[发明专利]一种多钻头电驱动组合式钻进系统

说明书

本发明公开了一种多钻头电驱动组合式钻进系统，由自转组件、取心部件、公转组件、上部组件和传电系统组成，系统中多个切削齿单元在工作的过程中可以同时进行自转和公转，使切削齿单元的内外径不断的转换，多钻头低扭矩局部高速微破碎岩石，钻头齿动态磨损均匀，本发明采用电机传递扭矩的方式，而不是采用传统的钻杆传递扭矩给钻头的方式，钻杆承受较小的扭矩，减小了功率的损耗，节省了能源成本，同时也减小了更换钻杆的次数，提升了钻进效率。

技术领域

本发明属于钻井工程技术领域，特别涉及了一种地质钻探、油气钻井、水井钻井、科学钻探以及地下建筑等技术领域，具体为一种新型的、多钻头电驱动组合式钻进系统。

背景技术

钻头是地质钻探行业中常用的工具，通常用来破岩、取心等等，进而了解地层的岩石土壤的组成和探测石油矿产等资源。钻头的好坏直接影响到钻探工程的质量和效率，传统钻头在工作的过程中通常存在着内外径磨损不均匀的问题，这将导致钻头的寿命不长，需要频繁更换，进而导致钻探的成本较高而且效率低下。

取心钻进要求钻头的钻进时效高，更要求钻头的使用寿命长，而目前的金刚石钻头虽然种类繁多却难以同时满足这些要求。为提高钻井效率，需要对钻探工艺和技术不断完善。从调研中发现，虽然目前的钻探技术与工艺已经有了较大的发展，但是仍然存在以下几个难点问题没有被解决：第一：钻头内外径磨损不均匀，寿命短。钻头在钻进过程中，主要以磨料磨损与粘着磨损为主，但因内外径线速度相差较大，导致钻头切削齿的内侧和外侧磨损很难保持同步，故磨损后的钻头经常出现喇叭形或蝶形。目前解决的方法主要是采用等强度磨损的原则，对磨损严重的钻头切削具内外侧面进行补强，起到一些效果，但是效果不很明显，仍然会出现不均匀磨损问题。第二：钻杆柱承受扭矩过大。钻杆柱把扭矩传递给钻头，岩心钻探中钻杆柱的受力情况比较复杂，钻杆柱受到外界环境干扰而产生的振动是不可避免的，由扭转振动而引起的孔内钻柱的剧烈共振会导致钻杆疲劳失效而引起钻杆的断裂和钻头的损坏等钻探事故的发生；在钻进过程中，随着钻进深度的增加，总体钻杆的长度会不断加长，钻杆在传递钻压和扭矩的过程中会与井壁之间发生摩擦，在功率上会有较大的损耗，这就需要上部钻机施加更大的扭矩。第三：钻进过程能耗大，效率低。在钻进过程中，由于存在钻头磨损严重、钻杆柱承受的扭矩过大等问题，目前国内外钻进过程能耗较大，而且需要经常更换钻头和钻杆，钻探效率也较低。

经调研，目前国内有种特大盾构行星子母钻头系统，这种全自动多级行星子母钻头隧道盾构机系统，造价低，部件分散力强，在隧道内可全部拆卸和维修，为了减小扭曲力，使多个行星子钻头在母钻头内腔内产生环绕铣钻，由于子钻头直径小扭曲力也小所以运转非常轻松，这样大概节能40％，工效增加15倍以上，对花岗岩和石灰石，都是用点切削，在岩床上第一次切削形成一道道切削槽，且保证每次切削都是用不同角度自动不停地变换，到第二次切削就变成一个个小方块石笋，至第三次切削这些小方块石笋自然脱落。

还有一种行星式钻头驱动器，下钻头由井底马达直接驱动，沿顺时针方向旋转，上钻头通过装置内的行星齿轮机构将马达输出轴的顺时针旋转改变为逆时针旋转，使得上、下钻头产生的扭矩抵消，有效降低了钻头磨损，提高钻头寿命。但是，此技术由于采用行星齿轮方式驱动，只要其中一只钻头出现卡阻现象，其它钻头也将无法自转，此时与常规一体式钻头的破岩方式无异，且强度无法满足破岩需求。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术中所述的问题和不足，提供一种多钻头电驱动组合式钻进系统，系统中多个切削齿单元在工作的过程中可以同时进行自转和公转，使切削齿单元的内外径不断的转换，多钻头低扭矩局部高速微破碎岩石，钻头齿动态磨损均匀。从根本上解决钻头内外径磨损不均匀、钻杆柱承受扭矩过大的问题，实现了降低钻进能耗、提高钻进效率的目的，进而降低了钻探成本。

一种多钻头电驱动组合式钻进系统，由自转组件、取心部件、公转组件、上部组件、传电系统组成；