CN103485715A - 一种控制反扭矩钻井工具 - Google Patents

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田家林
梁政
范哲
杨琳
赵广慧
邓雄
蒋发光
张梁
叶哲伟
肖仕红
董超群
李双双
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Abstract

本发明涉及一种用于石油天然气钻探、地质钻探、建筑工程领域的控制反扭矩钻井工具。它能够平衡马达和钻柱上产生的反扭矩，使工作面在工作期间更稳定。其技术方案：螺杆传动轴与齿轮驱动轴螺纹连接，在齿轮驱动轴靠近连接体一端装配有轴承组合；在齿轮驱动轴中间部位有一段齿轮轴与行星齿轮相啮合，6个行星齿轮均布在齿轮驱动轴的周向，行星齿轮与外侧的齿轮套筒采用内啮合配合；轴承组合固定在齿轮套筒内侧，其外圈与齿轮套筒连接，内圈与齿轮驱动轴连接；连接体外侧连接外钻头，外钻头为环形钻头装在齿圈上。本钻井工具与钻头配合使用，平衡了反扭矩，延长了钻头的使用寿命；能减少对工作面的调整，提高钻井速度，降低钻井成本。

Description

一种控制反扭矩钻井工具
技术领域
本发明涉及一种用于石油天然气钻探工程、矿山开采、地质钻探、建筑工程、隧道工程、盾构及非开挖等技术设备领域的控制反扭矩钻井工具。
背景技术
用井下马达定向造斜时，会在钻具上产生较大的反扭矩。用PDC钻头钻定向井时，最难处理的问题就是由反扭矩变化引起的工具面控制不稳。钻井工作人员花费了大量的时间来调整工具面，由于每次停泵进行钻具连接，钻井参数改变，或者地层岩性发生变化，或者处理其他许多常规的问题，大扭矩变化会导致钻速降低，增加不必要的起下钻时间和设计井眼的改变，这些都会增加钻井作业的成本。因此，平衡反扭矩是定向钻井中重要的技术问题。反扭矩值的变化因素有很多，如钻压、岩石的性质、井眼情况等。由此，迫切需要一种钻井工具来控制定向钻井中产生的反扭矩。
基于减小机械的反扭矩的技术理论，平衡反扭矩工具应用于定向马达钻井方面将会是一个巨大的进步。如果该工具成功应用于定向钻井中，由于在钻具上产生的反扭矩值很小，这将会节约很多扭工具面的时间，并能降低较大的成本，能为石油工业创造大的经济价值。
发明内容
本发明的目的在于：为了使通过平衡马达和钻柱上产生的反扭矩，使工作面在工作期间更为稳定，特提供一种控制反扭矩钻井工具。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种控制反扭矩钻井工具，是由螺杆传动轴、齿轮驱动轴、齿轮套筒、行星齿轮、轴承组合、连接体和外钻头组成，其特征在于：螺杆传动轴与齿轮驱动轴用螺纹连接，在齿轮驱动轴靠近连接体的一端装配有轴承组合，齿轮驱动轴与连接体用螺纹连接；齿轮驱动轴的中间部分设置有一段齿轮轴，该齿轮轴与行星齿轮相互啮合；安装6个行星齿轮均匀分布在齿轮驱动轴的周向，行星齿轮固定在销轴上，行星齿轮与外侧的齿轮套筒用内啮合配合连接；轴承组合的外圈与齿轮套筒连接，轴承组合的内圈与齿轮驱动轴连接；其中轴承组合是由一个圆锥滚子轴承和一个推力球轴承并排组成，其圆锥滚子轴承在靠近外钻头一侧；连接体与轴承组合之间装配有垫圈，连接体与齿轮驱动轴之间装配有密封铜垫，连接体外侧连接外钻头，外钻头为环形钻头，装配在齿轮套筒的齿圈上。齿轮套筒与外套筒之间形成动密封。
本发明的有益效果是：（1）延长钻头使用寿命：和钻头配合使用，外钻头平衡了钻头产生的反扭矩，可以更加平稳的传递钻压，使PDC钻头的剪切破岩过程更平稳、更高效，效果更加明显，有效的延长PDC钻头的使用寿命。(2)显著提高钻头的钻井速度：钻具不再严重受到扭矩的影响，能够更加平稳的将钻具组合所能产生的钻压传递到钻具与钻头，从而减小了卡钻的风险，同时，平稳的钻压传递和固定的工具面，使得钻井工具可以更好的配合PDC钻头钻井，从而显著提高钻井速度。(3)减少对工作面频繁的设定和调整：本钻井工具平衡了钻具的反扭矩，避免了由反扭矩影响而带来的诸多不便，例如过程中需要花大量时间、频繁的调整和设定工作面。
附图说明
图1为本发明控制反扭矩钻井工具的结构示意图。
图中：1.螺杆传动轴，2.齿轮驱动轴，3.外套筒，4.齿轮套筒，5.行星齿轮，6.销轴，7.轴承组合，8.垫圈，9.连接体，10.外钻头，11.密封铜垫。
图2为本钻井工具的中间齿轮驱动轴2与六个行星齿轮5啮合处的截面图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
按照图1所示，本钻井工具是由螺杆传动轴1、齿轮驱动轴2、齿轮套筒4、行星齿轮5、轴承组合7、连接体9和外钻头10组成，螺杆传动轴1与齿轮驱动轴2通过螺纹连接，在齿轮驱动轴2靠近连接体9的一端装配有轴承组合7；齿轮驱动轴2与连接体9通过螺纹连接；齿轮驱动轴2的中间部分有一段齿轮轴，该齿轮轴与行星齿轮5相互啮合；安装6个行星齿轮均匀分布在齿轮驱动轴2的周向；行星齿轮5固定在销轴6上，行星齿轮5与外侧的齿轮套筒4通过内啮合配合连接；轴承组合7的外圈与齿轮套筒4连接，轴承组合7的内圈与齿轮驱动轴2连接，其中轴承组合7是由一个圆锥滚子轴承和一个推力球轴承并排组成，其圆锥滚子轴承在靠近外钻头一侧；连接体9与轴承组合7之间装配有垫圈8，连接体9与齿轮驱动轴2之间装配有密封铜垫11，连接体9外侧连接外钻头10，外钻头10为环形钻头，装配在齿轮套筒4齿圈上。齿轮套筒4与外套筒3之间形成动密封。若中心处的齿轮驱动轴2顺时针转动，则驱动6个行星齿轮5逆时针转动，6个行星齿轮5则驱动外层的齿轮套筒4逆时针转动，并带动齿轮套筒4和套筒上的外钻头10一起逆时针转动，从而造成外钻头10与井壁之间的摩擦，产生一个与钻柱转向相反的扭矩，达到平衡反扭矩的效果。

