CN113464045A

CN113464045A - 井底动力活塞钻具

Info

Publication number: CN113464045A
Application number: CN202010216538.1A
Authority: CN
Inventors: 王辉
Original assignee: Chongqing Aoji New Energy Technology Co ltd
Current assignee: Chongqing Aoji New Energy Technology Co ltd
Priority date: 2020-03-15
Filing date: 2020-03-15
Publication date: 2021-10-01

Abstract

本发明公开了一种井底动力活塞钻具，井底动力活塞钻具包括控制连杆阀门开关的壳体、活塞缸、固定涡形齿轮内齿的壳体、连杆阀门、活塞、涡杆齿轮、涡形齿轮内齿、压力弹簧、单向轴、活塞回位钻柱和钻具外壳组成。本发明广泛用于陆地地质钻探和海洋地质钻探。本发明通过连杆阀门和活塞配合控制钻井液流向，依靠钻井液压力推动活塞运动，活塞推动涡杆齿轮沿着涡形齿轮内齿的内孔向下前进转动，涡杆齿轮转动带动单向轴、活塞回位钻柱、钻头转动。本发明采用了井底动力钻探技术，钻力强劲，打破了传统钻探技术依靠钻井地面的动力设备利用钻杆转动传递动能带动钻头转动，突破了制约钻探超深井的技术瓶颈。

Description

井底动力活塞钻具

技术领域

本发明涉及地质钻探领域，特别涉及一种井底动力活塞钻具。

背景技术

现目前传统钻探技术主要依靠在钻井地面上的动力设备利用钻杆传递动能带动钻头转动，钻探越深钻杆就越重，钻杆越长钻杆就变得越柔软，钻杆转动摩擦井壁在高地应力作用下，井壁坍塌发生卡钻钻杆断裂事故，严重事故可能造成整个井筒报废；也有部分深井钻探在井底增加了电动马达和螺杆马达，电动马达和螺杆马达输出的扭矩小，不耐高温高压，电动马达和螺杆马达只能起到辅助钻探提速作用，万米深井的井底温度在400℃左右，电动马达和螺杆马达最高工作温度在200℃左右，电动马达超过了它的工作压力温度，电机烧坏，螺杆马达关键部件是橡胶衬套和转子，螺杆马达超过了它的工作压力温度，橡胶衬套脱落，马达抱死，整个螺杆马达报废。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供了一种井底动力活塞钻具。

为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种井底动力活塞钻具，其特征在于：所述井底动力活塞钻具包括控制连杆阀门开关的壳体、活塞缸、固定涡形齿轮内齿的壳体、单向轴、连杆阀门、活塞、涡杆齿轮、涡形齿轮内齿、压力弹簧、活塞回位钻柱、钻具外壳组成；所述控制连杆阀门开关的壳体与活塞缸连接，活塞缸与固定涡形齿轮内齿的壳体连接，活塞缸位于控制连杆阀门开关的壳体和固定涡形齿轮内齿的壳体的中间；所述连杆阀门位于控制连杆阀门开关的壳体和活塞缸的内孔中；所述活塞位于活塞缸的内孔中，并与涡杆齿轮连接；所述涡杆齿轮位于活塞缸、固定涡形齿轮内齿的壳体和涡形齿轮内齿的内孔中，涡杆齿轮的两端分别与活塞和单向轴连接；所述涡形齿轮内齿被固定在固定涡形齿轮内齿的壳体的内孔壁上；所述单向轴的单向轴承与涡杆齿轮杆固定连接，单向轴的方形轴杆底端位于活塞回位钻柱的内孔中，活塞回位钻柱的另一端与钻头连接；控制连杆阀门开关的壳体、活塞缸、固定涡形齿轮内齿的壳体、活塞回位钻柱被固定在钻具外壳内孔中。

所述控制连杆阀门开关的壳体的一端与活塞缸连接，另一端设有钻井液管道接入口；所述控制连杆阀门开关的壳体与活塞缸连接的一边设有控制连杆阀门开启的凸台，另一边设有控制连杆阀门关闭的凸台，凸台的内径小于控制连杆阀门开关的壳体的内径。

所述连杆阀门包括连杆、阀板、开启阀门卡条和关闭阀门卡条；所述阀板位于活塞的阀门孔和控制阀门开关板的中间；所述阀板和开启阀门卡条之间的连杆部分靠近连杆与阀板连接的一端设有两个环形卡槽。

