CN113445925B - 一种石油钻井用辅助钻杆稳定且提高清渣效率的牙轮钻头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种牙轮钻头，尤其涉及一种石油钻井用辅助钻杆稳定且提高清渣效率的牙轮钻头，包括有球头钻杆、垫圈、开槽开孔底架、扶正机构、驱动加速机构等；球头钻杆上联接有垫圈，球头钻杆底端联接有开槽开孔底架，球头钻杆上设有扶正机构，开槽开孔底架上设有驱动加速机构。通过异型推板，异型推板会将球头钻杆及其上装置扶正，使得设备可以稳定地运行，从而不会使设备所钻的钻孔偏斜，进而确保了操作的准确性，达到了能够自动地将球头钻杆及其上装置扶正的效果。

Description

一种石油钻井用辅助钻杆稳定且提高清渣效率的牙轮钻头

技术领域

本发明涉及一种牙轮钻头，尤其涉及一种石油钻井用辅助钻杆稳定且提高清渣效率的牙轮钻头。

背景技术

牙轮钻头是使用最广泛的一种钻井钻头，牙轮钻头按牙轮数量可分为单牙轮钻头、三牙轮钻头和组装多牙轮钻头，牙轮钻头在旋转时具有冲击、压碎和剪切破碎地层岩石的作用，所以牙轮钻头能够适应软、中、硬的各种地层，牙轮钻头采用浮动轴承结构，而浮动元件由具有高强度、高弹性、高耐温性、高耐磨性特点的新材料制成，其表面经固体润滑剂处理，使得牙轮钻头在运作过程中可以减少摩擦面温升。

在牙轮钻头运作的过程中，由于地层中岩性的变化复杂，且每一岩石层都不是薄厚均匀和完全水平分布的，地层的倾斜或非均匀质性容易使牙轮钻头受力不平衡，从而容易造成钻孔偏斜，现有的牙轮钻头难以在倾斜的情况下将钻杆扶正，导致所钻的井偏斜，且现有装置不具备有效地清理地层岩石碎渣和泥土碎渣等的功能，导致设备容易被堵塞。

发明内容

基于此，有必要针对以上问题，提出一种能够自动地将钻杆扶正以保证设备的稳定运行、能够高效地对地层岩石碎渣、泥土碎渣等进行清理的石油钻井用辅助钻杆稳定且提高清渣效率的牙轮钻头，以解决上述背景技术中提出的难以在倾斜的情况下将钻杆扶正、不具备有效地清理地层岩石碎渣和泥土碎渣等的问题。

技术方案如下：一种石油钻井用辅助钻杆稳定且提高清渣效率的牙轮钻头，包括有球头钻杆、垫圈、开槽开孔底架、扶正机构、驱动加速机构、清渣机构和间距调节机构，球头钻杆上联接有垫圈，球头钻杆底端联接有开槽开孔底架，球头钻杆上设有扶正机构，开槽开孔底架上设有驱动加速机构，驱动加速机构上设有清渣机构，驱动加速机构上设有间距调节机构。

作为优选，扶正机构包括有异型圆环支撑架、异型开孔外壳、第一转轴、稳定齿轮、矩形开槽架、滑动齿条、调节杆、异型推板和扭力弹簧，球头钻杆上转动式连接有异型圆环支撑架，异型圆环支撑架与钻井内壁限位接触，异型圆环支撑架上分布式联接有异型开孔外壳，异型开孔外壳上转动式连接有第一转轴，第一转轴一端联接有稳定齿轮，异型圆环支撑架底部分布式联接有四矩形开槽架，矩形开槽架上滑动式连接有滑动齿条，滑动齿条与垫圈接触，滑动齿条与稳定齿轮啮合，第一转轴上对称联接有调节杆，两调节杆之间共同转动式连接有异型推板，异型推板与异型开孔外壳转动式连接，异型开孔外壳上同样对称联接有调节杆，处于下方的调节杆同样与异型推板转动式连接，第一转轴与异型开孔外壳之间连接有扭力弹簧。

