专利名称：定向变角钻井接头的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种定向变角钻井接头。主要用于石油钻井工程，配合井下动力钻具，钻丛式井、多底井、定向井的造斜和降斜，或用于普通钻井的纠斜。
目前，国内石油钻井工程中，钻丛式井、定向井的造斜和降斜作业时，主要用死弯接头。它的缺点是不能改变弯曲角度，因此在钻井过程中常出现以下问题。一、死弯接头只有一个角度，需要改变角度时，必须起钻重新更换死弯接头。二、死弯接头弯曲角度大时，起下钻困难，容易破坏井壁，使井壁产生键槽，造成卡钻事故。三、调整方位困难，容易破坏井底。四、造斜角度不够大，不能钻大斜度井。
另外，有一种投球式可变角度弯接头。如中国专利85202671.4、美国83年专利，专利号US4374547，它们的缺点是只有一个凸轮轴，当每次投球改变弯曲角度时，其弯曲方位也随之改变。钻井造斜时，不应改变造斜方位，因此，它给钻井增加了调整造斜方位的麻烦。由于没有一次复位功能，即没有一次投球就能将弯曲角度改变为零度的功能，起钻前需要多次投球，才能将弯曲角度复位到零度。
本实用新型的目的一、克服死弯接头在井下不能改变弯曲角度的缺点；二、克服投球式可变角度弯接头弯曲时，不能保持弯曲方位不变，即不能固定弯曲方位的缺点。
本实用新型的技术特征是在投球式可变角度弯接头的基础上，设计了两个凸轮轴和两组导向销。上凸轮轴(5)、下凸轮轴(11)的外圆上分别设有直、斜相间的凸轮槽，并且上、下凸轮轴(5)、(11)的斜槽，倾斜方向相反。在上、下凸轮轴(5)、(11)中间设有万向节(9)。
为了简化定向变角钻井接头复位变直的操作过程，减少投球的次数，上、下凸轮轴(5)、(11)外圆的斜凸轮槽中有一条是复位斜凸轮槽。
为了使万向节(9)具有密封性能，在上、下凸轮轴(5)、(11)中间的万向节(9)为球面形万向球铰。
附图
一是本实用新型的一个实施例。主要由上接头(1)、定向套(2)、活塞(3)、花键(4)、上凸轮轴(5)、上导向销(6)、上转动体(7)、中间轴(8)、万向节(9)、铰轴(10)、下凸轮轴(11)、钢珠(12)、下导向销(13)、下转动体(14)、花键(15)、控制套(16)、释放销(17)、环形槽(18)、弹簧套(19)、复位弹簧(20)、钢球(21)、球座(22)、下接头(23)等部件组成。
结合本实用新型的附图和操作过程，对本实用新型的优点进行说明。上、下凸轮轴(5)、(11)的轴线相交于上、下转动体(7)、(14)的配合端面上，两条轴线的夹角为α。上凸轮轴(5)通过花键(4)与上接头(1)联接，使得二者不能相对转动。下凸轮轴(11)通过花键(15)与下转动体(14)相联接，使二者不能相对转动。上、下凸轮轴(5)、(11)之间有一个中间轴(8)和两个万向节(9)，它们起到使上、下凸轮轴(5)、(11)可以上下自由移动，不会卡住的作用。万向节(9)制成球面形万向节球铰，具有密封性能。上、下凸轮轴(5)、(11)的外圆上有直斜相间的凸轮槽，上凸轮轴(5)和下凸轮轴(11)上的斜槽倾斜方向相反。凸轮槽内各有一组导向销(6)、(13)，通过导向销(6)、(13)使上、下凸轮轴(5)、(11)与上、下转动体(7)、(14)联接在一起。
