CN115341844B - 短弯抗冲击大扭矩螺杆钻具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钻具的技术领域，特别是涉及一种短弯抗冲击大扭矩螺杆钻具；其结构简单，在满足造斜率同时，提高振捣冲击效果和增大扭矩，并实现碎渣同步清理，提高钻井进度；包括中空主轴体、液压驱动马达、万向传动轴、钻头组件、偏斜驱动环和用于碎渣清理的清渣机构，液压驱动马达固定安装于中空主轴体内，钻头组件可上下滑动安装于中空主轴体底部，偏斜驱动环内设置有波形凸起部，万向传动轴上安装有驱动盘，驱动盘的外圆周处可转动安装有多个周向均布的滚珠；清渣机构包括座体和导筒，中空主轴体可转动安装于座体上，导筒安装于座体上，中空主轴体外壁处安装有螺旋输送叶，座体上安装有为中空主轴体转动提供动力的驱动机构。

Description

短弯抗冲击大扭矩螺杆钻具

技术领域

本发明涉及钻具的技术领域，特别是涉及一种短弯抗冲击大扭矩螺杆钻具。

背景技术

众所周知，螺杆钻具是以泥浆为动力的一种井下动力钻具。泥浆泵泵出的泥浆液流经旁通阀进入马达，在马达进出口处形成一定压差推动马达的转子旋转，并将扭矩和转速通过万向轴和传动轴传递给钻头；公开（公告）号CN217421057U公开了一种涡轮复合动力扭转冲击短弯距提速钻具，包括复合动力总成与扭转冲击总成组成，所述复合动力总成包含涡轮总成和等壁厚液马达总成，所述扭转冲击总成包含弯点传动轴总成和摆动震击器总成，所述涡轮总成、防掉总成、等壁厚液马达总成、万向轴总成、弯点传动轴总成和摆动震击器总成的外侧均装配有壳体，每个所述壳体的两端分别设置有规格相适配的螺筒与螺套；该涡轮复合动力扭转冲击短弯距提速钻具，在进行石油开采有效钻进提速过程中，通过其中弯壳体与扶正器一体式设计制造的设置，能够极大缩短弯点与钻头断面的间距，进而能够使该装置具备相对高的钻进速度的同时也有较高的造斜率；然而在使用中发现，虽然其有较高的造斜率，但其结构复杂，不便于组装和后期维护，振动冲击效果有待进一步提高，且钻井过程中的碎渣影响钻头的正常进给作业，有一定的使用局限性。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供一种结构简单，在满足造斜率同时，提高振捣冲击效果和增大扭矩，并实现碎渣同步清理，提高钻井进度的短弯抗冲击大扭矩螺杆钻具。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：包括中空主轴体、液压驱动马达、万向传动轴、钻头组件、偏斜驱动环和用于碎渣清理的清渣机构，所述液压驱动马达固定安装于中空主轴体内，所述钻头组件可上下滑动安装于中空主轴体底部，所述液压驱动马达的输出轴与钻头组件通过万向传动轴传动连接，所述偏斜驱动环固定安装于中空主轴体内中上部，所述万向传动轴自偏斜驱动环内穿过，所述偏斜驱动环内设置有波形凸起部，所述万向传动轴上安装有驱动盘，所述驱动盘的外圆周处可转动安装有多个周向均布的滚珠；所述清渣机构包括座体和导筒，所述中空主轴体可转动安装于座体上，所述导筒安装于座体上，所述中空主轴体外壁处安装有螺旋输送叶，所述座体上安装有为中空主轴体转动提供动力的驱动机构；进一步的，所述导筒中心轴线与中空主轴体的中心轴线重合；所述座体上设置有与导筒内部连通的排渣口。

优选的，所述驱动机构包括驱动电机、齿轮和驱动齿盘，所述驱动电机固定安装于座体上，所述驱动齿盘固定安装于中空主轴体上，所述驱动电机的输出端与驱动齿盘通过齿轮传动连接。

