CN115680478A - 具有螺旋锁止功能的钻具传动主动离合器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有螺旋锁止功能的钻具传动主动离合器，包括：马达总成；连接在马达总成下端的离合器总成，其包括：壳体，在壳体的内壁设有第一反向螺旋；设置在壳体内的滑动牙坎，在滑动牙坎的外壁设有第二反向螺旋，第二反向螺旋能够与第一反向螺旋适配；钻头连接轴；以及固定牙坎；第一状态下，马达总成带动滑动牙坎转动而驱动钻头转动，第二反向螺旋处于第一反向螺旋的上端而对滑动牙坎形成轴向向上的锁止，第二状态下，滑动牙坎与马达总成脱离而与固定牙坎适配啮合，通过设置于井口的转盘转动钻杆而驱动钻头转动，第二反向螺旋处于第一反向螺旋的下端而对滑动牙坎形成轴向向下的锁止，第一状态与第二状态能够相互切换。

Description

具有螺旋锁止功能的钻具传动主动离合器

技术领域

本发明属于钻完井作业工具技术领域，具体涉及具有螺旋锁止功能的钻具传动主动离合器。

背景技术

现代石油钻井大多采用螺杆钻具组合，即在钻柱内组合了马达总成。马达总成为正容积式马达，主要由转子和定子组成，转子是螺旋合金钢轴，定子是由合金钢管和内部粘结的橡胶形腔组成，将钻井液的压力能转化为钻头能量。受马达总成特性影响，当破岩扭矩高于螺杆最大扭矩时，马达总成发生憋停，转子无法旋转，钻井液压力升高刺漏定子橡胶。此时，提高转盘或顶驱的扭矩会引起定子相对转子转动，但扭矩仍无法施加到钻头。钻头卡死极易引发卡钻事故，引起井下复杂，甚至需要切断钻具进行侧钻，造成重大损失。

目前，随着钻井技术的不断发展，现有技术中出现了螺杆马达离合器，这实现螺杆马达驱动钻头和转盘驱动钻头两种传动路线的切换。当转子卡死时，转盘继续转动钻具进而转动定子，使定子相对转子的转速大于特定值，通过离心力和相对转动方向变化激活离合器，此时地面扭矩通过定子、离合装置、转子传递到钻头，解除钻头卡滞。但是现有的螺杆马达离合器只能当卡钻发生后才能被动激活，通过转盘扭矩解除卡滞，无法实现根据需要主动激活。现有的螺杆马达离合器在钻入易卡钻的地层前或者扭矩较大的地层前无法切换为转盘直接驱动钻头，因而其无法实现预防卡钻发生的技术效果。

发明内容

针对如上所述的技术问题，本发明旨在提出一种具有螺旋锁止功能的钻具传动主动离合器，该钻具传动主动离合器能够根据需要通过地面操作，主动在螺杆马达驱动钻头和转盘驱动钻头两种传动方式间切换，实现预防钻井扭矩过大引发卡钻和卡钻后解卡的功能。

为此，根据本发明提供了一种具有螺旋锁止功能的钻具传动主动离合器，包括：马达总成；连接在所述马达总成下端的离合器总成，所述离合器总成包括：壳体，在所述壳体的内壁设有第一反向螺旋；设置在所述壳体内的滑动牙坎，在所述滑动牙坎的外壁设有第二反向螺旋，所述第二反向螺旋能够与所述第一反向螺旋适配，通过转动所述滑动牙坎能够使其相对于所述壳体轴向运动；用于连接钻头的钻头连接轴，所述钻头连接轴连接在所述滑动牙坎的下端，且与所述滑动牙坎形成周向固定；以及套装在所述钻头连接轴的外壁上的固定牙坎，所述固定牙坎与所述壳体形成周向固定连接；其中，在第一状态下，所述滑动牙坎与所述马达总成形成周向固定连接，而与所述固定牙坎脱离，所述马达总成能够带动所述滑动牙坎转动，进而通过所述钻头连接轴带动钻头转动，所述第二反向螺旋处于所述第一反向螺旋的上端而对所述滑动牙坎形成轴向向下的锁止，在第二状态下，所述滑动牙坎下行而与所述马达总成脱离，并与所述固定牙坎适配啮合，通过设置于井口的转盘转动钻杆能够带动所述壳体转动，并依次通过所述固定牙坎、所述滑动牙坎和所述钻头连接轴带动钻头转动，所述第二反向螺旋处于所述第一反向螺旋的下端而对所述滑动牙坎形成轴向向上的锁止，所述第一状态与所述第二状态能够相互切换。

