无叶片式井下动力钻具制造技术

本实用新型专利技术涉及钻井设备技术领域，是一种无叶片式井下动力钻具，包括由上至下依次分布的无叶片井下动力装置、同轴减速装置和钻具执行单元，无叶片井下动力装置包括连接筒、连接轴和至少两个由上至下依次分布的反冲式无叶片井下动力单元；同轴减速装置包括至少一个同轴减速器，同轴减速器包括同轴外筒总成和减速传动管串，在同轴外筒总成内设有能相对其自行转动的减速传动管串。本实用新型专利技术通过多级无叶片井下动力装置的设置可满足井下钻具的动力需求，通过同轴减速装置的设置可实现同轴减速增扭传动，还具有易于加工和装配，能适应深井高压作业，满足井下复杂工况的需求，加工成本低，能创造良好的经济效益，易于推广的特点。

Blade-free Downhole Drilling Tool

【技术实现步骤摘要】
无叶片式井下动力钻具
本技术涉及钻井设备
，是一种无叶片式井下动力钻具。
技术介绍
目前钻井行业常用的井下动力钻具主要包括螺杆钻具和涡轮钻具两类。其中，螺杆钻具由于存在橡胶零件（如其液压马达的定子包括钢制外筒和硫化在钢制外筒内壁的橡胶衬套等），使其对钻井液性质有较高的要求（对油基钻井液十分敏感、不能在密度的钻井液中工作）、耐高温性差、无法适应深井高压作业。而涡轮钻具作为全金属动力钻具在一些功能上相对于螺杆钻具有不少优点，但是仍存在以下主要问题：1）设计、加工、装配难度大；涡轮的叶片在设计、加工时存在较高难度，同时多级叶轮在装配时对装配精度要求高，很容易出现装配卡死现象；2）止推轴承轴向载荷过大；由于涡轮钻具每一级叶轮上的轴向力会累积并向下传递，最终由止推轴承承受，导致止推轴承工况极其恶劣，一般该轴承需要单独设计，其使用材料特殊、结构设计难度大；3）减速器设计难度大；一般涡轮钻具输出轴转速是较高的，这是其工作特性决定的，为更好适应钻井工况，会选择增加减速器也降低最终转速，而涡轮减速器的设计难度是比较大的；4）以上存在的问题导致涡轮钻具造价偏高，应用推广经济性差。
技术实现思路
本技术提供了一种无叶片式井下动力钻具，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有钻具存在的螺杆钻具使用工况受限，涡轮钻具设计、加工、装配难度大，造价偏高，应用推广经济性差的问题。本技术的技术方案是通过以下措施来实现的：一种无叶片式井下动力钻具，包括由上至下依次分布的无叶片井下动力装置、同轴减速装置和钻具执行单元，无叶片井下动力装置包括连接筒、连接轴和至少两个由上至下依次分布的反冲式无叶片井下动力单元，反冲式无叶片井下动力单元包括动力外筒组件和能在流体的反冲洗作用下相对动力外筒组件转动的动力驱动组件，每两上下相邻的动力外筒组件均通过连接筒连接在一起，每两上下相邻的动力驱动组件之间均设有连接轴，连接轴与对应的动力驱动组件均通过刚性联轴器连接在一起；同轴减速装置包括至少一个同轴减速器，同轴减速器包括同轴外筒总成和减速传动管串，在同轴外筒总成内设有能相对其自行转动的减速传动管串，当同轴减速器的数量为两个以上时，各个同轴减速器沿竖直方向依次分布，每两相邻的同轴外筒总成的端部均连接在一起，每两相邻的减速传动管串的端部均传动连接在一起；钻具执行单元包括执行外筒总成、输出执行轴和下接头，执行外筒总成内安装有能相对其自行转动的输出执行轴，输出执行轴的下部固定安装有位于执行外筒总成下方的下接头；位于顶部的动力外筒组件的上部固定安装有上接头，位于底部的动力外筒组件的下部与位于顶部的同轴外筒总成的上部连接在一起且两者之间安装有防转部件，位于底部的动力驱动组件的下部与位于顶部的减速传动管串的上部传动连接在一起，位于底部的同轴外筒总成的下部与执行外筒总成的上部连接在一起且两者之间安装有防转部件，位于底部的减速传动管串的下部与输出执行轴的顶部传动连接在一起。