所述活塞设有活塞环、阀门孔和控制阀门开关板；所述控制阀门开关板设有扭簧卡子，控制阀门开关板中心设有连杆阀门的连杆孔。

所述涡形齿轮沿着涡形齿轮内齿的内孔向下前进转动；所述涡形齿轮一端的涡形齿轮杆与活塞连接，另一端与单向轴承连接。

所述涡形齿轮内齿被固定在固定涡形齿轮内齿的壳体的内孔壁上，涡形齿轮内齿的外径壁设有卡槽，固定涡形齿轮内齿的壳体的孔壁设有固定涡形齿轮内齿的卡子。

所述单向轴的单向轴承与涡杆齿轮杆固定连接；活塞回位钻柱内孔中设有压力弹簧，单向轴的方形轴杆底端位于活塞回位钻柱的内孔中，单向轴的方形轴杆底端并压在压力弹簧上，活塞回位钻柱与钻头连接的位置设有滚珠轴承，滚珠轴承被固定在钻具外壳内孔中；所述单向轴的方形轴杆底端尺寸大于方形轴杆主体部分尺寸，活塞回位钻柱内孔入口处为方形轴孔，活塞回位钻柱内孔入口处的方形轴孔尺寸小于活塞回位钻柱的内孔中间部分尺寸，方形轴杆能够在活塞回位钻柱内孔入口处的方形轴孔中往复运动。

本发明采用以上技术方案，其具有以下优点：1井底动力活塞钻具把动力系统前置到井底，只需要循环的钻井液就可以推动动力系统运转，防止钻杆转动摩擦井壁发生井壁坍塌卡钻和钻杆断裂事故，解决了突破高地应力技术难题；2活塞和活塞缸等其它关键部件采用耐高温的合金金属，最高工作温度能达500℃的高温，解决了突破高温技术难题；3本发明设计新颖，依靠活塞运动与连杆阀门和控制连杆阀门开关的壳体配合来控制钻井液的流向，从而控制动力系统运转，突破在有限空间中设计控制钻井液的流向技术难题。

附图说明

图1是井底动力活塞钻具主体结构剖视图。

图2是控制连杆阀门开关的壳体结构剖视图。

图3是连杆阀门结构图。

图4是活塞结构图。

图5是涡杆齿轮结构图。

图6是涡形齿轮内齿结构图。

图7是单向轴的结构剖视图。

图8是活塞回位钻柱结构剖视图。

图9钻具外壳结构剖视图。

图中：1-控制连杆阀门开关的壳体，11-钻井液管道接入口，13-控制连杆阀门开启的凸台，12-控制连杆阀门关闭的凸台；2-活塞缸；3-固定涡形齿轮内齿的壳体；4-单向轴，41-单向轴承；5-活塞回位钻柱，51-钻头；6-连杆阀门，63-连杆，64-阀板，62-开启阀门卡条，61-关闭阀门卡条；7-活塞，73-活塞环，72-阀门孔，71控制阀门开关板；8-涡杆齿轮；9-涡形齿轮内齿；10-压力弹簧；111-钻具外壳。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明进一步说明。

如图1所示：所述井底动力活塞钻具包括控制连杆阀门开关的壳体1、活塞缸2、固定涡形齿轮内齿的壳体3、单向轴4、连杆阀门6、活塞7、涡杆齿轮8、涡形齿轮内齿9、弹簧10、活塞回位钻柱5、钻具外壳111组成；所述控制连杆阀门开关的壳体1与活塞缸2连接，活塞缸2与固定涡形齿轮内齿的壳体3连接，活塞缸2位于控制连杆阀门开关的壳体1和固定涡形齿轮内齿的壳体3的中间；所述连杆阀门6位于控制连杆阀门开关的壳体1和活塞缸2的内孔中；所述活塞7位于活塞缸2的内孔中，并与涡杆齿轮8连接；所述涡杆齿轮8位于活塞缸2、固定涡形齿轮内齿的壳体3和涡形齿轮内齿9的内孔中，并与活塞7和单向轴4连接；所述涡形齿轮内齿9被固定在固定涡形齿轮内齿的壳体3的内孔壁上；所述单向轴4的单向轴承41与涡杆齿轮杆固定连接，单向轴4的方形轴杆底端位于活塞回位钻柱5的内孔中，活塞回位钻柱5的另一端与钻头51连接；控制连杆阀门开关的壳体1、活塞缸2、固定涡形齿轮内齿的壳体3、活塞回位钻柱5被固定在钻具外壳111内孔中。

