一种用于钻井工具内部的钻压传递密封装置
阅读说明：本技术 一种用于钻井工具内部的钻压传递密封装置 (Drilling pressure transmission sealing device used inside drilling tool ) 是由 冯定 吴鑫鑫 洪腾蛟 于 2021-07-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于钻井工具内部的钻压传递密封装置,属于钻井工具,解决了现有钻井工具钻压传递机构不稳定,油液密封不佳的问题；其包括：设置于钻柱与外壳之间的压力传输组件,压力传输组件包括轴向抵接的缓冲连接模块和挠性连接模块；缓冲连接模块包括连接钻柱的第一套筒、套设于第一套筒外部的第二套筒以及弹性缓冲单元,第一套筒与心轴转矩传动连接且可沿心轴的轴向移动,以供第一套筒传递转矩给心轴,传递轴向钻压给第二套筒,弹性缓冲单元设置于第一套筒和第二套筒之间供于缓冲轴向钻压；挠性连接模块围合设置于心轴外侧,挠性连接模块的两端分别与第二套筒和外壳连接,以供第二套筒与外壳之间具有角向、径向、轴向的偏置度。(The invention discloses a drilling pressure transmission sealing device used in a drilling tool, belongs to the drilling tool, and solves the problems of unstable drilling pressure transmission mechanism and poor oil sealing of the existing drilling tool; it includes: the pressure transmission assembly is arranged between the drill string and the shell and comprises a buffer connection module and a flexible connection module which are axially abutted; the buffering connection module comprises a first sleeve connected with the drill string, a second sleeve sleeved outside the first sleeve and an elastic buffering unit, the first sleeve is in torque transmission connection with the mandrel and can move along the axial direction of the mandrel, so that the first sleeve can transmit torque to the mandrel and axial bit pressure to the second sleeve, and the elastic buffering unit is arranged between the first sleeve and the second sleeve and is used for buffering the axial bit pressure; the flexible connection module is arranged outside the mandrel in a surrounding mode, and two ends of the flexible connection module are connected with the second sleeve and the outer shell respectively so that angular, radial and axial offset degrees can be formed between the second sleeve and the outer shell.)
技术领域
本发明涉及钻井工具技术领域，尤其涉及一种用于钻井工具内部的钻压传递密封装置。
背景技术
目前市场上的旋转导向钻井工具根据导向方式的不同，可分为推靠式和指向式两种形式。推靠式旋转导向钻井工具的特点是能够在钻头处产生一个的推靠力，推靠力的大小与活塞面积和内外压差有关，所以推靠力大小有限；同时，由于推板伸缩频繁，工具的磨损严重。指向式旋转导向钻井工具利用偏心机构迫使心轴发生弯曲变形，使钻头翘起一定的角度。对于偏心环式的偏心机构，它在使钻头产生一定角度的同时，对心轴的偏心力大小是一定的，因此钻头处的侧向力大小也一定。并且，工具工作时，心轴处于挠曲状态，整个心轴承受较大的交变载荷，容易发生疲劳损坏，影响工具寿命。
