CN114837567A - 一种电驱pdc钻头 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种电驱PDC钻头,包括:电主轴;所述电主轴包括第一外壳;传动组件;所述传动组件具有相对的第一端和第二端,其包括依次连接的至少两段传动轴;所述第一端与所述电主轴的输出端相连接;连接组件;所述连接组件包括第二外壳、以及设置在所述第二外壳内的连接本体;所述第二外壳与所述第一外壳固定连接;所述连接本体传动连接在相邻的两段所述传动轴之间;钻头本体;所述钻头本体与所述第二端相连接。本申请提供的电驱动PDC钻头使得传动组件的可能产生晃动的长度大大缩短,有利于避免钻头本体产生剧烈抖动,从而有利于保护钻头本体、以及确保钻孔的直线度和孔径大小。
Description
技术领域
本申请涉及石油开采、矿山开采、地址钻探及非开挖等设备技术领域,尤其涉及一种电驱PDC钻头。
背景技术
油气资源开发中地质、地形复杂多样,传统的钻井施工技术应用具有一定局限性,可能会影响甚至限制石油开采工作的正常开展。
针对钻井工作的设备和工具有很多,在油气开采工程发展过程中,钻井提速技术衍生并发展,解决了目前地质地形复杂多样化的问题,同时利用该技术在减少井控难度的同时还实现对油气井内流体特征的有效控制,从而保障石油开发工作的顺利开展。
但是,目前提供动力的钻机体积较大,在钻深孔时需要将钻杆加长,这样会导致钻头在高速旋转时会剧烈抖动,损坏钻头,不能保证钻孔的直线度和孔径,钻头的转速会受到影响;因此在当前钻井提速技术发展中,稳定的增速装置必须不断进行优化和发展。
发明内容
本申请的目的是针对以上问题,提供一种电驱PDC钻头。
本申请提供一种电驱PDC钻头,包括:
电主轴;所述电主轴包括第一外壳;
传动组件;所述传动组件具有相对的第一端和第二端,其包括依次连接的至少两段传动轴;所述第一端与所述电主轴的输出端相连接;
连接组件;所述连接组件包括第二外壳、以及设置在所述第二外壳内的连接本体;所述第二外壳与所述第一外壳固定连接;所述连接本体传动连接在相邻的两段所述传动轴之间;
钻头本体;所述钻头本体与所述第二端相连接。
根据本申请某些实施例提供的技术方案,所述连接本体为行星齿轮传动的直线增速结构。
根据本申请某些实施例提供的技术方案,所述连接本体包括固定连接在所述第二外壳内的齿圈、与所述齿圈同轴设置的太阳轮、以及啮合在所述齿圈与所述太阳轮之间的若干行星轮;所述行星轮的直径大于所述太阳轮的直径;若干所述行星轮安装在同一行星架上;所述行星架与相对靠近所述电主轴侧的所述传动轴相连接;所述太阳轮与相对靠近所述钻头本体侧的所述传动轴相连接。
根据本申请某些实施例提供的技术方案,所述行星轮的直径为所述太阳轮直径的2-4倍。
根据本申请某些实施例提供的技术方案,所述电驱PDC钻头还包括钻套;所述钻套套设在所述第一外壳和所述第二外壳的外部;所述第一外壳和所述第二外壳分别与所述钻套固定连接。
根据本申请某些实施例提供的技术方案,所述第一端与所述电主轴的输出端之间连接有快换夹头。
根据本申请某些实施例提供的技术方案,靠近所述钻头本体的所述传动轴的端部固接有连接接口;所述连接接口与所述钻头本体螺纹连接。
根据本申请某些实施例提供的技术方案,所述钻头本体的周向分布有若干金刚石复合片组;每个所述金刚石复合片组包含若干金刚石复合片。
根据本申请某些实施例提供的技术方案,所述第一外壳上相对靠近所述传动组件的一端设置有若干散热鳍片。
与现有技术相比,本申请的有益效果:本申请提供的电驱动PDC钻头尤其适用于钻机钻深孔这一工况,其通过在电主轴与钻头本体之间设置包括依次连接的至少两段传动轴的传动组件,相邻的两段传动轴通过连接本体传动连接,并且连接本体外部的第二外壳与电主轴的第一外壳固定连接,在使用时,电主轴的输出端通过连接本体驱动各段传动轴高速转动,从而带动钻头本体转动进行钻孔工作;本申请提供的电驱动PDC钻头通过采用上述技术方案,使得传动组件的可能产生晃动的长度大大缩短,有利于避免钻头本体产生剧烈抖动,从而有利于保护钻头本体、以及确保钻孔的直线度和孔径大小。