如图1、图2所示：所述控制连杆阀门开关的壳体1的一端与活塞缸2连接，另一端设有钻井液管道接入口11；所述控制连杆阀门开关的壳体1与活塞缸2连接的一端设有控制连杆阀门开启的凸台13，另一端设有控制连杆阀门关闭的凸台12，凸台的内径小于控制连杆阀门开关的壳体1的内径。

如图3所示：所述连杆阀门6包括连杆63、阀板64、开启阀门卡条62和关闭阀门卡条61；所述阀板64位于活塞7的阀门孔72和控制阀门开关板71的中间；所述阀板64和开启阀门卡条62之间的连杆63部分靠近连杆63与阀板64连接的一端设有两个环形卡槽。

如图4所示：所述活塞7设有活塞环73、阀门孔72和控制阀门开关板71；所述控制阀门开关板71设有扭簧卡子，控制阀门开关板71中心设有连杆阀门6的连杆孔。

如图1、图5所示：所述涡杆齿轮8沿着涡形齿轮内齿9的内孔向下前进转动；所述涡杆齿轮8一端与活塞7连接，另一端与单向轴承41连接。

如图1、图6所示：所述涡形齿轮内齿9被固定在固定涡形齿轮内齿的壳体3的内孔壁上，涡形齿轮内齿9的外径壁设有卡槽，固定涡形齿轮内齿的壳体3的孔壁设有固定涡形齿轮内齿9的卡子。

如图1、图7、图8所示：所述单向轴4的单向轴承41与涡杆齿轮8涡杆齿轮杆固定连接；活塞回位钻柱5内孔中设有压力弹簧10，单向轴4的方形轴杆底端位于活塞回位钻柱5的内孔中，单向轴4的方形轴杆底端并压在压力弹簧10上，活塞回位钻柱5的另一端与钻头51连接，活塞回位钻柱5与钻头51连接的位置设有滚珠轴承，滚珠轴承被固定在钻具外壳111内孔中；所述单向轴4的方形轴杆底端尺寸大于方形轴杆主体部分尺寸，活塞回位钻柱5的内孔入口处为方形轴孔，活塞回位钻柱5内孔入口处的方形轴孔尺寸小于活塞回位钻柱5的内孔中间部分尺寸，单向轴4的方形轴杆能够在活塞回位钻柱5内孔入口处的方形轴孔中往复运动。

本发明的井底动力活塞钻具动力系统运转状态时，钻井液从钻井液管道接入口11进入控制连杆阀门开关的壳体1的内孔中，经控制连杆阀门开关的壳体1的内孔进入活塞缸2，连杆阀门6处于关闭状态，钻井液的压强推动活塞7和涡杆齿轮8沿着涡形齿轮内齿9的内孔向下前进运动并同时旋转运动，涡杆齿轮8向下前进旋转的方向处于单向轴承41锁死方向，涡杆齿轮8带动单向轴4向下旋转运动，单向轴4的方形轴杆在活塞回位钻柱5的方形轴孔中向下前进旋转运动时带动活塞回位钻柱5和钻头51转动，单向轴4的方形轴杆向下前进旋转运动时方形轴杆向下压缩活塞回位钻柱5内孔中的压力弹簧10，活塞7向下前进运动时，连杆阀门6的阀板64被卡扣在活塞7的阀门孔72上，连杆阀门6随活塞7向下前进运动，连杆阀门6的开启阀门卡条62接触到控制连杆阀门开启的凸台13时，连杆阀门6打开，控制阀门开关板71的扭簧卡子卡在连杆63与阀板64较近的一个的环形卡槽中，钻井液经过活塞7的阀门孔72流入固定涡形齿轮内齿的壳体3、活塞回位钻柱5的内孔中，钻井液再经过钻头排液孔排出，当钻井液被排出时压力弹簧10把单向轴4、涡杆齿轮8和活塞7顶回原来的位置，涡杆齿轮8往回旋转时候旋转的方向处于单向轴承41自由转动方向，涡杆齿轮8旋转时候不会带动单向轴4、活塞回位钻柱5和钻头51转动，连杆阀门6随活塞7回到原来的位置，连杆阀门6的关闭阀门卡条61接触到控制连杆阀门关闭的凸台12时，控制阀门开关板71的扭簧卡子卡在连杆63与阀板较远的一个的环形卡槽中，连杆阀门6关闭，钻井液的压强又推动活塞7和涡杆齿轮8沿着涡形齿轮内齿9的内孔向下旋转运动。本发明突破了钻探超深井的技术瓶颈，为地质勘探行业提供了一种全新的技术，增加了我们资源可开采量。

