CN213807545U - 一种适用于深部钻探的井下动力钻具 - Google Patents

Abstract

一种适用于深部钻探的井下动力钻具，包括上接头和下接头，在上下接头之间设有动力装置和传动轴，动力装置包括装配筒和套装在转动轴上的数套串联连接的全金属非圆行星齿轮液压马达机构，全金属非圆行星齿轮液压马达机构设有非圆行星齿轮节和配流盘，配流盘设有连通非圆行星齿轮节高压腔的入流口和连通非圆行星齿轮节低压腔的出流口，入流口、出流口之间设有环形连通沟槽，配流盘、非圆行星齿轮节的外周由装配筒周向限位，高压液体由入流口进入非圆行星齿轮节推动传动轴转动、再从出流口流出。本实用新型可满足井下高温工作条件的要求，可实现较大扭矩的输出，且具有结构简单、易于实现的特点。

Description

一种适用于深部钻探的井下动力钻具

技术领域

本实用新型涉及一种用于钻探施工的钻具，特别是适用于深部钻探的井下动力钻具。

背景技术

井下动力钻具是作为定向井、多支井、大斜度井、水平井及救援井的最佳钻井工具之一，在钻探施工中得到了广泛的应用。井下动力钻具在提高机械钻速、增加单只钻头进尺、减少每米钻井成本、实现井身轨迹的定向控制和快速准确中靶以及确保井身质量和钻井安全性等方面，与传统的转盘钻井相比，具有极大的优越性。目前井下动力钻具主要有容积式螺杆钻具和叶片式涡轮钻具，其中螺杆钻具虽然可以实现较大的工作扭矩，但是橡胶定子耐高温性差、转子偏心振动大、工作寿命短；涡轮钻具优点是耐高温性能好，缺点是扭矩小、转速高，工作时需要配合使用减速器，结构零部件多。随着地球深部探测工程的推进和干热岩勘查开发的进行，对井下动力钻具的耐高温性能和扭矩输出提出了更高的要求，而传统井下动力钻具已不能同时满足这些要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种耐高温性能好、结构简单的适用于深部钻探的井下动力钻具。

本实用新型所述问题是以下述技术方案解决的：

一种适用于深部钻探的井下动力钻具，包括上接头和下接头，在上下接头之间设有动力装置和传动轴，动力装置驱动传动轴转动，动力装置包括装配筒和套装在转动轴上的数套串联连接的全金属非圆行星齿轮液压马达机构，所述全金属非圆行星齿轮液压马达机构设有非圆行星齿轮节和配流盘，配流盘设有连通非圆行星齿轮节高压腔的入流口和连通非圆行星齿轮节低压腔的出流口，入流口、出流口之间设有环形连通沟槽，配流盘、非圆行星齿轮节的外周由装配筒周向限位，高压液体由入流口进入非圆行星齿轮节推动传动轴转动、再从出流口流出。

上述适用于深部钻探的井下动力钻具，动力装置设有N个非圆行星齿轮节、N+1个配流盘，非圆行星齿轮节和配流盘间隔设置，动力装置的首端和末端为配流盘，相邻非圆行星齿轮节和配流盘之间端面金属密封接触，位于首端的配流盘仅设置入流口，位于末端的配流盘仅设置出流口。

上述适用于深部钻探的井下动力钻具，装配筒的两端分别连接上导流体的下部和下导流体的上部，上接头经旁通阀连接上导流体的上部，下导流体的下部连接固定接头；传动轴下端连接过流轴，过流轴设有通流孔，过流轴下端连接下接头，液体经上导流体、配流盘的入流口进入非圆行星齿轮节，经配流盘的出流口、下导流体，过流轴、进入下接头的孔内，从钻头水眼经过环空返出井口。

上述适用于深部钻探的井下动力钻具，装配筒内壁沿轴向设有限位槽，配流盘外壁设有匹配嵌入限位槽的凸起。

上述适用于深部钻探的井下动力钻具，非圆行星齿轮节包括太阳轮、行星轮和内齿圈，太阳轮套装在传动轴上，太阳轮与传动轴花键连接，内齿圈外壁设有匹配嵌入限位槽的凸起。

上述适用于深部钻探的井下动力钻具，下接头套装上滑动轴承，推力轴承、下滑动轴承，固定接头连接下导流体的下端，下滑动轴承位于固定接头和下接头之间。

上述适用于深部钻探的井下动力钻具，传动轴上端设有调节弹簧和触压调节弹簧的螺母。

本实用新型以全金属非圆行星齿轮液压马达机构为钻具的动力，通过合理的配流设计，将数个全金属非圆行星齿轮节和配流盘串联排列，有数个联动的全金属非圆行星齿轮节共同输出扭矩。本实用新型相较于传统螺杆钻具的偏心转子机构和橡胶定子，可满足井下高温工作条件的要求；相较于涡轮钻具的高转速、低扭矩，可实现较大扭矩的输出，且具有结构简单、易于实现的特点。基于上述优点，本实用新型作为优选井下动力钻具，可为进一步推进深部地壳探测工程计划和干热岩开采提供技术支持。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1的X-X剖视图；

