本發(fā)明專利涉及一種應(yīng)用于石油、天然氣等鉆探領(lǐng)域的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具，特別涉及一種動態(tài)指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆工具的傳力關(guān)節(jié)軸承。

背景技術(shù)：

旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具在鉆進(jìn)過程中需要通過不斷調(diào)整鉆頭方位角實現(xiàn)井眼軌跡導(dǎo)向，特別是對于動態(tài)指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具，其是通過偏執(zhí)導(dǎo)向軸的偏擺來改變鉆頭方向。此時需要一種既能傳遞扭矩又能任意改變方向，同時又能傳遞鉆壓的一種旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的傳力關(guān)節(jié)軸承。

在國內(nèi)天津大學(xué)發(fā)明了旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井用中空萬向節(jié)和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井用萬向節(jié)。這兩種萬向節(jié)共同采用萬向節(jié)叉和十字軸的結(jié)構(gòu)；萬向節(jié)內(nèi)部形成上下貫通的過液通道來實現(xiàn)鉆井液在萬向節(jié)中的傳輸，但是工具裝配復(fù)雜，鉆井液有可能會腐蝕萬向節(jié)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有工具存在的問題，本發(fā)明目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)速度快、可靠性和穩(wěn)定性高的動態(tài)指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的傳力關(guān)節(jié)軸承，改變了傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具軸承的受力情況，具有更長的壽命，且不受鉆井液的腐蝕影響。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種動態(tài)指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的傳力關(guān)節(jié)軸承，包括安裝在旋轉(zhuǎn)外套內(nèi)的球形殼、鋼球ⅰ、導(dǎo)向架、鋼球ⅱ、球形套和導(dǎo)向軸；

球形殼、導(dǎo)向架和球形套安裝在中間設(shè)有液體流道的導(dǎo)向軸上，導(dǎo)向軸一端連接有鉆頭；

所述球形殼和導(dǎo)向架之間沿圓周方向安裝有多個能夠使二者沿徑向產(chǎn)生相對滑動的鋼球ⅰ，球形殼和導(dǎo)向架通過鋼球ⅰ滑動配合，導(dǎo)向架和球形套之間沿圓周方向安裝有多個能夠使二者沿徑向產(chǎn)生相對滑動的鋼球ⅱ，導(dǎo)向架和球形套通過鋼球ⅱ滑動配合；球形殼和球形套與旋轉(zhuǎn)外套固定連接，導(dǎo)向架固定安裝在導(dǎo)向軸上，球形殼和球形套與導(dǎo)向軸之間預(yù)留有導(dǎo)向軸擺動的間隙，導(dǎo)向架與旋轉(zhuǎn)外套之間預(yù)留有導(dǎo)向架擺動的間隙；所述球形殼靠近鉆頭的一側(cè)設(shè)有密封結(jié)構(gòu)，密封結(jié)構(gòu)安裝在扶正器內(nèi)，密封結(jié)構(gòu)一側(cè)與旋轉(zhuǎn)外套固定連接，另一側(cè)與扶正器固定連接；

球形殼和導(dǎo)向架之間，導(dǎo)向架和球形套之間通過鋼球ⅰ和鋼球ⅱ滑動配合使導(dǎo)向架與球形殼和球形套發(fā)生相對滑動，實現(xiàn)導(dǎo)向軸擺動導(dǎo)向的功能，導(dǎo)向架與球形殼和球形套之間的滑動軌跡是圓弧。

進(jìn)一步，導(dǎo)向架兩側(cè)面為凸向一致的兩個球面，導(dǎo)向架的外球面與球形殼配合，導(dǎo)向架的內(nèi)球面與球形套配合，球形殼和球形套與導(dǎo)向架的配合面均為球面；導(dǎo)向架的內(nèi)外球面上周向等分的開有多條溝道，球形殼和球形套的球面上開設(shè)有與導(dǎo)向架溝道位置對應(yīng)的球窩，鋼球ⅰ和鋼球ⅱ分別安裝在球形殼和球形套的球窩內(nèi)，溝道與鋼球共軛接觸；球形殼和球形套通過鋼球ⅰ和鋼球ⅱ將旋轉(zhuǎn)外套產(chǎn)生的扭矩傳遞給導(dǎo)向架。

進(jìn)一步，導(dǎo)向架通過花鍵和螺釘安裝在導(dǎo)向軸上；導(dǎo)向軸上的外花鍵與導(dǎo)向架上的內(nèi)花鍵配合，最終將旋轉(zhuǎn)外套產(chǎn)生的的扭矩傳遞給導(dǎo)向軸，帶動鉆頭破巖。

進(jìn)一步，導(dǎo)向架上均布有三個螺紋孔，導(dǎo)向軸表面均布有三個螺紋孔，三個螺釘插入螺紋孔將導(dǎo)向架固定在導(dǎo)向軸上，通過螺釘將扭矩傳遞給導(dǎo)向軸，最終將鉆壓通過導(dǎo)向軸傳遞給鉆頭破巖。

