一種鉆井頂驅下套管工具驅動頭的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于鉆井作業頂驅下部作為傳動裝置的鉆井頂驅下套管工具驅動頭。它能擴展頂驅功能、簡化下套管作業、增強作業安全性、易于維修。其技術方案：在上殼體上安裝有電磁剎車磁軛，電磁剎車動盤用花鍵安裝在主軸上，電磁剎車動盤上端安裝軸向固定螺母B，下端連接一段軸肩；電磁剎車銜鐵用鉚釘安裝在外螺紋體上，外螺紋體與內螺紋體用螺紋連接，內螺紋體外部設置有外花鍵，下殼體內部設置有內花鍵，內螺紋體的外花鍵與下殼體的內花鍵連接，在下殼體上安裝有上行程開關，在殼體端蓋下端各安裝有下行程開關。本驅動頭結構簡單緊湊，操作方便，成本低，安全、易于遠距離控制，使用可靠。
【專利說明】一種鉆井頂驅下套管工具驅動頭
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種鉆井作業中扭矩轉化推力傳遞的頂驅下套管工具驅動頭。該頂驅下套管工具驅動頭能夠連接于頂驅下部代替常規頂驅下套管工具中的液缸裝置或螺旋傳動裝置來執行從主軸到頂驅下套管工具驅動頭夾緊裝置動力的傳遞和轉化，把主軸上的扭矩轉化為軸向的推力傳遞給夾緊裝置，屬于鉆井作業中核心部件頂驅的重要配套傳動裝置。
【背景技術】
[0002]頂部驅動技術是轉盤鉆機問世以來的幾項重大變革(液壓盤式剎車、液壓鉆井泵、交流變頻驅動等)之一。目前，淺海上鉆井船或平臺，幾乎全部裝備了頂驅，陸地石油鉆機也越來越多地裝備了頂驅，作為當前最新的鉆井方式，同以前的方法相比，頂部驅動鉆井裝置有一些特定優點:節省接單根時間；倒劃眼防止卡鉆；下鉆劃眼；降低了事故發生率；有利于設備安全等等。不過頂驅下套管工具中液缸的使用很大程度上增加了頂驅的質量和成本，嚴重影響了頂驅的優化和在實際鉆井過程中的應用。電磁剎車器是現代工業中一種理想的自動化執行元件，在機械傳動系統中主要起傳遞動力和控制運動等作用。具有結構緊湊，操作簡單，響應靈敏，壽命長久，使用可靠，易于實現遠距離控制等優點。目前，電磁剎車技術日益成熟，再加上可以在一定程度上提高設備的自動化水平而且價格便宜，所以在許多領域得到了廣泛的應用。
[0003]針對液缸損失大、效率低、發熱大、當采用油作為傳動介質時還需要注意防火問題、液壓元件加工精度要求高，造價高、液壓系統的故障比較難查找，對操作人員的技術水平要求高等問題，創新性的提出一種鉆井頂驅下套管工具驅動頭，利用電磁剎車將頂驅主軸的轉矩轉化為軸向的推力來簡化頂驅下套管工具結構、增加安全系數、降低造價和制造難度。
【發明內容】
[0004]本發明的目的:為了擴展頂驅功能、簡化下套管作業、增強作業安全性，代替常規頂驅下套管工具中的液缸裝置或螺旋傳動裝置，特提供一種鉆井頂驅下套管工具驅動頭。
