CN109138848B - 一种可转向螺杆钻具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可转向螺杆钻具，包括筒体、旁通阀总成、液马达总成、万向轴总成、传动轴总成和旋转电机，所述旁通阀总成、液马达总成、万向轴总成和传动轴总成均设置在筒体内，所述旁通阀总成、液马达总成、万向轴总成和传动轴总成自上而下依次相连，所述旋转电机与钻杆的上端传动连接，所述钻杆的下端与筒体上端固定连接，所述筒体与钻杆延伸方向有夹角。本发明结构新颖，螺杆钻具在钻孔的过程中可进行转向，打破传统螺杆钻具只能定向钻孔这一难题，同时，筒体在钻孔过程中进行转动，使钻孔的直径增大，从而起到扩孔的作用。

Description

一种可转向螺杆钻具

技术领域

本发明涉及钻井用设备领域，特别涉及一种可转向螺杆钻具。

背景技术

螺杆钻具是一种以钻井液为动力，把液体压力能转化为机械能的容积式井下动力钻具。当泥浆泵泵出的泥浆流经旁通阀进入马达，在马达的进、出口形成一定的压力差，推动转子绕定子的轴线旋转，并将转速和扭矩通过万向轴和传动轴传递给钻头，从而实现钻井工作。

在目前石油钻井的操作中，螺杆钻具都只能完成定向钻井工作，随着石油钻井行业的不断发展，对螺杆钻具的要求也越来越高，要求螺杆钻具不仅要完成定向钻井工作，还需要在钻孔过程中可进行转向钻孔。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种可转向螺杆钻具，结构新颖，螺杆钻具在钻孔的过程中可进行转向，打破传统螺杆钻具只能定向钻孔这一难题，同时，筒体在钻孔过程中进行转动，使钻孔的直径增大，从而起到扩孔的作用。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种可转向螺杆钻具，包括筒体、旁通阀总成、液马达总成、万向轴总成、传动轴总成和旋转电机，所述旁通阀总成、液马达总成、万向轴总成和传动轴总成均设置在筒体内，所述旁通阀总成、液马达总成、万向轴总成和传动轴总成自上而下依次相连，

所述旁通阀总成包括阀芯、阀座、弹簧和旁通孔，所述阀芯和阀座均为筒状，所述阀座抵接在筒体内，所述阀座套接在阀芯上，所述阀芯可在筒体内上下滑动，所述弹簧设置在阀芯与阀座之间，所述旁通孔设置在筒体的侧壁上；

所述液马达总成包括定子和转子，所述定子内设置有螺旋内孔，所述转子的外壁设置有与定子螺旋内孔相配合的螺旋状线形，所述转子设置在定子内，所述转子与定子相互啮合，所述定子螺旋内孔的齿数比转子外壁的齿数多一个；

所述万向轴总成包括万向轴，所述万向轴上端与转子固定连接，所述万向轴下端与传动轴固定连接，可将转子的行星运动转变为传动轴的定轴运动；

所述传动轴总成包括传动轴、上径向轴承和下径向轴承，所述传动轴与筒体之间有间隙，所述上径向轴承和下径向轴承均设置在间隙内，所述上径向轴承和下径向轴承分别设置在传动轴的上部和下部，所述传动轴的下端传动连接有钻头；

所述旋转电机与钻杆的上端传动连接，所述钻杆的下端与筒体上端固定连接，所述筒体与钻杆延伸方向有夹角。

作为本发明的一种改进，所述旁通阀总成与液马达总成之间还设置有防掉节，所述防掉节包括防掉杆、防掉孔和防掉螺母，所述防掉孔设置在筒体内，所述防掉杆位于防掉孔内，所述防掉螺母固定安装在防掉杆的端部，所述防掉螺母的直径大于防掉孔的直径，所述防掉杆底端与转子顶端同轴连接。

