[發明專利]一種用于井下有纜電動鉆具的鉆頭解卡機構

在審

• 申請號: 202011206981.7
• 申請日: 2020-11-03
• 公開（公告）號: CN112211552A
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發明（設計）人: 高科;張聰;趙研;李家晟
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: E21B4/04
• 分類號: E21B4/04;E21B41/00
• 代理公司: 安徽濰達知識產權代理事務所(普通合伙) 34166
• 代理人: 李英姿

一種用于井下有纜電動鉆具的鉆頭解卡機構，涉及鉆井工程井下工具技術領域，由第一級扭矩放大組件、M個扭矩放大傳動組件，M≥1，扭矩放大輸出組件、離合限位組件、傳動離合組件和離合傳扭軸組成，其中第一級扭矩放大組件、M個扭矩放大傳動組件、扭矩放大輸出組件和離合限位組件自下而上依次固定連接，傳動離合組件安裝在離合限位組件內部；本發明主要利用多級齒輪傳動的方式放大扭矩，對整個鉆具產生極大的周向扭矩，從而解決井下有纜電動鉆具在鉆進過程中由于巖屑或掉塊導致鉆頭部分與井壁或井底卡死的問題。

技術領域

本發明屬于鉆井工程井下工具技術領域，特別涉及一種用于井下有纜電動鉆具的鉆頭解卡機構。

背景技術

自從1997年6月俄羅斯石油工業鑒定委員會指出變頻電鉆鉆井是最有前景的成井方法之一以來，國內外對電動鉆具的研究不斷發展，井下電動鉆具與連續油管的結合可能形成一種近乎完美的新型智能鉆井工藝，其結合了轉盤鉆和渦輪鉆的優點并很大程度上彌補了它們的不足，通過對電動鉆同渦輪鉆和轉盤鉆進行的技術經濟研究和分析，大致得出：在類似的地質條件下，電動鉆的每米進尺成本降低10％-15％，鉆頭進尺和機械鉆速平均提高16％-18％。

但在鉆井過程中，由于各種原因導致鉆具陷在井內發生卡鉆的情況也十分常見，傳統鉆具由于鉆頭與地面設備通過鉆桿進行連接，可以通過提前在鉆桿與鉆鋌之間安裝的震擊器進行上擊、下擊解卡，若嚴重卡鉆可通過倒扣再下套銑筒將鉆具外面的巖屑或落物碎屑等銑掉，最后倒出鉆具。

對于井下有纜電動鉆具而言，當鉆頭與井壁或井底卡死時，鉆具內部的驅動電機由于負載過大而抱死，此時通過傳統依賴鉆桿進行解卡的方法不再適用。經調研，目前國內外有學者研究酸化解卡工藝，即通過化學法酸化裂解巖屑和掉塊的方式進行解卡，該方法存在解卡時間慢、對環境污染大的問題，不夠實用。此外，專利號為201920075692.4，名稱為“井下扭矩自平衡有纜鉆具的解卡系統”提出了一種解卡方式，主要解決在破碎、易縮頸或易坍塌地層有纜鉆具上提時遇到的卡阻問題，不能解決鉆頭與井壁或井底卡死導致整套鉆具無法回轉和上提的問題，所以需要一種機構來解決井下有纜電動鉆具的鉆頭與井壁或井底卡死的問題。

發明內容

針對現有技術所存在的問題和缺點，本發明的目的是提供一種用于井下有纜電動鉆具的鉆頭解卡機構，主要利用多級齒輪傳動的方式放大扭矩，對整個鉆具產生極大的周向扭矩，從而解決井下有纜電動鉆具在鉆進過程中由于巖屑或掉塊導致鉆頭部分與井壁或井底卡死的問題。

一種用于井下有纜電動鉆具的鉆頭解卡機構，由第一級扭矩放大組件、M個扭矩放大傳動組件，M≥1，扭矩放大輸出組件、離合限位組件、傳動離合組件和離合傳扭軸組成，其中第一級扭矩放大組件、M個扭矩放大傳動組件、扭矩放大輸出組件和離合限位組件自下而上依次固定連接，傳動離合組件安裝在離合限位組件內部；

第一級扭矩放大組件由電機支撐、電機、軸承、第一齒輪架、第一減速小齒輪、第一減速大齒輪和第一主動齒輪組成，其作用是將電機輸出的扭矩進行第一級放大；

所述電機支撐中部設有用于通過離合傳扭軸的中空通道且電機支撐內設有N個電機槽，N≥2，用于安裝電機；所述電機固定在電機槽內，電機輸出軸上固定安裝有第一減速小齒輪，電機的作用是驅動第一減速小齒輪轉動，第一齒輪架中部設有用于通過離合傳扭軸的中空通道且第一齒輪架通過軸承與電機支撐轉動連接，軸承內圈與電機支撐過盈配合，軸承外圈與第一齒輪架過盈配合，軸承的作用是支撐相對電機支撐旋轉的第一齒輪架，并對第一齒輪架進行徑向固定，第一減速大齒輪和第一主動齒輪同心固定在第一齒輪架外壁，所述第一減速小齒輪與第一減速大齒輪相互嚙合進行傳動，所述第一主動齒輪與扭矩放大傳動組件的第一從動齒輪相互嚙合進行傳動；

扭矩放大傳動組件由第一外殼、第一從動齒輪、第二減速小齒輪、第一齒輪軸、第二軸承、第二減速大齒輪、第二齒輪架和第二主動齒輪組成，其作用是將第一級扭矩放大組件輸出的扭矩進行第二次放大；