下面是对上述技术技术方案的进一步优化或/和改进：上述所述减速传动管串可包括由上至下依次分布的输入轴、万向传动轴、齿轮轴、内齿圈和输出轴，输入轴、齿轮轴和输出轴均限位安装于同轴外筒总成内，输入轴和输出轴为同轴分布，齿轮轴的轴线与输入轴的轴线呈平行分布且两者不重合，输入轴的下端与齿轮轴的上端之间传动连接有能实现偏轴扭矩传递的万向传动轴，齿轮轴的下部设有外齿轮部，内齿圈的上部设有内齿轮部，内齿轮部位于外齿轮部外侧且两者啮合在一起，内齿圈的下部与输出轴的上部固定安装在一起且两者呈同轴分布；输入轴与同轴外筒总成之间设有轴承组件，对应齿轮轴位置的同轴外筒总成内侧设有上下贯通的偏心安装通道，齿轮轴位于偏心安装通道内且两者之间设有能使两者保持相对平滑转动的轴承组件，输出轴与同轴外筒总成之间设有轴承组件；所述轴承组件呈环状，位于轴承组件内侧的关联部件称为内部件，位于轴承外侧的关联部件称为外部件，所述轴承组件能对内部件形成轴向限位，且所述轴承组件能使内部件相对外部件平滑转动；对应偏心安装通道位置的同轴外筒总成内侧设有上下贯通的过液通孔，内齿圈的中心孔与过液通孔连通，内齿圈的下部内侧与输出轴的上部外侧固定安装在一起，输出轴的中部设有上下贯通的连通通道，连通通道与内齿圈的中心孔连通；对应输入轴与偏心安转通道之间位置的万向传动轴与同轴外筒总成之间形成环空液腔，环空液腔与过液通孔连通，输入轴的中部设有开口向上的盲通道，输入轴的上部分布有与盲通道连通的注液孔，输入轴的下部分布有与盲通道连通的连通孔，连通孔与环空液腔连通，注液孔、盲通道、连通孔、环空液腔、过液通孔、内齿圈中心孔和连通通道共同上下连通的形成过液通道。上述同轴外筒总成可包括由上至下依次连接在一起的上接外筒、第一外筒、第二外筒、第三外筒、第四外筒和下接外筒，上接外筒的下部内侧与第一外筒的上部外侧固定安装在一起且两者之间安装有防转部件，第一外筒的下部内侧与第二外筒的上部外侧固定安装在一起且两者之间安装有防转部件，第二外筒的下部外侧与第三外筒的上部内侧固定安装在一起且两者之间安装有防转部件，第三外筒的下部外侧与第四外筒的上部内侧固定安装在一起且两者之间安装有防转部件，第四外筒的下部外侧与下接外筒的上部内侧固定安装在一起且两者之间安装有防转部件，所述下接外筒的下部能够与上接外筒的上部固定安装在一起且两者之间能设置防转部件；输入轴的中部位于第一外筒的上部内侧且两者之间设有轴承组件，输入轴的下部和齿轮轴的上部均位于第二外筒内，偏心安装通道位于第三外筒内侧，对应偏心安装通道位置的第三外筒内侧设有上下贯通的过液通孔，外齿轮部位于第四外筒的上部内侧，输出轴的中部位于第四外筒内且两者之间设有轴承组件。上述轴承组件可包括上轴承、轴套和下轴承，上轴承和下轴承沿上下方向间隔分布于内部件与外部件之间，上轴承与下轴承之间设有套装在内部件外侧的轴套，轴套的上下两端分别与上轴承和下轴承的对应端面接触；上轴承和下轴承均包括外圈体、滚子和内圈体，所述外圈体与内圈体之间设有滚子，对应上轴承外圈体上侧位置的外部件内侧设有第一内环台，对应下轴承外圈体下侧位置的外部件内侧设有第二内环台，对应上轴承内圈体上侧位置的内部件外侧设有第一外环台，对应下轴承外圈体下侧位置的内部件外侧设有第二外环台，下轴承的外圈体座于第二内环台上，第一外环台座于上轴承的内圈体上。上述万向传动轴可包括第一传动轴、第二传动轴、第三传动轴和万向联轴器，第一传动轴的下端与第二传动轴的上端通过万向联轴器传动连接在一起，第二传动轴的下端与第三传动轴的上端通过万向联轴器传动连接在一起，第一传动轴的上部与输入轴的下部传动连接在一起且两者能同轴传递扭矩，第三传动轴的下部于齿轮轴的上部传动连接在一起且两者能同轴传递扭矩。