专利名称：球齿直齿传动的挠性pdc钻头短节的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种石油钻井用的钻头短节，属石油钻井设备领域。
背景技术：
在石油勘探与开发钻井工程中，在钻头与钻杆之间必须使用钻头短节来进行钻具组合。使用钻具组合的目的是为了保持钻头与钻杆之间的有机连接，防止钻头在钻井过程中产生偏移，从而保证钻头的有效钻进。为了防止钻头在钻井过程中产生偏移，现在通常使用的有如下两种类型的钻头。
一种是低摩擦保径PDC钻头。低摩擦保径PDC钻头技术利用了枪钻的原理，通过适当布置切削齿，使其产生一个指向固定方向的横向不平衡力，在这个方向的规径面上有低摩擦保径块，能自动抵消横向不平衡力，并阻止钻头旋转中心的横向移动。这样，钻头在钻进过程中就能自动平衡，自动扶正，实现平稳钻进。但钻头在井底工作的受力并不是恒定的，是随机变化的，这就有可能使横向不平衡力的方向超出预先设计的低摩擦保径块的区域，以至于达不到抗回旋的目的。
另一种是轨道式钻头。轨道式钻头的设计思想是把切削齿布置在钻头上的几个同心齿圈上，它们的切削轨迹重叠。各个同心齿圈之间存在一定的间隙，PDC切削齿不完全覆盖整个井底，它们参与切削岩石的周边弧长为半个圆周。在钻进过程中，井底会形成较深的环形凹槽，未被切削的岩石向上凸起形成同心圆环棱条，从而阻止钻头的侧向运动，使钻头绕着其几何中心稳定旋转。但要使钻头在井底能自动形成同心圆环棱条而平稳钻进，其设计必须满足静态平衡，要求严格控制加工质量，保证布齿精度，这样就对制造工艺提出了很高的要求。
上述两种抗回旋技术是建立在PDC钻头和井底钻具组合是刚性连接的基础之上的，在钻具组合发生横向失稳时，由于钻具组合和钻头之间存在相互作用，因此钻头还是要承受较大的力，影响钻头的使用寿命。
发明内容
本实用新型目的在于提供一种能有助于PDC钻头更有效的抗回旋且便于设计制造使用的球齿直齿传动的挠性PDC钻头短节。
本实用新型是通过如下技术方案来实现上述目的的。
在球齿直齿传动的挠性PDC钻头短节中，在公接头(1)的中部设置球形外花键(7)，将母接头(8)的相应位置的内花键设计成直齿内花键(6)，当公接头与母接头接合时，球形外花键(7)和直齿内花键(6)相吻合，构成传动机构，传递扭矩；在公接头与母接头的上下接合部分，分别设置有上部弹性环(2)和下部弹性环(9)，在公接头与母接头的相重叠接合部分的中间设置有中间弹性管(10)；在中间弹性管的上、下两端分别设有上密封圈(5)和下密封圈(11)，在上部弹性环的外圈设置有螺纹锁紧环(3)，在上部弹性环和螺纹锁紧环(3)的下部设置有推力环(4)。
本实用新型与现有技术相比具有如下有益效果在钻头体上方安装球齿直齿传动的挠性PDC钻头短节，使钻头体与井底钻具组合之间可以相对运动，这样钻头轴线便始终垂直于井底平面，并且能够保持与井眼轴线重合，从而避免回旋的发生，同时由于钻头体与球齿直齿传动的挠性PDC钻头短节之间为柔性连接，可以偏转一定角度，这样井底钻具组合的倾斜就不会因相互影响而使钻头体受到较大的侧向力。球齿直齿传动的挠性PDC钻头短节的结构简单，易于制造，抗回旋效果良好。
图1为球齿直齿传动的挠性PDC钻头短节的总体结构图。
图2为球齿直齿传动的挠性PDC钻头短节的公接头结构图。
图3为球齿直齿传动的挠性PDC钻头短节的母接头结构图。
在图1中，1为公接头，2.上部弹性环，3.螺纹锁紧环，4.推力环，5.上密封圈，6.直齿内花键，7.球形外花键，8.母接头，9.下部弹性环，10.中间弹性管，11.下密封圈。