[0005]為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案:一種鉆井頂驅下套管工具驅動頭，是由主軸、殼體、軸端擋、毛氈墊圈、調節墊片、軸向固定螺母、圓錐滾子軸承組、電磁剎車磁軛、電磁剎車動盤、電磁剎車銜鐵、內螺紋體、外螺紋體和套筒組成。其結構特征是:在上殼體頂端安裝上軸端擋圈和上毛氈墊圈，上毛氈墊圈與主軸之間用過盈配合，在上軸端擋圈與上殼體之間安裝有上調節墊片；在上殼體與主軸之間裝有一對上圓錐滾子軸承組，上圓錐滾子軸承組的上端安裝一個軸向固定螺母A，下端連接主軸上端的一段軸肩，軸肩處開有退刀槽；上圓錐滾子軸承組與主軸和上殼體之間均采用過度配合，與主軸用較松配合，與上殼體用較緊配合；上殼體用螺栓連接下殼體；上殼體用螺栓連接電磁剎車磁軛，電磁剎車動盤用花鍵與主軸連接，漸開線花鍵依據軸頸和小模數大齒數的選用原則選取齒數為82、模數為2.5 ;電磁剎車動盤上端安裝軸向固定螺母B,下端連接一段軸肩；電磁剎車磁軛與電磁剎車動盤之間安裝有球軸承；電磁剎車銜鐵用鉚釘連接在外螺紋體上，電磁剎車銜鐵和電磁剎車動盤之間有0.7mm的執行距離；外螺紋體內圈裝有一對下圓錐滾子軸承組，下圓錐滾子軸承組與主軸和下殼體均采用過度配合，與主軸用較松配合，與下殼體用較緊配合；在兩個下圓錐滾子軸承組之間安裝套筒，下圓錐滾子軸承組的上端連接主軸下端的一段軸肩，下端安裝一個軸向固定螺母C ;在外螺紋體的下端安裝有下軸端擋圈和下毛租墊圈，外螺紋體與下軸端擋圈之間安裝下調節墊片；外螺紋體與內螺紋體用螺紋連接；在下殼體上安裝有上行程開關，在殼體端蓋下端各安裝有下行程開關，內螺紋體外部設置有外花鍵，下殼體內部設置有內花鍵，內螺紋體的外花鍵與下殼體的內花鍵連接。
[0006]本鉆井頂驅下套管工具驅動頭的工作原理如下:
[0007]工作時，啟動電磁剎車，電磁剎車磁軛通電產生磁力，電磁剎車銜鐵受到吸引力而軸向向電磁剎車動盤的方向運動，進而和電磁剎車動盤貼合在一起。電磁剎車動盤通過花鍵安裝在主軸上的，會隨著主軸一起轉動，電磁剎車動盤又會帶動電磁剎車銜鐵和外螺紋體一起轉動。內螺紋體和外螺紋體是螺紋連接，又由于外螺紋體通過一對下圓錐滾子軸承組軸向固定，內螺紋體通過和下殼體的花鍵連接實現周向固定，所以內螺紋體會邊旋轉邊軸向運動，進而推動卡套夾緊套管開始上卸扣。當內螺紋體運動到下極限距離時，內螺紋體上花鍵的一段凸起會碰到安裝在殼體端蓋上的下行程開關進而停止運動。同理，當內螺紋體向上運動到上極限時會碰到裝在下殼體上的上行程開關進而停止運動。上毛氈墊圈和下毛氈墊圈起到防止外部灰塵雜質進入殼體的作用；上圓錐滾子軸承組起到支撐上殼體和下殼體的作用；軸向固定螺母A和主軸上端的軸肩軸向固定上圓錐滾子軸承組；軸向固定螺母B和主軸中部的軸肩軸向固定電磁剎車動盤；軸向固定螺母C和主軸下端的軸肩軸向固定下圓錐滾子軸承組；上調節墊片調節上軸端擋圈和上圓錐滾子軸承組的間隙；下調節墊片調節下軸端擋圈和下圓錐滾子軸承組的間隙。
[0008]本發明具有以下有益效果:(I)本套管工具驅動頭結構簡單緊湊，操作方便，響應靈敏，壽命長久，使用可靠；(2)降低了制造成本，降低了加工難度；(3)提高了安全系數；
(4)易于實現遠距離控制，易于控制和維修；(5)對操作者要求低。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1是本發明一種鉆井頂驅下套管工具驅動頭的結構剖面示意圖。
