一种串接式水平井钻进用钻杆的短节的制作方法

1.本发明涉及水平井钻进用钻杆配件设备加工制造领域，更具体地说，涉及一种串接式水平井钻进用钻杆的短节。


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层，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，现有技术中在钻杆外部同步设置导向套来克服井壁的阻力保证钻进平稳。
3.与本发明最接近的现有技术是一项是申请号为201611013316x，名称为水平井钻具的发明专利，公开一种水平井钻具，包括：第一钻杆接头、第二钻杆接头、以及位于所述第一钻杆接头与所述第二钻杆接头之间的多个首尾连接的钻杆短节；所述钻杆短节包括：纵长延伸的球头机构，所述球头机构的侧壁上设置有第一连接部；所述球头机构的一端设置有球头，所述球头的侧壁上设置有多个沿其周向间隔排布的轨迹槽；与所述球头机构活动连接的球窝机构；所述球窝机构具有容纳所述球头的球形腔体；所述球形腔体的壁上设有多个与所述轨迹槽一一对应的销孔；所述销孔内设有部分伸入所述轨迹槽的柱销；所述柱销与所述轨迹槽的内壁接触；所述球窝机构开设有能与第一连接部相匹配的第二连接部。这项专利存在的问题是：钻杆短节作为钻杆中的损耗件更换麻烦、球头的轨迹槽中的销钉通过端盖限位容易损坏、若固将球窝联成整体又存在无法装配的问题，第一球窝后端的部分延伸成的第二球面结构的外螺纹段加工存在难度。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的难题。