在一个实施例中，所述离合器总成还包括构造成中空的转子连接轴，所述转子连接轴的上端与所述马达总成连接，所述滑动牙坎的上端延伸至所述转子连接轴的内部，在第一状态下，所述滑动牙坎与所述转子连接轴形成周向固定连接，所述马达总成能够在钻井液作用下带动所述转子连接轴转动，从而带动所述滑动牙坎转动，在第二状态下，所述滑动牙坎相对于所述转子连接轴下行而与所述转子连接轴能够相对转动，从而与所述马达总成脱离。

在一个实施例中，在所述滑动牙坎上还套设有弹性件，所述滑动牙坎的外壁设有端面朝上的台阶，所述弹性件的两端分别抵靠所述转子连接轴和所述台阶，在第二状态下，所述弹性件能够驱动所述滑动牙坎相对于所述转子连接轴下行。

在一个实施例中，所述壳体的侧壁上设有传压孔，在所述壳体与所述滑动牙坎之间形成有径向空间，所述弹性件布置在所述径向空间内，所述径向空间通过所述传压孔与井筒环空连通。

在一个实施例中，在所述滑动牙坎的外壁设有第一扭矩传递接合面，在所述转子连接轴的内壁设有第二扭矩传递接合面，在第一状态下，所述第一扭矩传递接合面与所述第二扭矩传递接合面适配接合，在第二状态下，所述第一扭矩传递接合面与所述第二扭矩传递接合面脱离。

在一个实施例中，在所述滑动牙坎的下端内壁设有第三扭矩传递接合面，在所述钻头连接轴的外壁设有第四扭矩传递接合面，所述第三扭矩传递接合面与所述第四扭矩传递接合面适配接合，从而使所述钻头连接轴与所述滑动牙坎形成周向固定连接。

在一个实施例中，所述滑动牙坎的下端设有第一牙坎部分，所述固定牙坎的上端设有第二牙坎部分，在第一状态下，所述第一牙坎部分与所述第二牙坎部分脱离，在第二状态下，所述第一牙坎部分与所述第二牙坎部分适配啮合，从而使所述滑动牙坎能够与所述固定牙坎形成周向固定连接。

在一个实施例中，所述固定牙坎的外周表面设有外花键，所述壳体的内壁设有内花键，所述外花键能够到所述内花键适配，从而使所述固定牙坎与所述壳体形成周向固定连接。

在一个实施例中，在所述固定牙坎的下端设有定位件，所述定位件能够对所述固定牙坎形成轴向限位。

在一个实施例中，在所述钻头连接轴的下端设有用于连接钻头的钻头接头，所述钻头接头通过传动总成与所述壳体形成转动连接，所述传动总成包括传动轴和传动轴承组。

在一个实施例中，所述转子连接轴与所述壳体通过轴承组件形成转动连接，且所述转子连接轴通过环形密封件与所述壳体形成转动密封。

在一个实施例中，所述马达总成包括马达外壳、形成与所述马达外壳的内壁上的定子胶腔和设置在所述马达外壳内的转子，所述转子连接轴通过万向轴与所述转子连接，所述转子能够在钻井液的作用下转动，从而带动所述转子连接轴转动。