作为优选，驱动加速机构包括有行星架、异型齿圈、中心转轴、太阳齿轮、行星转轴和行星齿轮，开槽开孔底架上联接有行星架，行星架上联接有异型齿圈，异型齿圈上转动式连接有中心转轴，中心转轴上联接有太阳齿轮，行星架上分布转动式连接有三行星转轴，行星转轴与异型齿圈转动式连接，行星转轴上联接有行星齿轮，行星齿轮与异型齿圈啮合，行星齿轮与太阳齿轮啮合。

作为优选，清渣机构包括有异型挡圈、第二转轴、四角凸轮盘、底座、转动齿轮、第三转轴、清渣挡板、移动齿条和复位弹簧，行星架上联接有异型挡圈，异型挡圈上转动式连接有第二转轴，第二转轴与太阳齿轮联接，第二转轴上联接有四角凸轮盘，行星架上分布式连接有四底座，底座上转动式连接有第三转轴，第三转轴上联接有转动齿轮，第三转轴上联接有清渣挡板，清渣挡板与异型齿圈接触，底座上滑动式连接有移动齿条，移动齿条与四角凸轮盘接触，移动齿条与底座之间连接有复位弹簧。

作为优选，间距调节机构包括有固定牙轮、往复丝杆、支撑座一、支撑座二、长轴、万向节、调节牙轮、异型调节盘、开槽摆杆和丝杆滑套架，异型齿圈底部分布式联接有四固定牙轮，中心转轴底端联接有往复丝杆，异型齿圈底部分布式联接有八对支撑座一，异型齿圈底部分布式联接有八对支撑座二，同对支撑座一之间共同转动式连接有长轴，长轴两端联接有万向节，同对支撑座二之间共同转动式连接有调节牙轮，调节牙轮与对应两万向节联接，长轴上联接有异型调节盘，异型调节盘上转动式连接有开槽摆杆，往复丝杆上通过螺纹配合有丝杆滑套架，丝杆滑套架与开槽摆杆活动连接。

本发明的有益效果：

通过异型推板，异型推板会将球头钻杆及其上装置扶正，使得设备可以稳定地运行，从而不会使设备所钻的钻孔偏斜，进而确保了操作的准确性，达到了能够自动地将球头钻杆及其上装置扶正的效果。

通过清渣挡板，清渣挡板往复摆动，从而使得清渣挡板可以将在钻井过程中被固定牙轮与调节牙轮破碎的地层岩石碎渣、泥土碎渣等送至开槽开孔底架内部，同时其它吸渣设备会将开槽开孔底架内部的地层岩石碎渣、泥土碎渣等向上输送，从而可以防止设备被地层岩石碎渣、泥土碎渣等堵塞，进而可以有效地提高设备钻井的效率，达到了能够高效地对地层岩石碎渣、泥土碎渣等进行清理的效果。

通过调节牙轮，调节牙轮会向外往复摆动，从而可以增大设备所钻的井的直径，达到了能够有效地提高钻井效率的效果。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图。

