[发明专利]防制动涡轮钻具有效
申请号: | 202010042154.2 | 申请日: | 2020-01-15 |
公开(公告)号: | CN113123718B | 公开(公告)日: | 2022-11-25 |
发明(设计)人: | 王甲昌;刘匡晓;玄令超;张仁龙;张海平;孙峰;刘晓丹;胡彦峰 | 申请(专利权)人: | 中国石油化工股份有限公司;中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院 |
主分类号: | E21B4/02 | 分类号: | E21B4/02;F03C2/08 |
代理公司: | 北京聿华联合知识产权代理有限公司 11611 | 代理人: | 金伟英;刘华联 |
地址: | 100728 北*** | 国省代码: | 北京;11 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 制动 涡轮钻具 | ||
1.一种防制动涡轮钻具,其特征在于,所述防制动涡轮钻具上端与钻铤或钻杆螺纹连接,其下端经动力输出轴与钻头连接;该防制动涡轮钻具包括依次连接成一个整体的短螺杆马达总成、特制涡轮总成和双啮合复合驱动总成,短螺杆马达总成的下端通过螺纹串联连接特制涡轮总成的上端,特制涡轮总成的下端通过螺纹连接双啮合复合驱动总成的上端,双啮合复合驱动总成通过其内配合的两对啮合棘轮结构连接与钻头连接的动力输出轴,
其中,所述双啮合复合驱动总成包括:驱动总成外壳,其螺纹连接涡轮总成的涡轮下接头;连接轴,其连接涡轮总成的涡轮输出主轴并向下延伸;弹性件,其套接在连接轴上;动力传递棘轮组,其套接在连接轴上并滑动连接在驱动总成外壳内,抵接在弹性件的一端;下轴承壳,其与驱动总成外壳螺纹连接,位于动力传递棘轮组的输出端;以及动力输出轴,其活动穿过下轴承壳连接到经过动力传递棘轮组的连接轴上,
所述动力传递棘轮组包括:上啮合静棘轮,其通过花键连接在驱动总成外壳的内表面,且驱动总成外壳上设有供上啮合静棘轮轴向移动的滑槽,上啮合静棘轮套接式连接在连接轴上;上啮合动棘轮,其连接在上啮合静棘轮的下方,套接在连接轴上;以及下啮合动棘轮,其连接在上啮合动棘轮的下方,套接在连接轴上,
其中,所述上啮合静棘轮通过花键与驱动总成外壳联结成一体,并能轴向移动;上啮合动棘轮、下啮合动棘轮均通过花键与连接轴联结并轴向固定;所述弹性件安装在涡轮下接头的下端面和上啮合静棘轮的上端面之间并预压紧,
所述特制涡轮总成包括:涡轮马达定子组件,其包括涡轮上接头、涡轮节外筒、多级扶正轴承外圈和多级涡轮定子叶片,其中,涡轮上接头与短螺杆马达定子下端连接,涡轮节外筒连接在涡轮上接头的下端外侧,多级扶正轴承外圈设在涡轮定子叶片外侧;涡轮马达转子组件,其包括涡轮转子主轴、涡轮转子压紧套、多级扶正轴承内圈和多级涡轮转子叶片,所述涡轮转子压紧套设在涡轮转子主轴外侧并压在扶正轴承内圈上,扶正轴承内圈设在涡轮转子叶片的两端,涡轮转子压紧套和涡轮转子叶片均连接在涡轮转子主轴上;以及涡轮转子主轴,其位于涡轮上接头和涡轮节外筒内,且其上端连接挠性轴,下端连接双啮合复合驱动总成,
所述多级涡轮定子叶片的外侧抵接涡轮节外筒;涡轮节外筒上端与涡轮上接头螺纹连接后,涡轮上接头沿涡轮节外筒内侧向下延伸抵接到多级涡轮定子叶片的上侧;涡轮节外筒下端通过螺纹连接有涡轮下接头,所述涡轮下接头与涡轮节外筒螺纹连接后涡轮下接头沿涡轮节外筒内侧向上延伸抵接到多级涡轮定子叶片的下侧。
2.根据权利要求1所述的防制动涡轮钻具,其特征在于,所述短螺杆马达总成包括:短螺杆马达定子、短螺杆马达转子和挠性轴,短螺杆马达转子外表面设有螺纹槽且安装在短螺杆马达定子内,短螺杆马达转子下端连接挠性轴;所述短螺杆马达定子与短螺杆马达转子组成大间隙容积式马达,通过钻井液驱动短螺杆马达转子相对于短螺杆马达定子转动。
3.根据权利要求1或2所述的防制动涡轮钻具,其特征在于,具有高转速软特性的特制涡轮总成和低转速硬特性的短螺杆马达总成串联后,整体的输出转速将大幅低于特制涡轮总成单独运转时的高转速而大于短螺杆马达总成单独运转的空转转速;钻进时,整机的输出转速若小于短螺杆马达的设计钻速,短螺杆马达总成输出扭矩,与特制涡轮总成的输出扭矩叠加作用于钻头;整机的输出转速若大于短螺杆马达的设计钻速,短螺杆马达总成就转化为螺杆泵形式工作,消耗特制涡轮总成输出的一部分扭矩。
4.根据权利要求1或2所述的防制动涡轮钻具,其特征在于,连接轴和动力输出轴一体式连接。
5.根据权利要求1或2所述的防制动涡轮钻具,其特征在于,所述驱动总成外壳通过螺纹分别与涡轮下接头和下轴承壳连接,动力输出轴与连接轴通过多方体或花键联结,在钻压或动力输出轴自重的作用下,动力输出轴能相对涡轮输出轴轴向伸缩,下轴承壳对动力输出轴起径向扶正支撑作用,动力输出轴将旋转动力传递给与其螺纹连接的钻头。
6.根据权利要求1所述的防制动涡轮钻具,其特征在于,所述短螺杆马达总成中的短螺杆马达定子的下端公螺纹连接到特制涡轮总成中的涡轮上接头上端的母螺纹,特制涡轮总成的涡轮下接头的下端公螺纹连接到双啮合驱动总成的外壳的上端母螺纹。
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