一种螺纹驱动全机械式顶驱下套管工具制造技术

一种螺纹驱动全机械式顶驱下套管工具，上芯轴上端螺纹连接顶驱装置，上芯轴下端花键连接有螺纹驱动系统；螺纹驱动系统下端螺栓连接有动力传递系统；动力传递系统下端连接有卡瓦系统；卡瓦系统下端螺栓连接有导向密封系统；卡瓦系统上端安装有弹簧系统。工作时：本发明专利技术采用螺纹传动原理，将顶驱装置的旋转运动转换为卡瓦的轴向驱动力，使卡瓦沿楔面胀开，进而实现卡瓦撑紧套管内壁的目的。本发明专利技术采用全机械式结构驱动卡瓦，无液压源，因而更环保、安全；卡瓦上有交错的横向和环向的卡瓦牙，可以增加工具传递顶驱扭矩的能力；同时，使用本工具还能随时旋转套管、提放套管、循环泥浆，从而提高下套管作业效率和安全性，降低钻井综合成本。

The utility model relates to a screw driven full mechanical top drive casing tool

A thread driven mechanical top drive casing tool, core shaft screw top drive device on the lower end of the core shaft is connected with a screw spline drive system; screw drive system end bolt is connected with a power transmission system; power transmission system is connected with the lower end of the slip system; slip system is connected with a guide bolt sealing system; slip systems are mounted spring system. When the utility model works, the thread driving principle is adopted to convert the rotation motion of the top drive device into the axial drive force of the slip, so that the slip is expanded along the wedge surface, thereby realizing the purpose of the inner wall of the slip tight sleeve. The invention adopts the whole mechanical structure driven slip, no hydraulic source, thus more environmental protection and safety; a staggered transverse and circumferential slip teeth slip, can increase the transmission capacity of the top drive torque tools; at the same time, the use of this tool can at any time, lifting rotating casing casing, circulating mud, so as to improve the efficiency and the safety of casing, reducing the cost of drilling.

【技术实现步骤摘要】
一种螺纹驱动全机械式顶驱下套管工具
本专利技术涉及石油天然气固井装备
，特别涉及一种螺纹驱动全机械式顶驱下套管工具。
技术介绍
