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用于增加井下驱动轴组件寿命的系统和方法

阅读：128发布：2021-03-03

IPRDB可以提供用于增加井下驱动轴组件寿命的系统和方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种用于在地层中钻出井孔的方法的实施例，该方法包括在第一轴向位置处使第一端壳体与第一驱动键接触，其中第一端壳体具有中心轴线、第一端、与第一端相反的第二端、和从第一端轴向延伸的第一容座，并且其中第一驱动键布置在第一端壳体中的第一容座内且径向地布置在第一端壳体和驱动轴之间。另外，该方法包括经由第一球在第一端壳体和驱动轴之间传递扭矩。此外，该方法还包括：在(b)之后，在第二轴向位置处使第一端壳体与第一驱动键或第二驱动键接触，其中该第二轴向位置与第一轴向位置轴向地间隔开。，下面是用于增加井下驱动轴组件寿命的系统和方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于井下马达的驱动轴组件，所述驱动轴组件包括：

驱动轴，所述驱动轴具有中心纵向轴线、第一端、与所述第一端相反的第二端、紧邻所述第一端的第一凹部、和紧邻所述第二端的第二凹部；

第一驱动键，所述第一驱动键被构造为至少部分地布置在所述第一凹部内；

第二驱动键，所述第二驱动键被构造为至少部分地布置在所述第二凹部内；

第一端壳体，所述第一端壳体具有中心轴线、第一端、与该第一端相反的第二端、和从开放端轴向地延伸到封闭端的第一容座，其中，所述开放端紧邻所述第一端壳体的第一端，并且其中所述第一容座包括具有内壁的第一槽；和第二端壳体，所述第二端壳体具有中心轴线、第一端、与该第一端相反的第二端、和从开放端轴向地延伸到封闭端的第二容座，其中，该开放端紧邻所述第二端壳体的第一端，并且其中所述第二容座包括具有内壁的第二槽；

中心点，所述中心点布置在所述驱动轴的中心纵向轴线上，并沿着所述驱动轴的中心纵向轴线距所述第一容座的封闭端和所述第二容座的封闭端是大致等距的；

其中，所述驱动轴组件具有第一构造，其中，所述驱动轴的第一端布置在所述第一容座内，使得所述第一驱动键在沿着所述驱动轴的中心纵向轴线与所述中心点间隔开距离H1的第一接触点处接合所述第一槽的内壁，并且其中，所述驱动轴的第二端布置在所述第二容座内，使得所述第二驱动键在沿着所述驱动轴的中心纵向轴线与所述中心点间隔开距离H2的第二接触点处接合所述第二槽的内壁；

其中，H1大于H2。

2.根据权利要求1所述的驱动轴，其中，所述驱动轴组件具有第二构造，其中，所述驱动轴的第一端布置在所述第一容座内，使得所述第一驱动键在沿着所述驱动轴的中心纵向轴线与所述中心点间隔开距离H3的第三接触点处接合所述第一槽的内壁，并且其中，所述驱动轴的第二端布置在所述第二容座内，使得所述第二驱动键在沿着所述驱动轴的中心纵向轴线与所述中心点间隔开距离H4的第四接触点处接合所述第二槽的内壁；并且其中，H4大于H3。

3.根据权利要求2所述的驱动轴组件，其中，H3大体上等于H2，并且其中，H4大体上等于H1。

4.根据权利要求2所述的驱动轴组件，其中，所述第一驱动键是球形的并具有直径；并且其中，H1和H3之差是所述第一驱动键的直径的至少30％。

5.根据权利要求2所述的驱动轴组件，其中，将所述驱动轴组件从所述第一构造转变到所述第二构造不需要在所述驱动轴组件内替换或添加另外的部件。

6.根据权利要求1所述的驱动轴组件，其中，所述驱动轴组件具有第二构造，其中，所述驱动轴的第一端布置在所述第二容座内，使得所述第一驱动键在与所述中心点间隔开距离H3的第三接触点处接合所述第二槽的内壁，并且其中，所述驱动轴的第二端布置在所述第一容座内，使得所述第二驱动键在与所述中心点间隔开距离H4的第四接触点处接合所述第一槽的内壁；并且其中，H4大于H3。

7.根据权利要求6所述的驱动轴组件，其中，H3大体上等于H2，并且其中，H4大体上等于H1。

8.根据权利要求6所述的驱动轴组件，其中，所述第一驱动键是球形的并具有直径；并且其中，H1和H4之差是所述第一驱动键的直径的至少30％。

9.根据权利要求6所述的驱动轴组件，其中，将所述驱动轴组件从所述第一构造转变到所述第二构造不需要在所述驱动轴组件内替换或添加另外的部件。

10.根据权利要求2所述的驱动轴组件，还包括：

第一推力轴承座，所述第一推力轴承座具有中心轴线；第一端；与该第一端相反的第二端；布置在第一端上的第一凹入的球形轴承表面；和第一中心长度L1，所述第一中心长度L1是沿着所述第一推力轴承座的中心轴线在所述第二端和所述第一凹入的球形轴承表面之间轴向地测量的；

第二推力轴承座，所述第二推力轴承座具有中心轴线；第一端；与该第一端相反的第二端；布置在第一端上的第二凹入的球形轴承表面；和第二中心长度L2，所述第二中心长度L2是沿着所述第二推力轴承座的中心轴线在所述第二端和所述第二凹入的球形轴承表面之间轴向地测量的；

其中，L2大于L1；

其中，当所述驱动轴组件处于所述第一构造中时，所述第一推力轴承座布置在所述第一容座内，使得所述第一推力轴承座的中心轴线与所述第一端壳体的中心轴线同轴地对齐，并且，所述第二推力轴承座布置在所述第二容座内，使得所述第二推力轴承座的中心轴线与所述第二端壳体的中心轴线同轴地对齐。

11.根据权利要求10所述的驱动轴组件，其中，当所述驱动轴组件处于所述第二构造中时，所述第一推力轴承座布置在所述第二容座内，使得所述第一推力轴承座的中心轴线与所述第二端壳体的中心轴线同轴地对齐，并且，所述第二推力轴承座布置在所述第一容座内，使得所述第二推力轴承座的中心轴线与所述第一端壳体的中心轴线同轴地对齐。

12.根据权利要求6所述的驱动轴组件，其中，所述驱动轴还包括：

第一枢转点，所述第一枢转点沿着所述驱动轴的中心纵向轴线紧邻所述驱动轴的第一端布置；

第二枢转点，所述第二枢转点沿着所述驱动轴的中心纵向轴线紧邻所述驱动轴的第二端布置；

其中，所述驱动轴被构造为绕所述第一枢转点和所述第二枢转点中的每一个枢转点相对于所述第一端壳体和所述第二端壳体中的每一个端壳体全向地枢转；

其中，所述第一驱动键具有当所述第一驱动键被收容在所述第一凹部内时位于第一平面内的中心，所述第一平面垂直于所述驱动轴的中心纵向轴线延伸并经过所述第一枢转点；并且其中，所述第二驱动键具有当所述第二驱动键被收容在所述第二凹部内时位于第二平面内的中心，所述第二平面垂直于所述驱动轴的中心纵向轴线延伸并与所述第二枢转点轴向地间隔开。

13.根据权利要求12所述的驱动轴组件，其中，所述驱动轴还包括：第一凸出的球形轴承表面，所述第一凸出的球形轴承表面在所述第一端上并具有第一曲率中心；和第二凸出的球形轴承表面，所述第二凸出的球形轴承表面在所述第二端上并具有第二曲率中心；

其中，所述第一枢转点位于所述第一曲率中心处，并且所述第二枢转点位于所述第二曲率中心处。

14.根据权利要求12所述的驱动轴组件，其中，所述驱动轴还包括：第三凹部，所述第三凹部从所述驱动轴的第一端轴向延伸；和第四凹部，所述第四凹部从所述驱动轴的第二端轴向延伸；

其中，所述驱动轴组件还包括：

第一推力球，所述第一推力球具有中心并构造为布置在所述第三凹部或所述第四凹部内；和第二推力球，所述第二推力球具有中心并构造为布置在所述第三凹部或所述第四凹部内；

其中，当所述第一推力球布置在所述第三凹部内时，所述第一推力球的中心位于所述第一枢转点处；并且其中，当所述第二推力球布置在所述第四凹部内时，所述第二推力球的中心位于所述第二枢转点处。