与现有技术相比，本申请的优点之处在于：

根据本发明的具有螺旋锁止功能的钻具传动主动离合器能够根据实际工况，主动在马达总成驱动钻头和转盘驱动钻头两种传动方式间切换，实现预防钻井扭矩过大引发卡钻和卡钻后解卡的功能。钻具传动主动离合器通过弹簧力和钻井液压力间的变化驱动滑动牙坎移动，改变多套传递扭矩结构的接合状态，实现正常钻进时通过马达总成驱动钻头钻进，在需要大扭矩时通过转盘驱动钻杆而带动钻头钻进，非常有利于钻进作业，提高钻进作业效率。通过壳体内壁上的第一反向螺旋与滑动牙坎外壁上的第二反向螺旋形成的反向螺旋结构，能够对钻具传动主动离合器动作进行锁定，通过“停泵、加钻压、旋转钻柱”复合操作实现离合器的接合，通过“提离井底、非常用大排量”实现离合器的分离，能够有效防止钻具传动主动离合器误操作。在作业过程中，通过钻杆内排液、扭矩变化等判断钻具传动主动离合器的动作状态，能够主动控制钻具传动主动离合器状态，根据需要改变传动路线。还能通过地面操作主动制离合器在井下的接合与分离，不受钻井参数变化影响，可在钻入易卡钻的地层前或者扭矩较大的地层前切换为转盘直接驱动钻头，预防卡钻发生，降低成本、提高效率。钻具传动主动离合器接合前后马达总成的转子均能旋转，以保持钻柱内畅通，对钻井液循环无影响。大扭矩传递结构设在壳体上，能够传递较大扭矩，而使转子不受扭矩。钻具传动主动离合器能够作为模块集成于现有的螺杆马达中，通过常规钻井动作组合控制离合，无需改造螺杆马达结构和地面设备。

附图说明

下面将参照附图对本发明进行说明。

图1显示了根据本发明的具有螺旋锁止功能的钻具传动主动离合器的结构。

图2显示了图1所示钻具传动主动离合器中的转子连接轴的结构。

图3显示了图1所示钻具传动主动离合器中的滑动牙坎的结构。

图4显示了图1所示钻具传动主动离合器中的固定牙坎的结构。

图5显示了图1所示钻具传动主动离合器中的壳体的结构。

图6显示了图1所示钻具传动主动离合器中的钻头连接轴的结构。

图7和图8显示了钻具传动主动离合器的螺旋解锁过程。

图9显示了钻具传动主动离合器的接合状态。

在本申请中，所有附图均为示意性的附图，仅用于说明本发明的原理，并且未按实际比例绘制。

具体实施方式

下面通过附图来对本发明进行介绍。

图1显示了根据本发明的具有螺旋锁止功能的钻具传动主动离合器100的结构。如图1所示，钻具传动主动离合器100包括马达总成和连接在马达总成的下端的离合器总成，以及连接在离合器总成的下端的传动总成10，传动总成10用于连接钻头。钻具传动主动离合器100构造成能够根据需要通过控制泵送排量，进而控制钻杆内压力，从而主动在马达总成驱动钻头和转盘驱动钻头两种传动方式间切换，实现预防钻井扭矩过大引发卡钻和卡钻后解卡的功能。具体地，在离合器总成处于分离状态下，钻具传动主动离合器100通过马达总成驱动钻头钻进，此时，钻具传动主动离合器100处于第一状态。在离合器总成处于接合状态下，钻具传动主动离合器100通过转盘或顶驱驱动钻头钻进，此时，钻具传动主动离合器100处于第二状态。

如图1所示，马达总成包括马达外壳11、形成于马达外壳11的内壁上的定子胶腔111和设置在马达外壳11内的转子112，转子112能够在钻井液的作用下相对于定子胶腔111转动。

根据本发明，如图1所示，钻具传动主动离合器100包括构造成中空的转子连接轴1、壳体3、设置在壳体3内的滑动牙坎4、用于连接钻头的钻头连接轴6、套装在钻头连接轴6上的固定牙坎7。钻头连接轴6连接在滑动牙坎的下端，并且钻头连接轴6与滑动牙坎4形成周向固定连接。固定牙坎7与壳体3形成周向固定连接。壳体3构造成圆筒状，壳体3用于保持各零件的相对位置并按设计轨迹运动，在转盘驱动钻头时(第二状态下)，通过壳体3能够将钻杆扭矩传递到固定牙坎7。