图2为本发明扶正机构的第一种部分立体结构示意图。

图3为本发明的部分立体结构示意图。

图4为本发明扶正机构的第二种部分立体结构示意图。

图5为本发明扶正机构的部分剖视立体结构示意图。

图6为本发明驱动加速机构的第一种部分立体结构示意图。

图7为本发明驱动加速机构的第二种部分立体结构示意图。

图8为本发明清渣机构的拆分立体结构示意图。

图9为本发明间距调节机构的第一种部分立体结构示意图。

图10为本发明间距调节机构的第二种部分立体结构示意图。

图11为本发明间距调节机构的第三种部分立体结构示意图。

附图标记说明：1_球头钻杆，2_垫圈，3_开槽开孔底架，4_扶正机构，41_异型圆环支撑架，42_异型开孔外壳，43_第一转轴，44_稳定齿轮，45_矩形开槽架，46_滑动齿条，47_调节杆，48_异型推板，49_扭力弹簧，5_驱动加速机构，51_行星架，52_异型齿圈，53_中心转轴，54_太阳齿轮，55_行星转轴，56_行星齿轮，6_清渣机构，61_异型挡圈，62_第二转轴，63_四角凸轮盘，64_底座，65_转动齿轮，66_第三转轴，67_清渣挡板，68_移动齿条，69_复位弹簧，7_间距调节机构，71_固定牙轮，72_往复丝杆，73_支撑座一，74_支撑座二，75_长轴，76_万向节，77_调节牙轮，78_异型调节盘，79_开槽摆杆，710_丝杆滑套架。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

实施例：一种石油钻井用辅助钻杆稳定且提高清渣效率的牙轮钻头，如图1-11所示，包括有球头钻杆1、垫圈2、开槽开孔底架3、扶正机构4、驱动加速机构5、清渣机构6和间距调节机构7，球头钻杆1上联接有垫圈2，垫圈2用于推动其中一滑动齿条46运动，球头钻杆1底端联接有开槽开孔底架3，球头钻杆1上设有扶正机构4，扶正机构4用于将球头钻杆1及其上装置扶正，开槽开孔底架3上设有驱动加速机构5，驱动加速机构5上设有清渣机构6，清渣机构6用于对地层岩石碎渣、泥土碎渣等进行清理，驱动加速机构5上设有间距调节机构7。

扶正机构4包括有异型圆环支撑架41、异型开孔外壳42、第一转轴43、稳定齿轮44、矩形开槽架45、滑动齿条46、调节杆47、异型推板48和扭力弹簧49，球头钻杆1上转动式连接有异型圆环支撑架41，异型圆环支撑架41与钻井内壁限位接触，异型圆环支撑架41上分布式联接有异型开孔外壳42，异型开孔外壳42上转动式连接有第一转轴43，第一转轴43一端联接有稳定齿轮44，异型圆环支撑架41底部分布式联接有四矩形开槽架45，矩形开槽架45上滑动式连接有滑动齿条46，滑动齿条46用于带动其中一稳定齿轮44及其上装置逆转，滑动齿条46与垫圈2接触，滑动齿条46与稳定齿轮44啮合，第一转轴43上对称联接有调节杆47，在调节杆47的作用下，异型推板48会将球头钻杆1及其上装置扶正，两调节杆47之间共同转动式连接有异型推板48，异型推板48用于将球头钻杆1及其上装置扶正，异型推板48与异型开孔外壳42转动式连接，异型开孔外壳42上同样对称联接有调节杆47，处于下方的调节杆47同样与异型推板48转动式连接，第一转轴43与异型开孔外壳42之间连接有扭力弹簧49，扭力弹簧49用于带动第一转轴43及其上装置复位。

驱动加速机构5包括有行星架51、异型齿圈52、中心转轴53、太阳齿轮54、行星转轴55和行星齿轮56，开槽开孔底架3上联接有行星架51，行星架51上联接有异型齿圈52，异型齿圈52转动一圈会通过行星齿轮56带动太阳齿轮54及其上装置转动两圈，异型齿圈52上转动式连接有中心转轴53，中心转轴53上联接有太阳齿轮54，行星架51上分布转动式连接有三行星转轴55，行星转轴55与异型齿圈52转动式连接，行星转轴55上联接有行星齿轮56，行星齿轮56用于带动太阳齿轮54及其上装置转动，行星齿轮56与异型齿圈52啮合，行星齿轮56与太阳齿轮54啮合。

