CN114135221A - 无钻机自平衡回转振动耦合碎岩钻进系统的倒划眼和解卡系统 - Google Patents
无钻机自平衡回转振动耦合碎岩钻进系统的倒划眼和解卡系统 Download PDFInfo
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Abstract
无钻机自平衡回转振动耦合碎岩钻进系统的倒划眼和解卡系统，包括倒划眼磨头、第一连续管固定件、钻井液过度通道轴密封件、磨头动静转换轴承、倒划眼磨头连接件、倒划眼扶正轴承外壳、倒划眼扶正轴承座、磨头传扭内齿轮、磨头传扭小齿轮、磨头回转电机、外护套上接件、倒划眼扶正轴承组、第二连续管固定件、连续管钻井液管和连续管外管；本发明通过磨头回转电机回转带动磨头传扭小齿轮回转，磨头传扭小齿轮带动磨头传扭内齿轮，再通过倒划眼扶正轴承外壳、倒划眼磨头连接件，将扭矩传递给了倒划眼磨头回转，从而实现回转破碎岩块目的，能够为整个钻进系统提供井内安全保障。
Description
技术领域
本发明属于钻井和钻探技术技术领域，特别涉及一种适用于地质钻探、水文水井钻井、油气钻井、科学钻探、地外星体和地下建筑救援钻孔等技术领域的无钻机自平衡回转振动耦合碎岩钻进系统的倒划眼和解卡系统。
背景技术
申请人发明了专利号为201710082518.8的“一种井下扭矩自平衡有缆钻具系统”，该技术从根本上解决钻柱回转钻进产生的反扭矩危害，改变钻头单向碎岩对围岩的扰动强度，简化地面钻探装备和配套的工具及工艺方法，实现井内事故少，钻井成本低、能耗小和钻进效率高等目的。然而，尽管该发明相比于传统钻具，具有革命性的进步，但其技术本身仍存在一些不足急待解决，如解卡钻头容易被卡死而失去解卡作用，极大地影响了钻进的可靠性和效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种适配于无钻机自平衡回转振动耦合碎岩钻进系统的倒划眼和解卡系统，解决解卡钻头被卡死而失去解卡作用的技术难题，能够为整个钻进系统提供井内安全保障。
无钻机自平衡回转振动耦合碎岩钻进系统的倒划眼和解卡系统，包括倒划眼磨头、第一连续管固定件、钻井液过度通道轴密封件、磨头动静转换轴承、倒划眼磨头连接件、倒划眼扶正轴承外壳、倒划眼扶正轴承座、磨头传扭内齿轮、磨头传扭小齿轮、磨头回转电机、外护套上接件、倒划眼扶正轴承组、第二连续管固定件、连续管钻井液管和连续管外管；
所述倒划眼磨头上均匀分布有多个解卡齿和倒划眼齿，相邻两个解卡齿或相邻两个倒划眼齿之间设有周向延伸的钻井液循环槽，倒划眼磨头下端还设有磨头接头；倒划眼齿其作用是当井眼缩径时钻进系统无法顺利通过，通过回转修磨井壁达到井眼原来直径；钻井液循环槽保证钻井液从倒划眼磨头上部循环到下部；
第一连续管固定件上设有连续管固定件固定螺纹孔、连续管固定斜面、第一密封圈槽和连续管固定件接头，第一密封圈槽内放置有与其匹配的密封圈，且第一连续管固定件外壁与磨头内壁滑动密封配合；防止钻井液从磨头内壁进入；
钻井液过度通道轴密封件设置有上第二密封圈槽、第一缆线通道、钻井液过度通道轴密封件接头、磨头动静转换轴承内圈限位台阶、细端外壁和下密封圈槽，第二密封圈槽通过其内部设置的密封圈与连续管钻井液管外壁间隙密封配合；钻井液过度通道轴密封件接头与连续管固定件接头固定连接；下密封圈槽通过其内部设置的密封圈与钻进系统配套的钻井液管密封配合，磨头动静转换轴承内圈限位台阶与磨头动静转换轴承内圈过盈配合；
倒划眼磨头连接件设置有倒划眼磨头连接件上接头、磨头动静转换轴承外圈限位台阶和倒划眼磨头连接件下接头，倒划眼磨头连接件上接头与磨头接头固定连接；磨头动静转换轴承外圈限位台阶与磨头动静转换轴承外圈过盈配合；