[0010]圖中，1、上毛氈墊圈，2、上軸端擋圈，3、軸向固定螺母A，4、上調節墊片，5、上圓錐滾子軸承組，6、上殼體,7、軸向固定螺母B, 8、球軸承,9、電磁剎車磁軛,10、電磁剎車動盤，
11、電磁剎車銜鐵，12、下殼體，13、上行程開關，14、外螺紋體，15、內螺紋體，16、主軸，17、套筒，18、下圓錐滾子軸承組，19、下行程開關，20、殼體端蓋，21、軸向固定螺母C，22、下調節墊片，23、下軸端擋圈，24、下毛租墊圈。
【具體實施方式】
[0011]實施例1:以外部驅動頂驅下套管工具驅動頭為例對本發明作進一步詳細說明。
[0012]將本發明應用到外部頂驅下套管工具驅動頭中，如圖1所示，一種鉆井頂驅下套管工具驅動頭，是采用電磁剎車技術將主軸16上的扭矩轉化為推力來實現卡瓦夾緊機構對套管的夾緊，關鍵結構有殼體、扭矩傳遞機構、扭矩轉化機構和輔助機構等。殼體主要由上毛氈墊圈1、上軸端擋圈2、上調節墊片4、上殼體6、上圓錐滾子軸承組5、下殼體12、下毛氈墊圈24、下軸端擋圈23、下調節墊片22組成；扭矩傳遞機構主要有電磁剎車磁軛9、電磁剎車動盤10、電磁剎車銜鐵11、球軸承8組成；扭矩轉化機構主要有外螺紋體14、內螺紋體15、套筒17、下圓錐滾子軸承組18組成。
[0013]電磁剎車動盤10和主軸16之間用花鍵連接，漸開線花鍵依據軸頸和小模數大齒數的選用原則選取齒數為82、模數為2.5 ；電磁剎車磁軌9和上殼體6之間用螺栓連接，電磁剎車磁軌9和電磁剎車動盤10之間安裝一個球軸承8,電磁剎車動盤10和電磁剎車銜鐵11之間有0.7mm的執行距離；電磁剎車銜鐵11用鉚釘連接在外螺紋體14上，外螺紋體14和內螺紋體15之間用螺紋連接；外螺紋體14內圈裝有一對下圓錐滾子軸承組18，在兩個下圓錐滾子軸承組18之間安裝套筒17，下圓錐滾子軸承組18的上端連接主軸16下端的一段軸肩，下端安裝一個軸向固定螺母C21 ;在外螺紋體14的下端安裝有下軸端擋圈23和下毛氈墊圈24，外螺紋體14與下軸端擋圈23之間安裝下調節墊片22 ;外螺紋體14與內螺紋體15用螺紋連接；在下殼體12上安裝有上行程開關13，在殼體端蓋20下端各安裝有下行程開關19，內螺紋體15外部設置有外花鍵，下殼體12內部設置有內花鍵，內螺紋體15的外花鍵與下殼體12的內花鍵連接。上卸扣時，接通電磁剎車器，電磁剎車銜鐵11軸向移動且壓緊在安裝在主軸16上的電磁剎車動盤10上，通過主軸一電磁剎車動盤一電磁剎車銜鐵傳動帶動外螺紋體14 一起繞主軸16轉動。外螺紋體14通過下圓錐滾子軸承組18、下軸端擋圈23實現軸向固定。內螺紋體15就會通過和外螺紋體14的螺紋連接實現軸向運動。當主軸16逆時針轉動時，外螺紋體14和內螺紋體15作背離運動，外螺紋體14是軸向固定的，內螺紋體15就會沿軸向向下運動推動卡套、連接套、連桿運動進而實現卡瓦夾緊機構對套管的夾持。這時斷開電磁剎車器，內螺紋體15和外螺紋體14由于自鎖而相對靜止，保證了夾板一直保持夾緊狀態。最后主軸16通過正反轉來實現上卸扣。當一個上卸扣動作結束時，接通電磁剎車器，電磁剎車銜鐵11移動到壓緊在安裝在主軸16上的電磁剎車動盤10上，通過主軸一電磁剎車動盤一電磁剎車銜鐵傳動帶動外螺紋體14 一起繞主軸16轉動。此時主軸16作順時針轉動，外螺紋體14和內螺紋體15作相向運動，外螺紋體14是軸向固定的，內螺紋體15就會沿軸向向上運動拉動卡套、連接套、連桿運動進而實現卡瓦夾緊機構松開套管。至此，一次上卸扣作業完成。外部殼體結構主要實現保護作用以及通過下殼體12保證內螺紋體15不隨外螺紋體14轉動。