15.一种驱动轴组件，包括：

驱动轴，所述驱动轴具有中心纵向轴线、第一端、与所述第一端相反的第二端、和紧邻所述第一端的第一凹部；

第一驱动键，所述第一驱动键被构造为部分地收容在所述第一凹部内；

第一端壳体，所述第一端壳体具有中心轴线、第一端、与该第一端相反的第二端、和从该第一端轴向地延伸的第一容座，其中，所述第一容座包括具有内壁的第一槽；和第一枢转点，所述第一枢转点在所述驱动轴的中心纵向轴线上紧邻所述驱动轴的第一端布置，其中，所述驱动轴被构造为绕所述第一枢转点相对于所述第一端壳体全向地枢转；

其中，所述第一驱动键具有当所述第一驱动键被部分地收容在所述第一凹部内时位于第一平面内的中心，所述第一平面径向于所述驱动轴的中心纵向轴线延伸并与所述第一枢转点轴向地间隔开；并且其中，所述驱动轴的第一端被收容在所述第一容座内，使得所述第一驱动键被部分地收容在所述第一槽内。

16.根据权利要求15所述的驱动轴组件，其中，所述驱动轴还包括紧邻所述第二端的第二凹部；并且其中，所述驱动轴组件还包括：第二驱动键，所述第二驱动键被构造为部分地收容在所述第一凹部内；

第二端壳体，所述第二端壳体具有中心轴线、第一端、与该第一端相反的第二端、和从该第一端轴向地延伸的第二容座，其中，所述第二容座包括具有内壁的第二槽；和第二枢转点，所述第二枢转点在所述驱动轴的中心纵向轴线上紧邻所述驱动轴的第二端布置，其中，所述驱动轴被构造为绕所述第二枢转点相对于所述第二端壳体全向地枢转；

其中，所述第二驱动键具有当所述第二驱动键被部分地收容在所述第二凹部内时位于第二平面内的中心，所述第二平面径向于所述驱动轴的中心纵向轴线延伸并经过所述第二枢转点；并且其中，所述驱动轴的第二端被收容在所述第二容座内，使得所述第二驱动键被部分地收容在所述第二槽内。

17.一种驱动轴组件，包括：

驱动轴，所述驱动轴具有中心纵向轴线、第一端、与所述第一端相反的第二端、紧邻所述第一端的第一凹部、和紧邻所述第二端的第二凹部；

第一驱动键，所述第一驱动键被构造为至少部分地布置在所述第一凹部内；

第二驱动键，所述第二驱动键被构造为至少部分地布置在所述第二凹部内；

第一端壳体，所述第一端壳体具有中心轴线、第一端、与该第一端相反的第二端、和从该第一端轴向地延伸的第一容座，其中，所述第一容座包括具有内壁的第一槽；和第二端壳体，所述第二端壳体具有中心轴线、第一端、与该第一端相反的第二端、和从该第一端轴向地延伸的第二容座，其中，所述第二容座包括具有内壁的第二槽；

第一推力轴承座，所述第一推力轴承座布置在所述第一容座内并且包括：中心轴线，该中心轴线与所述第一端壳体的中心轴线大体上对齐；第一端；与该第一端相反的第二端；布置在该第一端上的第一凹入的球形轴承表面；和第一中心长度L1，所述第一中心长度L1是沿着所述第一推力轴承座的中心轴线在该第二端和所述第一凹入的球形轴承表面之间轴向地测量的；和第二推力轴承座，所述第二推力轴承座布置在所述第二容座内并且包括：中心轴线，该中心轴线与所述第二端壳体的中心轴线大体上对齐；第一端；与该第一端相反的第二端；布置在该第一端上的第二凹入的球形轴承表面；和第二中心长度L2，所述第二中心长度L2是沿着所述第二推力轴承座的中心轴线在该第二端和所述第二凹入的球形轴承表面之间轴向地测量的；

其中，L2大于L1。

18.根据权利要求17所述的驱动轴组件，其中，所述第一驱动键和所述第二驱动键均是球形的，使得二者均具有一定直径；并且其中，L1和L2之差是所述第一驱动键和所述第二驱动键的直径的至少30％。

19.一种用于在地层中钻出井孔的方法，所述方法包括：

(a)使第一端壳体与第一驱动键在第一轴向位置处接触，其中，所述第一端壳体具有中心轴线、第一端、与所述第一端相反的第二端；和从所述第一端轴向延伸的第一容座，并且其中，所述第一驱动键布置在所述第一端壳体中的第一容座内并径向地布置在所述第一端壳体和驱动轴之间；

(b)在(a)期间，经由所述第一驱动键在所述第一端壳体和所述驱动轴之间传递扭矩；

和

(c)在(b)之后，使所述第一端壳体与所述第一驱动键或第二驱动键在第二轴向位置处接触，其中，所述第二轴向位置与所述第一轴向位置轴向地间隔开。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述第一驱动键是球形的并具有直径；并且其中，所述第二轴向位置与所述第一轴向位置轴向地间隔开一定距离，该距离是所述第一驱动键的直径的至少30％。

21.根据权利要求19所述的方法，还包括：

(d)在(b)之前将第一推力轴承座安装在所述第一容座内，所述第一推力轴承座具有第一中心长度L1；和(e)在(b)之后将第二推力轴承座安装在所述第一容座内，所述第二推力轴承座具有第二中心长度L2，其中，L2与L1不同。

22.根据权利要求19所述的方法，其中，所述(a)还包括：

(a1)将所述驱动轴的第一端插入到所述第一容座内，其中，所述驱动轴的第一端包括第一凹部和第一枢转点；其中，所述第一枢转点布置在所述驱动轴的中心纵向轴线上；并且其中，所述驱动轴被构造为绕所述第一枢转点相对于所述第一端壳体全向地枢转；

(a2)将所述第一驱动键部分地插入到所述第一凹部内，使得所述第一驱动键的中心位于第一平面内，所述第一平面径向于所述驱动轴的中心轴线延伸并与所述第一枢转点轴向地间隔开。

23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述(c)还包括：

(c1)将所述驱动轴的第二端插入到所述第一容座内，其中，所述驱动轴的第二端包括第二凹部和第二枢转点；其中，所述第二枢转点布置在所述驱动轴的中心纵向轴线上；并且其中，所述驱动轴被构造为绕所述第二枢转点相对于所述第一端壳体全向地枢转；

(c2)将所述第一驱动键或第二驱动键部分地插入到所述第二凹部内，使得所述第一驱动键的中心或所述第二驱动键的中心位于第二平面内，所述第二平面径向于所述驱动轴的中心轴线延伸并经过所述第二枢转点。