清渣机构6包括有异型挡圈61、第二转轴62、四角凸轮盘63、底座64、转动齿轮65、第三转轴66、清渣挡板67、移动齿条68和复位弹簧69，行星架51上联接有异型挡圈61，异型挡圈61上转动式连接有第二转轴62，第二转轴62与太阳齿轮54联接，第二转轴62上联接有四角凸轮盘63，行星架51上分布式连接有四底座64，底座64上转动式连接有第三转轴66，第三转轴66上联接有转动齿轮65，第三转轴66上联接有清渣挡板67，清渣挡板67用于将在钻井过程中被固定牙轮71与调节牙轮77破碎的地层岩石碎渣、泥土碎渣等送至开槽开孔底架3内部，清渣挡板67与异型齿圈52接触，底座64上滑动式连接有移动齿条68，移动齿条68用于带动转动齿轮65及其上装置以一定的角度往复转动，移动齿条68与四角凸轮盘63接触，移动齿条68与底座64之间连接有复位弹簧69，通过四角凸轮盘63、移动齿条68与复位弹簧69的配合，移动齿条68会往复运动。

间距调节机构7包括有固定牙轮71、往复丝杆72、支撑座一73、支撑座二74、长轴75、万向节76、调节牙轮77、异型调节盘78、开槽摆杆79和丝杆滑套架710，异型齿圈52底部分布式联接有四固定牙轮71，固定牙轮71用于对地层岩石进行破碎，中心转轴53底端联接有往复丝杆72，异型齿圈52底部分布式联接有八对支撑座一73，异型齿圈52底部分布式联接有八对支撑座二74，同对支撑座一73之间共同转动式连接有长轴75，长轴75两端联接有万向节76，同对支撑座二74之间共同转动式连接有调节牙轮77，调节牙轮77用于增大设备所钻的井的直径，调节牙轮77与对应两万向节76联接，长轴75上联接有异型调节盘78，异型调节盘78上转动式连接有开槽摆杆79，在开槽摆杆79的作用下，异型调节盘78及其上装置会以一定的角度往复转动，往复丝杆72上通过螺纹配合有丝杆滑套架710，通过往复丝杆72与丝杆滑套架710的配合，丝杆滑套架710会上下往复运动，丝杆滑套架710与开槽摆杆79活动连接。

首先通过螺纹配合的方式使球头钻杆1与其它钻杆连接，运作时，其它钻杆会带动球头钻杆1及其上装置转动，固定牙轮71与调节牙轮77则会对地层岩石进行破碎，在设备运作过程中，由于地层的倾斜或非均匀质性容易使固定牙轮71与调节牙轮77受力不平衡，从而使得球头钻杆1及其上装置发生偏转，若球头钻杆1及其上装置发生偏转，垫圈2会推动其中一滑动齿条46运动，其中一滑动齿条46会带动其中一稳定齿轮44及其上装置逆转，其中一扭力弹簧49随之会被压缩，在调节杆47的作用下，异型推板48会将球头钻杆1及其上装置扶正，从而不会使设备所钻的钻孔偏斜，达到了能够有效地防止球头钻杆1及其上装置倾斜的效果。

随后其中一第一转轴43及其上装置会在其中一扭力弹簧49的复位作用下复位，其中一稳定齿轮44会带动其中一滑动齿条46复位。

在球头钻杆1及其上装置转动的过程中，异型齿圈52转动一圈会通过行星齿轮56带动太阳齿轮54及其上装置转动两圈，使得太阳齿轮54及其上装置快速地转动，通过四角凸轮盘63、移动齿条68与复位弹簧69的配合，移动齿条68会往复运动，在此过程中移动齿条68会带动转动齿轮65及其上装置以一定的角度往复转动，使得清渣挡板67往复摆动，从而使得清渣挡板67可以将在钻井过程中被固定牙轮71与调节牙轮77破碎的地层岩石碎渣、泥土碎渣等送至开槽开孔底架3内部，同时其它吸渣设备会将开槽开孔底架3内部的地层岩石碎渣、泥土碎渣等向上输送，达到了能够高效地对地层岩石碎渣、泥土碎渣等进行清理的效果。

