一种螺杆驱动牙轮钻头制造技术

本发明专利技术公开了螺杆驱动牙轮钻头，其技术方案是包括牙轮和本体，还包括定子和转子，定子相对本体固定，定子和转子构成螺杆动力马达；转子和牙轮构成旋转传动配合，转子通过万向轴与传动盘连接构成轴传动，传动盘与牙轮构成齿轮传动。本体设有与进水孔隔离的内腔，传动盘装在内腔内并与本体构成旋转密封配合；牙轮上设有从动齿轮，牙轮通过从动齿轮与传动盘构成齿轮传动。本发明专利技术对扩展牙轮钻头的功能和应用，推动钻井行业进步具有重要作用。能克服钻具与井壁磨阻，提高破岩效率，实现泵无排量时仍保证钻头内泥浆流体循环。

【技术实现步骤摘要】
一种螺杆驱动牙轮钻头
本专利技术涉及一种钻头，尤其是一种螺杆驱动牙轮钻头，适用于石油矿山钻探领域。
技术介绍
钻井行业中传统牙轮钻头，牙轮公转的同时只能被动转动，在钻压和钻柱旋转的作用下，牙齿压碎并吃入岩石，同时产生一定的滑动而剪切岩石。传统牙轮钻头的破岩机理：牙轮钻头公转时，牙轮被动自转，在钻压和钻柱旋转的作用下，牙齿压碎并吃入岩石，同时产生一定的滑动而剪切岩石。当牙轮在井底滚动时，牙轮上的牙齿依次冲击、压入地层，这个作用将井底岩石压碎一部分，同时靠牙轮滑动带来的剪切作用削掉牙齿间残留的另一部分岩石。当前存在的问题是：想要提高牙齿对岩石的冲击次数，只能通过提高钻头转速；钻具与井壁的磨阻使得钻头上的扭矩和转速得到消弱，不能保持稳定，不利于破岩；钻具内流体排量小或无时，环空易形成沉砂填埋钻具。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种螺杆驱动牙轮钻头，克服钻具与井壁磨阻，提高破岩效率，实现泵无排量时仍保证钻头内泥浆流体循环。本专利技术是通过以下技术方案实现的：第一种螺杆驱动牙轮钻头，包括牙轮7和本体4，牙轮7和本体4旋转传动配合，本体4内轴向设有进水孔8，进水孔8向下连通喷嘴14；其中：在本体4的进水孔8处固定有定子2，定子2内部旋转配合有转子1，定子2和转子1之间预留密封腔9，定子2和转子1构成螺杆动力马达；所述牙轮7数量为一个或几个，牙轮7外周设有从动齿轮6；所述本体4内设有排水孔3，排水孔3向上与定子2和转子1之间的密封腔9连通，排水孔3向下与喷嘴14连通；本体4下部设有与进水孔8隔离的内腔15，转子1下端连接传动盘5，传动盘5装在内腔15内，并与本体4构成旋转密封配合；传动盘5与牙轮7的从动齿轮6构成齿轮传动配合。上述方案进一步包括：转子1下端通过万向轴13连接传动盘5。万向轴13通过联轴器12与转子1连接，且联轴器为花键结构。所述转子1中心轴向设有中孔10，底部设有径向底孔11，中孔10通过底孔11与排水孔3连通。第二种螺杆驱动牙轮钻头，包括牙轮7和本体4，牙轮7和本体4旋转传动配合，本体4内轴向设有进水孔8，进水孔8向下连通喷嘴14；其特征在于：在本体4上部连接有螺杆短节16，螺杆短节16内固定有定子2，定子2内部旋转配合有转子1，定子2和转子1之间预留密封腔9，定子2和转子1构成螺杆动力马达；所述牙轮7数量为一个或几个，牙轮7外周设有从动齿轮6；所述本体4内设有排水孔3，排水孔3向上与定子2和转子1之间的密封腔9连通，排水孔3向下与喷嘴14连通；本体4下部设有与进水孔8隔离的内腔15，转子1下端连接传动盘5，传动盘5装在内腔15内，并与本体4构成旋转密封配合；传动盘5与牙轮7的从动齿轮6构成齿轮传动配合。上述方案进一步包括：转子1下端通过万向轴13连接传动盘5。