一种用于水平井造斜用钻杆的串接式短节的制作方法

1.本发明涉及水平井钻具的设计制造领域，更具体地说，涉及一种用于水平井造斜用钻杆的串接式短节。


背景技术：

2.水平井是最大井斜角达到或接近90
°
(一般不小于86
°
)，并在目的层中维持一定长度的水平井段的特殊井。有时为了某种特殊的需要，井斜角可以超过90
°
，“向上翘”。一般来说，水平井适用于薄的油气层或裂缝性油气藏，目的在于增大油气层的裸露面积。在钻井钻进的过程中，为了适应井壁的走向钻杆应旋转一定角度进行的作业，并需要克服井壁的阻力保证钻进平稳。其中钻杆短节作为钻杆中的损耗件存在短节更换麻烦、工作效率低等问题。随着水平井数量、水平段长度的不断增加钻进过程中还存在钻杆所受摩阻扭矩较大等难题。


技术实现要素：

3.本发明的目的是解决钻杆短节更换麻烦，受摩阻扭矩较大，工作效率低等问题。
4.为了达到上述目的，本发明提供一种用于水平井造斜用钻杆的串接式短节，包括前部为直杆段后部为球头的公接头、前端球形腔容纳所述球头的锁套，以及套接在所述公接头直杆段的末端外部并在所述球头前端形成环形端盖卡住所述球头的所述外壳体。所述外壳体的后部为筒形壳体，可拆卸的套接在所述锁套的外部；所述锁套的后端设置容纳所述公接头直杆段的柱孔，并通过端侧可拆卸方式套接的对接接头实现短节的依次连接；所述对接接头设置螺纹孔用于旋接所述公接头直杆段上的螺纹段。所述公接头和所述锁套设置有贯穿的中心孔。所述外壳体、所述锁套及所述对接接头整体外周面在一个环形段上通过周向间隔设置的滚动体套接了轴承套。配合连接的所述锁套和所述公接头的球头部分在周向上间隔设置了容纳钢球的槽口。
5.为了更好的传递钻杆的转动扭矩，所述公接头直杆段与所述锁套可拆卸的套接在一起，优选的是，所述锁套后端的柱孔内设置若干键槽用于卡接所述公接头直杆段上对应的键。
6.所述滚动体和所述轴承套可组合设置在所述外壳体、所述锁套及所述对接接头整体外周面上的任意位置处，考虑到钻杆短节的外径与水平井壁的间隙有限，故所述锁套的外径应最接近钻杆的外径，优选的是，所述滚动体与所述轴承套设置在所述外壳体与所述对接接头之间的所述锁套外周处。
7.为保证所述公接头与所述锁套在周向上同步传动、并绕所述球头的球心在一定角度范围内旋转，优选的是，所述锁套和所述公接头的球头的槽口的上部为轴向开设的长圆状槽、下部为容许所述钢球通过的通孔。
8.所述滚动体有多种形式，例如滚珠、滚针等等，为提高机械传递效率和降低机械性损伤，优选的是，所述滚动体为滚针。
9.所述公接头和所述锁套内贯穿的中心孔供钻井液流通用，因所述公接头与所述锁套是绕球头的球心转动的，为了不影响钻井液流通量及流通速率，其中一种优选的方式是，所述公接头的中心孔后段逐渐扩大成喇叭口。
10.因串接的所述短节之间的中心孔中流通有钻井液，故在钻井液流通的部分上应设有密封装置，优选的是，所述公接头直杆的前端设有第一密封圈，所述公接头球头与所述锁套半球窝状口连接处的后端设有第二密封圈。
11.所述第一密封圈和所述第二密封圈的种类有v型、y型和o型等，为了便于安装和拆卸，优选的是，所述第一密封圈和所述第二密封圈均为o型密封圈。
12.本发明通过对接接头与公接头前端直杆部分串联旋接形成钻杆，公接头与锁套的周向设置的键及键槽传递扭矩。锁套和公接头的球头部分在周向上间隔设置了容纳钢球的槽口，公接头与锁套在周向上保持同步传动、在轴向上公接头相对锁套在一定角度范围内转动，保证串接的钻杆短节均能根据水平井造斜作业要求进行弯转以适应井壁的走向克服井壁的阻力保证钻进平稳。其中钻杆短节易更换且达到扭矩传动的要求，工作效率显著提高。在外壳体、锁套及对接接头整体外周面任意一个环形段上周向间隔设置的滚动体及轴承套，将滑动阻力变成了滚动阻力降低了钻杆所受摩阻扭矩，降低钻井难度。