Claims (1)

1.一种控制反扭矩钻井工具，由螺杆传动轴、齿轮驱动轴、齿轮套筒、行星齿轮、轴承组合、连接体和外钻头组成，其特征在于：螺杆传动轴（1）与齿轮驱动轴（2）用螺纹连接，在齿轮驱动轴（2）靠近连接体（9）的一端装配有轴承组合（7），齿轮驱动轴（2）与连接体（9）用螺纹连接；齿轮驱动轴（2）的中间部分设置有一段齿轮轴，该齿轮轴与行星齿轮（5）相互啮合；安装6个行星齿轮（5）均匀分布在齿轮驱动轴（2）的周向，行星齿轮（5）固定在销轴（6）上，行星齿轮（5）与外侧的齿轮套筒（4）用内啮合配合连接；轴承组合（7）是由一个圆锥滚子轴承和一个推力球轴承并排组成，其圆锥滚子轴承在靠近外钻头（10）的一侧，轴承组合（7）的外圈与齿轮套筒（4）连接，轴承组合（7）的内圈与齿轮驱动轴（2）连接；连接体（9）与轴承组合（7）之间装配有垫圈（8），连接体（9）与齿轮驱动轴（2）之间装配有密封铜垫（11），连接体（9）外侧连接外钻头（10），外钻头（10）为环形钻头，装配在齿轮套筒（4）的齿圈上，齿轮套筒（4）与外套筒（3）之间形成动密封。
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