1.一种用于井下马达的驱动轴组件，所述驱动轴组件包括：

驱动轴，所述驱动轴具有中心纵向轴线、第一端、与所述第一端相反的第二端、紧邻所述第一端的第一凹部、和紧邻所述第二端的第二凹部；

第一驱动键，所述第一驱动键被构造为至少部分地布置在所述第一凹部内；

第二驱动键，所述第二驱动键被构造为至少部分地布置在所述第二凹部内；

其中，H1大于H2。

3.根据权利要求2所述的驱动轴组件，其中，H3大体上等于H2，并且其中，H4大体上等于H1。

4.根据权利要求2所述的驱动轴组件，其中，所述第一驱动键是球形的并具有直径；并且其中，H1和H3之差是所述第一驱动键的直径的至少30％。

5.根据权利要求2所述的驱动轴组件，其中，将所述驱动轴组件从所述第一构造转变到所述第二构造不需要在所述驱动轴组件内替换或添加另外的部件。

7.根据权利要求6所述的驱动轴组件，其中，H3大体上等于H2，并且其中，H4大体上等于H1。

8.根据权利要求6所述的驱动轴组件，其中，所述第一驱动键是球形的并具有直径；并且其中，H1和H4之差是所述第一驱动键的直径的至少30％。

9.根据权利要求6所述的驱动轴组件，其中，将所述驱动轴组件从所述第一构造转变到所述第二构造不需要在所述驱动轴组件内替换或添加另外的部件。

10.根据权利要求2所述的驱动轴组件，还包括：

其中，L2大于L1；

12.根据权利要求6所述的驱动轴组件，其中，所述驱动轴还包括：

第一枢转点，所述第一枢转点沿着所述驱动轴的中心纵向轴线紧邻所述驱动轴的第一端布置；

第二枢转点，所述第二枢转点沿着所述驱动轴的中心纵向轴线紧邻所述驱动轴的第二端布置；

其中，所述第一枢转点位于所述第一曲率中心处，并且所述第二枢转点位于所述第二曲率中心处。

其中，所述驱动轴组件还包括：

15.一种驱动轴组件，包括：

驱动轴，所述驱动轴具有中心纵向轴线、第一端、与所述第一端相反的第二端、紧邻所述第一端的第一凹部、和紧邻所述第二端的第二凹部；

第一驱动键，所述第一驱动键被构造为部分地收容在所述第一凹部内；

第二驱动键，所述第二驱动键被构造为部分地收容在所述第二凹部内；

第一端壳体，所述第一端壳体具有中心轴线、第一端、与该第一端相反的第二端、和从该第一端轴向地延伸的第一容座，其中，所述第一容座包括具有内壁的第一槽；

第二端壳体，所述第二端壳体具有中心轴线、第一端、与该第一端相反的第二端、和从该第一端轴向地延伸的第二容座，其中，所述第二容座包括具有内壁的第二槽；

第一枢转点，所述第一枢转点在所述驱动轴的中心纵向轴线上紧邻所述驱动轴的第一端布置，其中，所述驱动轴被构造为绕所述第一枢转点相对于所述第一端壳体全向地枢转；

第二枢转点，所述第二枢转点在所述驱动轴的中心纵向轴线上紧邻所述驱动轴的第二端布置，其中，所述驱动轴被构造为绕所述第二枢转点相对于所述第二端壳体全向地枢转；

其中，所述第一驱动键具有当所述第一驱动键被部分地收容在所述第一凹部内时位于第一平面内的中心，所述第一平面径向于所述驱动轴的中心纵向轴线延伸并与所述第一枢转点轴向地间隔开；

其中，所述第二驱动键具有当所述第二驱动键被部分地收容在所述第二凹部内时位于第二平面内的中心，所述第二平面径向于所述驱动轴的中心纵向轴线延伸并经过所述第二枢转点；

其中，所述驱动轴的第一端被收容在所述第一容座内，使得所述第一驱动键被部分地收容在所述第一槽内；并且其中，所述驱动轴的第二端被收容在所述第二容座内，使得所述第二驱动键被部分地收容在所述第二槽内。

16.(删除)

17.一种驱动轴组件，包括：

驱动轴，所述驱动轴具有中心纵向轴线、第一端、与所述第一端相反的第二端、紧邻所述第一端的第一凹部、和紧邻所述第二端的第二凹部；

第一驱动键，所述第一驱动键被构造为至少部分地布置在所述第一凹部内；

第二驱动键，所述第二驱动键被构造为至少部分地布置在所述第二凹部内；

其中，L2大于L1。

19.一种用于在地层中钻出井孔的方法，所述方法包括：

(b)在(a)期间，经由所述第一驱动键在所述第一端壳体和所述驱动轴之间传递扭矩；

和

(c)在(b)之后，使所述第一端壳体与所述第一驱动键或第二驱动键在第二轴向位置处接触，其中，所述第二轴向位置与所述第一轴向位置轴向地间隔开。

21.根据权利要求19所述的方法，还包括：

(d)在(b)之前将第一推力轴承座安装在所述第一容座内，所述第一推力轴承座具有第一中心长度L1；和(e)在(b)之后将第二推力轴承座安装在所述第一容座内，所述第二推力轴承座具有第

说明书全文

用于增加井下驱动轴组件寿命的系统和方法

[0001] 相关申请的交叉引用

[0002] 本申请要求2013年8月15日提交的且名为“Systems and Method for Increasing the Life of Downhole Driveshaft Assemblies(用于增加井下驱动轴组件寿命的系统和方法)”的美国临时专利申请No.61/866,342的权益，其通过引用以其整体并入本文。

[0003] 不适用

技术领域

[0004] 本发明总体上涉及井下驱动轴。更具体地，本发明涉及在用于钻孔操作中的井下马达中采用的驱动轴。

背景技术

[0005] 在地层内钻井孔的过程中，例如为了从地下层中开采碳氢化合物或矿物，通常的实践是将钻头连接到钻柱的下端上，该钻柱由首尾连接在一起的多个管接头形成，并且然后使钻柱旋转使得钻头向下前进到土中以产生沿着预定的轨迹的井孔。在方向性钻孔应用中，专门的钻柱部件和“底部钻具组件”(BHA)被用于导致、监视和控制钻头的路径中的偏差，以产生期望的非垂直构造的井孔。另外，典型的BHA也包括合并在其中的井下或泥浆马达，所述马达进一步包括：动力部分；轴承组件，该轴承组件布置在动力部分的井下；和驱动轴组件，该驱动轴组件在动力部分和轴承组件之间轴向延伸。动力部分典型地是渐进腔马达或正排量马达(PD马达)，所述马达包括可旋转地布置在定子内的转子。

[0006] 在钻孔操作中，钻孔流体(例如钻孔泥浆)在压力下循环通过钻柱并且返回到地面；然而，在通向钻头的途中，加压的钻孔流体在转子和定子之间流过动力部分以产生转子相对于定子的纵向轴线的偏心的进动运动，这因此产生了旋转扭矩，所述旋转扭矩通过驱动轴和轴承组件传递，以使钻头绕钻柱的中心轴线旋转。在此过程期间，驱动轴组件将转子的偏心运动转换为旋转运动(即同心旋转)，以使轴承组件和钻头在钻孔操作期间旋转。对于传统的驱动轴组件，此万向节趋向于在操作期间相对快地被磨损和或失效。特别地，许多传统的驱动轴通过点接触或线接触(或多个接触)在各种接触表面之间传递扭矩，所述点接触或线接触将大量的力在相对小的表面积上散布，因此趋向于加速此接触表面处的磨损。

发明内容

[0007] 一些实施例涉及用于井下马达的驱动轴组件。在实施例中，驱动轴组件包括驱动轴，所述驱动轴具有中心纵向轴线、第一端、与第一端相反的第二端、紧邻第一端的第一凹部、和紧邻第二端的第二凹部。另外，驱动轴组件包括：第一驱动键，该第一驱动键被构造为至少部分地布置在第一凹部内；和第二驱动键，该第二驱动键被构造为至少部分地布置在第二凹部内。此外，驱动轴组件包括第一端壳体，该第一端壳体具有中心轴线、第一端、与第一端相反的第二端、和从开放端轴向延伸到封闭端的第一容座，其中该开放端紧邻第一端壳体的第一端，并且其中第一容座包括具有内壁的第一槽。再进一步地，驱动轴组件包括第二端壳体，所述第二端壳体具有中心轴线、第一端、与第一端相反的第二端、和从开放端轴向延伸到封闭端的第二容座，其中该开放端紧邻第二端壳体的第一端且其中第二容座包括具有内壁的第二槽。驱动轴组件也包括中心点，该中心点沿着驱动轴的中心纵向轴线布置并且沿着驱动轴的中心纵向轴线距第一容座的封闭端和第二容座的封闭端大体上等距。驱动轴组件具有第一构造，其中驱动轴的第一端布置在第一容座内，使得第一驱动键在第一接触点处接合第一槽的内壁，所述第一接触点沿着驱动轴的中心纵向轴线与中心点间隔开距离H1，并且其中驱动轴的第二端布置在第二容座内，使得第二驱动键在第二接触点处接合第二槽的内壁，所述第二接触点沿着驱动轴的中心纵向轴线与中心点间隔开距离H2。H1大于H2。

