防过载螺杆钻具的制作方法

本发明属于石油钻具领域，具体涉及一种能够应对过载工况的防过载螺杆钻具。

背景技术：

螺杆钻具是一种常用的井下动力钻具，常规螺杆钻具主要由旁通阀组件、马达组件、万向节组件和传动轴组件构成。钻井时，通过钻井液驱动马达组件输出动力，动力输出经过万向节组件和传动轴组件传送至螺杆钻具下部连接的钻头从而进行钻进工作。马达组件的定子部件内衬橡胶轮廓与转子零件构成马达副。使用时由于井身弯曲或钻柱粘在井壁上，导致加载钻压不是很平稳，如果加载的钻压过大将导致马达输出扭矩超过橡胶结构所能承受的最高压力降，这将导致马达部件受损，缩短螺杆钻具的使用寿命，降低了螺杆钻具的工作效能，如若在使用中出现由于过载而导致马达部件受损，则会严重影响生产作业的效率。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种防过载螺杆钻具，该螺杆钻具结构设计合理，安装使用方便，有效解决了因无法应对过载工况而导致马达部件损坏的问题。

本发明的技术方案：一种防过载螺杆钻具，包括旁通阀组件、马达组件、万向节组件和传动轴组件，该四个组件由上而下顺序螺纹连接成螺杆钻具。

所述防过载螺杆钻具还包括一个防过载组件，防过载组件通过螺纹连接在万向节组件和传动轴组件之间，在钻压过大导致负载扭矩过大时防过载组件会从内部断开马达与传动轴组件的连接。

所述防过载组件包括外壳、上短节、花键短节、传动短节、碟簧组、花键和台阶盖。所述上短节为圆柱体结构，其上端设有连接螺纹，其下部设有一段内孔，内孔的内圆面沿其圆周设有数条花键槽，在内孔的外圆上设有能够容纳钢球进入的台阶通孔。所述台阶盖通过紧定螺钉安装在台阶通过上。所述花键短节为一空心轴结构，其外圆面沿其圆周设有与上短节的内孔内圆表面的花键槽数量对应的花键槽，花键短节的下端面为齿状结构，齿状结构沿其圆周展开为特定线型。所述传动短节的下端设有连接螺纹，其上端面为齿状结构，在有齿状结构的外圆上设有能够容纳钢球的圆弧槽。所述碟簧组设有上短节的内孔内，上短节通过花键与花键短节滑动连接，花键短节的下端连接传动短节，所述外壳为一空心圆柱体结构，套设在由上短节、碟簧组、花键短节和传动短节安装而成的零件组合体上。

进一步地，所述上短节为圆柱体结构，其上端设有与万向节组件内部万向节零件连接的螺纹，下部的部分柱体上设有一段内孔，内孔的内圆面沿其圆周设有5条花键槽，在距上短节的下端面一段距离的外圆面位置上沿直径方向设有孔径容许钢球通过的台阶通孔，上短节的下端面镶嵌有硬质合金片。

进一步地，所述花键短节为一空心轴结构，其上部的部分外圆面沿其圆周设有与所述上短节内孔的花键槽数量对应的花键槽，花键短节通过花键与上短节滑动连接，所述花键短节的下端面加工成齿状结构，齿状结构沿其圆周展开为特定线型。

进一步地，所述传动短节为下端加工有螺纹与传动轴组件内传动轴零件连接的台阶轴零件，其上端面加工成与所述花键短节的下端面相啮合的齿状结构，齿状结构沿其圆周展开为特定线型，在距离齿状结构的外圆上设有容纳钢球的圆弧槽，所述圆弧槽与上短节上的台阶通孔位置相对应。

进一步地，所述外壳为一空心圆柱体结构，中心设有台阶通孔，外壳的上端设有连接万向节组件壳体的外螺纹，下端设有连接传动轴组件壳体的内螺纹。

进一步地，所述花键短节的齿状结构的下端面和所述传动短节的齿状结构的上端面上镶嵌有硬质合金片。

进一步地，所述碟簧组是由6片碟簧组成。

进一步地，所述花键为钢制平键。

进一步地，所述台阶盖为一台阶钢柱结构，通过紧定螺钉安装在上短节上的台阶通孔内并定位。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1.本发明的防过载螺杆钻具增加的防过载组件为模块化组件，其结构设计合理，易于组装，有效提高了螺杆钻具的安装、更换效率，该钻具在常规螺杆钻具的基础上进行改进，就可变成防过载的螺杆钻具，提高了钻具的使用率。

2.本发明的防过载螺杆钻具，在钻压过大导致负载扭矩过大时，防过载组件会从内部断开马达与传动轴组件的连接，可避免马达橡胶的损坏，有效解决了钻具因过载工况而导致马达部件损坏的问题，提高了螺杆钻具的使用寿命。

