一种大型竖井钻机大直径、重载荷钻具连接盘及钻具系统

技术领域

本发明涉及大型竖井钻井施工领域，尤其涉及一种大型竖井钻机大直径、重载荷钻具连接盘及钻具系统。

背景技术

随着我国科技的发展，机械加工能力得到极大提升，煤矿竖井钻进装备能力也在逐步加大。目前，钻井机的提升力和扭矩成倍增长，最大钻井机提升力达1300T，扭矩达1200KN.M。

钻具系统是钻井机的核心部件，其安装于钻杆及钻头间，起到连接钻杆和钻头的作用。在施工作业时，钻具系统的钻具连接盘的受力极其复杂，其既要承受下部钻具及钻头重量的拉力，还要传递钻机传递到钻杆的扭矩，驱动钻头旋转，同时，还要克服钻头在作业过程中带来的弯矩，因此，其可靠的连接方式可以杜绝不必要的事故发生。同时，由于钻具系统结构庞大、重量重，如何实现连接盘的便捷连接也成为钻井机研发者一直以来的重要突破点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种大型竖井钻机大直径、重载荷钻具连接盘及钻具系统，在钻井施工中应用该连接盘与系统，可大大降低连接时的劳动强度、压缩连接时间，同时安全可靠。

本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种大型竖井钻机大直径、重载荷钻具连接盘，包括连接上盘、连接下盘、限位垫板和紧定螺栓；所述连接上盘上设有卡爪座与径向卡槽，连接下盘上设有卡爪与径向卡块；所述连接上盘与连接下盘通过所述卡爪座与卡爪的配合进行轴向连接，通过所述径向卡槽与径向卡块的配合进行环向连接；同时，所述卡爪座与卡爪之间还垫设有所述限位垫板，所述限位垫板与卡爪座之间通过所述紧定螺栓进行固定。

作为本发明的优选方式之一，所述卡爪座为“F”型卡爪座，所述“F”型卡爪座自连接上盘位置向靠近所述连接下盘的方向延伸成型；所述卡爪为“梅花”状卡爪，所述“梅花”状卡爪自连接下盘位置向靠近所述连接上盘的方向延伸成型，并与所述“F”型卡爪座卡接配合。

作为本发明的优选方式之一，所述“F”型卡爪座和“梅花”状卡爪分别设置有八个；八个所述“F”型卡爪座沿所述连接上盘的外缘均匀布置，八个所述“梅花”状卡爪沿所述连接下盘的外缘均匀布置。

作为本发明的优选方式之一，所述连接上盘与连接下盘的对接面上分别设有一个外缘环向带；所述连接上盘的外缘环向带上成型有所述径向卡槽，所述连接下盘的外缘环向带上成型有所述径向卡块；所述径向卡块与所述径向卡槽卡接配合。

作为本发明的优选方式之一，所述径向卡槽设置有多个，多个所述径向卡槽在连接上盘的外缘环向带上呈圆周阵列分布；所述径向卡块的设置个数与径向卡槽相同，多个所述径向卡块在连接下盘的外缘环向带上呈圆周陈列分布；并且，每个所述径向卡块分别卡接配合一个径向卡槽。

作为本发明的优选方式之一，所述限位垫板呈弧形，具体设置在所述卡爪座的内顶壁与所述卡爪的接触面之间。

作为本发明的优选方式之一，所述连接上盘与连接下盘的中心部位还设有环向“凸凹”止口，起到上下盘径向定位作用。

作为本发明的优选方式之一，所述环向“凸凹”止口包括位于所述连接上盘中心部位的圆柱状“凸”台以及位于所述连接下盘中心部位的圆柱状“凹”槽；所述圆柱状“凹”槽与圆柱状“凸”台卡接配合，并且，二者的中部设有上下贯通的中心泥浆通道。

作为本发明的优选方式之一，所述圆柱状“凸”台的外缘设有环向沟槽，所述环向沟槽内安装有“O”型橡胶密封圈。

一种大型竖井钻机大直径、重载荷钻具系统，包括上述大型竖井钻机大直径、重载荷钻具连接盘。

本发明相比现有技术的优点在于：

(1)安装和拆卸作业方便；安装时，只需将连接下盘相对于连接上盘旋转一定角度，使下盘的卡爪与上盘的卡爪座对应；然后，连接下盘下落，使连接上盘和下盘紧密结合；紧接着，在其缝隙插上限位垫板，使二者相互配合；最后，用紧定螺栓将限位垫板与上盘的卡爪座固定，对接安装完成；拆卸时工序相反；整个作业劳动强度低，方便快捷；

(2)连接上盘与连接下盘连接后，承载力强，且为半柔性连接，有效释放弯应力，起到保护钻具的作用；

(3)卡爪式配合抗拉强度大，承载力强；径向卡槽与卡块配合传扭，安全可靠；

(4)限位垫板的设计，有效预防卡槽脱离；

(5)“O”型橡胶密封圈密封，有效阻断连接缝隙泥浆串通；

(6)卡爪座与限位垫板螺栓预紧连接，安全可靠。

据此，本发明连接盘及相应钻具系统，既满足复杂受力要求，又能实现快速拆装和降低劳动强度目的，进一步提升机械化作业水平，使得施工工效得以提升、工期得到压缩，施工成本得以降低，施工效益得到提升，促进大型竖井钻井机的推广使用和钻井法施工的进一步发展。