公开号为CN107882507A的发明创造公开了一种高造斜率旋转导向钻井工具，该钻井工具通过采用钻压传递装置和扭矩传递装置，分别将钻压和扭矩传递到钻头上，所述钻压传递装置包括上球面导向块和下球面导向块，上球面导向块通过推力球轴承和深沟球轴承安装在万向轴上，轴承保护套通过螺纹连接于上球面导向块，上球面导向块通过螺母固定套筒；下球面导向块通过螺栓固接于导向套筒内；所述扭矩传递装置包括球笼外壳，球笼外壳内设置有滚珠，球笼外壳通过固定螺母固定于下球面导向块中。这样可以使钻压和扭矩分开传递，避免通过同一构件传递，导致工具不能正常工作。
现有的指向式导向钻井工具的钻压传递工具结构不稳定，无法长时间高载荷的工作，故障率高。并且工具内部油液的密封性不佳，容易出现漏液的现象。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种用于钻井工具内部的钻压传递密封装置，用以解决现有钻井工具钻压传递机构不稳定，油液密封不佳的问题。
本发明提供一种用于钻井工具内部的钻压传递密封装置，包括钻柱、外壳以及连接钻柱和外壳的心轴，还包括：设置于钻柱与外壳之间的压力传输组件，所述压力传输组件包括轴向抵接的缓冲连接模块和挠性连接模块；
所述缓冲连接模块包括连接钻柱的第一套筒、套设于第一套筒外部的第二套筒以及弹性缓冲单元，所述第一套筒与心轴转矩传动连接且可沿所述心轴的轴向移动，以供所述第一套筒传递转矩给心轴，传递轴向钻压给所述第二套筒，所述弹性缓冲单元设置于所述第一套筒和第二套筒之间供于缓冲轴向钻压；
所述挠性连接模块围合设置于心轴外侧，所述挠性连接模块的两端分别与所述第二套筒和外壳连接，以供所述第二套筒与外壳之间具有角向、径向、轴向的偏置度。
进一步的，所述第一套筒和第二套筒均设有直径不同的大端部和小端部，所述第一套筒的大端部与钻柱的接头可拆卸式连接，所述第一套筒的小端部与心轴花键式连接，并且所述第一套筒的小端部与心轴之间设有轴向移动间隙；所述第二套筒的大端部套设于所述第一套筒上，所述第二套筒的大端部与所述第一套筒的小端部之间设有用于安装所述弹性缓冲单元的封闭空间。
进一步的，所述第一套筒的大端部与钻柱的接头螺纹连接，所述第一套筒的大端部的外壁与所述第二套筒的大端部的内壁之间设有多个密封件。
进一步的，所述弹性缓冲单元包括相互抵接的环形弹性件以及止推轴承，所述环形弹性件的另一端与所述第一套筒的筒肩抵接，所述止推轴承的另一端与所述第二套筒的筒肩抵接。
进一步的，所述环形弹性件包括外圈环形弹簧和内圈环形弹簧，所述内圈环形弹簧套设于所述第一套筒的小端部上，所述外圈环形弹簧嵌设于所述内圈环形弹簧中。
进一步的，所述挠性连接模块包括线性连接的柔性上接头、柔性片、柔性下接头、柔性中间体以及旋接件，所述柔性上接头与所述第二套筒的端部可拆卸连接，所述柔性下接头与外壳的内壁可拆卸式连接，所述柔性中间体设置于所述柔性上接头和柔性下接头之间，所述柔性中间体与所述柔性上接头和柔性下接头之间的间隔中至少设有一个所述柔性片，所述柔性上接头、柔性片、柔性下接头以及柔性中间体之间通过旋接件连接。
进一步的，所述柔性片设有均匀分布的四个旋接件，所述旋接件两两相对设置，两对所述旋接件的旋入端相背设置且分别与所述柔性片两侧的部件连接。
进一步的，所述第二套筒与外壳之间设有密封连接单元，所述密封连接单元隔离工具内部和外界，保持工具内部的油液密封。
进一步的，所述密封连接单元包括第一环形卡环、第二环形卡环以及设置于第一环形卡环和第二环形卡环之间的密封卡圈，所述第一环形卡环与所述第二套筒的外壁固定连接，所述第二环形卡环与所述转动外壳内壁固定连接，所述密封卡圈分别与所述第一环形卡环和第二环形卡环卡接。
进一步的，所述第一环形卡环和第二环形卡环上分别设有第一卡口和第二卡口，所述密封卡圈的内外边缘分别与所述第一卡口和第二卡口卡接。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
(1)本发明的一种用于钻井工具内部的钻压传递密封装置，挠性连接模块借助柔性上接头、柔性片、柔性下接头以及柔性中间体之间的柔性连接，使得与挠性连接模块连接第二套筒和外壳具有有角向、径向、轴向的偏置度。
(2)本发明的一种用于钻井工具内部的钻压传递密封装置，缓冲连接模块利用环形弹性件来缓冲轴向钻压，能够缓解轴向钻压剧烈变化所带来的冲击，保护轴承。
