一种全金属大扭矩非圆齿轮井下动力钻具，包括上接头、下接头，上下接头之间设有动力机构、传动轴和减震机构，动力机构驱动传动轴转动，减震机构位于传动轴下部，动力机构包括配流筒和数套并联的全金属非圆行星齿轮液压马达机构，各全金属非圆行星齿轮液压马达机构设有非圆行星齿轮节和配流盘，配流盘设有连通非圆行星齿轮节的入流口和出流口，配流盘、非圆行星齿轮节的外周由配流筒周向限位，配流筒的内壁上沿轴向设有入流通道和出流通道。本发明专利技术在解决耐高温问题的同时和满足钻具外径匹配井径的限制下，达到大排量设计，并通过输出轴棘轮机构与减震机构设计，保证了钻具的大扭矩输出稳定性与安全性，本发明专利技术可为进一步推进深部地壳探测工程计划和干热岩开采提供技术支持。
【技术实现步骤摘要】
一种全金属大扭矩非圆齿轮井下动力钻具
本专利技术涉及一种用于深部钻探施工的钻具，特别是全金属大扭矩非圆齿轮井下动力钻具。
技术介绍
井下动力钻具是作为定向井、多支井、大斜度井、水平井及救援井的最佳钻井工具之一，在钻探施工中得到了广泛的应用。井下动力钻具在提高机械钻速、增加单只钻头进尺、减少每米钻井成本、实现井身轨迹的定向控制和快速准确中靶以及确保井身质量和钻井安全性等方面，与传统的转盘钻井相比，具有极大的优越性。目前井下动力钻具主要有容积式螺杆钻具和叶片式涡轮钻具，其中螺杆钻具优点是工作扭矩大、压降低，缺点是橡胶定子耐高温性差、转子偏心振动大、工作寿命短；涡轮钻具优点是耐高温性能好，缺点是扭矩小、转速高，工作时需要配合使用减速器，结构零部件多。随着地球深部探测工程的推进和干热岩勘查开发的进行，成井井径增大，井底温度升高，施工过程中对井下动力钻具的耐高温性和大扭矩输出提出了更高的要求，而传统井下动力钻具已不能同时满足这些要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种耐高温性能好，大扭矩、大排量输出的全金属大扭矩非圆齿轮井下动力钻具。本专利技术所述问题是以下述技术方案解决的：一种全金属大扭矩非圆齿轮井下动力钻具，包括上接头和下接头，在上下接头之间设有动力机构、传动轴和减震机构，动力机构驱动传动轴转动，减震机构位于传动轴下部，所述动力机构包括配流筒和套装在转动轴上的数套并联的全金属非圆行星齿轮液压马达机构，各全金属非圆行星齿轮液压马达机构设有非圆行星齿轮节和配流盘，配流盘设有连通非圆行星齿轮节的入流口和出流口，配流盘、非圆行星齿轮节的外周由配流筒周向限位，配流筒的内壁上沿轴向设有入流通道和出流通道，高压液体由入流口进入非圆行星齿轮节推动传动轴转动、再从出流口流出。上述全金属大扭矩非圆齿轮井下动力钻具，所述入流通道和出流通道的截形为弧形槽，所述配流盘外廓为圆柱体形，配流盘的外圆周面上不同轴向位置设有配流盘入流槽和配流盘出流槽，配流盘入流槽对应入流通道，配流盘入流槽连通入流口，配流盘出流槽对应出流通道，配流盘出流槽连通出流口。上述全金属大扭矩非圆齿轮井下动力钻具，动力机构设有N个非圆行星齿轮节、N+1个配流盘，非圆行星齿轮节和配流盘间隔设置，动力机构的首端和末端为配流盘，相邻非圆行星齿轮节和配流盘之间端面金属密封接触，位于首端的配流盘仅在所对应的非圆行星齿轮节端面设置入流口，位于末端的配流盘仅在所对应的非圆行星齿轮节端面设置出流口。