作为本发明的一种改进，所述转子的径向截面为花瓣形。

作为本发明的一种改进，所述钻头为三牙轮钻头。

作为本发明的一种改进，所述定子螺旋内孔的内壁上固定设置有橡胶垫圈。

作为本发明的一种改进，所述筒体与钻杆延伸方向的夹角为3°~5°。

作为本发明的一种改进，所述旋转电机外侧固定设置有保护罩。

作为本发明的一种改进，所述保护罩为圆台形，所述圆台形保护罩的上端面的直径小于钻杆的直径，所述圆台形保护罩的下端面的直径大于钻杆的直径。

本发明的有益效果：

本发明所述的一种可转向螺杆钻具结构新颖，将旋转电机与钻杆传动连接，旋转电机可驱动钻杆进行转动，配合筒体与钻杆延伸方向有夹角，可使螺杆钻具在钻孔的过程中进行转向，打破传统螺杆钻具只能定向钻孔这一难题，同时，钻杆带动筒体在钻孔过程中进行转动，使螺杆钻具的筒体呈喇叭状前进，使钻孔的直径增大，从而起到扩孔的作用；在旁通阀总成与液马达总成之间设置有防掉节，当螺杆钻具下部部件发生下沉时，防掉螺母会随之下沉，引起流道的压力大幅度上升，从而提示地面工作人员进行停机检修；钻头采用三牙轮钻头进行钻孔，可使钻头在旋转时具有冲击、压碎和剪切破碎地层岩石的作用，使岩石全面破碎，钻孔得以延伸，使螺杆钻具可适应软、中硬的各种地层，实用性更强，使用范围更大；在定子螺旋内孔的内壁上固定设置有橡胶垫圈，可在液马达工作时减小转子与定子之间的相互摩擦，从而延长定子的使用寿命；在旋转电机外侧固定设置有保护罩，可以有效地保护旋转电机，防止钻孔时产生的碎石沙屑等对旋转电机造成损害；将保护罩设置为圆台状，可以有效地将钻孔时产生的碎石沙屑向后排出。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为旁通阀总成的结构示意图。

图3为防掉节的结构示意图。

图4为传动轴总成的结构示意图。

图5为定子的结构示意图。

附图标记列表：

1、筒体；2、旁通阀总成；3、液马达总成；4、万向轴总成；5、传动轴总成；6、旋转电机；201、阀芯；202、阀座；203、弹簧；204、旁通孔；301、定子；302、转子；303、螺旋内孔；304、橡胶垫圈；401、万向轴；501、传动轴；502、上径向轴承；503、下径向轴承；7、钻头；8、防掉节；801、防掉杆；802、防掉孔；803、防掉螺母；9、保护罩。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

如图所示，本发明所述的一种可转向螺杆钻具，包括筒体1、旁通阀总成2、液马达总成3、万向轴总成4、传动轴总成5、旋转电机6和钻杆10，所述旁通阀总成2、液马达总成3、万向轴总成4和传动轴总成5均设置在筒体1内，所述旁通阀总成2、液马达总成3、万向轴总成4和传动轴总成5自上而下依次相连，

所述旁通阀总成2包括阀芯201、阀座202、弹簧203和旁通孔204，所述阀芯201和阀座202均为筒状，所述阀座202抵接在筒体1内，所述阀座202套接在阀芯201上，所述阀芯201可在筒体1内上下滑动，所述弹簧203设置在阀芯201与阀座202之间，所述旁通孔204设置在筒体1的侧壁上；

所述液马达总成3包括定子301和转子302，所述定子301内设置有螺旋内孔303，所述转子302的外壁设置有与定子301螺旋内孔303相配合的螺旋状线形，所述转子302设置在定子301内，所述转子302与定子301相互啮合，所述定子301螺旋内孔303的齿数比转子302外壁的齿数多一个；

所述万向轴总成4包括万向轴401，所述万向轴401上端与转子302固定连接，所述万向轴401下端与传动轴501固定连接，可将转子302的行星运动转变为传动轴501的定轴运动；

所述传动轴总成5包括传动轴501、上径向轴承502和下径向轴承503，所述传动轴501与筒体1之间有间隙，所述上径向轴承502和下径向轴承503均设置在间隙内，所述上径向轴承502和下径向轴承503分别设置在传动轴501的上部和下部，所述传动轴501的下端传动连接有钻头7；

所述旋转电机6与钻杆10的上端传动连接，所述钻杆10的下端与筒体1上端固定连接，所述筒体1与钻杆10延伸方向有夹角。

本发明的工作原理：本发明在钻进的过程中，通过旋转电机6带动钻杆转动，从而带动筒体1进行转动，同时，三牙轮钻头7由液马达输出的扭矩带动进行旋转进行破岩，在钻孔过程中，螺杆钻具的筒体1呈喇叭状前进，可起到扩孔的作用，当需要转向时，先进行定向，即当筒体1旋转到合适的位置时，暂停旋转电机6，只通过液马达输出的扭矩带动三牙轮钻头7进行钻孔，当定向角度达到预定的设计角度时，再次启动旋转电机6，带动钻杆10从而带动筒体1进行转动，可实现转向钻孔。

本发明所述的旁通阀总成2与液马达总成3之间还设置有防掉节8，所述防掉节8包括防掉杆801、防掉孔802和防掉螺母803，所述防掉孔802设置在筒体1内，所述防掉杆801位于防掉孔802内，所述防掉螺母803固定安装在防掉杆801的端部，所述防掉螺母803的直径大于防掉孔802的直径，所述防掉杆801底端与转子302顶端同轴连接，当螺杆钻具下部部件发生下沉时，防掉螺母803会随之下沉，引起流道的压力大幅度上升，从而提示地面工作人员进行停机检修。