倒划眼扶正轴承外壳设置有倒划眼扶正轴承外壳接头、倒划眼扶正轴承外壳内壁、倒划眼扶正轴承组外圈限位台阶、倒划眼扶正轴承外壳密封圈槽和磨头传扭内齿轮固定面，倒划眼扶正轴承外壳接头与倒划眼磨头连接件下接头固定连接；倒划眼扶正轴承组外圈限位台阶与倒划眼扶正轴承组的外圈过盈配合；
所述倒划眼扶正轴承座设置有第二缆线通道、倒划眼扶正轴承座内壁、磨头回转电机轴座、磨头传扭小齿轮方孔、倒划眼扶正轴承组内圈限位台阶、倒划眼扶正轴承座密封圈槽、倒划眼扶正轴承座腔体、倒划眼扶正轴承座接头和倒划眼扶正轴承座密封面，倒划眼扶正轴承座内壁与细端外壁固定连接；倒划眼扶正轴承组内圈限位台阶与倒划眼扶正轴承组的内圈过盈配合，倒划眼扶正轴承座接头与外护套上接件接头固定连接；倒划眼扶正轴承座密封面与倒划眼扶正轴承外壳内壁通过在倒划眼扶正轴承外壳密封圈槽内安装的密封圈来实现间隙密封配合；倒划眼扶正轴承座密封圈槽通过其内部设置的密封圈与倒划眼扶正轴承组外圈限位台阶间隙密封配合；
外护套上接件上设置有外护套上接件接头、第三缆线通道和磨头回转电机安装区，磨头回转电机定子固连在磨头回转电机安装区内，磨头回转电机转子延伸至倒划眼扶正轴承座腔体内并与磨头回转电机轴座转动连接，磨头回转电机转子上还固连有驱动磨头传扭小齿轮，驱动磨头传扭小齿轮与设置在磨头传扭内齿轮固定面上的磨头传扭内齿轮啮合；磨头回转电机轴座用于限位磨头回转电机转子轴，保证转子轴在驱动磨头传扭小齿轮回转时不会出现悬壁受力状态；磨头传扭小齿轮方孔的作用是用于放置在倒划眼扶正轴承座腔体内磨头传扭小齿轮能够与放置在倒划眼扶正轴承座腔体内外的磨头传扭内齿轮啮合配合；倒划眼扶正轴承座腔体为磨头回转电机提供放置空间；
所述第二连续管固定件设置有连续管固定件固定孔、连续管固定件内壁、连续管固定件过度斜面和连续管固定件固定斜面，连续管固定件固定斜面上纵向分布有多条连续管固定件收缩缝隙，连续管固定件固定孔通过螺栓与连续管固定件固定螺纹孔螺栓连接且连续管固定件固定斜面与连续管固定斜面抵触，连续管固定件内壁与连续管外管外壁抵触；使二者间产生足够的摩擦力；
第一缆线通道、第二缆线通道和第三缆线通道同轴连通，用于穿电缆和传感器线和循环冷却管等。
本发明的有益效果：
本发明能够为无钻机自平衡回转振动钻进系统提供一种倒划眼和解卡系统，该倒划眼和解卡系统能够通过磨头回转电机回转带动磨头传扭小齿轮回转，磨头传扭小齿轮带动磨头传扭内齿轮，再通过倒划眼扶正轴承外壳、倒划眼磨头连接件，将扭矩传递给了倒划眼磨头回转，从而实现回转破碎岩块目的，能够为整个钻进系统提供井内安全保障。
附图说明
图1是本发明无无钻机自平衡回转振动耦合碎岩钻进系统的倒划眼和解卡系统总装示意图。
图2是本发明无无钻机自平衡回转振动耦合碎岩钻进系统的倒划眼和解卡系统的倒划眼磨头示意图。
图3是本发明无无钻机自平衡回转振动耦合碎岩钻进系统的倒划眼和解卡系统的第一连续管固定件示意图。
图4是本发明无无钻机自平衡回转振动耦合碎岩钻进系统的倒划眼和解卡系统的钻井液过度通道轴密封件示意图。
图5是本发明无无钻机自平衡回转振动耦合碎岩钻进系统的倒划眼和解卡系统的倒划眼磨头连接件示意图。
图6是本发明无无钻机自平衡回转振动耦合碎岩钻进系统的倒划眼和解卡系统的倒划眼扶正轴承外壳示意图。
图7是本发明无无钻机自平衡回转振动耦合碎岩钻进系统的倒划眼和解卡系统的倒划眼扶正轴承座示意图。
图8是本发明无无钻机自平衡回转振动耦合碎岩钻进系统的倒划眼和解卡系统的倒划眼扶正轴承座轴侧图。
图9是本发明无无钻机自平衡回转振动耦合碎岩钻进系统的倒划眼和解卡系统的外护套上接件示意图。