[0008] 其它实施例涉及驱动轴组件。在实施例中，驱动轴组件包括：具有中心纵向轴线的驱动轴、第一端、与第一端相反的第二端、和紧邻第一端的第一凹部。另外，驱动轴组件包括第一驱动键，该第一驱动键构造为部分地接收在第一凹部内。此外，驱动轴组件包括第一端壳体，所述第一端壳体具有中心轴线、第一端、与第一端相反的第二端、和从第一端轴向延伸的第一容座，其中第一容座包括具有内壁的第一槽。再进一步地，驱动轴组件包括第一枢转点，该第一枢转点沿着驱动轴的中心纵向轴线布置并且紧邻驱动轴的第一端，其中驱动轴被构造为绕第一枢转点相对于第一端壳体全向地枢转。第一驱动键具有位于第一平面内的中心，当第一驱动键被部分地接收在第一凹部内时，所述第一平面径向地延伸到驱动轴的中心纵向轴线并且与第一枢转点轴向地间隔开。驱动轴的第一端接收在第一容座内，使得第一驱动键部分地接收在第一槽内。

[0009] 其它的实施例涉及驱动轴组件。在实施例中，驱动轴组件包括驱动轴，所述驱动轴具有中心纵向轴线、第一端、与第一端相反的第二端、紧邻第一端的第一凹部、和紧邻第二端的第二凹部。另外，驱动轴组件包括：第一驱动键，该第一驱动键被构造为至少部分地布置在第一凹部内；和第二驱动键，该第二驱动键被构造为至少部分地布置在第二凹部内。此外，驱动轴组件包括第一端壳体和第二端壳体，所述第一端壳体具有中心轴线、第一端、与第一端相反的第二端、和从第一端轴向延伸的第一容座，其中第一容座包括具有内壁的第一槽，所述第二端壳体具有中心轴线、第一端、与第一端相反的第二端、和从第一端轴向延伸的第二容座，其中第二容座包括具有内壁的第二槽。更进一步地，驱动轴组件包括：第一推力轴承座，该第一推力轴承座布置在第一容座内并且包括与第一端壳体的中心轴线大体上对齐的中心轴线；第一端；与第一端相反的第二端；布置在第一端上的第一凹入的球形轴承表面；和第一中心长度L1，所述第一中心长度L1是沿着第一推力轴承座的中心轴线在第二端和第一凹入的球形轴承表面之间轴向地测量的。驱动轴组件也包括：第二推力轴承座，该第二推力轴承座布置在第二容座内并且包括与第二端壳体的中心轴线大体上对齐的中心轴线；第一端；与第一端相反的第二端；布置在第一端上的第二凹入的球形轴承表面；和第二中心长度L2，所述第二中心长度沿着第二推力轴承座的中心轴线在第二端和第二凹入的球形轴承表面之间轴向地测量。L2大于L1。

[0010] 还有其它实施例涉及用于在地层中钻出井孔的方法。在实施例中，该方法包括(a)：在第一轴向位置处使第一端壳体与第一驱动键接触，其中第一端壳体具有中心轴线、第一端、与第一端相反的第二端、和从第一端轴向延伸的第一容座，并且其中第一驱动键布置在第一端壳体中的第一容座内且径向地布置在第一端壳体和驱动轴之间。另外，该方法包括(b)：在(a)期间经由第一驱动键在第一端壳体和驱动轴之间传递扭矩。此外，该方法包括(c)：在(b)之后在第二轴向位置处使第一端壳体与第一驱动键或第二驱动键接触，其中第二轴向位置与第一轴向位置轴向地间隔开。

[0011] 在此所述的实施例包括旨在解决与某些现有装置、系统和方法相关的各种缺点的特征和优点的组合。前文中已非常广泛地概述了本发明的特征和技术优点，以便可更好地理解下文的本发明详细描述。以上所述的各种特征以及其它特征将对于本领域的技术人员在阅读如下的详细描述时且通过参考附图容易地显而易见。本领域的技术人员应意识到的是，所公开的概念和具体的实施例可容易地用作修改或设计用于实现本发明的相同的目的的其他结构的基础。本领域的技术人员也应意识到的是，这样的等价物构造不偏离在附带的权利要求中阐述的本发明的精神和范围。

附图说明

[0012] 为了详细地描述所公开的实施例，现在将参考附图，其中：

[0013] 图1是根据在此所公开的原理的、用于在地层中钻出井孔的系统的实施例的示意性侧视图；

[0014] 图2是图1的驱动轴组件的实施例的放大侧视图；

[0015] 图3是处于第一构造中的图1的驱动轴组件的实施例的侧横截面视图；

[0016] 图4是处于第二构造中的图3的驱动轴组件的侧横截面视图；

[0017] 图5是图3的驱动轴组件的一个端壳体的多个槽部分之一的透视图；

[0018] 图6是处于第一构造中的图1的驱动轴组件的实施例的侧横截面视图；

[0019] 图7是处于第二构造中的图6的驱动轴组件的侧横截面视图；

[0020] 图8是处于第一构造中的图1的驱动轴组件的实施例的侧横截面视图；

[0021] 图9是处于第二构造中的图8的驱动轴组件的侧横截面视图；

[0022] 图10是处于第一构造中的图1的驱动轴组件的实施例的侧横截面视图；并且[0023] 图11是处于第二构造中的图10的驱动轴组件的侧横截面视图。

具体实施方式

[0024] 以下的论述针对各种示例性的实施例。然而，本领域的技术人员将理解的是在此公开的示例具有广泛的应用，并且任何实施例的论述仅意味着此实施例是示例性的，并且不旨在建议包括权利要求的本公开的范围被限制于此实施例。

[0025] 某些术语在如下的说明书和权利要求中始终用于表示特定的特征或部件。如本领域的技术人员将意识到的是不同的人员可通过不同的名称表示相同的特征或部件。此文件不旨在区别开在名称而非功能上不同的部件或特征。附图不必按比例。为清晰和简洁起见，某些特征和部件在此可在尺度上放大地示出或以稍微示意性的形式示出，并且可以不示出传统的元件的一些细节。

[0026] 在如下的论述并且在权利要求中，术语“包括”和“包含”以开放式方式使用，并且因此应解释为意味着“包括，但不限制于……”。而且，术语“联接”或“联接”旨在意味着间接或直接的连接。因此，如果第一装置联接到第二装置，则连接可通过直接连接或通过经由其他装置、部件和连接的间接连接来进行。另外，如在此所使用，术语“轴向的”和“轴向地”一般地意味着沿着中心轴线(例如本体或端口的中心轴线)或与其平行，而术语“径向的”和“径向地”一般地意味着与中心轴线垂直。例如，轴向距离是指沿着中心轴线或与其平行地测量的距离，并且径向距离意指与中心轴线垂直地测量的距离。为了清晰目的在说明书和权利要求中进行对于上或下的任何参考，使得“上”、“上部”、“向上地”、“井上(uphole)”或“上游”意味朝向井孔的地面，并且使得“下”、“下部”、“向下地”、“井下(downhole)”或“下游”意味着朝向井孔的终端，而与井孔的定向无关。

[0027] 如前所述，传统的驱动轴组件的万向节趋向于在操作期间相对快地磨损(例如塑性变形)或失效，这是由于布置在其中的各种接触表面之间的点接触或线接触(多个点接触或线接触)所导致。随着接触表面之间的扭矩载荷增加(例如由于来自动力部分的输出扭矩的增加所导致)，磨损率也增加。结果，钻孔操作必须以相对频繁的间隔停止以替换联接到驱动轴的关节组件内的磨损的和/或失效的部件(例如端壳体)，这因此增加了操作井下马达的总成本。因此，在此所公开的实施例包括合并了万向节的驱动轴组件，所述万向节允许在其间的多个接合布置或构造，以延长驱动轴组件的部件的使用寿命，并且因此降低了井下马达的操作的总成本。

[0028] 现在参考图1，示出了用于在地层中钻出井孔16的系统10。在此实施例中，系统10包括：钻机20，该钻机20布置在地面15上；钻柱21，该钻柱21从钻机20延伸到井孔16内；井下马达30；和钻头90。马达30形成了井底钻具组件(“BHA”)的一部分并且布置在钻柱21的下端和钻头90之间。沿着该BHA向下朝着钻头90该马达30依次包括：液压驱动部分或动力部分40；驱动轴组件100，该驱动轴组件100联接到动力部分40；和轴承组件80，该轴承组件80联接到驱动轴组件100。钻头90联接到轴承组件80的下端。

