[發明專利]防制動渦輪鉆具

有效

• 申請號: 202010042154.2
• 申請日: 2020-01-15
• 公開（公告）號: CN113123718B
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 王甲昌;劉匡曉;玄令超;張仁龍;張海平;孫峰;劉曉丹;胡彥峰
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油工程技術研究院
• 主分類號: E21B4/02
• 分類號: E21B4/02;F03C2/08
• 代理公司: 北京聿華聯合知識產權代理有限公司 11611
• 代理人: 金偉英;劉華聯

1.一種防制動渦輪鉆具，其特征在于，所述防制動渦輪鉆具上端與鉆鋌或鉆桿螺紋連接，其下端經動力輸出軸與鉆頭連接；該防制動渦輪鉆具包括依次連接成一個整體的短螺桿馬達總成、特制渦輪總成和雙嚙合復合驅動總成，短螺桿馬達總成的下端通過螺紋串聯連接特制渦輪總成的上端，特制渦輪總成的下端通過螺紋連接雙嚙合復合驅動總成的上端，雙嚙合復合驅動總成通過其內配合的兩對嚙合棘輪結構連接與鉆頭連接的動力輸出軸，

其中，所述雙嚙合復合驅動總成包括：驅動總成外殼，其螺紋連接渦輪總成的渦輪下接頭；連接軸，其連接渦輪總成的渦輪輸出主軸并向下延伸；彈性件，其套接在連接軸上；動力傳遞棘輪組，其套接在連接軸上并滑動連接在驅動總成外殼內，抵接在彈性件的一端；下軸承殼，其與驅動總成外殼螺紋連接，位于動力傳遞棘輪組的輸出端；以及動力輸出軸，其活動穿過下軸承殼連接到經過動力傳遞棘輪組的連接軸上，

所述動力傳遞棘輪組包括：上嚙合靜棘輪，其通過花鍵連接在驅動總成外殼的內表面，且驅動總成外殼上設有供上嚙合靜棘輪軸向移動的滑槽，上嚙合靜棘輪套接式連接在連接軸上；上嚙合動棘輪，其連接在上嚙合靜棘輪的下方，套接在連接軸上；以及下嚙合動棘輪，其連接在上嚙合動棘輪的下方，套接在連接軸上，

其中，所述上嚙合靜棘輪通過花鍵與驅動總成外殼聯結成一體，并能軸向移動；上嚙合動棘輪、下嚙合動棘輪均通過花鍵與連接軸聯結并軸向固定；所述彈性件安裝在渦輪下接頭的下端面和上嚙合靜棘輪的上端面之間并預壓緊，

所述特制渦輪總成包括：渦輪馬達定子組件，其包括渦輪上接頭、渦輪節外筒、多級扶正軸承外圈和多級渦輪定子葉片，其中，渦輪上接頭與短螺桿馬達定子下端連接，渦輪節外筒連接在渦輪上接頭的下端外側，多級扶正軸承外圈設在渦輪定子葉片外側；渦輪馬達轉子組件，其包括渦輪轉子主軸、渦輪轉子壓緊套、多級扶正軸承內圈和多級渦輪轉子葉片，所述渦輪轉子壓緊套設在渦輪轉子主軸外側并壓在扶正軸承內圈上，扶正軸承內圈設在渦輪轉子葉片的兩端，渦輪轉子壓緊套和渦輪轉子葉片均連接在渦輪轉子主軸上；以及渦輪轉子主軸，其位于渦輪上接頭和渦輪節外筒內，且其上端連接撓性軸，下端連接雙嚙合復合驅動總成，

所述多級渦輪定子葉片的外側抵接渦輪節外筒；渦輪節外筒上端與渦輪上接頭螺紋連接后，渦輪上接頭沿渦輪節外筒內側向下延伸抵接到多級渦輪定子葉片的上側；渦輪節外筒下端通過螺紋連接有渦輪下接頭，所述渦輪下接頭與渦輪節外筒螺紋連接后渦輪下接頭沿渦輪節外筒內側向上延伸抵接到多級渦輪定子葉片的下側。

2.根據權利要求1所述的防制動渦輪鉆具，其特征在于，所述短螺桿馬達總成包括：短螺桿馬達定子、短螺桿馬達轉子和撓性軸，短螺桿馬達轉子外表面設有螺紋槽且安裝在短螺桿馬達定子內，短螺桿馬達轉子下端連接撓性軸；所述短螺桿馬達定子與短螺桿馬達轉子組成大間隙容積式馬達，通過鉆井液驅動短螺桿馬達轉子相對于短螺桿馬達定子轉動。

3.根據權利要求1或2所述的防制動渦輪鉆具，其特征在于，具有高轉速軟特性的特制渦輪總成和低轉速硬特性的短螺桿馬達總成串聯后，整體的輸出轉速將大幅低于特制渦輪總成單獨運轉時的高轉速而大于短螺桿馬達總成單獨運轉的空轉轉速；鉆進時，整機的輸出轉速若小于短螺桿馬達的設計鉆速，短螺桿馬達總成輸出扭矩，與特制渦輪總成的輸出扭矩疊加作用于鉆頭；整機的輸出轉速若大于短螺桿馬達的設計鉆速，短螺桿馬達總成就轉化為螺桿泵形式工作，消耗特制渦輪總成輸出的一部分扭矩。

4.根據權利要求1或2所述的防制動渦輪鉆具，其特征在于，連接軸和動力輸出軸一體式連接。

5.根據權利要求1或2所述的防制動渦輪鉆具，其特征在于，所述驅動總成外殼通過螺紋分別與渦輪下接頭和下軸承殼連接，動力輸出軸與連接軸通過多方體或花鍵聯結，在鉆壓或動力輸出軸自重的作用下，動力輸出軸能相對渦輪輸出軸軸向伸縮，下軸承殼對動力輸出軸起徑向扶正支撐作用，動力輸出軸將旋轉動力傳遞給與其螺紋連接的鉆頭。

6.根據權利要求1所述的防制動渦輪鉆具，其特征在于，所述短螺桿馬達總成中的短螺桿馬達定子的下端公螺紋連接到特制渦輪總成中的渦輪上接頭上端的母螺紋，特制渦輪總成的渦輪下接頭的下端公螺紋連接到雙嚙合驅動總成的外殼的上端母螺紋。