优选的，所述钻头组件上设置有球形凸起部，所述中空主轴体上设置有与球形凸起部相契合并容许钻头组件上下滑动的腔室。

优选的，所述导筒内壁和中空主轴体外壁之间围合形成导料腔，所述液压驱动马达的进液端与中空主轴体内部连通，所述液压驱动马达的出液端伸入至导料腔内。

优选的，所述螺旋输送叶的底部安装有刮齿。

优选的，所述钻头组件上套设有弹簧，所述钻头组件通过弹簧与中空主轴体内部弹性连接。

优选的，所述驱动电机和齿轮为两组，两驱动电机分别通过两齿轮为驱动齿盘转动提供动力。

优选的，所述导筒底部固定安装有多个周向均布的抓齿。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种短弯抗冲击大扭矩螺杆钻具，具备以下有益效果：该短弯抗冲击大扭矩螺杆钻具，将液压驱动马达的进液端与外部有压液体源连通，将该钻具放入至井内，钻头组件与待处理面接触，万向传动轴处于折弯状态，液压驱动马达带动万向传动轴转动，驱动盘上的滚珠在偏斜驱动环内转动，在波形凸起部的作用下，万向传动轴频繁伸长缩短，从而实现钻头组件的上下振动效果，在对待开采面钻动作业的同时形成振动冲击效果，且钻头组件在万向传动轴的偏心作用力下实现偏斜，从而提高造斜率，驱动机构带动中空主轴体转动，在中空主轴体转动过程中，可为钻头组件的转动提供一定扭力作用，同时带动螺旋输送叶转动，在螺旋输送叶的作用下，可实现对井底碎渣的清理，结构简单，在满足造斜率同时，提高振捣冲击效果和增大扭矩，并实现碎渣同步清理，减少碎渣对钻头造成干涉，提高钻井进度。

附图说明

图1是本发明的等轴侧立体结构示意图；

图2是本发明的前视结构示意图；

图3是本发明的图2中A-A处剖面结构示意图；

图4是本发明的图3中B-B处剖面结构示意图；

图5是本发明的万向传动轴处立体结构示意图；

图6是本发明的偏斜驱动环立体结构示意图；

图7是本发明的图3中A处局部放大结构示意图；

图8是本发明的图3中B处局部放大结构示意图；

图9是本发明的底部仰视结构示意图；

附图中标记：1、中空主轴体；2、液压驱动马达；3、万向传动轴；4、钻头组件；5、偏斜驱动环；6、波形凸起部；7、驱动盘；8、滚珠；9、座体；10、导筒；11、螺旋输送叶；12、驱动电机；13、齿轮；14、驱动齿盘；15、球形凸起部；16、刮齿；17、弹簧；18、抓齿。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-9，本发明的短弯抗冲击大扭矩螺杆钻具，包括中空主轴体1、液压驱动马达2、万向传动轴3、钻头组件4、偏斜驱动环5和用于碎渣清理的清渣机构，液压驱动马达2固定安装于中空主轴体1内，钻头组件4可上下滑动安装于中空主轴体1底部，液压驱动马达2的输出轴与钻头组件4通过万向传动轴3传动连接，偏斜驱动环5固定安装于中空主轴体1内中上部，万向传动轴3自偏斜驱动环5内穿过，偏斜驱动环5内设置有波形凸起部6，万向传动轴3上安装有驱动盘7，驱动盘7的外圆周处可转动安装有多个周向均布的滚珠8；清渣机构包括座体9和导筒10，中空主轴体1可转动安装于座体9上，导筒10安装于座体9上，中空主轴体1外壁处安装有螺旋输送叶11，座体9上安装有为中空主轴体1转动提供动力的驱动机构；进一步的，导筒10中心轴线与中空主轴体1的中心轴线重合；座体9上设置有与导筒10内部连通的排渣口；进一步的，在另一实施例中，为使该钻具更为顺畅的向下进给，该钻具通过外部驱动机构进行驱动，导筒10呈转动状态进给，导筒10的转速与钻头组件4同向等速转动或者导筒10的转速大于钻头组件4的转速，进给到位后导筒10处于静止状态；碎渣被螺旋输送叶11输送至导筒10内上部，经排渣口排出。