在一个实施例中，壳体3的上端通过螺纹连接方式与马达外壳11形成固定连接。转子连接轴1的上端通过万向轴113与转子112形成连接。例如，转子连接轴1的上端通过螺纹连接方式与万向轴113固定连接。

如图2所示，转子连接轴1构造成中空管状结构，转子连接轴1的上端外壁上设有径向向外延伸的环形凸起。在转子连接轴1的靠近中部的外壁上设有第一环形密封件101。壳体3的上端部分插入马达外壳11内。转子连接轴1插入式安装在壳体3内，且在环形凸起的下端面与壳体3的上端面之间设有轴承组件2。轴承组件2用于承受转子连接轴1的轴向力和径向力，从而使转子连接轴1可相对与壳体3转动。此外，第一环形密封件101处于转子连接轴1与壳体3的内壁的接触面之间，能够有效保证转子连接轴1与壳体3之间的密封。

根据本发明，图3显示了滑动牙坎4的结构。如图3所示，滑动牙坎4内部设有轴向延伸且用于供液体流过的过流通道。滑动牙坎4构造成包括圆柱体形的第一部分和连接在第一部分的下端的第二部分，第一部分的直径小于第二部分的直径。由此，在第一部分和第二部分的连接处形成有端面朝上的台阶。滑动牙坎4的上端部分延伸至转子连接轴1的内部，且滑动牙坎4能够沿转子连接轴1的轴向运动。在第一部分的靠近上端的外壁上设有第二环形密封件401。第二环形密封件401处于滑动牙坎4与转子连接轴1的内壁的接触面之间，这能够有效保证滑动牙坎4与转子连接轴1之间的密封。

如图3所示，在滑动牙坎4的第一部分的外壁面上设有第一扭矩传递接合面402，第一扭矩传递接合面402设置在距离滑动牙坎4的上端面一定距离处，从而在第一扭矩传递接合面402的上端留出一段圆柱体形部分。同时，在转子连接轴1的内壁设有第二扭矩传递接合面102，第二扭矩传递接合面102设置在转子连接轴1的靠近下端面的内壁处。第一扭矩传递接合面402与第二扭矩传递接合面102构造成相适配的传递扭矩结构，例如可以为花键、六方、牙坎等结构。滑动牙坎4的上端延伸至转子连接轴1的内部，且滑动牙坎4能够沿转子连接轴1的轴向运动，从而实现第一扭矩传递接合面402与第二扭矩传递接合面102之间的适配与分离。在第一状态下，第一扭矩传递接合面402与第二扭矩传递接合面102适配接合，使得滑动牙坎4与转子连接轴1形成周向固定。而在第二状态下，滑动牙坎4相对于转子连接轴1下移，以使第一扭矩传递接合面402与第二扭矩传递接合面102脱离，由此使得滑动牙坎4能够相对于转子连接轴1转动。

根据本发明，在滑动牙坎4的第二部分的外壁上设有第二反向螺旋404，第二反向螺旋404设置在第二部分的靠近下端位置处。同时，在壳体3的内壁上设有第一反向螺旋301(见图5)。第一反向螺旋301能够与第二反向螺旋404适配，并且通过转动滑动牙坎4能够使其相对于壳体3轴向运动。

根据本发明，在滑动牙坎4上还套设有弹性件5，弹性件5的两端分别抵靠转子连接轴1的下端面和滑动牙坎4外壁的台阶上。在一个实施例中，弹性件5可以采用压缩弹簧。在第二状态下，弹性件5能够产生弹簧力，以推动滑动牙坎4相对于转子连接轴1下行。

在本实施例中，在壳体3与滑动牙坎4之间形成有径向空间，弹性件5布置在径向空间内。在壳体3的对应于径向空间的侧壁上设有传压孔303(见图5)，径向空间通过传压孔303与井筒环空连通。

