滚动式套管防磨减扭接头的制作方法

本实用新型属于石油勘探领域，尤其是涉及一种滚动式套管防磨减扭接头。

背景技术：

目前的钻井方式无外乎转盘钻井和顶部驱动钻井，而这两种钻井方式都是将地面动力通过钻具旋转传递给钻头，从而破碎岩石。这样在深井(超深井)、大斜度、大位移井和水平井的施工过程中，由于井斜角和方位角变化大、井眼缩径或产生钻具绕井眼轴线公转的情况，在套管井段，钻具和套管会产生摩擦，会出现钻具磨损，套管壁变薄甚至磨穿；在裸眼井段，钻具直接和岩层摩擦，不仅磨损钻具，而且也影响井壁稳定性。此外，在钻具旋转时，钻具和套管(或岩层)摩擦，增大了反扭矩，尤其是方钻杆承受的反扭矩非常大，方钻杆长期承受过大的反扭矩会发生早期疲劳破坏。还有钻具在起下钻时，也会对套管产生摩擦磨损。

因此钻杆接头与套管(或岩层)摩擦而产生的摩阻扭矩和套管磨损是制约深井(超深井)、大斜度、大位移井和水平井钻井延伸长度和安全的关键问题之一。目前降低摩阻扭矩和套管磨损最直接和最常用的手段是钻杆柱接头附近或接头之间安装降摩减扭工具，将钻杆接头与套管间的摩擦转换为钻杆与降摩减扭工具或其内部的摩擦，来减小摩擦阻力和套管磨损。但传统防磨减扭工具多采用滑动摩擦副，存在摩擦因数大、使用寿命短、安全性不足以及不能解决起下钻过程中摩阻较大等问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种滚动式套管防磨减扭接头，采用内部钢珠，外部滚轮的滚动式套管防磨减扭接头，有效地将旋转钻进和起下钻过程中的滑动摩擦转换为滚动摩擦，该接头具有摩擦系数低、工作稳定可靠、寿命长等优点。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种滚动式套管防磨减扭接头，包括接头本体、上耐磨环、下耐磨环、耐磨套，所述的耐磨套套于所述的接头本体的外侧，所述的上耐磨环固定于所述的耐磨套的上方，所述的下耐磨环固定于所述的耐磨套的下方；

所述的接头本体上设有若干的接头沟槽，所述的耐磨套上设有数量与所述的接头沟槽相同的套沟槽，所述的接头沟槽的位置分别与所述的套沟槽相对应，所述的接头沟槽与套沟槽之间设置有若干的钢珠；

所述的耐磨套上均匀的设置有若干的直棱筋，所述的直棱筋上均设有销轴孔，所述的销轴孔的内部设置有滚轮，所述的滚轮上设置有销轴，所述的销轴穿过所述的销轴孔、滚轮，并通过销轴孔卡簧固定于所述的直棱筋上。

进一步，所述的上耐磨环与下耐磨环均通过紧定螺钉固定于所述的接头本体上。

进一步，所述的下耐磨环的下方设置有轴用卡簧，所述的轴用卡簧固定于所述的接头本体上。

进一步，所述的直棱筋上设有喂料螺纹口，所述的喂料螺纹口的内部设置有丝堵，所述的丝堵的外侧设置有丝堵卡簧。

进一步，所述的丝堵的下端设有球面凹槽，所述的球面凹槽的半径大于所述的钢珠的半径。

进一步，所述的滚轮的两端均设置有耳廓，所述的耳廓的厚度小于等于 1mm。

进一步，所述的丝堵为内六角丝堵。

进一步，所述的销轴孔的内部设置有槽孔，所述的槽孔与所述的销轴孔相互垂直，所述的销轴穿过所述的槽孔、滚轮，并通过销轴孔卡簧固定于所述的直棱筋上。

相对于现有技术，本实用新型所述的滚动式套管防磨减扭接头具有以下优势：

(1)本实用新型所述的滚动式套管防磨减扭接头的耐磨套内部装有钢珠，外部安装滚轮，由传统的滑动摩擦转变为滚动摩擦，可在旋转钻进和起下钻过程中有效的降低摩阻、扭矩和套管磨损，可推广应用在深井(超深井)、大斜度、大位移井和水平井。

(2)本实用新型所述的滚动式套管防磨减扭接头与钻具组合连接，钻进时耐磨套首先与套管接触，当钻具旋转时，耐磨套与套管相对静止，钻具和套管之间的相对转动转移到接头本体和耐磨套上，钻具和套管之间不产生摩擦，既保护钻具，又保护套管。由于接头本体和耐磨套之间的转动是通过钢球滚动实现的，滚动摩擦因数较小，也降低了钻具的反扭矩。另外，耐磨套外侧采用滚轮结构，能有效降低起下钻时对套管的磨损。

(3)本实用新型所述的滚动式套管防磨减扭接头具有摩擦系数低、工作稳定可靠、寿命长等优点。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例所述的滚动式套管防磨减扭接头的示意图；

图2为本实用新型实施例所述的滚动式套管防磨减扭接头的半剖图；

图3为本实用新型实施例所述的滚轮横截面的剖面图；

图4为本实用新型实施例所述的钢珠横截面的剖面图；

图5为实用新型实施例所述的直棱筋的爆炸图；

图6为实用新型实施例所述的A处的局部放大图。

附图标记说明：

1-接头本体；2-上耐磨环；3-紧定螺钉；4-耐磨套；5-钢珠；6-丝堵； 7-丝堵卡簧；8-下耐磨环；9-轴用卡簧；10-销轴孔卡簧；11-销轴；12-滚轮；101-接头沟槽；41-直棱筋；411-喂料螺纹口；412-销轴孔；413-槽孔； 42-套沟槽。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