下套管作业的目的在于封隔地层、加固井壁、防止油气泄漏和建立油气通道等，是石油天然气钻井作业过程中的一个极其重要的环节。下套管工具是完成下套管作业的关键性装备，常规下套管装备主要包括：用于夹持套管的井口卡瓦、用于套管旋扣的液压套管钳、用于断续灌注泥浆的开放式灌泥浆装置、用于提升套管的套管吊卡等工具。上述常规下套管装备存在如下问题：(1)利用套管钳旋扣，套管螺纹的上扣扭距不易精确控制；(2)利用断续灌浆装置灌注泥浆，不能根据需要及时循环泥浆，尤其是在套管下入遇阻时，必须重新连接方钻杆建立泥浆循环，清除沉沙，影响了下套管效率；(3)利用套管吊卡提升套管，井眼中的套管不能旋转；(4)常规下套管装备还存在操作复杂，作业效率低，安全可靠性不高等缺点。为解决上述问题，国内外研发了顶驱下套管装置，根据卡瓦所受驱动力的形式不同，可以将该工具分类为：液压驱动式和机械驱动式。中国专利号：CN201420409069.5，CN201120557017.9，CN200920105896.4公布了液压驱动式下套管工具；中国专利号：CN201520506694.6，CN201510410640.4，CN201510312492.2公布了机械驱动式顶驱下套管工具。然而，上述液压式下套管工具的液压油容易泄露污染环境，而且液压系统受外界环境的影响较大；而上述机械式下套管工具存在结构复杂缺点，另外，卡瓦传递扭矩的范围较小，不能适应多种套管旋转、套管上扣等工况的使用。
技术实现思路
为了克服现有下套管装备的上述缺点，本专利技术的目的：提供一种螺纹驱动全机械式顶驱下套管工具，无需提供额外的动力源，仅凭顶驱装置就能使顶驱下套管工具完成旋转套管、提放套管、灌注泥浆、循环泥浆等作业，且卡瓦系统能有效传递顶驱的扭矩。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种螺纹驱动全机械式顶驱下套管工具，包括上芯轴1、螺纹驱动系统2、动力传递系统3、卡瓦系统4、导向密封系统5，弹簧系统6，其特征为：上芯轴1的上端外表面设置有外螺纹，外螺纹与顶驱形成螺纹连接；上芯轴1的下端内表面设置有内螺纹，内螺纹与弹簧系统6形成螺纹连接；弹簧系统6内悬挂有下芯轴40；下芯轴40的上侧套有动力传递系统3；动力传递系统3系统上侧螺栓连接有螺纹驱动系统2；动力传递系统3下侧装有卡瓦系统4；卡瓦系统4下端螺纹连接有导向密封系统5；所述上芯轴1的上端外表面设置有锥螺纹11，锥螺纹11与顶驱装置形成螺纹连接；上芯轴1的中部外表面设置有外花键12，外花键12与内筒体24的花键槽相配合形成花键连接；上芯轴1的下端内表面设置有内螺纹，内螺纹与下齿块23形成螺纹连接；所述上芯轴1与螺纹驱动系统2形成花键连接，所述螺纹驱动系统2包括内筒体24、小轴承25、小轴承端盖26、外筒体27；内筒体24外表面呈阶梯轴状，阶梯轴的大轴外表面设置有外螺纹，外螺纹用于连接外筒体27；阶梯轴的小轴端面设置螺纹孔，螺纹孔用于连接小轴承端盖26；内筒体24的内表面设置有台阶，台阶上侧内设置有花键槽，花键槽与上芯轴1的外花键12相互配合传递旋转运动；小轴承25安装于台阶下孔内，台阶用于定位小轴承25，小轴承25由小轴承端盖26压紧；外筒体27内表面设置有台阶，台阶上侧的圆孔内设置有内螺纹，内螺纹与内筒体24形成螺纹连接；大轴承31安装于台阶下孔内，台阶用于定位大轴承31；台阶下孔端面设置有螺纹孔，螺栓穿过螺纹孔连接有大轴承端盖32；所述动力传递系统3包括大轴承31、大轴承端盖32、卡瓦座33、大圆螺母34；卡瓦座33内表面套有下芯轴40，卡瓦座33外表面呈阶梯状；卡瓦座33下侧设置有开口的斜T形槽，斜T形槽内安装有卡瓦41；斜T形槽上侧设置有台阶35，台阶35上侧设置有外螺纹36，外螺纹36上连接有大圆螺母34；大轴承31安装于台阶35与大圆螺母34之间；大轴承31由大轴承端盖32、外筒体27定位、紧固；动力传递系统3能相对下芯轴40转动；所述卡瓦系统4包括下芯轴40、卡瓦41；所述下芯轴40顶端外表面设置有外螺纹，外螺纹与上齿块20形成螺纹连接；外螺纹下侧设置有阶梯轴，阶梯轴外安装有弹簧系统6；下芯轴40的下侧外表面设置外楔面，所述卡瓦41内侧下表面设置有内楔面；卡瓦41的内楔面安装于下芯轴40的外楔面内；卡瓦41沿下芯轴40的楔面滑动后能径向胀开；卡瓦41外表面交错设置有纵向卡瓦42、横纵向卡瓦牙43。