在一个实施例中，在滑动牙坎4的第二部分的外壁上还设有第三环形密封件403，第三环形密封件403设置在靠近台阶的外壁区域。第三环形密封件403处于滑动牙坎4与壳体3的接触面之间，从而使滑动牙坎4的第二部分的外壁面与壳体3的内壁之间形成密封。由此，使滑动牙坎4的上侧的压力与钻杆外侧通过传压孔303连通，而下端承受钻杆内部压力。滑动牙坎4上下两侧的压差与钻井液排量相关，排量越高，压差越大。弹性件5的弹簧力与正常钻井排量产生的压差平衡，这能够防止正常钻进条件下滑动牙坎4与固定牙坎7分离。

图4显示了固定牙坎7的结构。如图4所示，固定牙坎7构造成圆筒状，固定牙坎7的外周表面设有外花键702。同时，在壳体3的内壁面设有内花键302(见图5)，内花键302设置在壳体3的靠近下端的位置处。固定牙坎7设置在壳体3内，且通过外花键702与内花键302适配安装，从而使固定牙坎7与壳体3形成周向固定连接。

根据本发明，如图4所示，在固定牙坎7的上端设有第二牙坎部分701。同时，在滑动牙坎4的下端设有第一牙坎部分405(见图3)。在第一状态下，第一牙坎部分405与第二牙坎部分701脱离。在第二状态下，滑动牙坎4相对于壳体3下移，使得第一牙坎部分405能够与第二牙坎部分701适配啮合，从而使滑动牙坎4能够与固定牙坎7形成周向固定连接。此外，钻头连接轴6穿过固定牙坎7而与滑动牙坎4适配连接，固定牙坎7能够相对于钻头连接轴6转动。

在一个实施例中，在固定牙坎7的下端设有定位件8。优选地，定位件8可以采用定位弹簧。定位件8能够对固定牙坎7形成轴向限位，以将固定牙坎7保持在一定位置，并能够防止固定牙坎7周向移动。同时，定位件8能够补偿轴向组装误差。

图6显示了钻头连接轴6的结构。如图6所示，钻头连接轴6构造成圆筒状，且在钻头连接轴6的外壁设有第四扭矩传递接合面601。第四扭矩传递接合面601设置成从钻头连接轴6的上端面轴向向内延伸一部分。同时，滑动牙坎4的下端内壁还设有第三扭矩传递接合面406(见图1)。第三扭矩传递接合面406与第四扭矩传递接合面601构造成相适配的传递扭矩结构。例如可以为花键、六方、牙坎等结构。由此，使滑动牙坎4与钻头连接轴6形成周向固定连接。

钻具传动主动离合器100在工作过程中，滑动牙坎4的上端通过第一扭矩传递接合面402与第二扭矩传递接合面102形成的上部传递扭矩结构与转子连接轴1滑动连接，滑动牙坎4的下端通过第三扭矩传递接合面406与第四扭矩传递接合面601形成的下部传递扭矩结构与固定牙坎7滑动连接。上部传递扭矩结构与下部传递扭矩结构通过滑动牙坎4的轴向移动能够实现切换。

根据本发明，如图1所示，在钻头连接轴6的下端设有钻头接头101，钻头接头101用于连接钻头或其他输出装置。钻头接头101通过传动总成10与壳体3形成转动连接。传动总成10包括传动轴和传动轴承组。在一个实施例中，传动轴构造成中空轴，包括第一轴体和与第一轴体固定连接的第二轴体。在第一轴体与第二轴体的连接处形成了外限位台阶和内限位台阶，外限位台阶的端面朝上，内限位台阶的端面朝下。第一轴体的外壁设有外螺纹，其与壳体3的下端内壁通过螺纹连接方式形成固定连接，且外限位台阶的端面与壳体3的下端面接触。钻头接头101的外壁设有端面朝上的安装台阶，且钻头接头101的上端通过螺纹与钻头连接轴6固定连接。传动轴承组安装在传动轴与钻头接头101之间，传动轴承组的上下两端分别抵靠在内限位台阶和安装台阶上。由此，使得钻头接头101通过传动总成10与壳体3形成转动连接。