[0029] 液压驱动部分40将由沿着钻柱21向下泵送的钻井流体施加的压力转化为旋转扭矩，所述旋转扭矩通过驱动轴组件100和轴承组件80传递到钻头90。借助施加到钻头90的力或重力(也称为钻压(“WOB”))，旋转的钻头90接合土质地层并沿着预定路径朝向目标区前进以形成井孔16。沿钻柱21向下泵送并穿过马达30的钻井流体或泥浆从钻头90的表面流出并沿着形成在钻柱21与井孔16的侧壁19之间的环形空间18向上返回。钻井流体冷却了钻头90，并将碎屑从钻头90的表面冲开且将碎屑带到地面。

[0030] 现在参考图2，在此实施例中，驱动轴组件100可旋转地布置在外壳110内并且包括：驱动轴120；联接到驱动轴120的第一端壳体或上端壳体130；和联接到驱动轴120的第二端壳体或下端壳体140。另外，组件100包括端盖148，该端盖148被螺接到端壳体130、140中的每一个。在此实施例中，外壳110是细长的柱形管状构件，其具有中心轴线或纵向轴线115、第一端或上端110a、和与上端110a相反的第二端或下端110b。如图1最佳地示出，在此实施例中，壳体110与液压驱动部分40和轴承组件80同轴地对齐。另外，外壳110的上端110a联接到驱动部分40，并且外壳110的下端110b联接到轴承组件80。在一些实施例中，外壳110的上端110a与驱动部分40螺接，并且下端110b与轴承组件80螺接；然而，可使用任何合适的连接或接合装置或方法。

[0031] 再次参考图2，驱动轴120具有中心轴线或纵向轴线125、第一端120a、与第一端120a相反的第二端120b、以及在端部120a和120b之间轴向延伸的大致柱形的径向外表面
120c。在此实施例中，驱动轴120在端部120a、120b附近被增大尺寸(即驱动轴120的半径大致朝向端部120a、120b增大)。如下文中将更详细地描述的，驱动轴120的轴线125不与外壳
110的轴线115同轴地对齐。环形空间116形成在外壳110和驱动轴120之间。在钻孔操作期间，钻井流体沿钻柱21被向下泵送并且通过井下马达30被泵送到钻头90。在驱动轴组件100内，钻井流体从上端110a到下端110b流过环形空间116并通向轴承组件80和钻头90。

[0032] 上端壳体130具有第一端或上端130a、和与上端130a相反的第二端或下端130b。在此实施例中，上端壳体130设置有在上端130a处的阳性的销端连接器132，所述销端连接器132将上端壳体130螺接到液压驱动部分40的输出轴。

[0033] 下端壳体140具有第一端或上端140a、和与上端140a相反的第二端或下端140b。在此实施例中，下端壳体140设置有在下端140b处的阴性的盒端连接器142，所述盒端连接器142将下端壳体140螺接到轴承组件80的心轴。

[0034] 如将在下文中更详细地描述的，组件100被构造为可置于多种构造中，以延长或增加布置在其内的部件(例如端壳体130、140)中的每个部件的使用寿命。特别地，当组件100在这些构造之间切换时，组件100内的各种接触表面之间的接触点移位，使得当组件100在第一构造中操作时发生的任何磨损不影响当组件100被置于第二构造中时所述接触表面之间的接合。公开了实现了上述性能和功能(例如用于增加的使用寿命的多个构造)的组件100的多个实施例。应意识到的是，这些实施例中的每一个均可用在系统10内，同时仍遵照在此所述的原理。现在将在下文中更详细地描述这些实施例中的每个。

[0035] 现在参考图3和图4，示出了驱动轴组件100A的实施例。组件100A包括驱动轴120、上端壳体130和下端壳体140(为方便起见，图3和图4中仅示出了壳体130、140的部分)。在此实施例中，驱动轴120包括：第一多个球形凹部129a，该第一多个球形凹部129a围绕驱动轴120周向地延伸并且紧邻上端120a从表面120c径向向内延伸；和第二多个球形凹部129b，该第二多个球形凹部129b围绕驱动轴120周向地延伸并且紧邻下端120b从表面120c径向向内延伸。另外，驱动轴包括：第一腔121a，该第一腔121a从端部120a轴向延伸；和第二腔121b，该第二腔121b从第二端120b轴向延伸。

[0036] 每个具有中心193a和直径D190a的第一多个球形驱动键190a紧邻第一端120a布置在驱动轴120上，使得第一多个驱动键190a中的每一个驱动键均部分地布置或座落在第一多个凹部129a中的一个凹部内。另外，每个具有中心193b和直径D190b的第二多个球形驱动键190b紧邻第二端120b布置在驱动轴120上，使得第二多个驱动键190b中的每一个驱动键均部分地布置或座落在第二多个凹部129b中的一个凹部内。此外，具有中心123a的第一推力球122a座落在第一腔121a内，并且具有中心123b的第二推力球122b座落在第二腔121b内。如图3最佳地所示，在此实施例中，驱动键190a的中心193a布置在垂直地延伸穿过驱动轴120的中心轴线125和第一推力球122a的中心123a的第一径向平面127a内。此外，驱动键190b的中心193b布置在垂直地延伸穿过驱动轴120的中心轴线125和第二推力球122b的中心123b的第二径向平面127b内。

[0037] 壳体130具有中心轴线或纵向轴线135并且包括容座146a，该容座146a从紧邻端壳体130的下端130b的开放端131轴向延伸到封闭端133，并且所述容座146a包括在端部131、133之间延伸的径向内表面147。简要地参考图5，容座146a包括从表面147径向向外延伸的第一多个柱形槽或凹部136。每个槽136包括大致柱形的内壁138，如将在下文中更详细地解释的，所述内壁138构造为在操作期间与第一多个球形驱动键190a之一或第二多个球形驱动键190b之一接合。在此实施例中，每个槽136的内壁138的弯曲一般地与键190a、190b中的每个键的外部弯曲匹配或对应，使得键190a、190b和内壁138之间的接合形成线接触，然而，其它的接触布局也是可以的(例如点接触)。另外，容座146a包括沉孔149，该沉孔149在与轴线135同轴地对齐的封闭端133处轴向地延伸。

[0038] 现在返回参考图3和图4，端壳体140具有中心轴线或纵向轴线145和容座146b，该容座146b从紧邻端壳体140的上端140a的开放端141轴向延伸到封闭端143。在此实施例中，容座146b大体上与前述容座146a相同。因此，类似的附图标记用于指示类似的部件，并且容座146a的描述可完全应用于描述容座146b。

[0039] 在此实施例中，如前述的端盖148分别螺接在端壳体130、140的容座146a、146b中的每个容座内。每个端盖148包括：第一端或外端148a；和与外端148a相反的第二端或内端148b。另外，在此实施例中，L形压缩环166也分别布置在端壳体130、140的容座146a、146b中的每个容座内，使得每个环166在外端148a处螺接到端盖148中的一个端盖。此外，在此实施例中，柔性的封闭罩(closure boot)164设置在每个容座146a、146b内，以防止在钻孔操作期间钻孔泥浆流入容座146a、146b的任一个内。特别地，每个罩164包括：第一端或外端
164a；和与外端164a相反的第二端或内端164b。每个罩164的外端164a被径向地压缩并因此固定在每个容座146a、146b的环166和端盖148之间，而每个罩164的内端164b密封地接合驱动轴120的外表面120c。因此，每个罩164在驱动轴120和端壳体130、140中的一个端壳体之间径向地延伸。在此实施例中，更进一步，组件100A还包括中心点103，所述中心点103沿着驱动轴120的轴线125布置并且大体上距容座146a的封闭端133和容座143b的封闭端143是等距的。

[0040] 在此实施例中，再参考图3和图4，组件100A还包括第一推力轴承座170和第二推力轴承座180。第一推力轴承座170具有在操作期间分别与端壳体130、140的轴线135、145中的一个轴线对齐的中心轴线或纵向轴线175，并且包括：第一端或外端170a、与外端170a相反的第二端或内端170b；和布置在内端170b处的凹入的球形轴承表面172。除如图3所示外，轴承座170包括中心长度L170，该中心长度L170是沿着轴线175在端部170a、170b之间轴向地测量的(即L170是沿着轴线175在端部170a和表面172之间测量的)。类似地，第二推力轴承座180具有在操作期间分别与端壳体130、140的轴线135、145中的一个轴线对齐的中心轴线或纵向轴线185，并且包括：第一端或外端180a、和与外端180a相反的第二端或内端180b。除如图3所示外，轴承座180包括中心长度L180，该中心长度L180是沿着轴线185在端部180a、180b之间轴向地测量的(即L180是沿着轴线185在端部180a和表面182之间测量的)。在此实施例中，长度L180大于长度L170。在操作期间，每个轴承座170、180布置在容座146a、146b之一内，使得外端170a、180a座落在沉孔149之一内，并且每个表面172、182与前述推力球122a、122b之一接合。

