CN205445463U - 异速分体式钻头驱动器 - Google Patents

Abstract

一种异速分体式钻头驱动器，主要由外壳体、动力总成、联轴器、传动轴、一级钻头接头组成，动力总成安装在外壳体内部的上部，动力总成通过联轴器连接在传动轴的上端，传动轴上加工有旁通孔，传动轴下端连接一级钻头接头，传动轴和外壳体之间设有齿轮，一级钻头接头和外壳体之间还有二级钻头接头，齿轮内外分别与传动轴、外壳体啮合构成行星齿轮配合，齿轮的中心轴与二级钻头接头固定连接。该驱动器既能够驱动一级小钻头沿顺时针方向高速旋转破岩，又能够为二级较大尺寸钻头破岩提供顺时针方向的大扭矩，使井眼整体钻进速度得到提高，并且有利于井斜方位和粘滑振动的控制，对于提高深井、超深井钻井速度，延长钻柱及钻头使用寿命具有重要的实际意义。

Description

异速分体式钻头驱动器

技术领域

本实用新型主要涉及石油天然气钻井、煤层气钻井领域的钻井工具，尤其是一种异速分体式钻头驱动器。

背景技术

在钻探过程中，随着钻井井深的增加，不仅钻井液柱压力对井底压持效应加剧，而且地层岩石自身的强度、垂直地应力、水平地应力等相应增加，地层岩石可钻性变差，导致机械钻速降低，不仅影响了井身质量的控制，而且严重影响到全井的钻井周期和钻井成本。

钻井实践表明，利用第一级小钻头破岩速率高的特点钻出一个小尺寸导眼，然后第二级较大尺寸钻头破岩时，由于岩石的部分应力已经释放，从而降低了较大尺寸钻头破岩的难度，使得井眼整体钻进速度得到提高，并且对于井斜方位和钻具粘滑振动的控制也有一定的积极作用，是一种比较理想的钻井技术。专利201210011193.1提到一种双级双速钻井工具，这种结构虽然实现了双级钻头两种转速的功能，但仍存在以下几点不足，不能完全满足现场钻井工艺技术的要求。（1）第二级钻头与钻柱连接，旋转动力与扭矩由地面提供，难以完全满足第二级钻头的破岩转速与破岩扭矩的最优参数要求；（2）两级钻头切削速度差异大，导致两级钻头钻压分配不合理，难以发挥钻头高速切削钻进的优势，极易造成两级钻头磨损不均衡，影响整体钻井速度；（3）不能满足复杂结构井钻井过程中滑动钻井的工艺技术要求；（4）不能有效控制井斜方位以及钻柱的粘滑振动。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术存在的问题，提出一种能够满足现场钻井工艺的实际要求，且结构简单，性能可靠，控制精度高，操作方便的井下专用钻头驱动装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种异速分体式钻头驱动器，主要由外壳体1、动力总成2、联轴器3、传动轴5、一级钻头接头11组成，动力总成2安装在外壳体1内部的上部，动力总成2通过联轴器3连接在传动轴5的上端，传动轴5上加工有旁通孔4，传动轴5下端连接一级钻头接头11，其中：传动轴5和外壳体1之间设有齿轮7，一级钻头接头11和外壳体1之间还有二级钻头接头9，齿轮7内外分别与传动轴5、外壳体1啮合构成行星齿轮配合，齿轮7的中心轴与二级钻头接头9固定连接。

上述方案进一步包括：

所述外壳体1与二级钻头接头9之间安装轴承8，所述一级钻头接头11与二级钻头接头9之间安装轴承10。

所述传动轴5与外壳体1之间安装密封装置6。

所述动力总成2为容积式马达或者涡轮马达。

所述齿轮7密封在润滑油中。

所述一级钻头接头11外壁与二级钻头9内壁均设有防磨齿。

本实用新型的异速分体式钻头驱动器充分发挥双钻头钻井技术的优势，降低钻柱振动的影响，提速并提高井眼轨迹的控制精度；能够驱动两个钻头自主旋转破岩，即提高了复杂结构井（长水平段水平井、大位移井、分支井等）的钻进效率，也有利于井眼轨迹的控制；对于深井、超深井、复杂结构井的高效快速钻进、井身质量的控制、延长钻头和钻具的使用寿命、降低能耗和综合成本、提高经济效益具有重要意义，同时也打破了国外在复杂结构井控制工艺方面的技术（旋转导向钻井技术）垄断，实现了利用低成本技术完成复杂结构井的目的，具有重要的社会价值和经济价值；还具有结构设计简单、性能可靠、操作方便等特点。

附图说明

图1是依据本实用新型所提出的异速分体式钻头驱动器结构示意图。

图中1-外壳体、2-动力总成、3-联轴器、4-旁通孔、5-传动轴、6-密封装置、7-齿轮、8-轴承、9-二级钻头接头、10-轴承、11-一级钻头接头。

具体实施方式

下面结合附图来详细描述本实用新型。

如图1，一种异速分体式钻头驱动器，主要由外壳体1、动力总成2、联轴器3、传动轴5、一级钻头接头11组成，动力总成2安装在外壳体1内部的上部，动力总成2通过联轴器3连接在传动轴5的上端，传动轴5上加工有旁通孔4，传动轴5下端连接一级钻头接头11，其中：传动轴5和外壳体1之间设有齿轮7，一级钻头接头11和外壳体1之间还有二级钻头接头9，齿轮7内外分别与传动轴5、外壳体1啮合构成行星齿轮配合，齿轮7的中心轴与二级钻头接头9固定连接。