附图说明
图1为本申请实施例提供的电驱PDC钻头的结构示意图;
图2为本申请实施例提供的电驱PDC钻头的电主轴的结构示意图;
图3为本申请实施例提供的电驱PDC钻头的连接组件的结构示意图;
图4为图3中A-A剖视结构示意图;
图5为本申请实施例提供的电驱PDC钻头的连接组件的剖视结构示意图;
图6为本申请实施例提供的电驱PDC钻头的钻头本体的结构示意图;
图7为本申请实施例提供的电驱PDC钻头的钻头本体的俯视结构示意图。
图中所述文字标注表示为:
1、电主轴;101、第一外壳;102、散热鳍片;103、交互窗口;201、动力输入轴;202、动力输出轴;203、快换夹头;204、轴承;205、连接接口;3、连接组件;301、第二外壳;302、齿圈;303、太阳轮;304、行星轮;305、行星架;306、第一固定环;4、钻头本体;401、金刚石复合片;402、喷嘴。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本申请的技术方案,下面结合附图对本申请进行详细描述,本部分的描述仅是示范性和解释性,不应对本申请的保护范围有任何的限制作用。
请参考图1-图3,本实施例提供一种电驱PDC钻头,包括:
电主轴1;所述电主轴1包括第一外壳101;
传动组件;所述传动组件具有相对的第一端和第二端,其包括依次连接的至少两段传动轴;所述第一端与所述电主轴1的输出端相连接;
连接组件3;所述连接组件3包括第二外壳301、以及设置在所述第二外壳301内的连接本体;所述第二外壳301与所述第一外壳101固定连接;所述连接本体传动连接在相邻的两段所述传动轴之间;
钻头本体4;所述钻头本体4与所述第二端相连接。
具体的,所述电主轴1为水冷式电主轴,其用于对电机的热源进行覆盖,有利于加快散热;本实施例提供的电驱动PDC钻头的传动组件包括两段传动轴,为方便描述,将两段传动轴分别记作动力输入轴201和动力输出轴202;所述动力输入轴201和所述动力输出轴202同轴线设置;所述动力输入轴201和所述动力输出轴202相互靠近的一端通过所述连接本体传动连接,所述动力输入轴201相对远离所述连接本体的一端与所述电主轴1的输出端相连接,所述动力输出轴202相对远离所述连接本体的一端与所述钻头本体4相连接;所述第一外壳101和所述第二外壳301均为圆筒形状,二者之间的固定连接方式可以有多种,比如,可以是在二者的外部分别设置固定套,二者的固定套之间通过螺杆、螺母配合连接;还可以是通过其他的连接件实现二者的固定连接。
本实施例提供的电驱PDC钻头,将现有技术中的钻杆分成了两部分,即动力输入轴和动力输出轴两部分,动力输出轴和动力输入轴之间通过连接本体传动连接,通过将连接本体外的第二外壳与电主轴的第一外壳固定连接,当电主轴的输出端驱动钻头本体高速旋转时,动力输入轴的部分可避免产生晃动,保持稳定旋转,钻头本体与连接本体之间的动力输出轴的长度远小于钻深孔工况下的钻杆的长度,即有可能产生晃动的传动轴长度大大缩短,有利于避免钻头本体产生剧烈抖动,从而有利于保护钻头本体、以及确保钻孔的直线度和孔径大小。
需要说明的是,在本申请的某些实施例中,所述传动组件还可以设置为包含两段以上数量的传动轴,比如三段,位于两端的两段传动轴分别与电主轴的输出端和钻头本体相连接;相邻的两段传动轴之间通过连接本体传动连接。
在一优选实施例中,所述连接本体为行星齿轮传动的直线增速结构,其可以为钻头本体提供近距离的加速,有利于在不影响钻头本体平稳钻孔的前提下,提高了钻头本体在井下作业中的钻速,具体的使得动力输出轴的转速大于动力输入轴的转速。