万向轴13通过联轴器12与转子1连接，且联轴器12与万向轴13为花键连接配合。所述转子1中心轴向设有中孔10，底部设有径向底孔11，中孔10通过底孔11与排水孔3连通。本专利技术所述的测力装置具有的有益效果是：1.流体驱动螺杆机构的定子转动带动牙轮转动，牙轮带动钻头转动，克服了钻具与井壁的磨阻，有利于保持钻头转速和维持扭矩；2.流体驱动牙轮主动转动，比牙轮被动转动时的扭矩大、转速高，扭矩大使得牙齿对岩层产生主动刨削力大，转速高使得钻头每转一圈，牙齿压入和冲击次数增多，破岩效率更高；3.在流体无排量或者低排量情况下，转动钻头会让牙轮带动定子转动，螺杆机构会对流体产生向下的抽吸作用，促使流体由喷嘴喷出，冲刷钻具水眼并清洗钻头和井底。附图说明图1为本专利技术的一种螺杆驱动牙轮钻头结构示意图。图2为本专利技术的第二种螺杆驱动牙轮钻头结构示意图。其中：1、转子，2、定子，3、排水孔，4、本体，5、传动盘，6、从动齿轮，7、牙轮，8、进水孔，9、密封腔，10、中孔，11、底孔，12、联轴器，13、万向轴，14、喷嘴，15、内腔，16、螺杆短节。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详述。实施例1：参照附图1，本专利技术的螺杆驱动牙轮钻头，包括本体4、牙轮7、进水孔8和喷嘴14，在进水孔8内装有螺杆动力马达，螺杆动力马达的定子7嵌在进水孔8内壁上，转子1向下伸入本体4内部。在本体4内部设有密封的内腔15，内腔15内装有传动盘5，传动盘5与本体4构成旋转密封配合。转子1依次通过联轴器12和万向轴13与传动盘5连接，传动盘5上端与万向轴13固定连接构成轴传动以传递扭矩，下段设有齿。联轴器12为花键结构，并与万向轴13一起传递扭矩。牙轮7一端有从动齿轮6，从动齿轮6伸入密封腔15并与传动盘5的齿啮合构成齿轮传动。在螺杆动力马达中，定子2和转子1之间是密封腔9，密封腔9下端与钻头本体4内的排水孔3连通，排水孔3连通钻头的喷嘴14。此外，转子1还具有轴向中孔10，用于作为流体通道，中孔10通过转子1下部径向的底孔11与排水孔3连通，让上部钻具水眼传输来的部分流体不经过螺杆动力马达的密封腔9直接通过喷嘴14排出，冲洗牙轮和井底。实施例2：本专利技术的另一种实施例参照附图2，与实施例1不同的是，在钻头上方通过螺纹连接螺杆短节16，定子2装在在螺杆短节16内部。实际上是定子2的流道橡胶直接硫化成型在螺杆短节16内壁上，转子1安装在定子2内并向下伸入钻头进水孔8内向传动盘5传递扭矩。螺杆短节16的上方还可加旁通阀，实现起下钻时钻具内外压力平衡。上述实施例中的牙轮数量为一个和多个，既可以是单牙轮钻头，也可以是对称布置的双牙轮，或者常见的三牙轮钻头，牙轮数量也可以是三个以上。本专利技术的工作过程如下：螺杆驱动牙轮钻头接在钻井管柱或底部钻具组合的最下端，开泵时，高压流体比如泥浆传输至螺杆动力马达，驱动转子1转动，转子1通过传动盘5带动牙轮7转动。这样相对传统牙轮钻头，牙轮7实现了主动自转，泥浆的压力部分转换成了牙轮7自转的扭矩。在本专利技术中，泥浆流体压力转化成螺杆定子的扭矩，并作用在牙轮的牙齿上，流体驱动牙轮主动转动，比牙轮被动转动时的扭矩大、转速高。扭矩大，使得牙齿对岩层产生主动刨削力增大，更容易吃入岩石和削掉牙齿间残留的岩石；转速高，使得钻头每转一圈，牙齿压入和冲击次数增多。综上，牙轮的主动自转使得钻头每转动一圈的破岩效率得到提高。