[0041] 特别地参考图3，在钻孔操作期间，组件100A可置于第一构造中。特别地，如图3所示，当组件100A处于第一构造中时，第一推力轴承座170和驱动轴120的第一端120a均被收容在端壳体130的容座146a内，使得第一推力球122a接合座170的凹入的球形轴承表面172。另外，第二推力轴承座180和驱动轴120的第二端120b均被收容在壳体140的容座146b内，使得第二推力球122b接合座180的凹入的球形轴承表面182。

[0042] 而且，当组件100A处于第一构造中时，第一多个球形驱动键190a中的每个驱动键均被收容在容座146a的槽136中的一个槽内，使得每个键190a接合接触线197a处的内壁138中的一个内壁，其中接触线197a中的每个接触线位于平面127a内并且与组件100A的中心点103轴向地间隔开距离H197a。类似地，当组件100A处于第一构造中时，第二多个球形驱动键
190b中的每个驱动键均被收容在容座146b的槽136中的一个槽内，使得每个键190b在接触线197b处接合内壁138中的一个内壁，其中接触线197b中的每个接触线位于平面127b内并与组件100A的中心点103轴向地间隔开距离H197b。如图3所示，因为如前所述长度L180大于长度L170，所以距离H197a大于距离H197b。

[0043] 在钻孔操作期间，在动力部分40(见图1)内产生的旋转扭矩通过在接触线197a处的键190a和容座146a内的槽136之间的接合而从端壳体130传递到驱动轴120，并且进一步通过在接触线197b处的键190b和容座146b内的槽136之间的接合而从驱动轴120传递到端壳体140。因此，在操作期间，壳体130、驱动轴120和壳体140每个绕其各自轴线135、125、145(所述轴线可对齐或可不对齐)旋转。另外，随着壳体130、驱动轴120和壳体140均以上述方式旋转，驱动轴120自由地、全向地绕第一推力球122a的中心123a相对于端壳体130枢转并且绕第二推力球122b的中心123b相对于端壳体140枢转，从而供应动力部分40的偏心的旋转输出。

[0044] 现在特别地参考图4，随着驱动轴120以上述方式旋转和枢转，驱动键190a、190b中的每个驱动键分别与容座146a、146b的槽136的内壁138之间的接合导致在接触线197a、197b处的内壁138的磨损和变形。另外，应意识到的是，随着驱动轴120以上述方式旋转和枢转，键190a、190b中的每个键(且因此所述接触线197a、197b)沿着壁138轴向地振荡(例如由于驱动轴120绕前述中心123a、123b的枢转所导致)，使得壁138的磨损和变形不仅沿着线
197a、197b中的每个线集中，而且集中在轴向地紧邻线197a、197b的区域内。随着时间推移，上述的磨损和变形最终减少了组件100A的扭矩传递能力。因此，在至少一些实施例中，可通过切换第一和第二推力轴承座170、180在容座146a、146b内的相对位置而将组件100A转变到第二构造。特别地，当组件100A处于第二构造中时，第一推力轴承座170布置在壳体140的容座146b内，使得球形凹入表面172与第二推力球122b接合，并且第二推力轴承座180布置在壳体130的容座146a内，使得球形凹入轴承表面182与第一推力球122a接合。

[0045] 因为轴承座180的长度L180大于轴承座170的长度L170，所以当组件100A被置于如图4所示的第二构造中时，键190a、190b中的每个键接合分别与接触线197a、197b轴向地间隔开的槽136中的每个槽内的壁138上的大致未磨损的表面。特别地，当组件100A被置于第二构造中时，第一多个球形驱动键190a中的每个驱动键在容座146a内轴向地移位以在接触线
198a处接合槽136的内壁138，其中接触线198a中的每个接触线与组件100A的中心点103轴向地间隔开距离H198a，该距离H198a小于前述距离H197a。因此，接触线198a与接触线197a轴向地间隔开一定的轴向距离H198a-197a。另外，当组件100A被置于第二构造中时，第二多个球形驱动键190b中的每个驱动键在容座146b内轴向地移位，以在接触线198b处接合槽136的内壁138，其中接触线198a中的每个接触线与组件100A的中心点103轴向地间隔开距离H198b，该距离H198b大于前述距离H197b。因此，接触线198b与接触线197b轴向地间隔开轴向距离H198b-197b。在一些实施例中，轴向距离H198a-197a、H198b-197b每个分别与轴承座170、180的长度L170、L180之间的相对差异相同。为保证当组件100A置于第二构造中时所述驱动键190a、190b中的每个驱动键接合槽136内的大致未磨损或未变形的表面，轴向距离H198a-197a、H198b-197b优选分别为驱动键190a、190b的轴向长度(例如对于球形驱动键190a、190b，分别为直径D190a、D190b)的至少30％，更优选分别为驱动键190a、190b的轴向长度(例如直径D190a、D190b)的至少
50％。此外，在一些实施例中，距离H197a大体上等于距离H198b，并且距离H197b大体上等于距离H198a。此后，可恢复正常的操作，使得键190a、190b中的每个键分别与容座146a、146b的槽
136中的一个槽内的大致未磨损的表面(例如在壁138上)接合。因此，通过将组件100A在如前所述的第一构造和第二构造之间转变，键190a、190b中的每个键的接触或接合位置(例如线197a、197b、198a、198b)有效地在容座146a、146b内移位，以允许键190a、190b中的每个键再次与其中未磨损的表面接合，因此增加了在钻孔操作期间组件100A的使用寿命。

[0046] 现在参考图6和图7，示出了驱动轴组件100B的实施例。组件100B包括许多与前述组件100A相同的特征。结果，类似的部件和特征以类似的附图标记表示，并且下文的论述将集中于组件100A、100B和/或布置在其内的具体部件之间的差异。特别地，组件100B包括驱动轴120’，所述驱动轴120’共享了许多与前述的驱动轴120相同的部件和特征，除了凹部129b的轴向位置相对于第二端120b移位，使得当驱动键190b布置在凹部129b内时，与键
190b的中心193b对齐的第二径向平面127b与第二推力球122b的中心123b轴向地间隔开一定距离H127b-123b(即键190b的中心193b与球122b的中心123b轴向地间隔开距离H127b-123b)。然而，应意识到的是，第一径向平面127a以与前述的对于组件100A的方式相同的方式相对于轴线125垂直地延伸穿过键190a的中心193a和推力球122a的中心123a。另外，组件100B包括第一推力轴承座170’和第二推力轴承座180’，所述第一推力轴承座170’和第二推力轴承座
180’大体上分别与第一和第二推力轴承座170、180相同，除了轴承座170’的中心长度L170大体上等于轴承座180’的中心长度L180。

[0047] 特别地参考图6，在钻孔操作期间，组件100B可被置于第一构造中，其中驱动轴120’的端部120a被收容在端壳体130的容座146a内并且驱动轴120’的端部120b被收容在端壳体140的容座146b内。另外，当组件100B置于第一构造中时，第一多个球形驱动键190a中的每个驱动键被收容在容座146a的槽136中的一个槽内，使得每个键190a在接触线197’a处接合内壁138中的一个内壁，其中，接触线197’a中的每个接触线位于平面127a内，并且与组件100B的中心点103轴向地间隔开一定距离H197’a。类似地，当组件100B处于第一构造中时，第二多个球形驱动键190b中的每个驱动键被收容在容座146b的槽136中的一个槽内，使得每个键190b在接触线197’b处接合内壁138中的一个内壁，其中所述接触线197’b中的每个接触线位于平面127b内，并且与组件100B的中心点103轴向地间隔开一定距离H197’b。如图6所示，因为第二径向平面127b与第二推力球122b的中心123b轴向地间隔开轴向距离H127b-123b且第一径向平面127a穿过球122a的中心123a，所以距离H197’a大于距离H197’b。

