CN115874916A - 一种可控旋转螺杆钻具 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可控旋转螺杆钻具，包括：壳体；动力主轴，动力主轴同心布置在壳体内且能够相对于壳体转动，动力主轴设有第一中心流道，在动力主轴的下端内壁设有沿轴向部分延伸的花键槽；用于连接钻头的输出主轴，输出主轴设置在动力主轴的下端，且设有的第二中心流道，在输出主轴的上端外壁设有能够与花键槽适配的花键；其中，在第一状态下，可控旋转螺杆钻具能够提离井底，使得输出主轴与动力主轴脱离，从而使动力马达与钻头脱开，以进行定向测量，在第二状态下，输出主轴与动力主轴能够通过花键与花键槽适配而形成连接，以使动力马达驱动钻头转动，从而能够在定向测量后不起钻而直接进行钻进作业。

Description

一种可控旋转螺杆钻具

技术领域

本发明属于油气钻井工具技术领域，具体涉及一种可控旋转螺杆钻具。

背景技术

在深井超深井钻井过程中，井深越深，井内温度越高，井下仪器受耐温限制，需要钻进前在套管内开泵循环为定向仪器降温，同时进行定向测量。

然而，在现有技术中，多数情况下，定向测量之后，需要起钻，接螺杆，然后继续钻进，这种方式操作繁杂，效率低下。如果定向仪器接螺杆后，定向测量后直接钻进，则存在一个问题，螺杆马达在定向循环时会带动钻头旋转，磨损套管，这将严重影响套管的使用寿命。

发明内容

针对如上所述的技术问题，本发明旨在提出一种可控旋转螺杆钻具，该可控旋转螺杆钻具能够有效避免套管磨损，并能够在定向测量完毕后不起钻而直接进行钻进。

为此，根据本发明提供了一种可控旋转螺杆钻具，包括：构造为圆筒状的壳体；用于连接动力马达的动力主轴，所述动力主轴同心布置在所述壳体内且能够相对于所述壳体转动，所述动力主轴设有第一中心流道，在所述动力主轴的下端内壁设有沿轴向部分延伸的花键槽；用于连接钻头的输出主轴，所述输出主轴设置在所述动力主轴的下端，且设有第二中心流道，在所述输出主轴的上端外壁设有能够与所述花键槽适配的花键；其中，在第一状态下，所述可控旋转螺杆钻具能够提离井底，使得所述输出主轴与所述动力主轴脱离，从而使动力马达与钻头脱开，以进行定向测量，在第二状态下，所述输出主轴与所述动力主轴能够通过所述花键与所述花键槽适配而形成连接，以使动力马达驱动钻头转动，从而能够在定向测量后不起钻而直接进行钻进作业。

在一个实施例中，所述花键的轴向延伸长度设置成处于110-360mm的范围内。

在一个实施例中，所述花键的周向间距设置成处于10-25mm的范围内，所述花键的厚度设置成处于5-15mm的范围内。

在一个实施例中，所述花键的头数设置成处于8-16mm的范围内。

在一个实施例中，所述动力主轴的下端设有内倒角，且所述花键的上端构造成导向斜面。

在一个实施例中，所述外壳构造成包括从上到下依次固定连接的上部外壳、中部扶正器和下部外壳。

在一个实施例中，在所述动力主轴上套设有轴承串，所述轴承串处于所述上部外壳与所述动力主轴之间。

在一个实施例中，在所述轴承串的两端分别设有第一上扶正防磨组件和第二上扶正防磨组件。

在一个实施例中，在所述下部外壳的下端固定连接有限位筒，在所述限位筒与所述输出主轴之间设有下扶正防磨组件。

在一个实施例中，在所述输出主轴上固定有防掉挡圈，所述防掉挡圈处于所述花键的轴向内侧，在第一状态下，所述防掉挡圈的下端面抵靠在所述限位筒的上端面上，从而对所述输出主轴形成轴向限位。

在一个实施例中，在所述输出主轴与所述下部外壳之间安装有扶正装置。

与现有技术相比，本申请的优点之处在于：

根据本发明的可控旋转螺杆钻具能够在循环时，使动力马达与钻头脱开，以避免钻头与套管摩擦，从而进行定向测量，能够有效避免套管磨损，非常有利于延长套管使用寿命。可控旋转螺杆钻具能够在定向测量完毕后，不起钻而直接进行钻进作业，操作简单，非常有利于提高施工效率。

