[發明專利]用于鉆井中平衡鉆井設備反扭矩的行星式鉆頭總成

有效

• 申請號: 201010189645.6
• 申請日: 2010-05-24
• 公開（公告）號: CN101871328A
• 公開（公告）日: 2010-10-27
• 發明（設計）人: 陳曉彬;何超;陳立;韓烈祥;譙抗逆;胡畔;白璟;馮明
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團公司;中國石油集團川慶鉆探工程有限公司
• 主分類號: E21B17/16
• 分類號: E21B17/16;E21B7/04
• 代理公司: 北京市中實友知識產權代理有限責任公司 11013
• 代理人: 金杰;李曉林

技術領域

本發明涉及石油鉆井時鉆頭鉆進相關設備技術領域，確切地說涉及一種能有效消除鉆井產生的反扭矩，增加鉆頭穩定性和定向控制能力的連接結構。

背景技術

石油鉆井過程中鉆進鉆頭不可避免會被地層施加反扭矩，鉆井過程不可能完全平穩，而且越高的平均鉆井扭矩會帶來越大的井下反扭矩。反扭矩在鉆井實際中，一方面，會對普通鉆進的穩定性帶來不良影響；另一方面，定向鉆井中需要定向工程師根據區域施工經驗在擺工具面時預留出反扭角，而預留出的反扭角往往與實際情況有所出入，并且反扭矩還會造成工具面頻繁偏離井眼設計軌道，給定向鉆井的方向性造成不良影響。

公開號為CN101525979A，公開日為2009年9月9日的中國專利文獻公開了一種用于消除鉆頭凈扭矩和控制鉆頭游動的設備。鉆井設備控制或消除來自鉆頭的反作用扭矩，從而防止由于鉆井設備的不期望旋轉，穿透的損失；或通過期望地控制反作用扭矩，控制鉆井方向，從而導致期望的鉆頭游動。該鉆井設備具有同心地分開的鉆頭，其中：內部鉆頭沿與外部鉆頭相反的方向同時旋轉。該內部鉆頭能夠從外部鉆頭軸向向前運動或向后沖著外部鉆頭運動。由內部和外部鉆頭產生的力被控制以消除或調節反作用扭矩。

上述技術方案雖然提出了一種用于消除鉆頭反作用扭矩的具體方案：即使內部鉆頭沿與外部鉆頭相反的方形旋轉的方式，但為了實現這一目的，該專利文獻中給出的具體技術方案過于復雜，并且雖然其實現了外部鉆頭與內部鉆頭的旋轉方向相反，但外部鉆頭和內部鉆頭均同時與動力單元連接并經動力單元驅動同時完成外部鉆頭和內部鉆頭朝相反的方向旋轉，這樣在旋轉過程中，對于外部鉆頭究竟應該施加多大的旋轉速度從而克服鉆頭在鉆進過程中所產生的反扭矩力需要進行計算和確定，操作復雜，并且鉆進過程中一旦所鉆地層的地質或操作時所造成的鉆進速度發生變化，所產生的反扭矩力就會相應發生變化，那么就需要重新計算并確定外部鉆頭的旋轉轉速，以適應變化后的鉆進速度，否則無法達到徹底消除或調節反作用扭矩的效果，這樣的方式操作復雜，工作效率低下。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提出了一種適用于井下石油鉆井時，能平衡鉆井時鉆頭鉆井所產生反扭矩力，增加鉆頭穩定性和定向控制能力的行星式鉆頭總成，本發明實現了外部鉆頭和內部鉆頭經同一驅動機構驅動下的同時旋轉，且外部鉆頭的旋轉速度能隨著鉆進速度的變化而自動調節旋轉速度，以實時適應并消除或平衡不同鉆井速度所產生的反扭矩力，進一步增加了鉆頭的穩定性和定向控制能力。

本發明是通過采用下述技術方案實現的：

一種用于鉆井中平衡鉆井設備反扭矩的行星式鉆頭總成，其特征在于：包括行星式結構，行星式結構包括驅動軸，驅動軸的一端連接有內部鉆頭組合件，驅動軸的另一端與螺桿驅動頭連接，在驅動軸的中部套設有驅動殼體，驅動殼體外固定設置有外部鉆頭組合件，位于驅動殼體和驅動軸之間設置有行星支架盤、行星支架和多個行星齒輪，所述行星支架盤和行星支架均套設于所述驅動軸上，行星齒輪支承在所述行星支架盤和行星支架上，行星齒輪經所述驅動軸嚙合傳動，且多個行星齒輪均與所述驅動殼體經齒輪嚙合傳動；所述驅動軸兩一端與螺桿驅動頭連接，在驅動軸的周向設置有孔，一號活塞和二號活塞裝入所述驅動軸周向設置的孔內，在一號活塞和二號活塞上分別設置有一號O型圈和二號O型圈，一號活塞、二號活塞、一號O型圈和二號O型圈與驅動軸徑向通孔構成壓力補償裝置。

驅動殼體的外部經密封接頭連接外鉆頭，外鉆頭和密封接頭通過螺紋連接成一體并放在軸承上，軸承安裝在軸承座上，軸承座和行星支架盤通過螺紋連接。

所述行星支架盤和行星支架上分別設置有與行星齒輪個數相匹配的圓孔，行星齒輪的軸穿入所述行星支架盤和行星支架的圓孔中，行星齒輪支承在行星支架盤和行星支架之間。

六個行星齒輪均勻圍繞在所述驅動軸中部外圍。

所述驅動殼體的內壁形成齒圈，多個行星齒輪與齒圈嚙合配合。

所述內部鉆頭組合件包括內鉆頭和鉆頭接頭，內鉆頭和鉆頭接頭通過螺紋連接，鉆頭接頭和驅動軸通過螺紋連接。

所述外部鉆頭組合件包括外鉆頭，外鉆頭上設置有與內鉆頭相匹配的PDC切削齒。

本發明的有益效果表現在：