3.本发明的防过载螺杆钻具，在过载的时候会产生周期性轴向振动信号，利于井口发现问题，便于操作工及时排除或解决生产作业中出现的对钻具或钻井作业的隐患。

4．在各种复杂的作业工况条件中，该螺杆钻具的钻压易于控制，有效提高了螺杆钻具的钻井速度和钻井质量。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中防过载组件的结构示意图。

图中：1-旁通阀组件，2-马达组件，3-万向节组件，4-防过载组件，5-传动轴组件，6-上短节，7-外壳，8-花键短节，9-传动短节，10-碟簧组，11-花键，12-台阶盖，13-钢球，14-紧定螺钉。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步的说明，以使本领域技术人员能够更好地理解本发明的技术方案。

一种防过载螺杆钻具，如图1、图2所示，包括旁通阀组件1、马达组件2、万向节组件3和传动轴组件5，该四个组件由上而下顺序螺纹连接成螺杆钻具。

所述防过载螺杆钻具还包括一个防过载组件4，防过载组件4通过螺纹连接在万向节组件3和传动轴组件5之间，在钻压过大导致负载扭矩过大时防过载组件4会从内部断开马达与传动轴组件的连接。

所述防过载组件4包括外壳7、上短节6、花键短节8、传动短节9、碟簧组10、花键11和台阶盖12。所述上短节6为圆柱体结构，其上端设有与万向节组件3内部万向节零件连接的螺纹，下部的部分柱体上设有一段内孔，内孔的内圆面沿其圆周设有5条花键槽，在距上短节6的下端面一段距离的外圆面位置上沿直径方向设有孔径容许钢球13通过的台阶通孔，上短节6的下端面镶嵌有硬质合金片。所述台阶盖12为一台阶钢柱结构，通过紧定螺钉14安装在台阶内并定位。所述花键短节8为一空心轴结构，其上部的部分外圆面沿其圆周设有与所述上短节6内孔的花键槽数量对应的花键槽，花键短节8通过花键11与上短节6滑动连接，所述花键短节8的下端面加工成齿状结构，齿状结构沿其圆周展开为特定线型。所述传动短节9为下端加工有螺纹与传动轴组件5内传动轴零件连接的台阶轴零件，其上端面加工成与所述花键短节8的下端面相啮合的齿状结构，齿状结构沿其圆周展开为特定线型，在距离齿状结构的外圆上设有容纳钢球13的圆弧槽，所述圆弧槽与上短节6上的台阶通孔位置相对应。所述花键短节8的齿状结构的下端面和所述传动短节9的齿状结构的上端面上分别镶嵌有硬质合金片。所述碟簧组10是由6片碟簧组成，其安装在上短节6的内孔内，上短节6通过花键11与花键短节8滑动连接，花键短节8的下端连接传动短节9，所述外壳7为一空心圆柱体结构，中心设有台阶通孔，外壳7的上端设有连接万向节组件3壳体的外螺纹，下端设有连接传动轴组件5壳体的内螺纹，壳体7套设在由上短节6、碟簧组10、花键短节8和传动短节9安装而成的零件组合体上。

防过载组件的安装：在上短节6上的内孔内先装入碟簧组12，将花键11装在花键短节8的花键槽内一起紧贴碟簧组12装入上短节6，花键短节8的下端面的齿状结构朝下。传动短节9的齿状结构朝上与花键短节目的下端面啮合一起装入上短节6并压紧花键短节8，将若干钢球13从上短节6的侧孔装入传动短节9的圆弧槽内填满，将台阶盖12盖在上短节6的台阶孔上并用紧定螺钉14锁紧。在零件组合体外套上外壳7形成防过载组件。

将旁通阀组件1、马达组件2、万向节组件3、防过载组件4和传动轴组件5依次通过螺纹连接组成防过载螺杆钻具。

工作过程：

防过载螺杆钻具的工作过程分为正常工作和超载工作两个状态。

采用本发明生产的螺杆钻具，正常工作时，钻井泥浆泵开启后钻井液通过驱动马达转子并带动万向节转动，万向节驱动上短节6并通过花键11带动花键短节8转动，花键短节8通过齿状结构驱动传动短节9转动从而带动传动轴组件5的传动轴零件转动达到动力输出的目的。超载工作时，传动轴传递给传动短节9的扭矩过大超过设定值的时候，碟簧组10提供的压力不足以保持花键短节8和传动短节9的齿状结构的接触状态，传动短节9的齿状结构与花键短节8的齿状结构在轴向会分离，从而避免了过大的扭矩传递给花键短节8及以上的万向节组件3和马达组件2，避免了过大扭矩导致马达压降过大，有效避免了马达组件的损坏，进而提高了螺杆钻具的使用寿命。

上述实施例仅用于本领域技术人员理解本发明的技术方案，而并非是对其进行限制，凡在本发明的保护范围之内所作的任何修改、改进或等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。