附图说明

下面将参照附图对本发明进行说明。

图1是根据本发明的可控旋转螺杆钻具的剖视图。

图2是图1所示可控旋转螺杆钻具中的动力主轴的剖视图。

图3示意性地显示了图1所示可控旋转螺杆钻具中的输出主轴的结构。

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。

在本申请中，需要说明的是，将根据本发明的可控旋转螺杆钻具下放到井筒中靠近井口的一端定义为上端或相似用语，将远离井口的一端定义为下端或相似用语。

另外需要说明的是，本申请中使用的方向性用语或限定词“上”、“下”、等均是针对所参照的附图1而言。它们并不用于限定所涉及零部件的绝对位置，而是可以根据具体情况而变化。

图1是根据本发明的可控旋转螺杆钻具100的剖视图。如图1所示，可控旋转螺杆钻具100包括构造为圆筒状的壳体1、同心布置在壳体1内的动力主轴2、以及用于连接钻头的输出主轴4。动力主轴2同心布置在壳体1的内部，且动力主轴2内设有沿轴向延伸的第一中心流道21，用于过流钻井液。在动力主轴2上套设有轴承串3，通过轴承串3使动力主轴2与外壳1形成转动连接。输出主轴4同心布置在外壳1内，且设置在动力主轴2的下端，输出主轴4设有沿轴向延伸的第二中心流道41。在动力主轴2的下端内壁设有沿轴向部分延伸的花键槽22。同时，在输出主轴4的上端外壁设有能够与花键槽22适配的花键42。

在实际应用中，可控旋转螺杆钻具100的上方连接有定向仪器(未示出)，且布置在套管里，通过套管进行定向测量。在钻进前，需要在套管内开泵循环为定向仪器降温，同时进行定向测量。在循环时，可控旋转螺杆钻具100能够提离井底，使得输出主轴4与动力主轴2脱离，从而使动力马达与钻头脱开，上部钻杆旋转而钻头不旋转，以避免钻头与套管摩擦，从而进行定向测量，此时，可控旋转螺杆钻具100处于第一状态。当定向测量完毕后，施加钻压，循环，输出主轴4与动力主轴2能够通过花键42与花键槽22适配而形成连接，以使动力马达驱动钻头转动，从而能够在定向测量后不起钻而直接进行钻进作业。

根据本发明，如图1所示，壳体1构造成包括从上到下依次固定连接的上部外壳11、中部接头12和下部外壳13。动力主轴2对应处于上部外壳11和中部接头12内，输出主轴4对应处于下部外壳13内。中部接头12可以为扶正器(螺旋扶正器或直棱扶正器)，使得中部接头12能够对可控旋转螺杆钻具100形成扶正，非常有利于增强可控旋转螺杆钻具100的性能。

在一个实施例中，上部外壳11、中部接头12和下部外壳13均通过正、负锥形连接扣形成固定连接。这种连接方式安装方便快捷，且能够有效保证连接的稳定性。

如图1所示，轴承串3设置在动力主轴2与上部外壳11之间。优选地，轴承串3为TC轴承串，例如可以为硬质合金轴承或碳化钨轴承，其中，TC是指碳化钨，其是生产硬质合金的主要原料。轴承串3的内圈与动力主轴2过盈配合而形成固定连接，轴承串3的外圈与上部外壳11的内壁形成固定连接。由此，动力主轴2与壳体1通过轴承串3形成转动连接。

根据本发明，在轴承串3的上下两端分别设有第一上扶正防磨组件31和第二上扶正防磨组件32。如图1所示，第一上扶正防磨组件31处于动力主轴2与上部外壳11的径向之间。第一上扶正防磨组件31包括第一防磨静圈311和第一防磨动圈312。第一防磨静圈311与上部外壳11的内壁形成固定连接，且第一防磨静圈311的下端面抵靠压紧轴承串3的外圈的上端面。在一个实施例中，上部外壳11的内壁设有端面朝下的二级台阶，在第一防磨静圈311的外壁设有端面朝上的二级台阶，第一防磨静圈311与上部外壳11通过二级台阶配合安装形成轴向限位。第一防磨动圈312与动力主轴2的形成固定连接，且第一防磨动圈312的下端面抵靠压紧轴承串3的内圈的上端面。第一上扶正防磨组件31能够有效防止动力主轴2与上部外壳11之间的磨损。

