[实用新型]无钻机自平衡回转振动耦合碎岩钻进系统

说明书

无钻机自平衡回转振动耦合碎岩钻进系统，包括内钻头驱动系统、外钻头驱动系统和钻压分配系统等，本实用新型通过两组电机分别驱动内钻头和外钻头实现内、外钻头自平衡单回转和自平衡双回转解决了自平衡扭矩的控制难题，通过超声波振动辅助双钻头回转碎岩提高钻进系统的钻进效率，通过减速齿轮机构将电机的输出扭矩放大多倍降低了倒划眼磨头被卡死的风险，通过取消导电滑环解决强电和弱电传输效率低的难题，且具备以下优点：振动加回转钻进效率高、内外钻头同时回转自平衡控制容易、倒划眼磨头回转扭力大不容易被卡死、钻进系统内强弱电的传输效率高且稳定，提高了钻进的可靠性和效率。

技术领域

本实用新型属于钻井和钻探技术技术领域，特别涉及一种适用于地质钻探、水文水井钻井、油气钻井、科学钻探、地外星体和地下建筑救援钻孔等技术领域的无钻机自平衡回转振动钻进系统。

背景技术

在现有的钻井(钻探)技术发展进程中，几乎所有的技术改进和创新都是建立在现有钻机、钻杆和钻具的架构基础上，不管如何改进都无法改变钻机对钻头能量传输的过程消耗大和钻进效率低的难题，其根源是钻头产生的反扭矩通过地面钻机实施“长臂管辖”式的驱动和平衡，“长臂管辖”是一种违背自然规律的方式，不可取。

为此，发明人发明了专利号为201710082518.8的“一种井下扭矩自平衡有缆钻具系统”，该发明采用内外双钻头逆向回转碎岩，利用电机的定子组、转子组分别带动外钻头和内钻头，钻头与动力系统整体实现了扭矩自平衡，对上部钻具无扭矩作用，降低了对井壁的扰动。发明将动力源、泥浆循环系统和测井系统等集成在钻具上，地面只需要起下钻具用绞车设备即可实现正常钻进、起下钻和随钻测井，摆脱了传统钻进技术中庞大的地面钻机，提高了能量利用率，降低了钻进成本；卡钻时，绞车上提钻具，解卡钻头频繁快速正反转碎岩就可实现解卡。该技术从根本上解决钻柱回转钻进产生的反扭矩危害，改变钻头单向碎岩对围岩的扰动强度，简化地面钻探装备和配套的工具及工艺方法，实现井内事故少，钻井成本低、能耗小和钻进效率高等目的。然而，尽管该发明相比于传统钻具，具有革命性的进步，但其技术本身仍存在一些不足急待解决，如纯回转钻进效率低、内外钻头同时回转扭矩自平衡控制难度大、解卡钻头容易被卡死而失去解卡作用、中压电电缆远程传输压耗大和钻具内设置的导电滑环传输强电和弱电的效率低且不稳定，极大地影响了钻进的可靠性和效率。

因此，现有技术当中亟需要一种新的技术方案来解决这些不足。

发明内容

本实用新型的目的就是针对背景技术中所述的不足，提供无钻机自平衡回转振动耦合碎岩钻进系统，通过振动辅助双钻头回转碎岩提高钻进系统的钻进效率；通过两组电机分别驱动内钻头和外钻头实现内、外钻头自平衡单回转和自平衡双回转解决了自平衡扭矩的控制难题；通过减速齿轮机构将电机的输出扭矩放大多倍，降低了解卡钻头被卡死的风险；通过地面高压输入电能，在钻具内设置的变压器为执行元件供电，降低了远距离供电的压耗大难题；通过取消导电滑环解决强电和弱电传输效率低的不足。

为达到上诉目的，本实用新型提出了如下技术方案：

无钻机自平衡回转振动耦合碎岩钻进系统，包括内外钻头扶正无油轴承、内钻头回转下密封件、内钻头下导正机构、内钻头上导正机构、内钻头高频振动器、内钻头传压隔扭机构、钻井液过度通道轴、缆管钻井液管、缆管外管、外钻头传压隔扭机构、外钻头高频振动器、内外钻头电机组接头、内钻头回转电机组上接头、内钻头传压隔扭机构和高频振动器腔体、钻压分配周向限位件、钻压调分配电机上接头、钻压分配执行机构接头、随钻钻井液循环泵组、随钻电器元件和传感控制器组、内护套外护套、随钻变压器组、外护套上接头、倒划眼组、缆管固定接头、下限位传感组、上限位传感组、外护套下接头、内钻头驱动系统、外钻头驱动系统和钻压分配系统；

内钻头驱动系统包括内钻头、岩芯筒、内钻头传动轴和内钻头回转电机组；

所述的内钻头、内外钻头扶正无油轴承、岩芯和内钻头传动轴下端依次固定连接，岩芯筒通过内外钻头扶正无油轴承与外钻头外管滑动连接，内钻头传动轴穿过外钻头回转电机组后与内钻头回转电机组的转子滑键连接；