具体的，驱动机构包括驱动电机12、齿轮13和驱动齿盘14，驱动电机12固定安装于座体9上，驱动齿盘14固定安装于中空主轴体1上，驱动电机12的输出端与驱动齿盘14通过齿轮13传动连接；驱动电机12带动齿轮13转动，经驱动齿盘14传动后，实现对中空主轴体1的转动驱动。

具体的，钻头组件4上设置有球形凸起部15，中空主轴体1上设置有与球形凸起部15相契合并容许钻头组件4上下滑动的腔室；在球形凸起部15的作用下，可实现钻头组件4在转动过程中的偏斜，同时钻头组件4频繁上下移动，以对钻取面形成有频率的振动冲击效果，以提高钻井作业进度。

具体的，导筒10内壁和中空主轴体1外壁之间围合形成导料腔，液压驱动马达2的进液端与中空主轴体1内部连通，液压驱动马达2的出液端伸入至导料腔内；外部有压液体源多采用泥浆，此部分有压液体源进入至液压驱动马达2并驱动液压驱动马达2动作，做功后的液体进入至导料腔内，将运输至导料腔上部的废渣自排渣口处冲出；提高渣料的排料顺畅性。

具体的，螺旋输送叶11的底部安装有刮齿16；在刮齿16的作用下，可对钻取面处进行开采钻取，可将渣料进行破碎，以利于渣料被螺旋输送叶11进行输送。

具体的，钻头组件4上套设有弹簧17，钻头组件4通过弹簧17与中空主轴体1内部弹性连接；在弹簧17的作用下，可进一步提高钻头组件4的振动效果，以提高钻井的钻取进度。

具体的，驱动电机12和齿轮13为两组，两驱动电机12分别通过两齿轮13为驱动齿盘14转动提供动力；两驱动电机12同步为中空主轴体1的转动提供动力，进一步提高钻头组件4的驱动动力，利于钻头组件4的进给作业。

具体的，导筒10底部固定安装有多个周向均布的抓齿18；在抓齿18的作用下，可提高导筒10与钻取面之间的转动抓附力，实现对待开采面的加速破拆，提高钻孔进度；在进行钻头4组件振动冲击钻孔作业时，导筒10处于静止状态时，抓齿18可增大导筒18与地面之间的抓地力，避免导筒10自转。

在使用时，将该钻具放入至井内，液压驱动马达2的进液端与外部有压液体源连通，钻头组件4和抓齿18均与待处理面接触，万向传动轴3处于折弯状态，液压驱动马达2带动万向传动轴3转动，驱动盘7上的滚珠8在偏斜驱动环5内转动，在波形凸起部6的作用下，万向传动轴3频繁伸长缩短，从而实现钻头组件4的上下振动效果，在对待开采面钻动作业的同时形成振动冲击效果，且钻头组件4在万向传动轴3的偏心作用力下实现偏斜，从而提高造斜率，驱动机构带动中空主轴体1转动，在中空主轴体1转动过程中，可为钻头组件4的转动提供一定扭力作用，同时带动螺旋输送叶11转动，在螺旋输送叶11的作用下，可实现对井底碎渣的清理，随着被输送至导筒10内上部后，自液压驱动马达2处流出的液体经碎渣自排渣口处排出。

应当指出，在说明书中提到的“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”、“一些实施例”等表示所述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但未必每个实施例都包括该特定特征、结构或特性。此外，这样的短语未必是指同一实施例。此外，在结合实施例描述特定特征、结构或特性时，结合明确或未明确描述的其他实施例实现这样的特征、结构或特性处于本领域技术人员的知识范围之内。

