一種扭矩過載保護工具的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及油氣田開發領域，具體涉及一種扭矩過載保護工具。
【背景技術】
[0002]在油氣田開發過程中，鉆井和修井是主要的作業步驟，需要使用轉盤、頂驅從地面給鉆頭使鉆頭旋轉破巖，或者使用螺桿馬達等從井下對鉆頭提供旋轉破巖。不論哪種方式，最終都是通過鉆桿或鉆鋌傳遞扭矩給鉆頭(或其他鉆具組合)。在鉆井過程中，不同的地層施加給鉆頭不同的阻力，該阻力使得鉆柱傳遞的扭矩超過正常鉆井扭矩，可能導致鉆柱的損害或斷裂，而大多鉆桿只能傳遞一定的扭矩，過大扭矩時不能對井下工具進行過載保護。在井下工具損壞后只能起鉆更換損壞工具，增加了鉆柱起升次數，浪費鉆井作業時間和費用。
[0003]目前市面上已有的部分扭矩過載保護工具，包括滾珠式、摩擦式、液壓式、氣動式、電磁式等，但這些保護器都存在體積較大、結構復雜、制造維護和使用成本較高的問題，無法滿足井下作業空間狹小、工作環境惡劣的需求。

【發明內容】

[0004]針對上述問題，本發明的目的在于克服現有技術存在的不足，提供了一種體積小巧、結構簡單，裝配占用空間小，制造和使用成本低的扭矩過載保護工具，用于解決在鉆井過程中因扭矩過大產生的鉆柱破壞。
[0005]本發明下端與井下工具連接，上端與鉆柱相接。其技術方案是將扭矩分解為力與力臂的乘積，通過彈簧實現對扭矩的調節。當扭矩超過設定的過載扭矩后，使得鉆柱扭矩無法傳遞到井下工具。
[0006]本發明的技術方案是這樣實現的:
[0007]—種扭矩過載保護工具，包括動力外筒、過載保護裝置、軸承總成、密封總成和輸出軸;所述過載保護裝置包括中心軸、上花鍵、下部傳動裝置、彈簧和鎖緊螺母，上花鍵、下部傳動裝置、彈簧和鎖緊螺母均與中心軸共軸;所述動力外筒與過載保護裝置相連，過載保護裝置下部依次連軸承總成和密封總成，中心軸與輸出軸相連；
[0008]所述中心軸下端設有凸臺B和螺紋A，上端設有臺階和凸臺A;
[0009]所述上花鍵一段設有一圈均勻分布的凸臺C，凸臺C頂端為接觸面B，凸臺C間隙形成凹槽C;所述上花鍵安裝于中心軸上，通過凸臺A固定，上端與臺階抵緊;所述上花鍵具有圓柱形外表面A，在外表面A的徑向方向外側設有凸臺A，凸臺A嵌入動力外筒上對應的鍵槽，配合傳遞扭矩。
[0010]進一步的，所述下部傳動裝置由傳動花鍵和下花鍵一組成，所述傳動花鍵外側設有一圈放射狀均勻分布的凸臺D，凸臺D—側為接觸面A，上花鍵的接觸面B嵌入傳動花鍵的接觸面A中，相互配合傳遞扭矩;所述下花鍵一一段設有一圈均勻分布的凹槽D，凸臺D嵌入凹槽D中，相互配合傳遞扭矩；
[0011]所述上花鍵的接觸面B和傳動花鍵的接觸面A為相連凹凸面；
[0012]所述彈簧一端與傳動花鍵的端面接觸，使上花鍵的接觸面B與傳動花鍵的接觸面A之間的滑動摩擦轉化成軸向位移，進而轉換成彈簧的壓縮位移；
[0013]所述下花鍵一的一個端面上沿軸向方向設有凹槽D，在下花鍵一的內表面沿徑向向外設有凹槽E，凸臺B嵌入凹槽E，相互配合傳遞扭矩。
[0014]進一步的，所述扭矩過載保護工具在順時針或逆時針旋轉且扭矩不超過設定的過載保護扭矩時，動力外筒將扭矩傳遞給上花鍵，上花鍵通過接觸面B與傳動花鍵的接觸面A發生接觸，通過摩擦力和周向推力帶動傳動花鍵轉動，進而帶動下花鍵一轉動傳遞扭矩；當旋轉扭矩超過設定的過載保護扭矩時，上花鍵受到的扭矩過大，接觸面B與接觸面A之間的軸向推力大于摩擦力和周向推力，軸向推力帶動傳動花鍵擠壓彈簧，使上花鍵的接觸面B與傳動花鍵的接觸面A發生相對轉動，而不帶動下花鍵一轉動，上花鍵與下花鍵一之間的滑動摩擦轉化成軸向位移，從而轉換成彈簧的壓縮位移，無法將扭矩傳遞到中心軸上，從而無法通過中心軸將扭矩傳遞出去，達到了保護下部井下工具的目的。
[0015]進一步的，所述上花鍵的接觸面B和傳動花鍵的接觸面A為波浪形圓弧面或鋸齒形斜面。