(3)本发明的一种用于钻井工具内部的钻压传递密封装置，采用花键式的连接方式连接心轴与钻柱，在将转矩传递给心轴的同时，不让心轴承受轴向钻压。花键式的连接方式结构稳定，可靠性高，实用性强，使用寿命长。
(4)本发明的一种用于钻井工具内部的钻压传递密封装置，在外壳与第二套筒之间设置密封连接单元，加强外壳与第二套筒之间的密封，防止工具内部的油液泄露。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明整体的结构示意图；
图2是图1的C处局部放大的结构示意图；
图3是图1的B处局部放大的结构示意图；
图4是本发明中挠性连接模块的立体结构示意图；
图5是图1的A处局部放大的结构示意图；
图中，钻柱100、外壳200、心轴300、缓冲连接模块400、第一套筒410、第二套筒420、密封件430、弹性缓冲单元440、环形弹性件441、内圈环形弹簧441a、外圈环形弹簧441b、止推轴承442、挠性连接模块500、柔性上接头510、柔性片520、柔性中间体530、柔性下接头540、旋接件550、密封连接单元600、第一环形卡环610、第一卡口611、第二环形卡环620、第二卡口621、密封卡圈630。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
请参阅图1，本实施例中的一种用于钻井工具内部的钻压传递密封装置，包括：钻柱100、外壳200以及连接钻柱100和外壳200的心轴300，钻柱100、外壳200以及心轴300均为钻进工具的必备工件，是本领域的现有技术。一种用于钻井工具内部的钻压传递密封装置，还包括设置于钻柱100与外壳200之间的压力传输组件，压力传输组件包括轴向抵接的缓冲连接模块400和挠性连接模块500。在具体实施过程中，钻柱100与心轴300转动连接，将转矩传递给心轴300。钻柱100与缓冲连接模块400连接，将轴向钻压传递给缓冲连接模块400，缓冲连接模块400对钻压有缓冲作用且减轻了缓冲连接模块400内部所承受的载荷冲击，提高了结构的稳定性。缓冲连接模块400将轴向钻压传递给与之相抵接的挠性连接模块500，挠性连接模块500与外壳200连接并将轴向钻压传递给外壳200，挠性连接模块500由柔性材料制成，具有一定的角向、径向、轴向的偏置度。
需要另外说明的是：本发明所提出的用于钻井工具内部的钻压传递密封装置也可用于外壳200、心轴300和钻头之间的转矩和轴向钻压的传递，在保护心轴300不受轴向钻压的同时将转矩和轴向钻压传递给钻头。
请继续参阅图1，缓冲连接模块400包括连接于钻柱100的第一套筒410以及套设于第一套筒410外部的第二套筒420以及弹性缓冲单元440。第一套筒410与心轴300转矩传动连接且可沿心轴的轴向移动，钻柱100将转矩和轴向钻压传递给第一套筒410，第一套筒410可以相对心轴300轴向移动，只能将转矩传递给心轴300而不能将轴向钻压传递给心轴300，第一套筒410将轴向钻压传递给第二套筒420。第一套筒410与第二套筒420之间设有用于缓冲轴向钻压的弹性缓冲单元440。
作为进一步的实施方式，第一套筒410和第二套筒420均设有直径不同的大端部和小端部，第一套筒410的大端部的内腔与钻柱100的接头通过螺纹连接，第一套筒410的小端部的内腔与心轴300连接，第一套筒410带动心轴300转动，第一套筒410的小端部与心轴300采用花键式连接，心轴300的端部设有外花键，第一套筒410的内部设有内花键，心轴300插装于第一套筒410中，外花键与内花键卡合，外花键与内花键可以轴向移动，又可以相互传输转矩。第一套筒410的小端部与心轴300之间设有轴向移动间隙，在第一套筒410沿心轴300轴向移动时，轴向余量能够提供移动空间，避免第一套筒410与心轴300发生轴向碰撞。第二套筒420的大端部套设于第一套筒410上，第二套筒420的大端部与第一套筒410的小端部之间设有用于安装弹性缓冲单元440的封闭空间。具体的，第一套筒410的小端部插装于第二套筒420的大端部中，第二套筒420的大端部的内壁与第一套筒410的小端部的外壁形成封闭空间，第一套筒410可相对第二套筒420进行轴向移动，从而扩大或者缩小密闭空间，弹性缓冲单元440抵抗缓冲第一套筒410与第二套筒420件的相对运动。
需要补充的是，第一套筒410的大端部的外壁与第二套筒420的大端部的内壁之间设有多个密封件430，密封件430具体为弹性密封圈，密封圈的数量不低于两个，密封圈能够填补第一套筒410与第二套筒420之间的缝隙，避免油液的泄露。