图10是本发明无钻机自平衡回转振动耦合碎岩钻进系统的倒划眼和解卡系统的第二连续管固定件示意图。
具体实施方式
参阅图1至图10所示，无钻机自平衡回转振动耦合碎岩钻进系统的倒划眼和解卡系统，包括倒划眼磨头1、第一连续管固定件2、钻井液过度通道轴密封件3、磨头动静转换轴承4、倒划眼磨头连接件5、倒划眼扶正轴承外壳6、倒划眼扶正轴承座7、磨头传扭内齿轮8、磨头传扭小齿轮9、磨头回转电机10、外护套上接件11、倒划眼扶正轴承组12、第二连续管固定件13、连续管钻井液管14和连续管外管15；
所述倒划眼磨头1上均匀分布有多个解卡齿101和倒划眼齿102，相邻两个解卡齿101或相邻两个倒划眼齿102之间设有周向延伸的钻井液循环槽104，倒划眼磨头1下端还设有磨头接头105；倒划眼齿102其作用是当井眼缩径时钻进系统无法顺利通过，通过回转修磨井壁达到井眼原来直径；钻井液循环槽104保证钻井液从倒划眼磨头1上部循环到下部；
第一连续管固定件2上设有连续管固定件固定螺纹孔201、连续管固定斜面202、第一密封圈槽203和连续管固定件接头204，第一密封圈槽203内放置有与其匹配的密封圈，且第一连续管固定件2外壁与磨头内壁103滑动密封配合；防止钻井液从磨头内壁103进入；
钻井液过度通道轴密封件3设置有上第二密封圈槽301、第一缆线通道302、钻井液过度通道轴密封件接头303、磨头动静转换轴承内圈限位台阶304、细端外壁305和下密封圈槽306，第二密封圈槽301通过其内部设置的密封圈与连续管钻井液管14外壁间隙密封配合；钻井液过度通道轴密封件接头303与连续管固定件接头204固定连接；下密封圈槽306通过其内部设置的密封圈与钻进系统配套的钻井液管密封配合，磨头动静转换轴承内圈限位台阶304与磨头动静转换轴承4内圈过盈配合；
倒划眼磨头连接件5设置有倒划眼磨头连接件上接头501、磨头动静转换轴承外圈限位台阶502和倒划眼磨头连接件下接头503，倒划眼磨头连接件上接头501与磨头接头105固定连接；磨头动静转换轴承外圈限位台阶502与磨头动静转换轴承4外圈过盈配合；
倒划眼扶正轴承外壳6设置有倒划眼扶正轴承外壳接头601、倒划眼扶正轴承外壳内壁602、倒划眼扶正轴承组外圈限位台阶603、倒划眼扶正轴承外壳密封圈槽604和磨头传扭内齿轮固定面605，倒划眼扶正轴承外壳接头601与倒划眼磨头连接件下接头503固定连接；倒划眼扶正轴承组外圈限位台阶603与倒划眼扶正轴承组12的外圈过盈配合；
所述倒划眼扶正轴承座7设置有第二缆线通道701、倒划眼扶正轴承座内壁702、磨头回转电机轴座703、磨头传扭小齿轮方孔704、倒划眼扶正轴承组内圈限位台阶705、倒划眼扶正轴承座密封圈槽706、倒划眼扶正轴承座腔体707、倒划眼扶正轴承座接头708和倒划眼扶正轴承座密封面709，倒划眼扶正轴承座内壁702与细端外壁305固定连接；倒划眼扶正轴承组内圈限位台阶705与倒划眼扶正轴承组12的内圈过盈配合，倒划眼扶正轴承座接头708与外护套上接件接头1101固定连接；倒划眼扶正轴承座密封面709与倒划眼扶正轴承外壳内壁602通过在倒划眼扶正轴承外壳密封圈槽604内安装的密封圈来实现间隙密封配合；倒划眼扶正轴承座密封圈槽706通过其内部设置的密封圈与倒划眼扶正轴承组外圈限位台阶603间隙密封配合；