如图1所示，在第一上扶正防磨组件31的上端设有顶紧螺母9，顶紧螺母9通过螺纹紧固安装在动力主轴2上。顶紧螺母9用于将第一上扶正防磨组件31的第一防磨动圈312锁紧在动力主轴2上，从而使第一防磨动圈312与动力主轴2相对静止，实现了第一防磨动圈312与动力主轴2固定连接，由此增强可控旋转螺杆钻具100的稳定性。

另外，在顶紧螺母9的上端可以安装调整垫，用于作为安装时的调整件，以便于安装。

如图1所示，第二上扶正防磨组件32对应处于中部接头12的径向内侧。第二上扶正防磨组件32包括第二防磨静圈321和第二防磨动圈322。第二防磨静圈321与中部接头12的内壁形成固定连接，且第二防磨静圈321的上端面抵靠压紧轴承串3的外圈的下端面。在一个实施例中，中部接头12的内壁设有端面朝上的台阶，第二防磨静圈321的下端面抵靠在该台阶上形成轴向限位。第二防磨动圈322与动力主轴2的形成固定连接，且第二防磨动圈322的上端面抵靠压紧轴承串3的内圈的下端面。第二上扶正防磨组件32能够有效防止动力主轴2与中部接头12之间的磨损。

在工作过程中，第一上扶正防磨组件31和第二上扶正防磨组件32能够承载随井下马达中的转子的偏心运动，以及万向轴轴体的摆动和动力主轴2自身的定轴旋转产生的径向力。由此，提高了可控旋转螺杆钻具100的导向能力和动力主轴2的传动性能。

根据本发明，在轴承串3与第二上扶正防磨组件32之间还可以设有顶紧组件。如图1所示，顶紧组件设置在轴承串3与第二上扶正防磨组件32的轴向之间，顶紧组件包括外顶紧套33和内顶紧套34。外顶紧套33用于顶紧轴承串3的外圈的下端面，内顶紧套34用于顶紧轴承串3的内圈的下端面。在一个实施例中，内顶紧套34设有内螺纹，其通过内螺纹与动力主轴2形成固定连接，由此，顶紧轴承串3的内圈，从而对轴承串3形成轴向限位。

根据本发明，输出主轴4上的花键42的轴向延伸长度设置成处于110-360mm的范围内。输出主轴4上的花键42的头数设置成处于8-16的范围内，花键42的周向间距设置成处于10-25mm的范围内，花键42的厚度设置成处于5-15mm的范围内。相应地，动力主轴2上的花键槽22与花键42适配。为了方便花键42与花键槽22配合，花键槽22的宽度、深度均设置成略大于花键42的宽度、深度。

如图2和图3所示，为了便于花键42与花键槽22之间的配合，动力主轴2的下端设有内倒角，同时花键42的上端构造成导向斜面43。

在一个未示出的实施例中，在输出主轴4与下部外壳13之间，可以加装扶正装置，从而能够确保输出主轴4和动力主轴2之间的同轴度，这更加有利于花键42与花键槽22之间的配合。

如图1所示，在下部外壳13的下端固定有限位筒6。在一个实施例中，限位筒6通过螺纹与下部外壳13形成固定连接。在限位筒6与输出主轴4之间设有下扶正防磨组件7。下扶正防磨组件7包括扶正防磨动圈和形成于限位筒7内壁上的扶正防磨静圈。扶正防磨动圈与输出主轴4固定连接，例如通过螺纹形成固定连接。由此，通过下扶正防磨组件7有效防止输出主轴4与下部外壳13之间的磨损。

根据本发明，如图1所示，在输出主轴4上固定有防掉挡圈5。防掉挡圈5固定安装在花键42的轴向内侧。在第一状态下，防掉挡圈5的下端面抵靠在限位筒6的上端面上，从而对输出主轴4形成轴向限位，防止输出主轴4掉落。