附图说明
13.图1是本发明所述的用于水平井造斜用钻杆的串接式短节主视半剖结构示意图。
14.图2是本发明所述的用于水平井造斜用钻杆的串接式短节的球头的主视半剖结构示意图。
15.图3是本发明图2在a
‑
a处的截面结构示意图。
16.图4是本发明图2在b
‑
b处的截面结构示意图。
17.图5是本发明所述的用于水平井造斜用钻杆的串接式短节的外壳体的主视半剖结构示意图。
18.图6是本发明所述的用于水平井造斜用钻杆的串接式短节的锁套的主视半剖结构示意图。
19.图7是本发明图6在c
‑
c处的截面结构示意图。、
20.图8是本发明图6在d
‑
d处的截面结构示意图。
21.图9是本发明所述的用于水平井造斜用钻杆的串接式短节的轴承套的主视半剖结构示意图。
22.图10是本发明所述的用于水平井造斜用钻杆的串接式短节的对接接头的主视半剖结构示意图。
23.图11是本发明所述的用于水平井造斜用钻杆的串接式短节的内六角平端紧定螺钉的主视结构示意图。
24.图12是本发明所述的用于水平井造斜用钻杆的串接式短节的内六角平端紧定螺钉的侧视结构示意图。
25.其中：1、第一密封圈；2、公接头；3、外壳体；4、钢球；5、第二密封圈(5)；6、锁套；7、第一内六角平端紧定螺钉；8、轴承套；9、滚动体；10、第二内六角平端紧定螺钉；11、对接接头。
具体实施方式
26.实施例1：
27.如图1～2、图5和图10所示，一种用于水平井造斜用钻杆的串接式短节，包括前部为直杆段后部为球头的公接头2、前端球形腔容纳所述球头的锁套6，以及套接在所述公接头2直杆段的末端外部并在所述球头前端形成环形端盖卡住所述球头的所述外壳体3。所述外壳体3的后部为筒形壳体，通过第一内六角平端紧定螺钉固定的套接在所述锁套6的外部。所述公接头和所述锁套设置有贯穿的中心孔。所述公接头2的中心孔后段逐渐扩大成喇叭口，为了满足钻井液在所述中心孔供流通用，因所述公接头2与所述锁套6是绕球头的球心转动的，喇叭口形式不影响钻井液流通量及流通速率。
28.如图1～4和图7～9所示，配合连接的所述锁套6所述公接头2的球头部分在周向上间隔设置了容纳钢球5的槽口。所述槽口的上部为轴向开设的长圆状槽、下部为容许所述钢球5通过的通孔。保证所述公接头与所述锁套在周向上同步传动、并绕所述球头的球心在一定角度范围内旋转.为了更好的传递钻杆的转动扭矩，所述锁套6后端的柱孔内设置若干键槽用于卡接所述公接头2直杆段上对应的键。所述锁套6外周面介于所述外壳体与所述对接接头之间的位置上通过周向间隔设置的滚动体9套接了轴承套8，作用是将钻杆短节的外壁与水平井井壁的滑动摩擦改为滚动摩擦，减小摩阻扭矩的同时提高了钻杆短节的使用寿命。所述滚动体9为滚针，提高机械传递效率和降低机械性损伤。所述公接头2直杆的前端开环槽并内嵌有第一密封圈，所述公接头2球头与所述锁套6半球窝状口连接处的后端开环槽并内嵌有第二密封圈，防止串接的所述短节之间的中心孔中流通有钻井液泄露入侵至传动部分。所述第一密封圈和所述第二密封圈均选用o型密封圈便于安装和拆卸。
29.如图6所示，所述锁套6的后端设置容纳所述公接头2直杆段的柱孔，并通过端侧通过第二内六角平端紧定螺钉10固定的方式套接的对接接头11实现短节的依次连接。
30.如图10所示，所述对接接头11设置螺纹孔用于旋接所述公接头直杆段上的螺纹段。
31.实施例2：