上述动力外筒组件可包括上外筒、中外筒和下外筒，上外筒的下部外侧与中外筒的上部内侧固定安装在一起，中外筒的下部外侧与下外筒的上部内侧固定安装在一起；动力驱动组件包括芯轴和自转体，芯轴位于上外筒内侧，自转体位于下外筒内，芯轴的下部伸入下外筒内且与自转体传动连接在一起，芯轴的中部设有开口向上的进液盲道，自转体与芯轴之间沿圆周分布有能与进液盲道相通的自转流道，所有自转流道的出口均呈旋向相同的倾斜状；中外筒的内侧设有位于自转体上方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无叶片式井下动力钻具，其特征在于包括由上至下依次分布的无叶片井下动力装置、同轴减速装置和钻具执行单元，无叶片井下动力装置包括连接筒、连接轴和至少两个由上至下依次分布的反冲式无叶片井下动力单元，反冲式无叶片井下动力单元包括动力外筒组件和能在流体的反冲洗作用下相对动力外筒组件转动的动力驱动组件，每两上下相邻的动力外筒组件均通过连接筒连接在一起，每两上下相邻的动力驱动组件之间均设有连接轴，连接轴与对应的动力驱动组件均通过刚性联轴器连接在一起；同轴减速装置包括至少一个同轴减速器，同轴减速器包括同轴外筒总成和减速传动管串，在同轴外筒总成内设有能相对其自行转动的减速传动管串，当同轴减速器的数量为两个以上时，各个同轴减速器沿竖直方向依次分布，每两相邻的同轴外筒总成的端部均连接在一起，每两相邻的减速传动管串的端部均传动连接在一起；钻具执行单元包括执行外筒总成、输出执行轴和下接头，执行外筒总成内安装有能相对其自行转动的输出执行轴，输出执行轴的下部固定安装有位于执行外筒总成下方的下接头；位于顶部的动力外筒组件的上部固定安装有上接头，位于底部的动力外筒组件的下部与位于顶部的同轴外筒总成的上部连接在一起且两者之间安装有防转部件，位于底部的动力驱动组件的下部与位于顶部的减速传动管串的上部传动连接在一起，位于底部的同轴外筒总成的下部与执行外筒总成的上部连接在一起且两者之间安装有防转部件，位于底部的减速传动管串的下部与输出执行轴的顶部传动连接在一起。...

【技术特征摘要】
1.一种无叶片式井下动力钻具，其特征在于包括由上至下依次分布的无叶片井下动力装置、同轴减速装置和钻具执行单元，无叶片井下动力装置包括连接筒、连接轴和至少两个由上至下依次分布的反冲式无叶片井下动力单元，反冲式无叶片井下动力单元包括动力外筒组件和能在流体的反冲洗作用下相对动力外筒组件转动的动力驱动组件，每两上下相邻的动力外筒组件均通过连接筒连接在一起，每两上下相邻的动力驱动组件之间均设有连接轴，连接轴与对应的动力驱动组件均通过刚性联轴器连接在一起；同轴减速装置包括至少一个同轴减速器，同轴减速器包括同轴外筒总成和减速传动管串，在同轴外筒总成内设有能相对其自行转动的减速传动管串，当同轴减速器的数量为两个以上时，各个同轴减速器沿竖直方向依次分布，每两相邻的同轴外筒总成的端部均连接在一起，每两相邻的减速传动管串的端部均传动连接在一起；钻具执行单元包括执行外筒总成、输出执行轴和下接头，执行外筒总成内安装有能相对其自行转动的输出执行轴，输出执行轴的下部固定安装有位于执行外筒总成下方的下接头；位于顶部的动力外筒组件的上部固定安装有上接头，位于底部的动力外筒组件的下部与位于顶部的同轴外筒总成的上部连接在一起且两者之间安装有防转部件，位于底部的动力驱动组件的下部与位于顶部的减速传动管串的上部传动连接在一起，位于底部的同轴外筒总成的下部与执行外筒总成的上部连接在一起且两者之间安装有防转部件，位于底部的减速传动管串的下部与输出执行轴的顶部传动连接在一起。2.