下面简述根据本发明的具有螺旋锁止功能的钻具传动主动离合器100的工作过程。图1为钻具传动主动离合器100处于分离状态下的结构，假定钻具传动主动离合器100的初始状态为分离状态(第一状态)。当然可以理解，通过修改设计可使钻具传动主动离合器100的初始状态为接合状态。

如图1所示，在初始状态下，钻具传动主动离合器100处于第一状态。在钻进时，滑动牙坎4的第一扭矩传递接合面402与转子连接轴1的第二扭矩传递接合面102相适配接合，同时滑动牙坎4的下部传递扭矩结构与固定牙坎7分离。马达总成的转子112在钻井液压力下转动，并通过万向轴113带动转子连接轴1转动，转子连接轴1通过第一扭矩传递接合面402与第二扭矩传递接合面102形成的上部传递扭矩结构带动滑动牙坎4转动，使滑动牙坎4通过第三扭矩传递接合面406与第四扭矩传递接合面601形成的下部传递扭矩结构带动钻头连接轴6转动，进而带动钻头接头101转动，从而将转子112的扭矩传递到钻头。此时，滑动牙坎4外壁上的第二反向螺旋404处于壳体3内壁上的第一反向螺旋301的上端，从而对滑动牙坎4形成轴向向下的锁止限定，避免滑动牙坎下移从而防止滑动牙坎4与固定牙坎7接合。由此，实现马达总成驱动钻头钻进。

在钻进作业过程中，当钻遇大扭矩地层或者钻头发生卡滞时，激活传动主动离合器100。具体地，停止向钻柱内泵送泥浆，并在钻头上施加较低的钻压，以防止钻头在激活过程中转动。此时，钻头静止，通过钻头连接轴6限制滑动牙坎4转动，通过转盘或顶驱正向旋转钻柱，钻柱带动壳体3正向旋转，在第二反向螺旋404与第一反向螺旋301的作用下，使得滑动牙坎4下移。直至当第二反向螺旋404与第一反向螺旋301脱离，从而完成螺旋解锁。图7和图8显示了钻具传动主动离合器100的螺旋解锁过程。第二反向螺旋404与第一反向螺旋301脱离后，滑动牙坎4在弹性件5的作用下继续向下移动，从而使滑动牙坎4下端的第一牙坎部分405与7的第二牙坎部分701接合，同时滑动牙坎4的上部传递扭矩结构与转子连接轴1分离。此时，钻杆扭矩通过壳体3传递到固定牙坎7，进而传递到滑动牙坎4，再通过滑动牙坎4传递到钻头连接轴6，最后传递给钻头。在钻头静止，转动壳体3的情况下，马达总成中的定子胶腔111和转子112之间反向转动，马达总成产生抽汲作用，通过从钻杆中是否返排液体和排液量，可判断钻具传动主动离合器100是否动作及动作完成情况。当滑动牙坎4与固定牙坎7接合后，钻杆扭矩突然增加，通过扭矩变化判断钻具传动主动离合器100是否接合。图9显示了钻具传动主动离合器100的接合状态。此时，滑动牙坎4外壁上的第二反向螺旋404处于壳体3内壁上的第一反向螺旋301的下端，这能够对滑动牙坎4形成轴向向上的锁止限定。同时，在弹性件5的弹性力的作用下，能够防止正常钻进条件下滑动牙坎4与固定牙坎7分离。由此，实现转盘驱动钻头钻进