[0048] 在操作期间，壳体130、驱动轴120’和壳体140均绕其各自的轴线135、125、145旋转，而驱动轴120’以前述的对于组件100A的方式同时绕推力球122a、122b的中心123a、123b枢转。在此过程期间，如前所述，容座146a、146b的槽136的内壁138由于分别与键190a、190b在线197’a、197’b处和轴向紧邻线197’a、197’b接触而磨损且变形，使得减少组件100B的扭矩传递能力。因此，特别地参考图7，在至少一些实施例中，可通过将驱动轴120’相对于壳体130、140倒置而将组件100A转变到第二构造中。特别地，在第二构造中，驱动轴120’的第一端120a被收容在壳体140的容座146b内并且驱动轴120’的第二端120b被收容在壳体130的容座146a内。

[0049] 因为第一径向平面127a通过第一推力球122a的中心123a并且第二径向平面127b与第二推力球122b的中心123b轴向间隔开轴向距离H127b-123b，所以当组件100B置于如图7所示的第二构造中时，键190a、190b中的每个键分别沿着与线197’b、197’a轴向地间隔开的槽136中的每个槽内的壁138接合大致未磨损的表面。特别地，当组件100B被置于第二构造中时，第一多个球形驱动键190a中的每个驱动键在接触线198’a处接合容座146b内的槽136的内壁138，其中所述接触线198’a中的每个接触线与组件100B的中心点103轴向间隔开距离H198’a，该距离H198’a大于前述距离H197’b。因此，在容座146b的每个槽136内，每个接触线198’a与接触线197’b轴向间隔开轴向距离H198’a-197’b。另外，当组件100B被置于第二构造中时，第二多个球形驱动键190b中的每个驱动键在接触线198’b处接合容座146a内的槽136的内壁
138，其中接触线198’b中的每个接触线与组件100B的中心点103轴向间隔开距离H198’b，该距离H198’b小于前述距离H197’a。因此，在容座146a的每个槽136内每个接触线198’b与接触线
197’a轴向间隔开轴向距离H198’b-197’a。为保证当组件100B被置于第二构造中时驱动键190a、
190b中的每个驱动键接合槽136内大致未磨损或未变形的表面，轴向距离H198’a-197’b、H198’b-197’a优选分别为驱动键190a、190b的轴向长度(例如分别为球形驱动键190a、190b的直径D190a、D190b)的至少30％，并且更优选分别为驱动键190a、190b的轴向长度(例如直径D190a、D190b)的至少50％。此外，在一些实施例中，距离H197’a大体上等于距离H198’a，并且距离H197’b大体上等于距离H198’b。此后，可恢复正常操作，使得键190a、190b中的每个键分别与容座
146a、146b的槽136中的一个槽内的大致未磨损的表面(例如在壁138上)接合。因此，通过使组件100B在如上所述的第一构造和第二构造之间转变，键190a、190b中的每个键的接触或接合位置(例如线197’a、197’b、198’a、198’b)有效地在容座146a、146b内移位，以允许键
190a、190b中的每个键再次与容座146a、146b内的未磨损的表面接合，因此增加了在钻孔操作期间组件100B的使用寿命。

[0050] 虽然在此所述的实施例已包括使用驱动轴(例如驱动轴120、120’)，所述驱动轴进一步包括轴向定向的腔(例如腔121a、121b)和推力球(例如推力球122a、122b)，但应意识到的是，其他实施例可包括具有替代的设计但仍符合在此所公开的原理的驱动轴。例如，现在参考图8和图9，示出了驱动轴组件200A。组件200A大体上与组件100A相同，除了组件200A包括驱动轴220、第一推力轴承座270和第二推力轴承座280来分别替代驱动轴120、轴承座170和轴承座180。

[0051] 驱动轴220具有中心轴线或纵向轴线225、第一端220a、与第一端220a相反的第二端220b、以及在端部220a、220b之间轴向延伸的大致柱形的径向外表面220c。另外，驱动轴220包括：第一多个球形凹部229a，该第一多个球形凹部229a围绕驱动轴220周向地延伸并且从紧邻第一端220a的表面220c径向向内延伸；和第二多个球形凹部229b，该第二多个球形凹部229b围绕驱动轴220周向地延伸并且从紧邻第二端220b的表面220c径向向内延伸。
此外，具有曲率中心223a的第一凸出的球形轴承表面222a布置在第一端220a处，并且具有曲率中心223b的第二凸出的球形轴承表面222b布置在第二端220b处。在操作期间，如上所述，随着壳体130、140和驱动轴220均绕其各自的轴线135、145、225旋转，曲率中心223a、
223b的每一个用作驱动轴220的全向枢转中心(类似于前述的球122a、122b的中心123a、
123b)。

[0052] 前文所述的第一多个球形驱动键190a紧邻第一端220a布置在驱动轴220上，使得第一多个驱动键190a中的每一个驱动键至少部分地布置在或座落在第一多个凹部229a中的一个凹部内。另外，前述的第二多个球形驱动键190b紧邻第二端220b布置在驱动轴220上，使得第二多个驱动键190b中的每一个驱动键至少部分地布置或座落在第二多个凹部229b中的一个凹部内。如图8最佳地示出，在此实施例中，第一径向平面127a(即如前所述与键190a的中心193a对齐的平面)垂直地延伸穿过驱动轴220的中心轴线225和曲率中心
223a，而第二径向平面127b(即如前所述与键190b的中心193b对齐的平面)垂直地延伸穿过驱动轴220的中心轴线225和曲率中心223b。

[0053] 轴承座270具有中心轴线或纵向轴线275并且：包括第一端或外端270a；与外端270a相反的第二端或内端270b；布置在内端270b处的凹入的球形轴承表面272；和沿着轴线
275在端部270a、270b之间延伸的轴向中心长度L270(即沿着轴线275在端部270a和表面272之间测量的长度L270)。轴承座280具有中心轴线或纵向轴线285并且包括：第一端或外端
280a；与外端280a相反的第二端或内端280b；布置在内端280b处的凹入的球形轴承表面
282；和沿着轴线285在端部280a、280b之间延伸的轴向中心长度L280(即沿着轴线285在端部
280a和表面282之间测量的长度L280)。在此实施例中，长度L280大于长度L270。在操作期间，每个轴承座270、280布置在容座146a、146b中的一个容座内，使得外端270a、280a座落在沉孔
149中的一个沉孔内(见图5)，并且如前所述，表面272、282中的每个表面与表面222a、222b中的一个表面接合。

[0054] 因此，在操作期间，组件200A可以被置于第一构造中，诸如图8所示，其中第一端220a和轴承座270被收容在容座146a内，使得凸出的球形轴承表面222a接合轴承座270的凹入的球形轴承表面272，并且键190a中的每个键在接触线297a处接合容座146a内的槽136中的一个槽的内壁138。类似地，在图8所示的第一构造中，第二端220b和轴承座280被收容在容座146b内，使得凸出的球形轴承表面222b接合轴承座280的凹入的球形轴承表面282，并且键190b中的每个键在接触线297b处接合容座146b内的槽136中的一个槽的内壁138。如上文中对于组件100A所述的，接触线297a中的每个接触线与组件200A的中心点103比接触线
297b中的每个接触线轴向间隔开更大的距离。