所述下芯轴40下端经螺纹连接有导向密封系统5，导向密封系统5包括防突环50、胶筒51、导向头52；胶筒51安装于防突环50与导向头52之间，导向头52与下芯轴40螺纹连接；所述下芯轴40顶部外侧套有弹簧系统6，弹簧系统6包括球形滚珠19，上齿块20，弹簧21，弹簧挡圈22，下齿块23；所述上齿块20呈圆环形，上齿块20的内表面设置有内螺纹，内螺纹与下芯轴40顶端的外螺纹相配合连接；上齿块20的底端设置有带倒角的三角形凸块；上齿块20底端中部压紧有弹簧21；弹簧21底端接触有弹簧挡圈22，弹簧挡圈22呈圆环形，弹簧挡圈22底端表面设置有半圆形凹槽，半圆形凹槽内安装有球形滚珠19；球形滚珠19下侧与下齿块23接触；下齿块23内部设置有阶梯孔，阶梯孔端面设置有半圆形凹槽，半圆形凹槽内安装有球形滚珠19；阶梯孔内表面设置有环形凹槽，环形凹槽内安装有密封圈，密封圈内配合有下芯轴40；下齿块23的顶部端面设置有带倒角的三角形凹块，三角形凹块能与上齿块20的三角形凸块相互啮合传递扭矩；下齿块23的外表面设置有外螺纹，外螺纹与上芯轴1形成螺纹连接。与现有技术比较，本专利技术的效果是：1)本顶驱下套管工具采用全机械式结构，无需提供额外的动力源，具有安全高效的特点；2)本顶驱下套管工具结构合理、操作简单便利；3)本顶驱下套管工具结构简单，因而可以减小加工制造难度，降低生产成本。附图说明图1为本专利技术三维结构示意图。图2为本专利技术平面半剖结构示意图。图3为本专利技术三维剖视图。图4为上芯轴结构示意图。图5为弹簧系统和螺纹驱动系统安装结构示意图。图6为弹簧系统三维剖结构示意图。图7为弹簧系统的上齿块和下齿块啮合前的三维剖结构示意图。图8为弹簧系统的弹簧挡圈三维剖结构示意图。图9为螺纹驱动系统的三维剖结构示意图。图10为螺纹驱动系统的内筒体三维剖结构示意图。图11为螺纹驱动系统的外筒体三维剖结构示意图。图12为动力传递系统的三维剖结构示意图。图13为动力传递系统的卡瓦座三维剖结构示意图。图14为卡瓦系统的三维剖结构示意图。图15为卡瓦系统卡瓦牙的局部示意图。图16为导向密封系统三维剖结构示意图。1.上芯轴，2.螺纹驱系统，3.动力传递系统，4.卡瓦系统，5.导向密封系统，6.弹簧系统，11.锥螺纹，12.外花键，19.球形滚珠，20.上齿块，21.弹簧，22.弹簧挡圈，23.下齿块，24.内筒体，25.小轴承，26.小轴承端盖，27.外筒体，31.大轴承，32.大轴承端盖，33.卡瓦座，34.大圆螺母，35.台阶，36.外螺纹，40.下芯轴，41.卡瓦，42.纵向卡瓦牙，43.横向卡瓦牙50.防突环，51.胶筒，52.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种螺纹驱动全机械式顶驱下套管工具，包括上芯轴(1)、螺纹驱动系统(2)、动力传递系统(3)、卡瓦系统(4)、导向密封系统(5)，弹簧系统(6)，其特征为：上芯轴(1)的上端外表面设置有外螺纹，外螺纹与顶驱形成螺纹连接；上芯轴(1)的下端内表面设置有内螺纹，内螺纹与弹簧系统(6)形成螺纹连接；弹簧系统(6)内悬挂有下芯轴(40)；下芯轴(40)的上侧套有动力传递系统(3)；动力传递系统(3)系统上侧螺栓连接有螺纹驱动系统(2)；动力传递系统(3)下侧装有卡瓦系统(4)；卡瓦系统(4)下端螺纹连接有导向密封系统(5)；所述上芯轴(1)的上端外表面设置有锥螺纹，锥螺纹与顶驱装置形成螺纹连接；上芯轴(1)的中部外表面设置有外花键(12)，外花键(12)与内筒体(24)的花键槽相配合形成花键连接；上芯轴(1)的下端内表面设置有内螺纹，内螺纹与下齿块(23)形成螺纹连接；所述上芯轴(1)与螺纹驱动系统(2)形成花键连接，所述螺纹驱动系统(2)包括内筒体(24)、小轴承(25)、小轴承端盖(26)、外筒体(27)；内筒体(24)外表面呈阶梯轴状，阶梯轴的大轴外表面设置有外螺纹，外螺纹用于连接外筒体(27)；阶梯轴的小轴端面设置螺纹孔，螺纹孔用于连接小轴承端盖(26)；内筒体(24)的内表面设置有台阶，台阶上侧内设置有花键槽，花键槽与上芯轴(1)的外花键(12)相互配合传递旋转运动；小轴承(25)安装于台阶下孔内，台阶用于定位小轴承(25)，小轴承(25)由小轴承端盖(26)压紧；外筒体(27)内表面设置有台阶，台阶上侧的圆孔内设置有内螺纹，内螺纹与内筒体(24)形成螺纹连接；大轴承(31)安装于台阶下孔内，台阶用于定位大轴承(31)；台阶下孔端面设置有螺纹孔，螺栓穿过螺纹孔连接有大轴承端盖(32)；所述动力传递系统(3)包括大轴承(31)、大轴承端盖(32)、卡瓦座(33)、大圆螺母(34)；卡瓦座(33)内表面套有下芯轴(40)，卡瓦座(33)外表面呈阶梯状；卡瓦座(33)下侧设置有开口的斜T形槽，斜T形槽内安装有卡瓦(41)；斜T形槽上侧设置有台阶(35)，台阶(35)上侧设置有外螺纹(36)，外螺纹(36)上连接有大圆螺母(34)；大轴承(31)安