上述实施例进一步包括：

所述外壳体1与二级钻头接头9之间安装轴承8，所述一级钻头接头11与二级钻头接头9之间安装轴承10。

所述传动轴5与外壳体1之间安装密封装置6。

所述动力总成2为容积式马达或者涡轮马达。

所述齿轮7密封在润滑油中。

所述一级钻头接头11外壁与二级钻头9内壁均设有防磨齿。

优选实施例：动力总成2安装在外壳体1内部的上部，动力总成2通过联轴器3连接在传动轴5的上端，传动轴5上加工有旁通孔4，传动轴5与外壳体1之间安装密封装置6，传动轴5与齿轮7啮合，齿轮7与外壳体1啮合，齿轮7的中心轴与二级钻头接头9固定安装，外壳体1与二级钻头接头9之间安装轴承8，传动轴5下端连接一级钻头接头11，一级钻头接头11与二级钻头接头9之间安装轴承10。

本实用新型的异速分体式钻头驱动器安装在钻具组合与钻头之间，钻井时，钻井液驱动动力总成转动，动力总成通过联轴器驱动传动轴转动，传动轴的转动一方面驱动一级钻头接头转动，另一方面驱动齿轮转动，由于传动轴、齿轮、外壳体组成了行星轮结构。当传动轴驱动齿轮自转时，也驱动齿轮绕着传动轴进行公转，由于齿轮中心轴与二级钻头接头固定连接，因此也就驱动二级钻头接头开始转动，根据技术要求设计齿轮的传动比，就能够设定一级钻头接头与二级钻头接头的转速比，从而达到两个钻头破岩的最优参数要求，为了满足传动比、齿轮强度等参数的要求，齿轮可安装多组，并均布在圆周方向。与此同时，钻井液经过动力总成后，经过传动轴上的旁通孔进入传动轴内部，并达到一级钻头接头，最终通过钻头喷嘴进入井眼环空并返回地面。由于齿轮被安装在密闭的空间内，并充满润滑油，减少了钻井液的冲蚀，从而延长了齿轮的使用寿命。齿轮结构采用模块化设计，既有利于快速拆装更换以满足不同传动比的要求，也有利于维护保养。二级钻头接头与外壳体之间的轴承，既能满足两个构件相互转动的要求，又能够为二级钻头接头传递钻压，还可根据实际工况的要求，加装专用密封装置和润滑装置，以确保特殊工艺条件下轴承的安全可靠性。异速分体式钻头驱动器的外壳体既可加工成直线型的，用于直井钻井施工，还能够加工成具有一定弯角，用于定向井、水平井、大位移井等复杂结构井的钻井施工，以满足不同钻井工况的工艺技术要求。

新疆地区深井、超深井现场全尺寸装置应用结果分析表明，上部地层钻速平均提高69.6%，下部地层钻速平均提高55.6%，井斜控制良好；四川地区深井上部地层钻速平均提高71.7%，下部地层钻速提高48.6%，井身质量符合设计标准，钻头磨损率降低，实现了低能耗、快钻井的目的。

Claims (6)

1.异速分体式钻头驱动器，主要由外壳体（1）、动力总成（2）、联轴器（3）、传动轴（5）、一级钻头接头（11）组成，动力总成（2）安装在外壳体（1）内部的上部，动力总成（2）通过联轴器（3）连接在传动轴（5）的上端，传动轴（5）上加工有旁通孔（4），传动轴（5）下端连接一级钻头接头（11），其特征是：传动轴（5）和外壳体（1）之间设有齿轮（7），一级钻头接头（11）和外壳体（1）之间还有二级钻头接头（9），齿轮（7）内外分别与传动轴（5）、外壳体（1）啮合构成行星齿轮配合，齿轮（7）的中心轴与二级钻头接头（9）固定连接。

2.根据权利要求1所述的异速分体式钻头驱动器，其特征是：所述外壳体（1）与二级钻头接头（9）之间安装轴承（8），所述一级钻头接头（11）与二级钻头接头（9）之间安装轴承（10）。

3.根据权利要求1或2所述的异速分体式钻头驱动器，其特征是：所述传动轴（5）与外壳体（1）之间安装密封装置（6）。

4.根据权利要求3所述的异速分体式钻头驱动器，其特征是：所述动力总成（2）为容积式马达或者涡轮马达。

5.根据权利要求4所述的异速分体式钻头驱动器，其特征是：所述齿轮（7）密封在润滑油中。

6.根据权利要求5所述的异速分体式钻头驱动器，其特征是：所述一级钻头接头（11）外壁与二级钻头接头（9）内壁均设有防磨齿。