[0055] 在操作期间，壳体130、驱动轴220和壳体140均绕其各自的轴线135、225、145旋转，而驱动轴220以与上文关于组件100A所述的方式类似的方式同时分别绕表面222a、222b的中心223a、223b枢转。在此过程期间，如前所述，容座146a、146b的槽136的内壁138由于与键190a、190b分别在线297a、297b处和轴向紧邻所述线297a、297b的接触而磨损并变形，使得减少组件200A的扭矩传递能力。因此，特别地参考图9，在至少一些实施例中，通过将第一和第二推力轴承座270、280的相对位置分别切换到容座146a、146b内，组件200A可转变到第二构造。由于对于组件100A上述相同的原因，因为长度L280大于长度L270，所以将组件200A置于第二构造中会导致键190a在与接触线297a轴向间隔开的接触线298a处接合容座146a的槽
136中的一个槽的内壁138，并导致键190b在与接触线297b轴向地间隔开的接触线298b处接合容座146b的槽136中的一个槽的内壁138。为保证当组件200A被置于第二构造中时驱动键
190a、190b中的每个驱动键接合槽136内的大致未磨损或未变形的表面，线297a、298a之间的相对轴向距离和线297b、298b之间的相对轴向间隔优选分别为驱动键190a、190b的轴向长度(例如分别为球形驱动键190a、190b的直径D190a、D190b)的至少30％，更优选分别为驱动键190a、190b的轴向长度(例如直径D190a、D190b)的至少50％。其后，可恢复正常的操作，使得键190a、190b中的每个键分别与容座146a、146b的槽136中的一个槽内的大体上未磨损的表面(例如在壁138上)接合。因此，通过如前所述将组件200A在第一和第二构造之间转变，驱动键190a、190b中的每个驱动键的接触或接合位置(例如线297a、297b、298a、298b)有效地在容座146a、146b内移动，以允许键190a、190b中的每个键再次与容座146a、146b内的未磨损的表面接合，因此增加了在钻孔操作期间组件200A的使用寿命。

[0056] 作为另一个示例，现在参考图10和图11，示出了驱动轴组件200B。组件200B包括许多与前述组件200A相同的特征。结果，类似的部件和特征以类似的附图标记表示，并且以下的论述将集中在组件200A、200B之间的差异和/或布置在其中的具体部件之间的差异。特别地，组件200B包括驱动轴220’，所述驱动轴220’共享了许多与前述的驱动轴220相同的部件和特征，除了凹部229b的轴向位置相对于第二端220b被移位，使得当驱动键190b布置在凹部229b内时，第二径向平面127b(与键190b的中心193b对齐)与表面222b的曲率中心223b轴向地间隔开轴向距离H127b-223b(即键190b的中心193b与中心223b轴向地间隔开距离H127b-223b)。然而，应意识到的是，第一径向平面127a以与关于组件200如前所述的方式相同的方式相对于轴线225垂直地延伸穿过键190a的中心193a和曲率中心223a。另外，组件200B包括第一推力轴承座270’和第二推力轴承座280’，所述推力轴承座分别与第一和第二轴承座270、280大体上相同，除了轴承座270’的中心长度L270大体上等于轴承座280’的中心长度L280。

[0057] 因此，在操作期间，组件200B可被置于第一构造中，如图10所示，其中第一端220a被收容在容座146a内，使得凸出的球形轴承表面222a接合轴承座270’的凹入的球形轴承表面272，并且键190a中的每个键在接触线297’a处接合容座146a内的槽136中的一个槽的内壁138。类似地，在图10中所示的第一构造中，第二端220b被收容在容座146b内，使得凸出的球形轴承表面222b接合轴承座280’的凹入的球形轴承表面282，并且键190b中的每个键在接触线297’b处接合容座146b内的槽136中的一个槽的内壁138。如在上文中关于组件100B所述的，接触线297’a中的每个接触线与组件200B的中心点103比接触线297’b中的每个接触线轴向间隔开更大的距离。

[0058] 在操作期间，如前所述，壳体130、驱动轴220’和壳体140均绕各自的轴线135、225、145旋转，而驱动轴220’同时分别绕表面222a、222b的中心223a、223b枢转。在此过程期间，容座146a、146b的槽136的内壁138由于分别与键190a、190b在线297’a、297’b处和轴向地紧邻线297’a、297’b接触而磨损和变形，使得减少组件200B的扭矩传递能力。因此，特别地参考图11，在至少一些实施例中，组件200B可通过将驱动轴220’相对于壳体130、140倒置而转变到第二构造中，使得端部220a被收容在容座146b内且端部220b被收容在容座146a内。由于与上文关于组件100B所述相同的原因，因为平面127a在驱动轴220’的第一端220a处通过中心223a并且平面127b在第二端220b处与中心223b轴向地间隔开，所以将组件200B置于第二构造中会导致键190b在与接触线297’a轴向地间隔开的接触线298’b处接合容座146a的槽136中的一个槽的内壁138，并且导致键190a在与接触线297’b轴向地间隔开的接触线
298’a处接合容座146b的槽136中的一个槽的内壁138。为保证在组件200B被置于第二构造中时驱动键190a、190b中的每个驱动键接合槽136内的大致未磨损或未变形的表面，线297’a、298’b之间的相对轴向距离和线297’b、298’a之间的相对轴向间隔优选分别为驱动键
190a、190b的轴向长度(例如分别为球形驱动键190a、190b的直径D190a、D190b)的至少30％，更优选分别为驱动键190a、190b的轴向长度(例如直径D190a、D190b)的至少50％。其后，可恢复正常的操作，使得键190a、190b中的每个键分别与容座146a、146b的槽136中的一个槽内的大致未磨损的表面(例如在壁138上)接合。因此，如前所述，通过将组件200B在第一和第二构造之间转变，键190a、190b中的每个键的接触或接合位置(例如线297’a、297’b、298’a、298’b)有效地在容座146a、146b内移位，以允许键190a、190b中的每个键再次与容座146a、146b内的未磨损的表面接合，因此增加了在钻孔操作期间组件200B的使用寿命。

[0059] 以所述的方式，通过使用根据在此所公开的原理的驱动轴组件(例如组件100A、100B、200A、200B)，操作者可将驱动轴组件置于多个构造中以延长组件的总使用寿命，这因此降低了执行钻孔操作的成本。虽然在此公开的实施例已包括球形驱动键190a、190b和球形凹部129a、129b、229a、229b，但应意识到的是，在其它实施例中，驱动键190a、190b和凹部
129a、129b、229a、229b可形成为各种各样的形状同时仍遵照在此所公开的原理。另外，虽然键190a、190b和槽的内壁138之间的接合已被描述为线接触，但应意识到的是，在其它实施例中，其它的接触类型也是可以的，例如点接触。此外，虽然在此所述的实施例已包括多个驱动键190a、190b和多个槽136，但应意识到的是，键190a、190b和槽136的数量和布置可很大地变化，同时仍遵照在此所公开的原理。例如，在一些实施例中，可存在仅一个与每个壳体130、140内的一个槽(例如槽136)接合的键(例如键190a、190b)。更进一步，虽然在此公开的实施例已被示出并且将组件100描述为在笔直的壳体110内操作，但应意识到的是，在其他实施例中，组件100可布置在其它类型的壳体内(例如弯曲的或可调整的)，同时仍遵照在此所述的原理。

[0060] 虽然已示出且描述了优选的实施例，但在不偏离本文中的范围或教导的情况下，能够由本领域的技术人员对其进行修改。在此所述的实施例仅是示例性的并且不是限制性的。在此所述的系统、设备和过程的许多变型和修改是可能的并且在本发明的范围内。例如，各个部件的相对尺寸、由其制成各个部件的材料、和其它参数能够变化。因此，保护范围不限制于在此所述的实施例，而是仅通过所附权利要求限定，所述权利要求的范围应包括权利要求的主旨的所有等价物。除非另外地明确陈述，在方法权利要求中的步骤可以以任何次序执行。在方法权利要求中的步骤前的诸如(a)、(b)、(c)或(1)、(2)、(3)的标识符的陈述不旨在并且不给步骤指定特定的次序，而是用于简化对于此步骤的随后的引用。

标题	发布/更新时间	阅读量
色带驱动轴-专利编号CN1355102A	2020-05-13	931
驱动轴-专利编号CN105202008A	2020-05-12	1026
驱动轴-专利编号CN103867555A	2020-05-11	140
电驱动轴-专利编号CN101076462A	2020-05-11	589
驱动轴组件-专利编号CN107076083B	2020-05-13	925
驱动轴-专利编号CN109910606A	2020-05-11	504
驱动轴组件-专利编号CN107076083A	2020-05-12	91
一种驱动轴-专利编号CN103322014A	2020-05-13	598
驱动轴-专利编号CN1136398C	2020-05-12	829
驱动轴-专利编号CN1218149A	2020-05-11	509

用于增加井下驱动轴组件寿命的系统和方法

用于增加井下驱动轴组件寿命的系统和方法

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