应当容易地理解，应当按照最宽的方式解释本公开中的“在……上”、“在……以上”和“在……之上”，以使得“在……上”不仅意味着“直接处于某物上”，还包括“在某物上”且其间具有中间特征或层的含义，并且“在……以上”或者“在……之上”不仅包括“在某物以上”或“之上”的含义，还可以包括“在某物以上”或“之上”且其间没有中间特征或层（即，直接处于某物上）的含义。

此外，文中为了便于说明可以使用空间相对术语，例如，“下面”、“以下”、“下方”、“以上”、“上方”等，以描述一个元件或特征相对于其他元件或特征的如图所示的关系。空间相对术语意在包含除了附图所示的取向之外的处于使用或操作中的器件的不同取向。装置可以具有其他取向（旋转90度或者处于其他取向上），并且文中使用的空间相对描述词可以同样被相应地解释。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种短弯抗冲击大扭矩螺杆钻具，其特征在于，包括中空主轴体（1）、液压驱动马达（2）、万向传动轴（3）、钻头组件（4）、偏斜驱动环（5）和用于碎渣清理的清渣机构，所述液压驱动马达（2）固定安装于中空主轴体（1）内，所述钻头组件（4）可上下滑动安装于中空主轴体（1）底部，所述液压驱动马达（2）的输出轴与钻头组件（4）通过万向传动轴（3）传动连接，所述偏斜驱动环（5）固定安装于中空主轴体（1）内中上部，所述万向传动轴（3）自偏斜驱动环（5）内穿过，所述偏斜驱动环（5）内设置有波形凸起部（6），所述万向传动轴（3）上安装有驱动盘（7），所述驱动盘（7）的外圆周处可转动安装有多个周向均布的滚珠（8），初始时万向传动轴（3）处于折弯状态，钻头组件（4）振动进给时，在偏斜驱动环（5）作用下，所述万向传动轴（3）趋于竖直状态；

所述清渣机构包括座体（9）和导筒（10），所述中空主轴体（1）可转动安装于座体（9）上，所述导筒（10）安装于座体（9）上，所述中空主轴体（1）外壁处安装有螺旋输送叶（11），所述座体（9）上安装有为中空主轴体（1）转动提供动力的驱动机构。

2.根据权利要求1所述的短弯抗冲击大扭矩螺杆钻具，其特征在于，所述驱动机构包括驱动电机（12）、齿轮（13）和驱动齿盘（14），所述驱动电机（12）固定安装于座体（9）上，所述驱动齿盘（14）固定安装于中空主轴体（1）上，所述驱动电机（12）的输出端与驱动齿盘（14）通过齿轮（13）传动连接。

3.根据权利要求2所述的短弯抗冲击大扭矩螺杆钻具，其特征在于，所述钻头组件（4）上设置有球形凸起部（15），所述中空主轴体（1）上设置有与球形凸起部（15）相契合并容许钻头组件（4）上下滑动的腔室。

4.根据权利要求3所述的短弯抗冲击大扭矩螺杆钻具，其特征在于，所述导筒（10）内壁和中空主轴体（1）外壁之间围合形成导料腔，所述液压驱动马达（2）的进液端与中空主轴体（1）内部连通，所述液压驱动马达（2）的出液端伸入至导料腔内。

5.根据权利要求4所述的短弯抗冲击大扭矩螺杆钻具，其特征在于，所述螺旋输送叶（11）的底部安装有刮齿（16）。

6.根据权利要求5所述的短弯抗冲击大扭矩螺杆钻具，其特征在于，所述钻头组件（4）上套设有弹簧（17），所述钻头组件（4）通过弹簧（17）与中空主轴体（1）内部弹性连接。

7.根据权利要求6所述的短弯抗冲击大扭矩螺杆钻具，其特征在于，所述驱动电机（12）和齿轮（13）为两组，两驱动电机（12）分别通过两齿轮（13）为驱动齿盘（14）转动提供动力。

8.根据权利要求7所述的短弯抗冲击大扭矩螺杆钻具，其特征在于，所述导筒（10）底部固定安装有多个周向均布的抓齿（18）。

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