本发明所述的转子302的径向截面为花瓣形。

本发明所述的钻头7为三牙轮钻头7，可使钻头7在旋转时具有冲击、压碎和剪切破碎地层岩石的作用，使岩石全面破碎，钻孔得以延伸，使螺杆钻具可适应软、中硬的各种地层，实用性更强，使用范围更大。

本发明所述的定子301螺旋内孔303的内壁上固定设置有橡胶垫圈304，可在液马达工作时减小转子302与定子301之间的相互摩擦，从而延长定子301的使用寿命。

本发明所述的筒体1与钻杆10延伸方向的夹角为3°~5°。

本发明所述的旋转电机6外侧固定设置有保护罩9，可以有效地保护旋转电机6，防止钻孔时产生的碎石沙屑等旋转电机6造成损害。

本发明所述的保护罩9为圆台形，所述圆台形保护罩9的上端面的直径小于钻杆10的直径，所述圆台形保护罩9的下端面的直径大于钻杆10的直径，可以有效地将钻孔时产生的碎石沙屑向后排出。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims (4)

1.一种可转向螺杆钻具，其特征在于：包括筒体(1)、旁通阀总成(2)、液马达总成(3)、万向轴总成(4)、传动轴总成(5)、旋转电机(6)和钻杆(10)，所述旁通阀总成(2)、液马达总成(3)、万向轴总成(4)和传动轴总成(5)均设置在筒体(1)内，所述旁通阀总成(2)、液马达总成(3)、万向轴总成(4)和传动轴总成(5)自上而下依次相连，

所述旁通阀总成(2)包括阀芯(201)、阀座(202)、弹簧(203)和旁通孔(204)，所述阀芯(201)和阀座(202)均为筒状，所述阀座(202)抵接在筒体(1)内，所述阀座(202)套接在阀芯(201)上，所述阀芯(201)可在筒体(1)内上下滑动，所述弹簧(203)设置在阀芯(201)与阀座(202)之间，所述旁通孔(204)设置在筒体(1)的侧壁上；

所述液马达总成(3)包括定子(301)和转子(302)，所述定子(301)内设置有螺旋内孔(303)，所述转子(302)的外壁设置有与定子(301)螺旋内孔(303)相配合的螺旋状线形，所述转子(302)设置在定子(301)内，所述转子(302)与定子(301)相互啮合，所述定子(301)螺旋内孔(303)的齿数比转子(302)外壁的齿数多一个；

所述万向轴总成(4)包括万向轴(401)，所述万向轴(401)上端与转子(302)固定连接，所述万向轴(401)下端与传动轴(501)固定连接，可将转子(302)的行星运动转变为传动轴(501)的定轴运动；

所述传动轴总成(5)包括传动轴(501)、上径向轴承(502)和下径向轴承(503)，所述传动轴(501)与筒体(1)之间有间隙，所述上径向轴承(502)和下径向轴承(503)均设置在间隙内，所述上径向轴承(502)和下径向轴承(503)分别设置在传动轴(501)的上部和下部，所述传动轴(501)的下端传动连接有钻头(7)；

所述旋转电机(6)与钻杆(10)的上端传动连接，所述钻杆(10)的下端与筒体(1)上端固定连接，所述筒体(1)与钻杆(10)延伸方向有夹角；所述旁通阀总成(2)与液马达总成(3)之间还设置有防掉节(8)，所述防掉节(8)包括防掉杆(801)、防掉孔(802)和防掉螺母(803)，所述防掉孔(802)设置在筒体(1)内，所述防掉杆(801)位于防掉孔(802)内，所述防掉螺母(803)固定安装在防掉杆(801)的端部，所述防掉螺母(803)的直径大于防掉孔(802)的直径，所述防掉杆(801)底端与转子(302)顶端同轴连接；所述筒体(1)与钻杆(10)延伸方向的夹角为3°~5°；所述旋转电机(6)外侧固定设置有保护罩(9)；所述保护罩(9)为圆台形，所述圆台形保护罩(9)的上端面的直径小于钻杆(10)的直径，所述圆台形保护罩(9)的下端面的直径大于钻杆(10)的直径。

2.根据权利要求1所述的一种可转向螺杆钻具，其特征在于：所述转子(302)的径向截面为花瓣形。

3.根据权利要求1所述的一种可转向螺杆钻具，其特征在于：所述钻头(7)为三牙轮钻头(7)。

4.根据权利要求1所述的一种可转向螺杆钻具，其特征在于：所述定子(301)螺旋内孔(303)的内壁上固定设置有橡胶垫圈(304)。