图3是图1的Y-Y剖视图；

图4的图1是Z-Z剖视图；

图5是配流盘的立体图。

图中各标号为：1、上接头，2、旁通阀，3、上导流体，4、调节弹簧,5、装配筒，5-1、限位槽，6、配流盘，6-1、入流口，6-2、出流口，6-3、连通沟槽，7、非圆行星齿轮节，7-1、内齿圈，7-2、行星轮，7-3、太阳轮，8、传动轴，9、下导流体，10、过流轴，11、上滑动轴承，12、推力轴承，13、下滑动轴承，14、固定接头，15、下接头。

具体实施方式

参看图1和图3-图5，本实用新型包括上接头1、下接头15和传动轴8，在上接头和下接头之间设有驱动传动轴转动的动力装置。动力装置包括装配筒5和套装在转动轴上的数套串联连接的全金属非圆行星齿轮液压马达机构。每一套全金属非圆行星齿轮液压马达机构设有非圆行星齿轮节7和配流盘6，配流盘起到为下一级非圆行星齿轮节输入液体、为上一级非圆行星齿轮节输出液体的作用。配流盘设有连通非圆行星齿轮节高压腔的入流口6-1和连通非圆行星齿轮节低压腔的出流口6-2，入流口、出流口之间设有环形连通沟槽6-3。动力装置设有N个非圆行星齿轮节、N+1个配流盘，非圆行星齿轮节和配流盘间隔设置，动力装置的首端和末端为配流盘。相邻非圆行星齿轮节和配流盘之间端面金属密封接触。传动轴上端设有调节弹簧4和触压调节弹簧的螺母，通过旋转螺母，可以控制调节弹簧的压缩量，从而为端面金属密封提供合适的轴向压力。本实用新型通过配流盘的设计，实现多节非圆行星齿轮节串联连接，可以根据传递扭矩的要求增减非圆行星齿轮节，实现钻具的扭矩输出。装配筒内壁沿轴向设有限位槽5-1，配流盘外壁设有匹配嵌入限位槽的凸起，装配筒对各配流盘周向限位。

参看图1、图2，非圆行星齿轮节包括太阳轮7-3、行星轮7-2和内齿圈7-1，太阳轮套装在传动轴上，太阳轮与传动轴花键连接。内齿圈外壁设有匹配嵌入限位槽的凸起，装配筒对各非圆行星齿轮节的内齿圈周向限位。

参看图1，装配筒5的两端分别连接上导流体3的下部和下导流体9的上部，上接头经旁通阀2连接上导流体的上部，下导流体的下部连接固定接头14。传动轴下端连接过流轴10，过流轴设有通流孔，过流轴下端连接下接头15。

本实用新型工作时，压力液体经上导流体、依次进入各全金属非圆行星齿轮液压马达机构，再经下导流体、过流轴、进入下接头的孔内，从钻头水眼经过环空返出井口。各全金属非圆行星齿轮液压马达机构联动，驱动传动轴转动，实现钻具扭矩和排量的输出。

Claims (7)

1.一种适用于深部钻探的井下动力钻具，包括上接头(1)和下接头(15)，在上下接头之间设有动力装置和传动轴(8)，动力装置驱动传动轴转动，其特征在于：动力装置包括装配筒(5)和套装在转动轴上的数套串联连接的全金属非圆行星齿轮液压马达机构，所述全金属非圆行星齿轮液压马达机构设有非圆行星齿轮节(7)和配流盘(6)，配流盘设有连通非圆行星齿轮节高压腔的入流口(6-1)和连通非圆行星齿轮节低压腔的出流口(6-2)，入流口、出流口之间设有环形连通沟槽(6-3)，配流盘、非圆行星齿轮节的外周由装配筒周向限位，高压液体由入流口进入非圆行星齿轮节推动传动轴转动、再从出流口流出。

2.根据权利要求1所述的适用于深部钻探的井下动力钻具，其特征在于：动力装置设有N个非圆行星齿轮节、N+1个配流盘，非圆行星齿轮节和配流盘间隔设置，动力装置的首端和末端为配流盘，相邻非圆行星齿轮节和配流盘之间端面金属密封接触。

3.根据权利要求2所述的适用于深部钻探的井下动力钻具，其特征在于：装配筒的两端分别连接上导流体(3)的下部和下导流体(9)的上部，上接头经旁通阀(2)连接上导流体的上部，下导流体的下部连接固定接头(14)；传动轴下端连接过流轴(10)，过流轴设有通流孔，过流轴下端连接下接头(15)，液体经上导流体、配流盘的入流口进入非圆行星齿轮节，经配流盘的出流口、下导流体，过流轴、进入下接头的孔内，从钻头水眼经过环空返出井口。

4.根据权利要求3所述的适用于深部钻探的井下动力钻具，其特征在于：装配筒内壁沿轴向设有限位槽(5-1)，配流盘外壁设有匹配嵌入限位槽的凸起。

5.根据权利要求1所述的适用于深部钻探的井下动力钻具，其特征在于：非圆行星齿轮节包括太阳轮(7-3)、行星轮(7-2)和内齿圈(7-1)，太阳轮套装在传动轴上，太阳轮与传动轴花键连接，内齿圈外壁设有匹配嵌入限位槽的凸起。

6.根据权利要求4或5所述的适用于深部钻探的井下动力钻具，其特征在于：下接头套装上滑动轴承(11)，推力轴承(12)、下滑动轴承(13)，固定接头连接下导流体的下端，下滑动轴承位于固定接头和下接头之间。

7.根据权利要求6所述的适用于深部钻探的井下动力钻具，其特征在于：传动轴上端设有调节弹簧(4)和触压调节弹簧的螺母。

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