请参阅图2，弹性缓冲单元440包括相互抵接的环形弹性件441以及止推轴承442，环形弹性件441的另一端与第一套筒410的筒肩抵接，止推轴承442的另一端与第二套筒420的筒肩抵接。在具体实施过程中，第一套筒410、环形弹性件441、止推轴承442和第二套筒420依次抵接，相互之间传递轴向钻压，环形弹性件441用于缓冲压力，能够缓解轴向钻压剧烈变化所带来的冲击，保护轴承。作为进一步的实施方式，环形弹性件441包括外圈环形弹簧441b和内圈环形弹簧441a，内圈环形弹簧441a套设于第一套筒410的小端部上，外圈环形弹簧441b嵌设于内圈环形弹簧441a中。外圈环形弹簧441b和内圈环形弹簧441a的嵌套设置可以整体提高环形弹性件441的弹力，增强缓冲减振效果。
请参阅图3和图4，挠性连接模块500包括线性连接的柔性上接头510、柔性片520、柔性下接头540、柔性中间体530以及旋接件550，柔性上接头510通过工字块与第二套筒420连接，工字块通过螺栓分别与柔性上接头510和第二套筒420固定，柔性下接头540与外壳200螺纹连接。柔性中间体530设置于柔性上接头510和柔性下接头540之间，柔性中间体530与柔性上接头510和柔性下接头540之间的间隔中至少设有一个柔性片520，柔性上接头510、柔性片520、柔性下接头540和柔性中间体530之间通过旋接件550连接。
作为进一步的实施方式，柔性片520上设有均匀分布的四个旋接件550，旋接件550具体为螺栓，旋接件550两两相对设置，两对旋接件550的旋入端相背设置，分别与柔性片520两端的部件连接。在具体实施过程中，其中一个柔性片520上的一对旋接件550穿过柔性片520与柔性上接头510旋接，另一对旋接件550穿过柔性片520与柔性中间体530旋接；另一个柔性片520上的一对旋接件550穿过柔性片520与柔性下接头540旋接，另一对旋接件550穿过柔性片520与柔性中间体530旋接。柔性上接头510、柔性下接头540以及柔性中间体530与旋接件550的连接处设有凸起部，使得柔性上接头510、柔性下接头540以及柔性中间体530与柔性片520之间设有可供弯折转动的形变空间。当工具的心轴300偏置时，挠性连接模块500随心轴300两端一起偏离原中心轴线，挠性连接模块500中的柔性片520绕成对设置的旋接件产生一定的变形，进入到形变空间中，使得挠性连接模块500具有角向、径向、轴向的偏置度，从而保证钻压顺利传递至外壳。请重点参阅图3，在柔性上接头510和柔性下接头540与柔性片520之间设有空隔，该空隔用于安装其他柔性片520，可以通过增减柔性片520来调节挠性连接模块500内部角向、径向、轴向的偏置度的大小。
需要说明的是：包括柔性上接头510、柔性片520、柔性下接头540以及柔性中间体530的挠性连接模块500只是挠性连接模块500其中较优的一种实施方式，不是对挠性连接模块500的结构的一种限制。
请参阅图5，第二套筒420与外壳200之间设有密封连接单元600，密封连接单元600包括第一环形卡环610、第二环形卡环620以及设置于第一环形卡环610和第二环形卡环620之间的密封卡圈630，第一环形卡环610与第二套筒420的外壁固定连接，第二环形卡环620与转动外壳内壁固定连接，密封卡圈630分别与第一环形卡环610和第二环形卡环620卡接。在具体实施过程中，第一环形卡环610与第二环形卡环620的截面均为“L”形结构，在第一环形卡环610的内侧设有第一卡口611，第一卡口611与密封卡圈630的内侧接口卡接。在第二环形卡环620的内侧设有第二卡口621，第二卡口621与密封卡圈630的外侧接口卡接。密封卡圈630具体为环形弹性密封圈，在密封圈的内外边缘都设有沿着轴向延伸的接口。借助第一环形卡环610和第二环形卡环620，密封卡圈630能够更好地与外壳200的内壁和第二套筒420的外壁活动密封连接，防止工具内部的油液泄露。
工作流程：钻柱100通过第一套筒410与心轴300连接，第一套筒410将转矩传递给心轴300，第一套筒410将轴向钻压传递给弹性缓冲单元440，在经过弹性缓冲单元440减振缓冲后，再将轴向钻压传递给挠性连接模块500，最后传递给外壳200。当心轴300偏置时，弹性缓冲单元440心轴300一起偏离原中心轴300线，挠性连接模块500中的柔性片520产生一定的变形，从而保证钻压顺利传递至外壳200；同时密封卡圈630也随之发生变形，但是在第一环形卡环610和第二环形卡环620的卡合固定下，实现工具内部油液的密封及压力自适应变化。
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揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明之内。
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