进一步说明:
[0011]图1、图2中，本实用新型的零部件，从其功能上可区分为:防顶器主体、自动锁定机构、液压升降系统和支撑转动系统四个组成部分。
[0012]防顶器主体由上法兰(1)、圆壳体(2)和下法兰(3)三种零件，通过上法兰(I)的下端、下法兰(3)的上端和圆壳体(2)的两端螺纹，联接成一个径向封闭的壳体。上法兰
(I)的上端是有一道同心的梯形垫环槽和多个均布螺栓孔的圆法兰，用与其它设备相联接；下端是有细牙螺纹的螺柱，用与圆壳体(2)联接；中心是两个不同直径的台阶通孔，在台阶通孔的台阶平面上，加工有一道同心的圆孤槽，用与卡瓦座(12)和轴向滚珠(13)相衔接。圆壳体(2)为一空心圆柱体，两端的内孔处均加工有一段内螺纹，分别与上法兰(I)和下法兰(3)的螺柱端相联接；在其内孔中段的侧壁上，加工有一道圆孤槽和一个径向螺纹孔，用来连接卡瓦座(12)、径向滚珠(9)和螺钉螺母(10)。下法兰(3)的上端是有细牙螺纹的螺柱，用与圆壳体(2)联接；下端是有一道同心的梯形垫环槽和多个均布螺栓孔的圆法兰，用与井口上的防喷器相联接；中部是过渡的圆台阶，外径与圆壳体(2)的外圆一致；中心是两个不同直径的台阶通孔，台阶通孔上方直径较小的孔是钻具的通道，下方直径较大的孔用来安装封隔套(5);在下法兰(3)的上端面、中心台阶通孔的周围，均布着数个活塞孔；活塞孔的下端，均与台阶通孔中直径较大孔中部的径向凹槽相通；径向凹槽与下端圆法兰中两个螺栓孔之间的一个向下倾斜或水平的液压通道孔相通；在液压通道孔的进口处，加工有锥螺纹，用于联接管接头￠)。活塞孔的孔径和数量与液压油的工作压力有关，不宜大和多；设计计算时，以保证举起连动环(8)和卡瓦(11)为目的；孔径大或孔数多，不仅上推和下降速度较慢，而且会迫使卡瓦(11)产生有害的径向夹紧力。
[0013]自动锁定机构包括连动环(8)、数块均布的卡瓦(11)和卡瓦座(12)。连动环(8)是截面为矩形的环状零件，在其上面均布着与卡瓦(11)数量相等的带T形芯的轴向凹槽，用于连接每块卡瓦(11) 一起运动；在其下面加工有一道同心的圆孤槽，用与活塞杆(4)上的移动滚珠(7)相接触。卡瓦(11)的形状、尺寸和作用相同，数量在3?4块之间；其内侧面，均密布着卡齿，齿尖向下，用来卡夹钻杆、防止上窜；其外侧面均是一个向下向外倾斜的光滑平面，其左右两个侧面均相互平行，在靠近外侧面的斜边角处，各有一道突出的台阶，用与卡瓦座(12)中倾斜的T形槽配合，将钻杆的上顶力转变为卡瓦(11)的夹紧力，并防止卡瓦(11)脱离；其上下两面均为相互平行的平面，在下平面的中间，均加工有一道由内向外的T形凹槽，用与连动环(8)上带T形芯的凹槽相衔接，使卡瓦(11)在卡瓦座(12)倾斜的T形槽中上下运动的同时，还相对于连动环(8)作径向滑动。卡瓦座(12)的外轮廓是带有一级台阶的圆柱体，上端面和外圆的中段、各加工有一道同心的圆孤槽，用与上法兰(I)的中心台阶通孔、圆壳体⑵的内孔和轴向滚珠(13)、径向滚珠(9)活动配合；其中心处是两个不同直径的台阶通孔，用于容纳连动环(8)、卡瓦(11)和钻杆上下活动；在两个不同直径台阶通孔的内壁上，均布着与卡瓦(11)数量相等的向上向内倾斜的T形槽，用于引导和约束卡瓦(11)的运动。
[0014]液压升降系统由活塞杆(4)、封隔套(5)、管接头(6)三种零件和下法兰(3)中的活塞孔、台阶通孔、径向凹槽和液压通道