当需要将钻具传动主动离合器100分离，转换为马达总成驱动钻头钻进时，将钻具提离井底，提高钻井液排量至常规排量的150％-200％。随着排量升高，作用在滑动牙坎4上下两侧压差升高，直至推动滑动牙坎4上移并压缩弹性件5，从而使滑动牙坎4上端的第一扭矩传递接合面402与转子连接轴1的第二扭矩传递接合面102重新适配接合。进而能够通过转子连接轴1带动滑动牙坎4转动，在第二反向螺旋404与第一反向螺旋301的作用下，使滑动牙坎4继续上移。直至当第二反向螺旋404与第一反向螺旋301脱离后，完成对滑动牙坎4轴向向下的锁止。由此，钻具传动主动离合器100切换为分离状态。降低排量至正常钻井排量，下放钻具进行正常钻进。此时，钻具传动主动离合器100切换为马达总成驱动钻头钻进。

根据本发明的具有螺旋锁止功能的钻具传动主动离合器100能够根据实际工况，主动在马达总成驱动钻头和转盘驱动钻头两种传动方式间切换，实现预防钻井扭矩过大引发卡钻和卡钻后解卡的功能。钻具传动主动离合器100通过弹簧力和钻井液压力间的变化驱动滑动牙坎移动，改变多套传递扭矩结构的接合状态，实现正常钻进时通过马达总成驱动钻头钻进，在需要大扭矩时通过转盘驱动钻杆而带动钻头钻进，非常有利于钻进作业，提高钻进作业效率。通过壳体3内壁上的第一反向螺旋301与滑动牙坎4外壁上的第二反向螺旋404形成的反向螺旋结构，能够对钻具传动主动离合器100动作进行锁定，通过“停泵、加钻压、旋转钻柱”复合操作实现离合器的接合，通过“提离井底、非常用大排量”实现离合器的分离，能够有效防止钻具传动主动离合器100误操作。在作业过程中，通过钻杆内排液、扭矩变化等判断钻具传动主动离合器100的动作状态，能够主动控制钻具传动主动离合器100状态，根据需要改变传动路线。还能通过地面操作主动制离合器在井下的接合与分离，不受钻井参数变化影响，可在钻入易卡钻的地层前或者扭矩较大的地层前切换为转盘直接驱动钻头，预防卡钻发生，降低成本、提高效率。钻具传动主动离合器100接合前后马达总成的转子112均能旋转，以保持钻柱内畅通，对钻井液循环无影响。大扭矩传递结构设在壳体3上，能够传递较大扭矩，而使转子112不受扭矩。钻具传动主动离合器100能够作为模块集成于现有的螺杆马达中，通过常规钻井动作组合控制离合，无需改造螺杆马达结构和地面设备。

最后应说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施方案而已，并不构成对本发明的任何限制。尽管参照前述实施方案对本发明进行了详细的说明，但是对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.具有螺旋锁止功能的钻具传动主动离合器，包括：

马达总成；

连接在所述马达总成下端的离合器总成，所述离合器总成包括：

壳体(3)，在所述壳体的内壁设有第一反向螺旋(301)；

设置在所述壳体内的滑动牙坎(4)，在所述滑动牙坎的外壁设有第二反向螺旋(404)，所述第二反向螺旋能够与所述第一反向螺旋适配，通过转动所述滑动牙坎能够使其相对于所述壳体轴向运动；

用于连接钻头的钻头连接轴(6)，所述钻头连接轴连接在所述滑动牙坎的下端，且与所述滑动牙坎形成周向固定；以及

套装在所述钻头连接轴的外壁上的固定牙坎(7)，所述固定牙坎与所述壳体形成周向固定连接；

其中，在第一状态下，所述滑动牙坎与所述马达总成形成周向固定连接，而与所述固定牙坎脱离，所述马达总成能够带动所述滑动牙坎转动，进而通过所述钻头连接轴带动钻头转动，所述第二反向螺旋处于所述第一反向螺旋的上端而对所述滑动牙坎形成轴向向下的锁止，

在第二状态下，所述滑动牙坎下行而与所述马达总成脱离，并与所述固定牙坎适配啮合，通过设置于井口的转盘转动钻杆能够带动所述壳体转动，并依次通过所述固定牙坎、所述滑动牙坎和所述钻头连接轴带动钻头转动，所述第二反向螺旋处于所述第一反向螺旋的下端而对所述滑动牙坎形成轴向向上的锁止，