在一优选实施例中,请参考图4和图5,所述连接本体包括固定连接在所述第二外壳内的齿圈302、与所述齿圈302同轴设置的太阳轮303、以及啮合在所述齿圈302与所述太阳轮303之间的若干行星轮304;所述行星轮304的直径大于所述太阳轮303的直径;若干所述行星轮304安装在同一行星架305上;所述行星架305与相对靠近所述电主轴1侧的所述传动轴相连接;所述太阳轮303与相对靠近所述钻头本体4侧的所述传动轴相连接。
具体地,本实施例共设置有三个行星轮304,三个行星轮304共同安装在同一个行星架305上,在使用时,电主轴1的输出端驱动动力输入轴201转动,动力输入轴201通过行星架305带动三个行星轮304转动,从而带动太阳轮303转动,太阳轮303转动带动动力输出轴202转动,进而带动钻头本体4转动;由于行星轮304的直径大于太阳轮303的直径,从而使得动力输出轴202的转速大于动力输入轴201的转速,即钻头本体4的转速要大于电主轴1输出端的转速,即起到了平稳增速的作用。
优选的,所述行星轮304的直径为所述太阳轮303直径的2-4倍,从而使得钻头本体4的钻速可提高2-4倍。
在一优选实施例中,电驱PDC钻头还包括钻套;所述钻套套设在所述第一外壳101和所述第二外壳301的外部;所述第一外壳101和所述第二外壳301分别与所述钻套固定连接。
具体地,所述钻套为中空的圆筒状结构,其内部具有容纳空腔,所述电主轴1和所述连接组件均安装在所述容纳空腔内,其中所述电主轴1的第一外壳101的侧壁上开设有若干螺纹孔,所述第一外壳101通过螺栓和若干螺纹孔配合来与所述钻套固定连接;所述第二外壳301的外部套设有第一固定环306,第一固定环306上沿其自身周向环设有若干安装孔,所述钻套内侧壁上相应位置设有第二固定环,第二固定环上沿其自身周向环设有若干安装孔,通过将螺栓穿过第一固定环306和第二固定环上对应位置的安装孔,将第二外壳301和钻套固定连接;通过采用上述技术方案,既能够将第一外壳101和第二外壳301固定,增强钻头工作时的稳定性,又能够对电主轴1和行星齿轮传动的直线增速结构起到一定的保护作用。
在一优选实施例中,所述第一端与所述电主轴1的输出端之间连接有快换夹头203,所述快换夹头为现有技术中的常规零部件,所述快换夹头203的两端分别与电主轴1的输出端以及动力输入轴201相连接,具体的为键连接的方式,通过采用上述技术方案,方便电主轴1输出端与动力输入轴201的可拆卸连接,有利于电主轴1输出端与增速器快速安全的脱离运作。
进一步的,所述快换夹头203靠近动力输入轴201的一端还通过轴承204与行星架305相连,轴承204的设置起到一定的支撑作用。
在一优选实施例中,靠近所述钻头本体4的所述传动轴的端部固接有连接接口205;所述连接接口205与所述钻头本体4螺纹连接。
具体的,所述连接接口205为类似喇叭形状,即其具有小口径端和大口径端,其小口径端与动力输出轴202焊接,其大口径端与钻头本体4螺纹连接;动力输出轴202和钻头本体4采用螺纹连接的方式连接,结构简单,连接可靠,拆装方便。
在一优选实施例中,请参考图6和图7,所述钻头本体4的周向分布有若干金刚石复合片组;每个所述金刚石复合片组包含若干金刚石复合片401。
具体的,本申请所采用的钻头为PDC钻头,其周向共分布有六组金刚石复合片组,每个金刚石复合片组包含9片金刚石复合片401,即钻头本体4上一共镶嵌有54片金刚石复合片401,金刚石复合片401焊接在钻头本体4远离动力输出轴402一端的凹槽内;该钻头本体采用金刚石复合片来切屑岩石,使用大厚度硬质合金块作为保护齿的材料,可以减小钻头高速转动时与钻孔孔壁摩擦的损耗,减少钻井摩擦力,提高了钻具的钻进效率,缩短了钻井周期,同时有利于钻头钻进更加平稳。
钻头本体4上还开设有六个喷嘴402,钻头本体4的最大直径大于电主轴1的最大直径、大于直线增速器的最大直径,即大于第一外壳101和第二外壳301的外径,同时钻头本体4的最大直径也大于钻套的外径,通过采用上述结构,方便钻头本体4钻进钻孔,也方便增速器和电主轴1随其进入钻孔。