上述实施例仅用于本领域技术人员理解本发明的技术方案，并非因此对其进行限制，凡在本发明的保护范围之内所作的任何修改、改进或等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种井底动力活塞钻具，其特征在于：所述井底动力活塞钻具包括控制连杆阀门开关的壳体、活塞缸、固定涡形齿轮内齿的壳体、单向轴、连杆阀门、活塞、涡杆齿轮、涡形齿轮内齿、压力弹簧、活塞回位钻柱、钻具外壳组成；所述控制连杆阀门开关的壳体与活塞缸连接，活塞缸与固定涡形齿轮内齿的壳体连接，活塞缸位于控制连杆阀门开关的壳体和固定涡形齿轮内齿的壳体的中间；所述连杆阀门位于控制连杆阀门开关的壳体和活塞缸的内孔中；所述活塞位于活塞缸的内孔中，并与涡杆齿轮连接；所述涡杆齿轮位于活塞缸、固定涡形齿轮内齿的壳体和涡形齿轮内齿的内孔中，涡杆齿轮的两端分别与活塞和单向轴连接；所述涡形齿轮内齿被固定在固定涡形齿轮内齿的壳体的内孔壁上；所述单向轴的单向轴承与涡杆齿轮杆固定连接，单向轴的方形轴杆底端位于活塞回位钻柱的内孔中，活塞回位钻柱的另一端与钻头连接；控制连杆阀门开关的壳体、活塞缸、固定涡形齿轮内齿的壳体、活塞回位钻柱被固定在钻具外壳内孔中。

2.如权利要求1所述的一种井底动力活塞钻具，其特征在于：所述控制连杆阀门开关的壳体的一端与活塞缸连接，另一端设有钻井液管道接入口；所述控制连杆阀门开关的壳体与活塞缸连接的一边设有控制连杆阀门开启的凸台，另一边设有控制连杆阀门关闭的凸台，凸台的内径小于控制连杆阀门开关的壳体的内径。

3.如权利要求1所述的一种井底动力活塞钻具，其特征在于：所述连杆阀门包括连杆、阀板、开启阀门卡条和关闭阀门卡条；所述阀板位于活塞的阀门孔和控制阀门开关板的中间；所述阀板和开启阀门卡条之间的连杆部分靠近连杆与阀板连接的一端设有两个环形卡槽。

4.如权利要求1所述的一种井底动力活塞钻具，其特征在于：所述活塞设有活塞环、阀门孔和控制阀门开关板；所述控制阀门开关板设有扭簧卡子，控制阀门开关板中心设有连杆阀门的连杆孔。

5.如权利要求1所述的一种井底动力活塞钻具，其特征在于：所述涡形齿轮沿着涡形齿轮内齿的内孔向下前进旋转；所述涡形齿轮一端的涡形齿轮杆与活塞连接，另一端与单向轴承连接。

6.如权利要求1所述的一种井底动力活塞钻具，其特征在于：所述涡形齿轮内齿被固定在固定涡形齿轮内齿的壳体的内孔壁上，涡形齿轮内齿的外径壁设有卡槽，固定齿轮内齿的壳体的内孔壁设有固定涡形齿轮内齿的卡子。

7.如权利要求1所述的一种井底动力活塞钻具，其特征在于：所述单向轴的单向轴承与涡杆齿轮杆固定连接；活塞回位钻柱内孔中设有压力弹簧，单向轴的方形轴杆底端位于活塞回位钻柱的内孔中，单向轴的方形轴杆底端并压在压力弹簧上，活塞回位钻柱的另一端与钻头连接，活塞回位钻柱与钻头连接的位置设有滚珠轴承，滚珠轴承被固定在钻具外壳内孔中；所述单向轴的方形轴杆底端尺寸大于方形轴杆主体部分尺寸，活塞回位钻柱的内孔入口为方形轴孔，活塞回位钻柱内孔入口处的方形轴孔尺寸小于活塞回位钻柱的内孔中间部分尺寸，方形轴杆能够在活塞回位钻柱内孔入口处的方形轴孔中往复运动。