進(jìn)一步，球形套外周面上均布有8個相同的下半圓形凹槽，與球形套配合的旋轉(zhuǎn)外套的內(nèi)部有8個相同的上半圓形凹槽，上下凹槽配合形成一個完整圓形，8個圓柱銷分別插入這8個圓形凹槽內(nèi)，將旋轉(zhuǎn)外套的的扭矩傳遞給球形套。

進(jìn)一步，導(dǎo)向架兩側(cè)球面上各均布有12條溝道，球形殼和球形套的球面上各開設(shè)有與溝道位置對應(yīng)的12個球窩。

本發(fā)明具有積極效果是：

本發(fā)明的動態(tài)指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具傳力關(guān)節(jié)軸承包括依次安裝在旋轉(zhuǎn)外套內(nèi)的球形殼、鋼球ⅰ、導(dǎo)向架、鋼球ⅱ和球形套，球形殼、導(dǎo)向架和球形套安裝在中間設(shè)有液體流道的導(dǎo)向軸上；球形殼和導(dǎo)向架之間，導(dǎo)向架和球形套之間通過鋼球滑動配合使導(dǎo)向架與球形殼和球形套發(fā)生相對滑動，實現(xiàn)導(dǎo)向軸擺動導(dǎo)向的功能，能實現(xiàn)井眼軌跡的精確控制，同時具有響應(yīng)的快速性、較高的可靠性和良好的穩(wěn)定性。

傳力關(guān)節(jié)軸承僅由旋轉(zhuǎn)外套內(nèi)的球形殼、導(dǎo)向架和球形套等主要部件構(gòu)成，結(jié)構(gòu)簡單；導(dǎo)向軸中間設(shè)有液體流道，球形殼左側(cè)設(shè)有密封結(jié)構(gòu)，鉆井液經(jīng)液體流道流過，其內(nèi)部不通過鉆井液，保證了工具在干燥封閉的環(huán)境內(nèi)工作，免受鉆井液的侵蝕，延長工具使用壽命。

進(jìn)一步，本發(fā)明通過鋼球連接傳力關(guān)節(jié)軸承零件，零件上分別設(shè)有球窩和溝道，球形殼和球形套通過鋼球ⅰ和鋼球ⅱ將扭矩傳遞給導(dǎo)向架，可以靈活改變鉆頭的方向，同時也改變了傳力關(guān)節(jié)軸承的受力情況，具有更長的壽命。

進(jìn)一步，本發(fā)明通過鋼球分別連接傳力關(guān)節(jié)軸承零件，零件上分別設(shè)有球窩和溝道，球窩和溝道通過鋼球配合的面為球面，可以靈活改變鉆頭的方向，球窩和溝道分布均勻，改變了以往軸承滾珠間隔大，軸承零件疲勞應(yīng)力分布不均勻的情況。

進(jìn)一步，本發(fā)明布置兩排鋼球，零件上分別分布有溝道和球窩，各零件之間的配合通過鋼球的滑動連接，可以實現(xiàn)導(dǎo)向的快速性。導(dǎo)向架與導(dǎo)向軸的配合既有花鍵又有螺釘，使工具有較高的可靠性和良好的穩(wěn)定性。

進(jìn)一步，本發(fā)明工具布置了兩排鋼球，執(zhí)行導(dǎo)向功能時，以鋼球ⅱ為支點，利用杠桿原理是遠(yuǎn)離鉆頭的導(dǎo)向軸部分微調(diào)便能使實鉆頭現(xiàn)轉(zhuǎn)向的功能，節(jié)省電機(jī)電能。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的原理示意圖

圖2是本發(fā)明a-a處剖面圖

圖3是本發(fā)明b-b處剖面圖

圖4是本發(fā)明c-c處剖面圖

圖中：1-扶正器、2-密封結(jié)構(gòu)、3-球形殼、4-鋼球ⅰ、5-導(dǎo)向架、6-螺釘、7-鋼球ⅱ、8-球形套、9-圓柱銷、10-旋轉(zhuǎn)外套、11-導(dǎo)向軸、12-花鍵、13-鉆頭。

具體實施方式

下面將結(jié)合實施例對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都應(yīng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做詳細(xì)說明。

參照圖1，本發(fā)明的動態(tài)指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的傳力關(guān)節(jié)軸承，包括在旋轉(zhuǎn)外套10內(nèi)從左至右依次安裝的球形殼3、鋼球ⅰ4、導(dǎo)向架5、鋼球ⅱ7和球形套8。