在一优选实施例中,所述电主轴1的控制系统为内置设置,即设置在了第一外壳101的内部,这使得电主轴1具有较高的防水防污性能,有利于其在井下安全正常工作;所述第一外壳101上还设置有交互窗口103,电主轴1的内置控制系统通过交互窗口103与外界进行交互。
在一优选实施例中,所述第一外壳101上相对靠近所述传动组件的一端设置有若干散热鳍片102,电主轴1在工作时产生的热量可通过散热鳍片102与外界交换热量,有利于其在井下加快散热,防止过热。
本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。以上所述仅是本申请的优选实施方式,应当指出,由于文字表达的有限性,而客观上存在无限的具体结构,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以作出若干改进、润饰或变化,也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合;这些改进润饰、变化或组合,或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的,均应视为本申请的保护范围。
Claims (9)
1.一种电驱PDC钻头,其特征在于,包括:
电主轴(1);所述电主轴(1)包括第一外壳(101);
传动组件;所述传动组件具有相对的第一端和第二端,其包括依次连接的至少两段传动轴;所述第一端与所述电主轴的输出端相连接;
连接组件(3);所述连接组件(3)包括第二外壳(301)、以及设置在所述第二外壳(301)内的连接本体;所述第二外壳(301)与所述第一外壳(101)固定连接;所述连接本体传动连接在相邻的两段所述传动轴之间;
钻头本体(4);所述钻头本体(4)与所述第二端相连接。
2.根据权利要求1所述的电驱PDC钻头,其特征在于,所述连接本体为行星齿轮传动的直线增速结构。
3.根据权利要求2所述的电驱PDC钻头,其特征在于,所述连接本体包括固定连接在所述第二外壳(301)内的齿圈(302)、与所述齿圈(302)同轴设置的太阳轮(303)、以及啮合在所述齿圈(302)与所述太阳轮(303)之间的若干行星轮(304);所述行星轮(304)的直径大于所述太阳轮(303)的直径;若干所述行星轮(304)安装在同一行星架(305)上;所述行星架(305)与相对靠近所述电主轴(1)侧的所述传动轴相连接;所述太阳轮(303)与相对靠近所述钻头本体(4)侧的所述传动轴相连接。
4.根据权利要求2所述的电驱PDC钻头,其特征在于,所述行星轮(304)的直径为所述太阳轮(303)直径的2-4倍。
5.根据权利要求1所述的电驱PDC钻头,其特征在于,还包括钻套;所述钻套套设在所述第一外壳(101)和所述第二外壳(301)的外部;所述第一外壳(101)和所述第二外壳(301)分别与所述钻套固定连接。
6.根据权利要求1所述的电驱PDC钻头,其特征在于,所述第一端与所述电主轴(1)的输出端之间连接有快换夹头(203)。
7.根据权利要求1所述的电驱PDC钻头,其特征在于,靠近所述钻头本体(4)的所述传动轴的端部固接有连接接口(205);所述连接接口(205)与所述钻头本体(4)螺纹连接。
8.根据权利要求1所述的电驱PDC钻头,其特征在于,所述钻头本体(4)的周向分布有若干金刚石复合片组;每个所述金刚石复合片组包含若干金刚石复合片(401)。
9.根据权利要求1所述的电驱PDC钻头,其特征在于,所述第一外壳(101)上相对靠近所述传动组件的一端设置有若干散热鳍片(102)。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20220802 |