32.如图1～2、图5和图10所示，一种用于水平井造斜用钻杆的串接式短节，包括前部为直杆段后部为球头的公接头2、前端球形腔容纳所述球头的锁套6，以及套接在所述公接头2直杆段的末端外部并在所述球头前端形成环形端盖卡住所述球头的所述外壳体3。所述外壳体3的后部为筒形壳体，通过第一内六角平端紧定螺钉固定的套接在所述锁套6的外部。所述公接头和所述锁套设置有贯穿的中心孔。所述公接头2的中心孔后段逐渐扩大成喇叭口，为了满足钻井液在所述中心孔供流通用，因所述公接头2与所述锁套6是绕球头的球心转动的，喇叭口形式不影响钻井液流通量及流通速率。
33.如图1～4和图7～9所示，配合连接的所述锁套6所述公接头2的球头部分在周向上间隔设置了容纳钢球5的槽口。所述槽口的上部为轴向开设的长圆状槽、下部为容许所述钢球5通过的通孔。保证所述公接头与所述锁套在周向上同步传动、并绕所述球头的球心在一定角度范围内旋转.为了更好的传递钻杆的转动扭矩，所述锁套6后端的柱孔内设置若干键槽用于卡接所述公接头2直杆段上对应的键。所述锁套6外周面介于所述外壳体与所述对接接头之间的位置上通过周向间隔设置的滚动体9套接了轴承套8，作用是将钻杆短节的外壁与水平井井壁的滑动摩擦改为滚动摩擦，减小摩阻扭矩的同时提高了钻杆短节的使用寿
命。所述滚动体9为滚珠，提高机械传递效率和降低机械性损伤。所述公接头2直杆的前端开环槽并内嵌有第一密封圈，所述公接头2球头与所述锁套6半球窝状口连接处的后端开环槽并内嵌有第二密封圈，防止串接的所述短节之间的中心孔中流通有钻井液泄露入侵至传动部分。所述第一密封圈和所述第二密封圈均选用o型密封圈便于安装和拆卸。
34.如图6所示，所述锁套6的后端设置容纳所述公接头2直杆段的柱孔，并通过端侧通过第二内六角平端紧定螺钉10固定的方式套接的对接接头11实现短节的依次连接。
35.如图10所示，所述对接接头11设置螺纹孔用于旋接所述公接头直杆段上的螺纹段。
36.实施例3：
37.如图1～2、图5和图10所示，一种用于水平井造斜用钻杆的串接式短节，包括前部为直杆段后部为球头的公接头2、前端球形腔容纳所述球头的锁套6，以及套接在所述公接头2直杆段的末端外部并在所述球头前端形成环形端盖卡住所述球头的所述外壳体3。所述外壳体3的后部为筒形壳体，通过第一内六角平端紧定螺钉固定的套接在所述锁套6的外部。所述公接头和所述锁套设置有贯穿的中心孔。所述公接头2的中心孔后段逐渐扩大成喇叭口，为了满足钻井液在所述中心孔供流通用，因所述公接头2与所述锁套6是绕球头的球心转动的，喇叭口形式不影响钻井液流通量及流通速率。
38.如图1～4和图7～9所示，配合连接的所述锁套6所述公接头2的球头部分在周向上间隔设置了容纳钢球5的槽口。所述槽口的上部为轴向开设的长圆状槽、下部为容许所述钢球5通过的通孔。保证所述公接头与所述锁套在周向上同步传动、并绕所述球头的球心在一定角度范围内旋转.为了更好的传递钻杆的转动扭矩，所述锁套6后端的柱孔内设置若干键槽用于卡接所述公接头2直杆段上对应的键。所述外壳体3的外周向间隔设置的滚动体9套接了轴承套8，作用是将钻杆短节的外壁与水平井井壁的滑动摩擦改为滚动摩擦，减小摩阻扭矩的同时提高了钻杆短节的使用寿命。所述滚动体9为滚针，提高机械传递效率和降低机械性损伤。所述公接头2直杆的前端开环槽并内嵌有第一密封圈，所述公接头2球头与所述锁套6半球窝状口连接处的后端开环槽并内嵌有第二密封圈，防止串接的所述短节之间的中心孔中流通有钻井液泄露入侵至传动部分。所述第一密封圈和所述第二密封圈均选用o型密封圈便于安装和拆卸。