所述球形殼3和導(dǎo)向架5之間沿圓周方向安裝有多個能夠使二者沿徑向產(chǎn)生相對滑動的鋼球ⅰ4，球形殼3和導(dǎo)向架5通過鋼球ⅰ4滑動配合，導(dǎo)向架5和球形套8之間沿圓周方向安裝有多個能夠使二者沿徑向產(chǎn)生相對滑動的鋼球ⅱ7，所述導(dǎo)向架5和球形套8通過鋼球ⅱ7滑動配合；球形殼3和球形套8與旋轉(zhuǎn)外套10固定連接，導(dǎo)向架5固定安裝在導(dǎo)向軸11上，球形殼3和球形套8與導(dǎo)向軸11之間預(yù)留有導(dǎo)向軸11擺動的間隙，導(dǎo)向架5與旋轉(zhuǎn)外套10之間預(yù)留有導(dǎo)向架5擺動的間隙；所述球形殼3靠近鉆頭的一側(cè)設(shè)有密封結(jié)構(gòu)2，密封結(jié)構(gòu)2安裝在扶正器內(nèi)，密封結(jié)構(gòu)一側(cè)與旋轉(zhuǎn)外套10固定連接，另一側(cè)與扶正器固定連接。

參照圖1，扭矩傳遞功能由旋轉(zhuǎn)外套10、傳力關(guān)節(jié)軸承以及連接軸承與旋轉(zhuǎn)外套的零件完成，球形殼3的外徑和與其配合處的旋轉(zhuǎn)外套10的內(nèi)徑相同；導(dǎo)向架5的內(nèi)外球面上周向等分的開有多條溝道，導(dǎo)向架5兩側(cè)面為凸向一致的兩個球面，導(dǎo)向架5的外球面與球形殼3配合，導(dǎo)向架5的內(nèi)球面與球形套8配合，球形殼3和球形套8與導(dǎo)向架5的配合面均為球面；球形殼3和球形套8的球面上開設(shè)有與導(dǎo)向架5溝道位置對應(yīng)的球窩，鋼球ⅰ4和鋼球ⅱ7分別安裝在球形殼3和球形套8的球窩內(nèi)，溝道與鋼球共軛接觸；球形殼3和球形套8通過鋼球ⅰ4和鋼球ⅱ7將旋轉(zhuǎn)外套10產(chǎn)生的扭矩傳遞給導(dǎo)向架5。

參照圖2，導(dǎo)向架5通過花鍵12和螺釘6安裝在導(dǎo)向軸11上；導(dǎo)向軸11上的外花鍵12與導(dǎo)向架5上的內(nèi)花鍵配合，最終將旋轉(zhuǎn)外套10產(chǎn)生的扭矩傳遞給導(dǎo)向軸11，帶動鉆頭13進(jìn)行破巖。

參照圖3，導(dǎo)向架5均布有三個相同的螺紋孔，并且螺紋孔的軸線與圓柱銷9的軸線相互垂直，同時導(dǎo)向軸11表面也均布三個螺紋孔，三個螺釘6插入導(dǎo)向架上5的螺紋孔和導(dǎo)向軸11的螺紋孔，可以將導(dǎo)向架固定在導(dǎo)向軸上，同時還能通過螺釘6將扭矩傳遞給導(dǎo)向軸11，最終帶動鉆頭13破巖。

參照圖4，旋轉(zhuǎn)外套10與其配合處扶正器1的內(nèi)徑相同，球形套8和與其配合處的旋轉(zhuǎn)外套10的內(nèi)徑相同；球形套8外圓面上均布有8個相同的下半圓形凹槽，與其配合的旋轉(zhuǎn)外套10的內(nèi)部也有8個相同的上半圓形凹槽，上下凹槽配合形成一個完整圓形，圓柱銷9的外徑與所形成的圓形凹槽直徑相同，8個圓柱銷9分別插入這8個圓形凹槽內(nèi)，可以將旋轉(zhuǎn)外套的10的扭矩傳遞給球形套8。

導(dǎo)向架5兩側(cè)球面上各均布有12條溝道，球形殼3和球形套8的球面上各開設(shè)有與溝道位置對應(yīng)的12個球窩。球形殼3和導(dǎo)向架5、導(dǎo)向架5和球形套8它們之間通過鋼球滑動配合并且工具執(zhí)行導(dǎo)向功能時運動件的運動的軌跡是圓弧。

本發(fā)明的工作原理：

旋轉(zhuǎn)外套10旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的扭矩通過固定連接和圓柱銷9將扭矩傳遞給球形殼3和球形套8，然后通過鋼球ⅰ4和鋼球ⅱ7傳遞給導(dǎo)向架5，導(dǎo)向架5通過與導(dǎo)向軸11配合的花鍵12和螺釘6將扭矩傳遞給導(dǎo)向軸11帶動鉆頭破巖。

上部鉆柱施加在旋轉(zhuǎn)外套10上的鉆壓，經(jīng)球形套8與旋轉(zhuǎn)外套10配合的臺階傳遞給球形套8，球形套8通過與其配合的鋼球ⅱ7將鉆壓傳遞給導(dǎo)向架5，導(dǎo)向架5通過其臺階與導(dǎo)向軸11配合的花鍵12上的臺階和螺釘6將鉆壓傳遞給導(dǎo)向軸11，最終將鉆壓通過導(dǎo)向軸11傳遞給鉆頭，進(jìn)行破巖。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實施方式僅限于此，對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求書確定專利保護(hù)范圍。