所述第一状态与所述第二状态能够相互切换。

2.根据权利要求1所述的井下主动离合器，其特征在于，所述离合器总成还包括构造成中空的转子连接轴(1)，所述转子连接轴的上端与所述马达总成连接，所述滑动牙坎的上端延伸至所述转子连接轴的内部，

在第一状态下，所述滑动牙坎与所述转子连接轴形成周向固定连接，所述马达总成能够在钻井液作用下带动所述转子连接轴转动，从而带动所述滑动牙坎转动，

在第二状态下，所述滑动牙坎相对于所述转子连接轴下行而与所述转子连接轴能够相对转动，从而与所述马达总成脱离。

3.根据权利要求2所述的钻具传动主动离合器，其特征在于，在所述滑动牙坎上还套设有弹性件，所述滑动牙坎的外壁设有端面朝上的台阶，

所述弹性件的两端分别抵靠所述转子连接轴和所述台阶，在第二状态下，所述弹性件能够驱动所述滑动牙坎相对于所述转子连接轴下行。

4.根据权利要求3所述的钻具传动主动离合器，其特征在于，所述壳体的侧壁上设有传压孔(303)，在所述壳体与所述滑动牙坎之间形成有径向空间，所述弹性件布置在所述径向空间内，所述径向空间通过所述传压孔与井筒环空连通。

5.根据权利要求2所述的钻具传动主动离合器，其特征在于，在所述滑动牙坎的外壁设有第一扭矩传递接合面(402)，在所述转子连接轴的内壁设有第二扭矩传递接合面(102)，

在第一状态下，所述第一扭矩传递接合面与所述第二扭矩传递接合面适配接合，

在第二状态下，所述第一扭矩传递接合面与所述第二扭矩传递接合面脱离。

6.根据权利要求5所述的钻具传动主动离合器，其特征在于，在所述滑动牙坎的下端内壁设有第三扭矩传递接合面(406)，在所述钻头连接轴的外壁设有第四扭矩传递接合面(601)，所述第三扭矩传递接合面与所述第四扭矩传递接合面适配接合，从而使所述钻头连接轴与所述滑动牙坎形成周向固定连接。

7.根据权利要求5或6所述的钻具传动主动离合器，其特征在于，所述滑动牙坎的下端设有第一牙坎部分(405)，所述固定牙坎的上端设有第二牙坎部分(701)，

在第一状态下，所述第一牙坎部分与所述第二牙坎部分脱离，

在第二状态下，所述第一牙坎部分与所述第二牙坎部分适配啮合，从而使所述滑动牙坎能够与所述固定牙坎形成周向固定连接。

8.根据权利要求1所述的钻具传动主动离合器，其特征在于，所述固定牙坎的外周表面设有外花键(702)，所述壳体的内壁设有内花键(302)，所述外花键能够到所述内花键适配，从而使所述固定牙坎与所述壳体形成周向固定连接。

9.根据权利要求1或8所述的钻具传动主动离合器，其特征在于，在所述固定牙坎的下端设有定位件(8)，所述定位件能够对所述固定牙坎形成轴向限位。

10.根据权利要求1所述的钻具传动主动离合器，其特征在于，在所述钻头连接轴的下端设有用于连接钻头的钻头接头(101)，所述钻头接头通过传动总成(10)与所述壳体形成转动连接，所述传动总成包括传动轴和传动轴承组。

11.根据权利要求2所述的钻具传动主动离合器，其特征在于，所述转子连接轴与所述壳体通过轴承组件(2)形成转动连接，且所述转子连接轴通过环形密封件(101)与所述壳体形成转动密封。

12.根据权利要求2所述的钻具传动主动离合器，其特征在于，所述马达总成包括马达外壳(11)、形成与所述马达外壳的内壁上的定子胶腔(111)和设置在所述马达外壳内的转子(112)，

所述转子连接轴通过万向轴(113)与所述转子连接，所述转子能够在钻井液的作用下转动，从而带动所述转子连接轴转动。

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