39.如图6所示，所述锁套6的后端设置容纳所述公接头2直杆段的柱孔，并通过端侧通过第二内六角平端紧定螺钉10固定的方式套接的对接接头11实现短节的依次连接。
40.如图10所示，所述对接接头11设置螺纹孔用于旋接所述公接头直杆段上的螺纹段。
41.实施例4：
42.如图1～2、图5和图10所示，一种用于水平井造斜用钻杆的串接式短节，包括前部为直杆段后部为球头的公接头2、前端球形腔容纳所述球头的锁套6，以及套接在所述公接头2直杆段的末端外部并在所述球头前端形成环形端盖卡住所述球头的所述外壳体3。所述外壳体3的后部为筒形壳体，通过第一内六角平端紧定螺钉固定的套接在所述锁套6的外部。所述公接头和所述锁套设置有贯穿的中心孔。所述公接头2的中心孔后段逐渐扩大成喇叭口，为了满足钻井液在所述中心孔供流通用，因所述公接头2与所述锁套6是绕球头的球心转动的，喇叭口形式不影响钻井液流通量及流通速率。
43.如图1～4和图7～9所示，配合连接的所述锁套6所述公接头2的球头部分在周向上间隔设置了容纳钢球5的槽口。所述槽口的上部为轴向开设的长圆状槽、下部为容许所述钢球5通过的通孔。保证所述公接头与所述锁套在周向上同步传动、并绕所述球头的球心在一定角度范围内旋转.为了更好的传递钻杆的转动扭矩，所述锁套6后端的柱孔内设置若干键槽用于卡接所述公接头2直杆段上对应的键。所述对接接头11整体外周面上周向间隔设置的滚动体9套接了轴承套8，作用是将钻杆短节的外壁与水平井井壁的滑动摩擦改为滚动摩擦，减小摩阻扭矩的同时提高了钻杆短节的使用寿命。所述滚动体9为滚针，提高机械传递效率和降低机械性损伤。所述公接头2直杆的前端开环槽并内嵌有第一密封圈，所述公接头2球头与所述锁套6半球窝状口连接处的后端开环槽并内嵌有第二密封圈，防止串接的所述短节之间的中心孔中流通有钻井液泄露入侵至传动部分。所述第一密封圈和所述第二密封圈均选用o型密封圈便于安装和拆卸。
44.如图6所示，所述锁套6的后端设置容纳所述公接头2直杆段的柱孔，并通过端侧通过第二内六角平端紧定螺钉10固定的方式套接的对接接头11实现短节的依次连接。
45.如图10所示，所述对接接头11设置螺纹孔用于旋接所述公接头直杆段上的螺纹段。
46.实施例1～4中涉及各部件的技术要求如下：
47.公接头2的技术要求：
48.1.调质处理：hb＝280～310，
49.2.未注倒角：0.5
×
45
°
，其余棱角倒钝，
50.3.表面离子氮化处理，氮化时螺纹做防护措施。
51.外壳体3的技术要求：
52.1.调质处理：hb＝280～310，
53.2.未注倒角：0.5
×
45
°
，其余棱角倒钝，
54.3.表面磷化处理。
55.锁套6的技术要求：
56.1.调质处理：hb＝280～310，
57.2.未注倒角：0.5
×
45
°
，其余棱角倒钝，
58.3.表面离子氮化处理，氮化时螺纹做防护措施。
59.第一内六角平端紧定螺钉7、第二内六角平端紧定螺钉10的技术要求：
60.外购标准件(性能等级≥12.9)。
61.轴承套8的技术要求：
62.1.调质处理：hb＝280～310，
63.2.棱角倒钝：0.5
×
45
°
，
64.3.表面离子氮化处理。
65.对接接头11的技术要求：
66.1.调质处理：hb＝280～310，
67.2.未注倒角：1.5
×
45
°
，其余棱角倒钝，
68.3.表面磷化处理。
69.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，
任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。