外护套上接件11上设置有外护套上接件接头1101、第三缆线通道1102和磨头回转电机安装区1103，磨头回转电机10定子固连在磨头回转电机安装区1103内，磨头回转电机10转子延伸至倒划眼扶正轴承座腔体707内并与磨头回转电机轴座703转动连接，磨头回转电机10转子上还固连有驱动磨头传扭小齿轮9，驱动磨头传扭小齿轮9与设置在磨头传扭内齿轮固定面605上的磨头传扭内齿轮8啮合；磨头回转电机轴座703用于限位磨头回转电机10转子轴，保证转子轴在驱动磨头传扭小齿轮9回转时不会出现悬壁受力状态；磨头传扭小齿轮方孔704的作用是用于放置在倒划眼扶正轴承座腔体707内磨头传扭小齿轮9能够与放置在倒划眼扶正轴承座腔体707内外的磨头传扭内齿轮8啮合配合；倒划眼扶正轴承座腔体707为磨头回转电机10提供放置空间；
所述第二连续管固定件13设置有连续管固定件固定孔1301、连续管固定件内壁1302、连续管固定件过度斜面1303和连续管固定件固定斜面1304，连续管固定件固定斜面1304上纵向分布有多条连续管固定件收缩缝隙1305，连续管固定件固定孔1301通过螺栓与连续管固定件固定螺纹孔201螺栓连接且连续管固定件固定斜面1304与连续管固定斜面202抵触，连续管固定件内壁1302与连续管外管15外壁抵触；使二者间产生足够的摩擦力；
第一缆线通道302、第二缆线通道701和第三缆线通道1102同轴连通，用于穿电缆和传感器线和循环冷却管等。
更进一步而言，所述的解卡齿101的斜面与轴线间的夹角为15-75°，其作用是破碎从上面孔壁或井口掉落的石块等，以防止这些落物卡住钻进系统无法上提。
更进一步而言，所述的连续管固定件过度斜面1303与轴线间的夹角为15-75°，其作用是将从上面孔壁或井口掉落的石块自由滑到倒划眼磨头1位置。
本发明的工作原理及使用过程：
起钻时，当遇到上部钻孔缩径时，起动倒划眼和解卡系统，启动磨头回转电机10，磨头回转电机10通过驱动磨头传扭小齿轮9带动磨头传扭内齿轮8转动，磨头传扭内齿轮8带动倒划眼扶正轴承外壳6转动，倒划眼扶正轴承外壳6通过带动倒划眼磨头连接件5转动进而带动倒划眼磨头1转动，通过解卡齿101和倒划眼齿102对上部缩径部位进行划眼扩眼作业，从而实现回转破碎岩块目的，能够为整个钻进系统提供井内安全保障，钻进液在持续循环中，产生的岩屑被钻井液带离钻具排到地面。
Claims (3)
1.无钻机自平衡回转振动耦合碎岩钻进系统的倒划眼和解卡系统，其特征在于：包括倒划眼磨头(1)、第一连续管固定件(2)、钻井液过度通道轴密封件(3)、磨头动静转换轴承(4)、倒划眼磨头连接件(5)、倒划眼扶正轴承外壳(6)、倒划眼扶正轴承座(7)、磨头传扭内齿轮(8)、磨头传扭小齿轮(9)、磨头回转电机(10)、外护套上接件(11)、倒划眼扶正轴承组(12)、第二连续管固定件(13)、连续管钻井液管(14)和连续管外管(15)；
所述倒划眼磨头(1)上均匀分布有多个解卡齿(101)和倒划眼齿(102)，相邻两个解卡齿(101)或相邻两个倒划眼齿(102)之间设有轴向延伸的钻井液循环槽(104)，倒划眼磨头(1)下端还设有磨头接头(105)；
第一连续管固定件(2)上设有连续管固定件固定螺纹孔(201)、连续管固定斜面(202)、第一密封圈槽(203)和连续管固定件接头(204)，第一密封圈槽(203)内放置有与其匹配的密封圈，且第一连续管固定件(2)外壁与磨头内壁(103)滑动密封配合；防止钻井液从磨头内壁(103)进入；
钻井液过度通道轴密封件(3)设置有上第二密封圈槽(301)、第一缆线通道(302)、钻井液过度通道轴密封件接头(303)、磨头动静转换轴承内圈限位台阶(304)、细端外壁(305)和下密封圈槽(306)，第二密封圈槽(301)通过其内部设置的密封圈与连续管钻井液管(14)外壁间隙密封配合；钻井液过度通道轴密封件接头(303)与连续管固定件接头(204)固定连接；下密封圈槽(306)通过其内部设置的密封圈与钻进系统配套的钻井液管密封配合，磨头动静转换轴承内圈限位台阶(304)与磨头动静转换轴承(4)内圈过盈配合；