附图说明

图1是实施例1中大型竖井钻机大直径、重载荷钻具连接盘的整体结构图；

图2是图1的俯视结构图；

图3是实施例1中连接上盘的结构图；

图4是图3的俯视结构图；

图5是实施例1中连接下盘的结构图；

图6是图5的仰视结构图；

图7是实施例1中限位垫板的结构图。

图中：1为连接上盘，11为“F”型卡爪座，12为径向卡槽，13为上盘外缘环向带，14为圆柱状“凸”台，15为环向沟槽，16为“O”型橡胶密封圈，2为连接下盘，21为“梅花”状卡爪，22为径向卡块，23为下盘外缘环向带，24为圆柱状“凹”槽，3为限位垫板，4为紧定螺栓，5为中心泥浆通道，6为配重安装口。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1～7所示，本实施例的一种大型竖井钻机大直径、重载荷钻具连接盘，包括连接上盘1、连接下盘2、限位垫板3和紧定螺栓4。其中，连接上盘1上设有八个“F”型卡爪座11与多个径向卡槽12，连接下盘2上设有八个“梅花”状卡爪21与多个径向卡块22；所述连接上盘1与连接下盘2通过“F”型卡爪座11与“梅花”状卡爪21的配合进行轴向连接，通过径向卡槽12与径向卡块22的配合进行环向连接。同时，“F”型卡爪座11与“梅花”状卡爪21之间还垫设有限位垫板3，限位垫板3与“F”型卡爪座11之间通过紧定螺栓4进行固定。

基于上述设计中，本实施例中，连接上盘1与连接下盘2连接后，通过“F”型卡爪座11、“梅花”状卡爪21连接实现轴向抗拉13000KN，通过径向卡槽12、径向卡块22实现环向限位传扭1200KN.M；同时，通过限位垫板3将连接上盘1、连接下盘2进行轴向限位、实现径向卡槽22、径向卡块22卡紧，接着，紧定螺栓4再将限位垫板3与连接上盘1的“F”型卡爪座11连接在一起，控制限位垫板3位移滑动。

进一步地，请参阅图3和图4，在本实施例中，八个“F”型卡爪座11沿连接上盘1的外缘均匀布置，并且，每个“F”型卡爪座11自连接上盘1位置向靠近连接下盘2的方向分别延伸成型。

参阅图5和图6，八个“梅花”状卡爪21沿连接下盘2的外缘均匀布置，并且，每个“梅花”状卡爪21自连接下盘2位置向靠近连接上盘1的方向分别延伸成型、与“F”型卡爪座11一一卡接配合。

进一步地，请参阅图4和图6，在本实施例中，连接上盘1与连接下盘2的对接面上分别设有一个外缘环向带，即上盘外缘环向带13，下盘外缘环向带23；上盘外缘环向带13上沿其周向均匀成型有多个径向卡槽12，下盘外缘环向带23上沿其周向均匀成型有径向卡块22；其中，径向卡块22的设置个数与径向卡槽13相同，并且，每个径向卡块22分别卡接配合一个径向卡槽13。上述径向卡槽13与径向卡块22用于连接上盘1和连接下盘2对接后传递扭矩。

进一步地，请参阅图7，在本实施例中，限位垫板3呈弧形，具体设置在“F”型卡爪座11的内顶壁与“梅花”状卡爪21的接触面之间。

进一步地，请参阅图1、图2，在本实施例中，连接上盘1与连接下盘2的中心部位还设有环向“凸凹”止口，起到上下盘径向定位作用。具体地，环向“凸凹”止口包括位于连接上盘1中心部位的圆柱状“凸”台14以及位于连接下盘2中心部位的圆柱状“凹”槽24；圆柱状“凹”槽24与圆柱状“凸”台14卡接配合，并且，二者的中部设有上下贯通的中心泥浆通道5。其中，圆柱状“凸”台14的外缘设有环向沟槽15，环向沟槽15内安装有“O”型橡胶密封圈16，起到连接上盘1与连接下盘2对接后其间隙密封作用。

此外，需要注意的是：

(1)“F”型卡爪座11的内净高大于“梅花”状卡爪21厚度20mm(不限于20mm)，“梅花”状卡爪21宽度小于“F”型卡爪座11上下间净距。

(2)连接上盘1与连接下盘2构成的钻具连接盘上还设有八个配重安装口6；八个配重安装口6围绕中心泥浆通道5而设，且分别用于安装相应的配重块。

当进行连接上盘1与连接下盘2的安装时，将连接下盘2相对于连接上盘1旋转一定角度，使“梅花”状卡爪21与“F”型卡爪座11对应；接着，连接下盘2下落，使连接上盘1与连接下盘2紧密结合，同时，保证圆柱状“凹”槽24与圆柱状“凸”台14对应，径向卡块22与径向卡槽12对应；紧接着，在“F”型卡爪座11与“梅花”状卡爪21的缝隙处插上限位垫板3，使二者相互配合；最后，用紧定螺栓4将限位垫板3与“F”型卡爪座11预紧，安装完成；拆卸时工序相反。

实施例2

本实施例的一种大型竖井钻机大直径、重载荷钻具系统，包括上述实施例1中的大型竖井钻机大直径、重载荷钻具连接盘。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。