技术实现要素：

4.本发明目的是简化钻杆更换方式，通过结构设计降低钻杆各部件之间的装配难度，解决在钻井过程中钻杆摩阻扭矩大的问题，提高工作效率。
5.为了达到上述目的，本发明提供一种串接式水平井钻进用钻杆的短节，包括前部为直杆段后部为球头的公接头，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外壳体，以及所述外壳体后端通过内螺纹旋接的母接头；所述母接头的前端设置一个定位环，所述母接头和所述定位环形成了容纳所述公接头球头后部的球型腔。
6.所述公接头的球头在纵向截面的周向上间隔设置有凸起，所述外壳体对应间隔设有容置所述凸起的槽体，所述定位环的前端面与每一所述外壳体的槽体对应卡住每一所述公接头球头的凸起。
7.所述母接头设有内螺纹，对应所述公接头直杆段设有外螺纹，用于短节的依次连接；所述短节设置有贯穿前部所述公接头和后部所述母接头的中心孔；所述外壳体或所述
母接头的任一外周面环段上套接有滚动组件。
8.为满足所述公接头在工作过程中转动的强度要求并方便母接头与外壳体之间的装配，优选的是在所述外壳体内设有卡接所述定位环的环形定位槽。
9.所述球头后部装配要求较高，为避免整体结构的定位环影响装配精度，优选的是将所述定位环分段设置，两相邻的定位环环段间开有装配口。
10.在水平井井壁内径有限制要求的工况下，应保证钻杆整体最大外径越小越好，一种优选方式为：所述母接头尾部凸缘与所述外壳体之间留有套接于所述母接头外周面的滚动组件，所述滚动组件包括所述轴承外套以及所述母接头和所述轴承外套之间的滚动体。
11.水平井钻进的过程中，所述公接头直杆段相对于所述外壳体是绕轴向万向运动的，一种优选方式为：所述外壳体内壁在与所述公接头直杆段外壁套接处留有活动间隙，以保证所述公接头直杆段相对所述外壳体之间形成弯曲。
12.所述外壳体通过内螺纹与所述母接头的外螺纹旋接，需要施加足够的力量把紧，为了方便施力，一种优选方式为：所述外壳体外周环段上还间隔设有铣平面。
13.水平井钻进的过程中，所述公接头直杆段相对于所述外壳体是绕轴向万向运动的，一种优选方式为：所述球头凸起的下部呈弧状并且其径向端头与对应的所述外壳体槽体接触面间有活动间隙。能够保证所述球头凸起在所述外壳体槽体中顺利运动并且防止因局部受力不均挤压变形产生卡死现象，使所述球头凸起和所述体槽体更容易加工。
14.水平井钻进过程中，钻杆短节中会通入钻井液，为了防止脏污及钻井液进入球头与球腔内影响弯曲活动，一种优选方式为：所述短节在中心孔公接头直杆段前端和所述母接头前端面上均设有密封圈。
附图说明
15.图1是本发明所述的串接式水平井钻进用钻杆的短节的主视半剖结构示意图。
16.图2是本发明所述的串接式水平井钻进用钻杆的短节的主视半剖结构示意图。
17.图3是图2的a
‑
a处截面示意图。
18.图4是本发明所述的串接式水平井钻进用钻杆的短节外壳体的主视半剖结构示意图。
19.图5是图4的b
‑
b处截面示意图。
20.图6是本发明所述的串接式水平井钻进用钻杆的短节定位环的侧视半剖结构示意图。
21.图7是本发明所述的串接式水平井钻进用钻杆的短节定位环的主视结构示意图。
22.图8是本发明所述的串接式水平井钻进用钻杆的短节轴承外套的主视结构示意图。
23.图9是本发明所述的串接式水平井钻进用钻杆的短节滚动体的主视结构示意图。
24.图10是本发明所述的串接式水平井钻进用钻杆的短节定位环的侧视半剖结构示意图。
25.图11是本发明所述的串接式水平井钻进用钻杆的短节多个串接在一起的半剖结构示意图。
26.其中：1、第一密封圈，2、公接头，3、外壳体，4、定位环，5、第二密封圈，6、轴承外套，
7、滚动体，8、母接头。
具体实施方式
27.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术中的技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
28.实施例：
29.如图1所示，一种串接式水平井钻进用钻杆的短节，包括前部为直杆段后部为球头的公接头2，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外壳体3，以及所述外壳体3后端通过内螺纹旋接的母接头8。所述外壳体3内壁在与所述公接头2直杆段外壁套接处留有活动间隙，具体的说，所述外壳体3内壁在与所述公接头2直杆段外壁套接处呈逐渐扩大的喇叭口状。所述外壳体3外周环段上还间隔设有铣平面。便于套接工具进行扣紧。
30.若母接头8单独形成球形腔结构，所述母接头8与所述外壳体3通过螺纹连接，因加工精度及装配条件限制，二者的接触处必定存在空隙，容易导致串联的短节在使用过程中所述母接头8顶不紧所述公接头2发生串位。因此在所述母接头8的前端设置一个定位环4，如图1和图4～7所示，所述母接头8和所述定位环4共同形成了容纳所述公接头2球头后部的球型腔。在所述外壳体3 内设有与所述定位环4对应的环形定位槽，该环形定位槽起到对所述定位环4 径向限位的作用。
31.为了方便将所述定位环4装配在所述环形定位槽中，所述定位环4分为三段，所述定位环4分段装配在两相邻的定位环环段间开有装配口，装配口即两个相邻部分的接触处开的斜口。装配完成后令所述定位环4与所述公接头2球头后部的球面紧密接触，并且满足所述母接头8与所述外壳体的装配需求；
32.如图1～3所示，所述公接头2的球头在纵向截面的周向上间隔设置有凸起，所述外壳体3对应间隔设有容置所述凸起的槽体，所述定位环4的前端面与每一所述外壳体3的槽体对应卡住每一所述公接头2球头的凸起。所述母接头8 设有内螺纹，对应所述公接头2直杆段设有外螺纹，用于短节的依次连接；所述短节设置有贯穿前部所述公接头2和后部所述母接头8的中心孔；所述外壳体3或所述母接头8的任一外周面环段上套接有滚动组件。所述球头凸起的下部呈弧状并且其径向端头与对应的所述外壳体3槽体和所述定位环4的接触面间有活动间隙，该活动间隙为所述公接头2的球头在所述外壳体3与所述定位环4和母接头8形成的球形腔内摆动提供空间，并且能够保证所述球头凸起在所述外壳体槽体中顺利运动并且防止因局部受力不均挤压变形产生卡死现象，使所述球头凸起和所述外壳体3的槽体更容易加工。
33.如图11所示，前一短节的所述母接头8与下一相邻短节的所述公接头2直杆段螺纹连接。
34.所述短节在中心孔公接头2直杆段前端和所述母接头8前端面上均设有密封圈，分别为第一密封圈1和第二密封圈5。
35.所述球头在凸起处的横截面如图3所示，槽体的横截面如图5所示，二者为花键结构，所述球头外周排列的凸起相当于内花键，所述槽体相当于外花键。
36.所述外壳体3或所述母接头8的任一外周面环段上套接有滚动组件。如图9 所示，为增大滚动面，所述滚动体7为滚针。
37.如图1和图8所示，所述母接头8尾部凸缘与所述外壳体3之间留有套接于所述母接头8外周面的滚动组件，所述滚动组件包括所述轴承外套6以及所述母接头8和所述轴承外套6之间的滚动体。在水平井钻进的过程中，所述轴承外套6与钻孔壁相对静置，所述公接头2与所述母接头8及外壳体3的整体通过滚动体7相对轴承外套6旋转运动完成钻井任务。所述轴承外套6和所述滚动体7的组合减小了短节本身的摩擦扭矩，提高了工作效率。
38.实施例中涉及各部件的技术要求如下：
39.公接头2的技术要求：
40.1.调质处理：hb＝280～310，
41.2.未注倒角：0.5
×
45
°
，其余棱角倒钝，
42.3.表面离子氮化处理：厚度0.15～0.2。
43.外壳体3的技术要求：
44.1.调质处理：hb＝280～310，
45.2.未注倒角：0.5
×
45
°
，其余棱角倒钝，
46.3.表面离子氮化处理：厚度0.15～0.2。
47.定位环4的技术要求：
48.1.调质处理：hb＝350～380
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
51.母接头8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.表面离子氮化处理。
55.轴承套8的技术要求：
56.1.调质处理：hb＝350～380，
57.2.棱角倒钝：0.3
×
45
°
，
58.3.表面离子氮化处理。
59.滚动体7的技术要求：
60.按gb/t 309
‑
2000《滚动轴承滚针》采购成品件。
61.本发明的装配方式为将公接头2的直杆段穿入外壳体3内，然后将定位环4 的上部弧面朝向公接头2球头置入，在母接头8外部套入轴承套8后在将母接头8前端伸入外壳体3内通过外螺纹与外壳体3的内螺纹旋紧。
62.如图11所示，多个钻杆短节串接通过公接头2直杆段的外螺纹与母接头8 内螺纹旋接。
63.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。