具体实施方式
本球齿直齿传动的挠性PDC钻头短节由公接头(1)、上部弹性环(2)、螺纹锁紧环(3)、推力环(4)、上密封圈(5)、直齿内花键(6)、球形外花键(7)、母接头(8)、下部弹性环(9)、中间弹性管(10)、下密封圈(11)等组成。公接头的上端为标准的API外螺纹，可以直接连接到API井下钻具组合的API接头上。母接头的下端与钻头相连接。在公接头的中部设置有球形外花键(7)，在母接头的相应位置也设置有直齿内花键(6)，当公接头与母接头接合时，球形外花键(7)和直齿内花键(6)相吻合，构成传动机构，传递扭矩，钻压主要由公、母接头的结合面来传递。在公接头与母接头的上下接合部分，分别设置有上部弹性环和下部弹性环，上、下两个弹性环对倾斜运动起缓冲和挠性控制作用；在公接头与母接头的相重叠接合部分的中间设置有中间弹性管，在中间弹性管的上、下两端分别设有上密封圈和下密封圈。在上部弹性环的外圈设置有螺纹锁紧环(3)，螺纹锁紧环为薄壁圆筒形，下部制出螺纹。在上部弹性环和螺纹锁紧环(3)的下部设置有推力环(4)，为便于安装，推力环的结构设计为两个半环。螺纹锁紧环和推力环共同作用，将公接头和母接头连在一起，以防在提钻时母接头下掉。螺纹锁紧环可以传递轴向载荷。公接头上的外花键为球形，以过外花键中部的截面圆圆心为球心。这种结构使得公接头与母接头之间可以偏转一个角度。上、下密封圈采用标准的O形橡胶密封圈。中间弹性管为钢丝缠绕增强外覆橡胶液压软胶管，上下两端壁较厚，皆有密封圈槽，便于获得较好的密封性能，中间壁较薄，以获得良好的弹性。中间加强的中间弹性管作为钻井液的流道，它对倾斜的挠性没有限制作用。上下两个密封圈用于密封钻井液，防止其经中间弹性管的上下端面进入花键区。公、母接头的花键槽内应涂满黄油，起保护作用。由于采用了这种特殊的球形传动结构，公接头和母接头之间可允许一定倾角，从而在井下钻具组合倾斜时，防止钻头体的倾斜，这种结构在生产工艺方面也容易实现。
权利要求1.一种由公接头(1)、母接头(8)组成的球齿直齿传动的挠性PDC钻头短节，其特征在于在公接头的中部设置有球形外花键(7)，在母接头的相应位置设置有直齿内花键(6)，当公接头与母接头接合时，球形外花键和直齿内花键相吻合，构成传动机构，传递扭矩。
2.根据权利要求1所述的球齿直齿传动的挠性PDC钻头短节，其特征在于在公接头与母接头的上下接合部分，分别设置有上部弹性环(2)和下部弹性环(9)，在公接头与母接头的相重叠接合部分的中间设置有中间弹性管(10)，在中间弹性管的上、下两端分别设有上密封圈(5)和下密封圈(11)。
3.根据权利要求2所述的球齿直齿传动的挠性PDC钻头短节，其特征在于在上部弹性环的外圈设置有螺纹锁紧环(3)，在上部弹性环和螺纹锁紧环的下部设置有推力环(4)。
专利摘要一种球齿直齿传动的挠性PDC钻头短节，由公接头1、上部弹性环2、球形外花键7、母接头8、下部弹性环9等组成，在公接头的中部设置有球形外花键，在母接头的相应位置设置有直齿内花键，当公接头与母接头接合时，球形外花键和直齿内花键相吻合，构成传动机构，传递扭矩。在公接头与母接头的上下接合部分，分别设置有上部弹性环和下部弹性环，在上部弹性环的外圈设置有螺纹锁紧环，在上部弹性环和螺纹锁紧环的下部设置有推力环。
文档编号E21B17/04GK2727380SQ20042009356
公开日2005年9月21日 申请日期2004年9月14日 优先权日2004年9月14日
发明者周思柱, 华剑, 黄天成 申请人:长江大学