当需要定向变角钻井接头改变角度时，由地面通过钻具投入一个钢球(21)，钢球(21)落在释放销(17)上。地面开泵，钢球(21)上面的压强高于下面的压强，形成压力差。在压力差的作用下，上、下凸轮轴(5)、(11)向下移动，首先脱开花键(15)，然后继续下移，驱动上、下导向销(6)、(13)，上、下导向销(6)、(13)带动上转动体(7)向左转动一个角度，下转动体(14)向右转动同一个角度。这样使下接头(23)的弯曲方位不改变，并相应产生一次弯曲角度改变。其关系式如下φ＝arcCos(1－2Sin2α·Sin2(θ)/2 )式中φ－－下接头(23)的弯曲角度α－－上、下凸轮轴(5)、(11)的轴线夹角θ－－上、下转动体(7)、(14)的自转角度当释放销(17)移动到环形槽(18)处，钢球(21)自动落在球座(22)上，水眼中的泥浆压力差消失，复位弹簧(20)推动上、下凸轮轴(5)、(11)往上运动，直到下凸轮轴(11)下端与下转动体(14)的花键(15)啮合。完成一次变角过程，即可以进行钻进。需要增加弯曲角度，重复前过程。
当定向变角钻井接头达到最大弯曲值，需要起钻时必需将弯曲角度恢复到零度。这时投最后一个钢球(21)，蹩压，产生压力差，推动上、下凸轮轴(5)、(11)向下移动。上、下凸轮轴(5)、(11)外圆上的复位斜槽，通过上、下导向销(6)、(13)带动上、下转动体(7)、(14)大角度转动，使下接头(23)的弯曲角由最大值改变到零度。
实施例如附图一所示，上接头(1)、上凸轮体(5)、上转动体(7)、中间轴(8)、球铰(10)、下凸轮轴(11)、下转动体(14)、下接头(23)等主要零件用42CrMo制造。上接头(1)与上转动体(7)，上转动体(7)与下转动体(14)分别用钢珠(12)联接，彼此相互转动。上凸轮轴(5)的外圆上，在零度至九十度范围内有六组直斜相间不同深度的凸轮槽，斜槽的倾斜方向向右，九十度至一百八十度之间有一个倾斜方向向右的长斜槽－－复位长斜凸轮槽；下凸轮轴(11)的外圆上，在零度至九十度范围内有六组直斜相间不同深度的凸轮槽，斜槽的倾斜方向向左，九十度至一百八十度之间有一个倾斜方向向左的长斜槽－－复位长斜凸轮槽。六组凸轮槽可以使定向变角钻井接头变化六种角度。在变化弯曲角度的过程中，定向变角钻井接头的弯曲方位始终保持不变。万向节(9)使用是两个球铰。由于球铰在作上下运动时还能作摆动运动，使上、下凸轮轴(5)、(11)上下移动时不被卡死。两组导向销(6)、(13)始终保持在凸轮槽内。
权利要求1.一种由投球方法改变弯曲角度的定向变角钻井接头由上接头(1)、定向套(2)、上转动体(7)、钢珠(12)、释放销(17)、复位弹簧(20)、钢球(21)、下接头(23)所组成，其特征在于设有两个凸轮轴(5)、(11)和两组导向销(6)、(13)；上凸轮轴(5)和下凸轮轴(11)的外圆上有直斜相间的凸轮槽，并且倾斜方向相反；在上、下凸轮轴(5)、(11)之间设有一组万向节(9)。
2.如权利要求1所述的定向变角钻井接头，其特征在于上、下凸轮轴(5)、(11)的外圆上的斜凸轮槽，有一个是复位斜凸轮槽。
3.如权利要求1所述的定向变角钻井接头，其特征在于万向节为一组球面形万向球铰。
专利摘要本实用新型具有遥控、定向、变角的钻井接头。它采用地面投球，液体蹩压使装在上转动体上的导向销在凸轮轴斜坡槽上滑动和下转动体上的导向销在下凸轮轴斜坡槽上滑动，从而使上、下转动体产生相反方向的转动，得到了弯曲角度。角度从零度到需要的角度，并一次回位。又利用万向节上的铰轴作用只使上、下转动体在角度变化的方向上摆动，从而控制了方位。因此，它适用于石油钻井中丛式井、多底井、定向井造斜和普通井纠斜作业的新型实用工具。
文档编号E21B17/02GK2071700SQ89215330
公开日1991年2月20日 申请日期1989年8月23日 优先权日1989年8月23日
发明者张健, 沈汉民, 王瑞芳 申请人:张健, 沈汉民, 王瑞芳