在太阳齿轮54及其上装置转动的过程中，通过往复丝杆72与丝杆滑套架710的配合，丝杆滑套架710会上下往复运动，在开槽摆杆79的作用下，异型调节盘78及其上装置会以一定的角度往复转动，长轴75则会通过万向节76带动调节牙轮77向外往复摆动，从而可以增大设备所钻的井的直径，达到了能够有效地提高钻井效率的效果。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种石油钻井用辅助钻杆稳定且提高清渣效率的牙轮钻头，其特征在于，包括有球头钻杆、垫圈、开槽开孔底架、扶正机构、驱动加速机构、清渣机构和间距调节机构，球头钻杆上联接有垫圈，球头钻杆底端联接有开槽开孔底架，球头钻杆上设有扶正机构，开槽开孔底架上设有驱动加速机构，驱动加速机构上设有清渣机构，驱动加速机构上设有间距调节机构；

扶正机构包括有异型圆环支撑架、异型开孔外壳、第一转轴、稳定齿轮、矩形开槽架、滑动齿条、调节杆、异型推板和扭力弹簧，球头钻杆上转动式连接有异型圆环支撑架，异型圆环支撑架与钻井内壁限位接触，异型圆环支撑架上分布式联接有异型开孔外壳，异型开孔外壳上转动式连接有第一转轴，第一转轴一端联接有稳定齿轮，异型圆环支撑架底部分布式联接有四矩形开槽架，矩形开槽架上滑动式连接有滑动齿条，滑动齿条与垫圈接触，滑动齿条与稳定齿轮啮合，第一转轴上对称联接有调节杆，两调节杆之间共同转动式连接有异型推板，异型推板与异型开孔外壳转动式连接，异型开孔外壳上同样对称联接有调节杆，处于下方的调节杆同样与异型推板转动式连接，第一转轴与异型开孔外壳之间连接有扭力弹簧；

驱动加速机构包括有行星架、异型齿圈、中心转轴、太阳齿轮、行星转轴和行星齿轮，开槽开孔底架上联接有行星架，行星架上联接有异型齿圈，异型齿圈上转动式连接有中心转轴，中心转轴上联接有太阳齿轮，行星架上分布转动式连接有三行星转轴，行星转轴与异型齿圈转动式连接，行星转轴上联接有行星齿轮，行星齿轮与异型齿圈啮合，行星齿轮与太阳齿轮啮合；

清渣机构包括有异型挡圈、第二转轴、四角凸轮盘、底座、转动齿轮、第三转轴、清渣挡板、移动齿条和复位弹簧，行星架上联接有异型挡圈，异型挡圈上转动式连接有第二转轴，第二转轴与太阳齿轮联接，第二转轴上联接有四角凸轮盘，行星架上分布式连接有四底座，底座上转动式连接有第三转轴，第三转轴上联接有转动齿轮，第三转轴上联接有清渣挡板，清渣挡板与异型齿圈接触，底座上滑动式连接有移动齿条，移动齿条和转动齿轮啮合，移动齿条与四角凸轮盘接触，移动齿条与底座之间连接有复位弹簧；

间距调节机构包括有固定牙轮、往复丝杆、支撑座一、支撑座二、长轴、万向节、调节牙轮、异型调节盘、开槽摆杆和丝杆滑套架，异型齿圈底部分布式联接有四固定牙轮，中心转轴底端联接有往复丝杆，异型齿圈底部分布式联接有八对支撑座一，异型齿圈底部分布式联接有八对支撑座二，同对支撑座一之间共同转动式连接有长轴，长轴两端联接有万向节，同对支撑座二之间共同转动式连接有调节牙轮，调节牙轮与对应两万向节联接，长轴上联接有异型调节盘，异型调节盘上转动式连接有开槽摆杆，往复丝杆上通过螺纹配合有丝杆滑套架，丝杆滑套架与开槽摆杆活动连接。

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