如图1-4所示，一种滚动式套管防磨减扭接头，包括接头本体1、上耐磨环2、下耐磨环8、耐磨套4，所述的耐磨套4套于所述的接头本体1的外侧，所述的上耐磨环2固定于所述的耐磨套4的上方，所述的下耐磨环8固定于所述的耐磨套4的下方；

所述的接头本体1上设有若干的接头沟槽101，所述的耐磨套4上设有数量与所述的接头沟槽101相同的套沟槽42，所述的接头沟槽101的位置分别与所述的套沟槽42相对应，所述的接头沟槽101与套沟槽42之间设置有若干的钢珠5；所述的接头沟槽101与套沟槽42之间形成滚动摩擦副，钢珠 5用内六角丝堵6封堵；

所述的耐磨套4上均匀的设置有5个直棱筋41，所述的直棱筋41上均设有销轴孔412，所述的销轴孔412的内部设置有滚轮12，所述的滚轮12 上设置有销轴11，所述的销轴11穿过所述的销轴孔412、滚轮12，并通过销轴孔卡簧10固定于所述的直棱筋41上。

所述的上耐磨环2与下耐磨环8均通过紧定螺钉3固定于所述的接头本体1上；所述的紧定螺钉3为内六角圆柱端紧定螺钉3。所述的下耐磨环8 下方设置有轴用卡簧9，所述的轴用卡簧9固定于所述的接头本体1上，增加接头的安全性。

所述的直棱筋41上设有喂料螺纹口411，所述的喂料螺纹口411的内部设置有丝堵6，所述的丝堵6的外侧设置有丝堵卡簧7。所述的丝堵6的下端设有球面凹槽，所述的球面凹槽的半径大于所述的钢珠5的半径。所述的丝堵6为内六角丝堵6。

所述的滚轮12的两端设置有耳廓，所述的耳廓的厚度小于等于1mm。

所述的销轴孔412的内部设置有槽孔413，所述的槽孔413与所述的销轴孔412相互垂直，所述的销轴11穿过所述的槽孔412、滚轮12，并通过销轴孔卡簧10固定于所述的直棱筋41上。

所述的接头本体1的材料采用高强度合金钢，整体调质处理，内螺纹接头端要留有较大的长度，为了在上、卸扣时留有扣合部位，内螺纹端设计有 90°平台肩轴颈，台肩镀有特定的高效涂层，在本体上加工两道半圆形接头沟槽101，接头本体1内外螺纹、半圆形接头沟槽101内径的同圆度小于等于0.05mm，两道半圆形接头沟槽101内表面进行高频淬火，洛氏硬度达到 60HRC左右，接头两端的螺纹进行喷丸处理。

所述的耐磨套4的材料采用高强度合金钢，整体调质处理，耐磨长度不小于150mm，并采用激光熔覆。耐磨套4的内侧加工两道半圆形耐磨套4沟槽，本体内外螺纹、半圆形耐磨套4沟槽内径的同圆度小于等于0.05mm，两道半圆形套沟槽42内表面进行高频淬火，洛氏硬度达到60HRC左右。耐磨套4外侧均布5个直棱筋41，在直棱筋41的中间有安放滚轮12的槽孔 413和销轴孔412，直棱筋41的上下坡角为20°以内，使起下钻更加顺畅。耐磨套4外侧配有滚轮12，滚轮12用销轴11和销轴孔卡簧10固定；

所述的直棱筋41中间装有高强度滚轮12。滚轮12的形状为长圆形，滚轮12两侧有不到1mm厚的耳廓，滚轮12轴线方向的外部轮廓为弧形面，与套管内径相匹配，销轴11和销轴孔卡簧10固定，销轴11的一端攻有公制螺纹，方便销轴11的拆装。

所述的接头本体1和耐磨套4之间的沟槽处安放钢珠5，耐磨套4的钢珠5喂料螺纹口411安装内六角丝堵6，内六角丝堵6的下端为比钢珠5半径略大的球面凹槽，内六角丝堵6外侧装有丝堵卡簧，防止丝堵6松扣。

所述的上耐磨环2、下耐磨环8上均布四个公制螺纹孔，再由四个圆柱头紧定螺钉3固定。

滚动式套管防磨减扭接头连接在钻杆接头之间，接头本体1的内螺纹端留有足够的长度，方便上、卸扣时给大钳留有扣合部位。

所述的接头本体1先装上耐磨环2，将上耐磨环2的四个螺纹孔对准接头本体1上的四个圆槽孔，然后安装四个内六角圆柱端紧定螺钉3，紧定螺钉3上涂抹高强度螺纹胶，紧定螺钉3拧到底后使用扭矩扳手打扭矩。

所述的耐磨套4装入在接头本体1后，从耐磨套4上的两处钢珠5喂料螺纹口411将钢珠5投入，钢珠5在投之前涂抹润滑脂，钢珠5喂满耐磨套 4和接头本体1之间形成的圆槽后，用内六角丝堵6拧入喂料螺纹口411，最后在内六角丝堵6外部安装丝堵卡簧7。

所述的耐磨套4外部有滚轮12、销轴11和销轴孔卡簧10，装配时用销轴11穿过销轴孔412和滚轮12，最后装销轴孔卡簧10固定限位。为方便销轴11的装配或拆卸，在销轴11的外端攻有螺纹，滚轮12、销轴11安装之后的剖面图如图3所示。

所述的耐磨套4装完后，安装下耐磨环8，实施方法同上耐磨环2描述。

所述的接头本体1安装完下耐磨环8之后，为双重保险，增加接头的安全性，在下耐磨环8下方安装轴用卡簧9。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。