装于台阶(35)与大圆螺母(34)之间；大轴承(31)由大轴承端盖(32)、外筒体(27)定位、紧固；动力传递系统(3)能相对下芯轴(40)转动；所述卡瓦系统(4)包括下芯轴(40)、卡瓦(41)；所述下芯轴(40)顶端外表面设置有外螺纹，外螺纹与上齿块(20)形成螺纹连接；外螺纹下侧设置有阶梯轴，阶梯轴外安装有弹簧系统(6)；下芯轴(40)的下侧外表面设置外楔面，卡瓦(41)内侧下表面设置有内楔面；卡瓦(41)的内楔面安装于下芯轴(40)的外楔面内；卡瓦(41)沿下芯轴(40)的楔面滑动后能径向胀开；卡瓦(41)外表面交错设置有纵向卡瓦牙(42)、横向卡瓦牙(43)；所述下芯轴(40)下端经螺纹连接有导向密封系统(5)，导向密封系统(5)包括防突环(50)、胶筒(51)、导向头(52)；胶筒(51)安装于防突环(50)与导向头(52)之间，导向头(52)与下芯轴(40)螺纹连接；所述下芯轴(40)顶部外侧套有弹簧系统(6)，弹簧系统(6)包括球形滚珠(19)、上齿块(20)、弹簧(21)、弹簧挡圈(22)、下齿块(23)；所述上齿块(20)呈圆环形，上齿块(20)的内表面设置有内螺纹，内螺纹与下芯轴(40)顶端的外螺纹连接；上齿块(20)的底端设置有带倒角的三角形凸块；上齿块(20)底端中部压紧有弹簧(21)；弹簧(21)底端接触有弹簧挡圈(22)，弹簧挡圈(22)呈圆环形，弹簧挡圈(22)底端表面设置有半圆形凹槽，半圆形凹槽内安装有球形滚珠(19)；球形滚珠(19)下侧与下齿块(23)接触；下齿块(23)内部设置有阶梯孔，阶梯孔端面设置有半圆形凹槽，半圆形凹槽内安装有球形滚珠(19)；阶梯孔内表面设置有环形凹槽，环形凹槽内安装有密封圈，密封圈内配合有下芯轴(40)；下齿块(23)的顶部端面设置有带倒角的三角形凹块，三角形凹块能与上齿块(20)的三角形凸块相互啮合传递扭矩；下齿块(23)的外表面设置有外螺纹，外螺纹与上芯轴(1)形成螺纹连接。...

【技术特征摘要】
1.一种螺纹驱动全机械式顶驱下套管工具，包括上芯轴(1)、螺纹驱动系统(2)、动力传递系统(3)、卡瓦系统(4)、导向密封系统(5)，弹簧系统(6)，其特征为：上芯轴(1)的上端外表面设置有外螺纹，外螺纹与顶驱形成螺纹连接；上芯轴(1)的下端内表面设置有内螺纹，内螺纹与弹簧系统(6)形成螺纹连接；弹簧系统(6)内悬挂有下芯轴(40)；下芯轴(40)的上侧套有动力传递系统(3)；动力传递系统(3)系统上侧螺栓连接有螺纹驱动系统(2)；动力传递系统(3)下侧装有卡瓦系统(4)；卡瓦系统(4)下端螺纹连接有导向密封系统(5)；所述上芯轴(1)的上端外表面设置有锥螺纹，锥螺纹与顶驱装置形成螺纹连接；上芯轴(1)的中部外表面设置有外花键(12)，外花键(12)与内筒体(24)的花键槽相配合形成花键连接；上芯轴(1)的下端内表面设置有内螺纹，内螺纹与下齿块(23)形成螺纹连接；所述上芯轴(1)与螺纹驱动系统(2)形成花键连接，所述螺纹驱动系统(2)包括内筒体(24)、小轴承(25)、小轴承端盖(26)、外筒体(27)；内筒体(24)外表面呈阶梯轴状，阶梯轴的大轴外表面设置有外螺纹，外螺纹用于连接外筒体(27)；阶梯轴的小轴端面设置螺纹孔，螺纹孔用于连接小轴承端盖(26)；内筒体(24)的内表面设置有台阶，台阶上侧内设置有花键槽，花键槽与上芯轴(1)的外花键(12)相互配合传递旋转运动；小轴承(25)安装于台阶下孔内，台阶用于定位小轴承(25)，小轴承(25)由小轴承端盖(26)压紧；外筒体(27)内表面设置有台阶，台阶上侧的圆孔内设置有内螺纹，内螺纹与内筒体(24)形成螺纹连接；大轴承(31)安装于台阶下孔内，台阶用于定位大轴承(31)；台阶下孔端面设置有螺纹孔，螺栓穿过螺纹孔连接有大轴承端盖(32)；所述动力传递系统(3)包括大轴承(31)、大轴承端盖(32)、卡瓦座(33)、大圆螺母(34)；卡瓦座(33)内表面套有下芯轴(40)，卡瓦座(33)外表面呈阶梯状；卡瓦座(33)下侧设置有开口的斜T形槽，斜T形槽内安装有卡瓦(41)；斜T形槽上侧设置有台阶...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁政，谢帅，蒋发光，何虹钢，张杰，张梁，邓严，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川,51