除此之外，本专利技术的另一个作用是：在井底有钻压时，钻头转动带动牙轮7被动转动，牙轮7带动转子1转动，使得定子2和转子1变成了螺杆泵，对上方流体产生抽吸作用，促使上部钻具水眼内的流体向下流动并由喷嘴14喷出。保持钻具水眼通畅，冲洗井底。这在钻井行业中有实际的作用：在钻井泵停泵、泵速低、泵排量小的情况下，钻具水眼内流体无流速或流速慢，此时环空流体携岩能力差，岩屑极易回落井底产生大量沉砂，沉砂易埋钻具。此时开启转盘或顶驱，本专利技术的牙轮钻头在井底转动，既能保持钻具水眼通畅，又能清洗钻头和井底，保持环空流体上返，避免沉砂埋钻具。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种螺杆驱动牙轮钻头，包括牙轮（7）和本体（4），牙轮（7）和本体（4）旋转传动配合，本体（4）内轴向设有进水孔（8），进水孔（8）向下连通喷嘴（14）；其特征在于：在本体（4）的进水孔（8）处固定有定子（2），定子（2）内部旋转配合有转子（1），定子（2）和转子（1）之间预留密封腔（9），定子（2）和转子（1）构成螺杆动力马达；所述牙轮（7）数量为一个或几个，牙轮（7）外周设有从动齿轮（6）；所述本体（4）内设有排水孔（3），排水孔（3）向上与定子（2）和转子（1）之间的密封腔（9）连通，排水孔（3）向下与喷嘴（14）连通；本体（4）下部设有与进水孔（8）隔离的内腔（15），转子（1）下端连接传动盘（5），传动盘（5）装在内腔（15）内，并与本体（4）构成旋转密封配合；传动盘（5）与牙轮（7）的从动齿轮（6）构成齿轮传动配合。

【技术特征摘要】
1.一种螺杆驱动牙轮钻头，包括牙轮（7）和本体（4），牙轮（7）和本体（4）旋转传动配合，本体（4）内轴向设有进水孔（8），进水孔（8）向下连通喷嘴（14）；其特征在于：在本体（4）的进水孔（8）处固定有定子（2），定子（2）内部旋转配合有转子（1），定子（2）和转子（1）之间预留密封腔（9），定子（2）和转子（1）构成螺杆动力马达；所述牙轮（7）数量为一个或几个，牙轮（7）外周设有从动齿轮（6）；所述本体（4）内设有排水孔（3），排水孔（3）向上与定子（2）和转子（1）之间的密封腔（9）连通，排水孔（3）向下与喷嘴（14）连通；本体（4）下部设有与进水孔（8）隔离的内腔（15），转子（1）下端连接传动盘（5），传动盘（5）装在内腔（15）内，并与本体（4）构成旋转密封配合；传动盘（5）与牙轮（7）的从动齿轮（6）构成齿轮传动配合。2.根据权利要求1所述的螺杆驱动牙轮钻头，其特征在于：转子（1）下端通过万向轴（13）连接传动盘（5）。3.根据权利要求2所述的螺杆驱动牙轮钻头，其特征在于：万向轴（13）通过联轴器（12）与转子（1）连接，且联轴器（12）为花键结构。4.根据权利要求1至3任意一项所述的螺杆驱动牙轮钻头，其特征在于：所述转子（1）中心轴向设有中孔（10），底部设有径向底孔（11），中孔（10）通过底孔（11）与排水孔（3）连通。5.一种螺杆驱...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲刚，李亚伟，李荣刚，曾飞舟，
申请(专利权)人：中石化石油工程技术服务有限公司，中石化胜利石油工程有限公司，中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11