【權利要求】
1.一種鉆井頂驅下套管工具驅動頭，是由主軸、殼體、軸端擋圈、毛氈墊圈、調節墊片、軸向固定螺母、圓錐滾子軸承組、電磁剎車磁軛，電磁剎車動盤、電磁剎車銜鐵、內螺紋體、外螺紋體和套筒組成，其特征在于:在上殼體(6)頂端安裝上軸端擋圈(2)和上毛氈墊圈(I)，上毛租墊圈與主軸(16)之間用過盈配合,在上軸端擋圈(2)與上殼體(6)之間安裝有上調節墊片(4);在上殼體(6)與主軸(16)之間裝有一對上圓錐滾子軸承組(5)，上圓錐滾子軸承組(5)的上端安裝一個軸向固定螺母A (3)，下端連接主軸(16)上端的一段軸肩，軸肩處開有退刀槽；上殼體(6)用螺栓連接下殼體(12);上殼體(6)上用螺栓連接電磁剎車磁軛(9 )，電磁剎車動盤(10 )用花鍵與主軸(16 )連接，電磁剎車動盤(10 )上端安裝軸向固定螺母B (7)，下端連接主軸(16)中部的一段軸肩；電磁剎車磁軛(9)與電磁剎車動盤(10)之間安裝有球軸承(8);電磁剎車銜鐵(11)用鉚釘連接在外螺紋體(14)上，電磁剎車銜鐵(II)與電磁剎車動盤(10)之間有0.7mm的執行距離；外螺紋體(14)內圈裝有一對下圓錐滾子軸承組(18)，在兩個下圓錐滾子軸承組(18)之間安裝套筒(17)，下圓錐滾子軸承組(18)的上端連接主軸(16)下端的一段軸肩，下圓錐滾子軸承組(18)的下端安裝一個軸向固定螺母C (21);在外螺紋體(14)的下端安裝有下軸端擋圈(23)和下毛氈墊圈(24)，外螺紋體(14)與下軸端擋圈(23)之間安裝下調節墊片(22);外螺紋體(14)與內螺紋體(15)用螺紋連接；在下殼體(12)上安裝有上行程開關(13)，在殼體端蓋(20)下端各安裝有下行程開關(19)，內螺紋體(15)外部設置有外花鍵，下殼體(12)內部設置有內花鍵，內螺紋體(15)的外花鍵與下殼體(12)的內花鍵連接。
2.根據權利要求1所述套管工具驅動頭，其特征是:上圓錐滾子軸承組(5)與主軸(16)和上殼體(6)之間均采用過度配合，與主軸(16)用較松配合，與上殼體(6)用較緊配入口 ο
3.根據權利要求1所述套管工具驅動頭，其特征是:下圓錐滾子軸承組(18)與主軸(16)和下殼體(12)之間均采用過度配合，與主軸(16)用較松配合，與下殼體(12)用較緊配合。
【文檔編號】E21B7/20GK103628818SQ201310617485
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年11月28日 優先權日:2013年11月28日
【發明者】蔣發光, 張佳佳, 梁政, 鄧雄, 張梁, 趙廣慧, 葉哲偉, 肖仕紅, 田家林 申請人:西南石油大學