在一个实施例中，在输出主轴4的外壁上设有外螺纹，防掉挡圈5设有内螺纹。防掉挡圈5通过内螺纹与输出主轴4的外螺纹配合而形成固定连接。

下面简述根据本发明的可控旋转螺杆钻具100的工作过程，首先，将可控旋转螺杆钻具100连接在井下马达的下端，组装完成后将其下入井筒，在下入井筒的过程中，在防掉挡圈5和限位筒7的作用下，能够有效防止输出主轴4掉落。可控旋转螺杆钻具100的上方连接有定向仪器(未示出)，且布置在套管里，通过套管进行定向测量。在钻进前，需要在套管内开泵循环为定向仪器降温，同时进行定向测量。在循环时，通过将可控旋转螺杆钻具100提离井底，使得输出主轴4与动力主轴2脱离，从而使动力马达与钻头脱开，上部钻杆旋转而钻头不旋转，由此能够避免钻头与套管摩擦，从而进行定向测量，此时，可控旋转螺杆钻具100处于第一状态。当定向测量完毕后，通过井口施加钻压，循环，使得输出主轴4与动力主轴2通过花键42与花键槽22适配而形成连接，由此使动力马达能够依次通过动力主轴2和输出主轴4传递扭矩以驱动钻头旋转，从而在定向测量后不起钻而直接进行钻进作业。

根据本发明的可控旋转螺杆钻具100能够在循环时，使动力马达与钻头脱开，以避免钻头与套管摩擦，从而进行定向测量，能够有效避免套管磨损，非常有利于延长套管使用寿命。可控旋转螺杆钻具100能够在定向测量完毕后，不起钻而直接进行钻进作业，操作简单，非常有利于提高施工效率。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

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 (11)

1.一种可控旋转螺杆钻具，包括：

构造为圆筒状的壳体(1)；

用于连接动力马达的动力主轴(2)，所述动力主轴同心布置在所述壳体内且能够相对于所述壳体转动，所述动力主轴设有第一中心流道(21)，在所述动力主轴的下端内壁设有沿轴向部分延伸的花键槽(22)；

用于连接钻头的输出主轴(4)，所述输出主轴设置在所述动力主轴的下端，且设有第二中心流道(41)，在所述输出主轴的上端外壁设有能够与所述花键槽适配的花键(42)；

其中，在第一状态下，所述可控旋转螺杆钻具能够提离井底，使得所述输出主轴与所述动力主轴脱离，从而使动力马达与钻头脱开，以进行定向测量，

在第二状态下，所述输出主轴与所述动力主轴能够通过所述花键与所述花键槽适配而形成连接，以使动力马达驱动钻头转动，从而能够在定向测量后不起钻而直接进行钻进作业。

2.根据权利要求1所述的可控旋转螺杆钻具，其特征在于，所述花键的轴向延伸长度设置成处于110-360mm的范围内。

3.根据权利要求1或2所述的可控旋转螺杆钻具，其特征在于，所述花键的周向间距设置成处于10-25mm的范围内，所述花键的厚度设置成处于5-15mm的范围内。

4.根据权利要求1或2所述的可控旋转螺杆钻具，其特征在于，所述花键的头数设置成处于8-16的范围内。

5.根据权利要求1或2所述的可控旋转螺杆钻具，其特征在于，所述动力主轴的下端设有内倒角，且所述花键的上端构造成导向斜面(43)。

6.根据权利要求1所述的可控旋转螺杆钻具，其特征在于，所述外壳构造成包括从上到下依次固定连接的上部外壳(11)、中部扶正器(12)和下部外壳(13)。

7.根据权利要求6所述的可控旋转螺杆钻具，其特征在于，在所述动力主轴上套设有轴承串(3)，所述轴承串处于所述上部外壳与所述动力主轴之间。

8.根据权利要求7所述的可控旋转螺杆钻具，其特征在于，在所述轴承串的两端分别设有第一上扶正防磨组件(31)和第二上扶正防磨组件(32)。

9.根据权利要求6所述的可控旋转螺杆钻具，其特征在于，在所述下部外壳的下端固定连接有限位筒(6)，在所述限位筒与所述输出主轴之间设有下扶正防磨组件(7)。

10.根据权利要求9所述的可控旋转螺杆钻具，其特征在于，在所述输出主轴上固定有防掉挡圈(5)，所述防掉挡圈处于所述花键的轴向内侧，

在第一状态下，所述防掉挡圈的下端面抵靠在所述限位筒的上端面上，从而对所述输出主轴形成轴向限位。

11.根据权利要求6至10中任一项所述的可控旋转螺杆钻具，其特征在于，在所述输出主轴与所述下部外壳之间安装有扶正装置。

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