根据权利要求1所述的无叶片式井下动力钻具，其特征在于所述减速传动管串包括由上至下依次分布的输入轴、万向传动轴、齿轮轴、内齿圈和输出轴，输入轴、齿轮轴和输出轴均限位安装于同轴外筒总成内，输入轴和输出轴为同轴分布，齿轮轴的轴线与输入轴的轴线呈平行分布且两者不重合，输入轴的下端与齿轮轴的上端之间传动连接有能实现偏轴扭矩传递的万向传动轴，齿轮轴的下部设有外齿轮部，内齿圈的上部设有内齿轮部，内齿轮部位于外齿轮部外侧且两者啮合在一起，内齿圈的下部与输出轴的上部固定安装在一起且两者呈同轴分布；输入轴与同轴外筒总成之间设有轴承组件，对应齿轮轴位置的同轴外筒总成内侧设有上下贯通的偏心安装通道，齿轮轴位于偏心安装通道内且两者之间设有能使两者保持相对平滑转动的轴承组件，输出轴与同轴外筒总成之间设有轴承组件；所述轴承组件呈环状，位于轴承组件内侧的关联部件称为内部件，位于轴承外侧的关联部件称为外部件，所述轴承组件能对内部件形成轴向限位，且所述轴承组件能使内部件相对外部件平滑转动；对应偏心安装通道位置的同轴外筒总成内侧设有上下贯通的过液通孔，内齿圈的中心孔与过液通孔连通，内齿圈的下部内侧与输出轴的上部外侧固定安装在一起，输出轴的中部设有上下贯通的连通通道，连通通道与内齿圈的中心孔连通；对应输入轴与偏心安转通道之间位置的万向传动轴与同轴外筒总成之间形成环空液腔，环空液腔与过液通孔连通，输入轴的中部设有开口向上的盲通道，输入轴的上部分布有与盲通道连通的注液孔，输入轴的下部分布有与盲通道连通的连通孔，连通孔与环空液腔连通，注液孔、盲通道、连通孔、环空液腔、过液通孔、内齿圈中心孔和连通通道共同上下连通的形成过液通道。3.根据权利要求2所述的无叶片式井下动力钻具，其特征在于同轴外筒总成包括由上至下依次连接在一起的上接外筒、第一外筒、第二外筒、第三外筒、第四外筒和下接外筒，上接外筒的下部内侧与第一外筒的上部外侧固定安装在一起且两者之间安装有防转部件，第一外筒的下部内侧与第二外筒的上部外侧固定安装在一起且两者之间安装有防转部件，第二外筒的下部外侧与第三外筒的上部内侧固定安装在一起且两者之间安装有防转部件，第三外筒的下部外侧与第四外筒的上部内侧固定安装在一起且两者之间安装有防转部件，第四外筒的下部外侧与下接外筒的上部内侧固定安装在一起且两者之间安装有防转部件，所述下接外筒的下部能够与上接外筒的上部固定安装在一起且两者之间能设置防转部件；输入轴的中部位于第一外筒的上部内侧且两者之间设有轴承组件，输入轴的下部和齿轮轴的上部均位于第二外筒内，偏心安装通道位于第三外筒内侧，对应偏心安装通道位置的第三外筒内侧设有上下贯通的过液通孔，外齿轮部位于第四外筒的上部内侧，输出轴的中部位于第四外筒内且两者之间设有轴承组件。4.根据权利要求3所述的无叶片式井下动力钻具，其特征在于轴承组件包括上轴承、轴套和下轴承，上轴承和下轴承沿上下方向间隔分布于内部件与外部件之间，上轴承与下轴承之间设有套装在内部件外侧的轴套，轴套的上下两端分别与上轴承和下轴承的对应端面接触；上轴承和下轴承均包括外圈体、滚子和内圈体，所述外圈体与内圈体之间设有滚子，对应上轴承外圈体上侧位置的外部件内侧设有第一内环台，对应下轴承外圈体下侧位置的外部件内侧设有第二内环台，对应上轴承内圈体上侧位置的内部件外侧设有第一外环台，对应下轴承外圈体下侧位置的内部件外侧设有第二外环台，下轴承的外圈体座于第二内环台上，第一外环台座于上轴承的内圈体上。5.根据权利要求2或3或4所述的无叶片式井下动力钻具，其特征在于万向传...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾卫林，
申请(专利权)人：曾卫林，
类型：新型
国别省市：新疆,65