[0016]進一步的，所述下部傳動裝置由下花鍵二和鎖緊螺母組成;所述下花鍵二上部設有一圈均勻分布的凹槽F，凹槽F上設有凸形圓弧面D;下花鍵二中部直徑小于上部;所述鎖緊螺母通過螺紋A安裝在中心軸上的;所述彈簧環繞在下花鍵二中部，一端抵緊下花鍵二上部的軸肩，另一端抵緊鎖緊螺母;所述下花鍵二端面由凹形圓弧面E和凸形圓弧面D間隔組成;所述上花鍵由接觸面B和凹槽C分別與下花鍵二的凹形圓弧面E和凸形圓弧面D接觸。
[0017]進一步的，所述扭矩過載保護工具在順時針或逆時針旋轉且扭矩不超過設定的過載保護扭矩時，動力外筒將扭矩傳遞給上花鍵，上花鍵通過接觸面B與傳動花鍵的圓弧面D發生接觸，通過摩擦力和周向推力帶動下花鍵二轉動；當旋轉扭矩超過設定的過載保護扭矩時，上花鍵受到的扭矩過大，接觸面B與圓弧面D之間的軸向推力大于摩擦力和周向推力，軸向推力帶動下花鍵二擠壓彈簧，使上花鍵的接觸面B與傳動花鍵的圓弧面D發生相對轉動，而不帶動下花鍵二轉動，上花鍵與下花鍵二之間的滑動摩擦轉化成軸向位移，從而轉換成彈簧的壓縮位移，無法將扭矩傳遞到中心軸上，從而無法通過中心軸將扭矩傳遞出去，達到了保護下部井下工具的目的。
[0018]進一步的，所述上花鍵的接觸面B和下花鍵二的圓弧面D為波浪形圓弧面或鋸齒形斜面。
[0019]進一步的，所述彈簧為圓柱螺旋壓縮彈簧、蝶形彈簧或波形彈簧中任意一種。
[0020]本發明的優點在于:
[0021]1.為通過獨特的結構設計，在動力外筒傳遞的扭矩不超過設定值時，可以通過上花鍵將扭矩傳遞給下部傳動裝置，帶動井下工具正常旋轉；
[0022]2.為在動力外筒傳遞的扭矩大于過載保護扭矩設定值時，上花鍵的軸向推力推動下部傳動裝置壓縮彈簧，使上花鍵與下部傳動裝置之間無法傳遞扭矩，作業過程中連接到本發明下端的工具不會被過大的扭矩破壞，使得工具壽命提高，節省了起下鉆時間，降低了作業成本。
[0023]3.為本發明的扭矩可通過選擇和調節彈簧來進行設定，能應對一定范圍內扭矩設定值的變化，滿足現場使用需求。
【附圖說明】
[0024]圖1是本發明的結構示意圖；
[0025]圖2是本發明的過載保護裝置的實施例1結構示意圖；
[0026]圖3是本發明的過載保護裝置的實施例1局部結構示意圖；
[0027]圖4是本發明的過載保護裝置的實施例1結構示意圖主視圖；
[0028]圖5是本發明的上花鍵的正面結構示意圖；
[0029]圖6是本發明的上花鍵的反面結構示意圖；
[0030]圖7是本發明的傳動花鍵的結構示意圖；
[0031 ]圖8是本發明的下花鍵一的結構示意圖；
[0032]圖9是本發明未承受扭矩狀態的結構示意圖；
[0033]圖10是本發明已承受扭矩狀態的結構示意圖；
[0034]圖11是本發明扭矩過載保護狀態的結構示意圖；
[0035]圖12是本發明的過載保護裝置的實施例2結構示意圖。
[0036]圖中，101為動力外筒，102為過載保護裝置，103為軸承總成，104為密封總成，105為輸出軸，201為中心軸，202為上花鍵，203為傳動花鍵，204為下花鍵一，205為彈簧，301為臺階，302為凸臺A，303為接觸面A，304為凹槽A，305為螺紋A，306為凹槽B，307為凸臺B，308為螺紋B，309為接觸面B，310為凸臺C，311為凹槽C，312為外表面A，313為外表面B，314為凸臺D，315為側面，316為端面，317為凹槽D，318為內表面，319為凹槽E，402為圓弧面D，403圓弧面E，405為鎖緊螺母。
【具體實施方式】
[0037]下面結合附圖中的實施例對本發明作進一步的詳細說明，但并不構成對本發明的任何限制。
[0038]如圖1?圖12所示，一種扭矩過載保護工具，包括動力外筒101、過載保護裝置102、軸承總成103、密封總成104和輸出軸105;所述過載保護裝置102包括中心軸201、上花鍵202、下部傳動裝置和彈簧205，上花鍵202、下部傳動裝置和彈簧205與中心軸201共軸;所述動力外筒101與過載保護裝置102相連，過載保護裝置102下部依次連軸承總成103和密封總成104，中心軸201與輸出軸105相連;所述中心軸201下端設有凸臺B307和螺紋A305，上端設有臺階301和凸臺A302 ；所述上花鍵202—段設有一圈均勻分布的凸臺C310，凸臺C310