倒划眼磨头连接件(5)设置有倒划眼磨头连接件上接头(501)、磨头动静转换轴承外圈限位台阶(502)和倒划眼磨头连接件下接头(503)，倒划眼磨头连接件上接头(501)与磨头接头(105)固定连接；磨头动静转换轴承外圈限位台阶(502)与磨头动静转换轴承(4)外圈过盈配合；
倒划眼扶正轴承外壳(6)设置有倒划眼扶正轴承外壳接头(601)、倒划眼扶正轴承外壳内壁(602)、倒划眼扶正轴承组外圈限位台阶(603)、倒划眼扶正轴承外壳密封圈槽(604)和磨头传扭内齿轮固定面(605)，倒划眼扶正轴承外壳接头(601)与倒划眼磨头连接件下接头(503)固定连接；倒划眼扶正轴承组外圈限位台阶(603)与倒划眼扶正轴承组(12)的外圈过盈配合；
所述倒划眼扶正轴承座(7)设置有第二缆线通道(701)、倒划眼扶正轴承座内壁(702)、磨头回转电机轴座(703)、倒划眼扶正轴承组内圈限位台阶(705)、倒划眼扶正轴承座密封圈槽(706)、倒划眼扶正轴承座腔体(707)、倒划眼扶正轴承座接头(708)和倒划眼扶正轴承座密封面(709)，倒划眼扶正轴承座内壁(702)与细端外壁(305)固定连接；倒划眼扶正轴承组内圈限位台阶(705)与倒划眼扶正轴承组(12)的内圈过盈配合，倒划眼扶正轴承座接头(708)与外护套上接件接头(1101)固定连接；倒划眼扶正轴承座密封面(709)与倒划眼扶正轴承外壳内壁(602)通过在倒划眼扶正轴承外壳密封圈槽(604)内安装的密封圈来实现间隙密封配合；倒划眼扶正轴承座密封圈槽(706)通过其内部设置的密封圈与倒划眼扶正轴承组外圈限位台阶(603)间隙密封配合；
外护套上接件(11)上设置有外护套上接件接头(1101)、第三缆线通道(1102)和磨头回转电机安装区(1103)，磨头回转电机(10)定子固连在磨头回转电机安装区(1103)内，磨头回转电机(10)转子延伸至倒划眼扶正轴承座腔体(707)内并与磨头回转电机轴座(703)转动连接，磨头回转电机(10)转子上还固连有驱动磨头传扭小齿轮(9)，驱动磨头传扭小齿轮(9)与设置在磨头传扭内齿轮固定面(605)上的磨头传扭内齿轮(8)啮合；
所述第二连续管固定件(13)设置有连续管固定件固定孔(1301)、连续管固定件内壁(1302)、连续管固定件过度斜面(1303)和连续管固定件固定斜面(1304)，连续管固定件固定斜面(1304)上纵向分布有多条连续管固定件收缩缝隙(1305)，连续管固定件固定孔(1301)通过螺栓与连续管固定件固定螺纹孔(201)螺栓连接且连续管固定件固定斜面(1304)与连续管固定斜面(202)抵触，连续管固定件内壁(1302)与连续管外管(15)外壁抵触；
第一缆线通道(302)、第二缆线通道(701)和第三缆线通道(1102)同轴连通。
2.根据权利要求1所述的无钻机自平衡回转振动耦合碎岩钻进系统的倒划眼和解卡系统，其特征在于：所述的解卡齿(101)的斜面与轴线间的夹角为15-75°。
3.根据权利要求1所述的无钻机自平衡回转振动耦合碎岩钻进系统的倒划眼和解卡系统，其特征在于：所述的连续管固定件过度斜面(1303)与轴线间的夹角为15-75°。
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Cited By (1)
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