上述全金属大扭矩非圆齿轮井下动力钻具，配流筒的两端分别连接上导流体的下部和下导流体的上部，上接头经旁通阀连接上导流体的上部，下导流体的下部连接固定接头；上导流体与首端配流盘之间设有上堵流片，上堵流片的弧形过流槽孔连通入流通道，下导流体与末端配流盘之间设有下堵流片，下堵流片的弧形过流槽孔连通出流通道；传动轴下端连接过流轴，过流轴设有通流孔，过流轴下端连接下接头，液体经上导流体、上堵流片、入流通道、配流盘进入非圆行星齿轮节，经配流盘、出流通道、下堵流片、下导流体，过流轴、进入下接头的孔内，从钻头水眼经过环空返出井口。上述适全金属大扭矩非圆齿轮井下动力钻具，配流盘的一侧设置四个入流口，两个入流口之间由一条入流连通沟槽连通；配流盘的另一侧设置四个出流口，两个出流口之间由出流连通沟槽连通。上述全金属大扭矩非圆齿轮井下动力钻具，非圆行星齿轮节包括太阳轮、行星轮和内齿圈，太阳轮套装在传动轴上，太阳轮上设有三条径向槽，各径向槽内设有弹簧和伸缩块，传动轴上均布传动轴沟槽，伸缩块端部为斜面，伸缩块在弹簧力的作用下插入传动轴沟槽。上述全金属大扭矩非圆齿轮井下动力钻具，所述减震机构套装在下接头的外侧，减震机构包括依次设置的上滑动轴承，上推力轴承、减震碟簧、下推力轴承和下滑动轴承，固定接头连接下导流体的下端，下滑动轴承位于固定接头和下接头之间。上述全金属大扭矩非圆齿轮井下动力钻具，所述是上导流体设有中心盲孔，传动轴上端经轴承支撑于中心盲孔内。上述全金属大扭矩非圆齿轮井下动力钻具，配流筒的内壁沿轴向设置三个周向限位槽，内齿圈外壁和配流盘外壁设有与周向限位槽匹配嵌合的限位凸起。上述全金属大扭矩非圆齿轮井下动力钻具，下导流体的上部设有排液腔，排液腔连通过流轴的通流孔。本专利技术以全金属非圆行星齿轮液压马达机构为钻具的动力，通过合理的配流设计，将数个全金属非圆行星齿轮节和配流盘巧妙排列组合，实现各齿轮节过流通道并联设计，在解决耐高温问题的同时和满足钻具外径匹配井径的限制下，达到大排量设计，并通过输出轴棘轮机构设计，保证了钻具的大扭矩稳定输出；此外，所述钻具的减震机构在推力轴承组间设置碟簧，实现削弱钻头轴向振动产生的负面影响，提高钻具使用寿命。本专利技术相较于螺杆钻具的偏心转子机构和橡胶定子，可大大降低横向振动和提高耐温性；相较于涡轮钻具的高转速、低扭矩，可实现低转速、大扭矩输出。基于上述优点，本专利技术作为优选井下动力钻具，可为进一步推进深部地壳探测工程计划和干热岩开采提供技术支持。附图说明下面结合附图对本专利技术作进一步说明。图1是本专利技术的结构示意图；图2是图1的A-A剖视图；图3是图2中F处的局部放大视图；图4是图1的B-B剖视图；图5的图1是C-C剖视图；图6的图1是D-D剖视图；图7是配流盘的立体图；图8是配流盘的主视图；图9是配流筒的主视图；图10是图9的左视图；图11是上堵流片的立体图。图中各标号为：1、上接头，2、旁通阀，3、上导流体，4-1、上堵流片,4-2、下堵流片，5、配流筒，5-1、入流通道，5-2、出流通道，5-3、周向限位槽，6、配流盘，6-1、配流盘入流槽，6-2、入流口，6-3、配流盘出流槽，6-4、出流口，6-5、入流连通沟槽，6-6、出流连通沟槽，7、非圆行星齿轮节，7-1、内齿圈，7-2、行星轮，7-3、太阳轮，7-4、弹簧，7-5，伸缩块，8、传动轴，9、下导流体，9-1、排液腔，10、过流轴，11、上滑动轴承，12、上推力轴承，13、减震碟簧，14、下推力轴承，15、下滑动轴承，16、固定接头，17、下接头，18、调节螺母，19、压缩弹簧。具体实施方式参看图1，本专利技术包括上接头1、下接头17和传动轴8，在上接头和下接头之间设有驱动传动轴转动的动力机构和减缓钻头轴向振动对上部钻具影响的减震机构。动力机构包括配流筒5和套装在转动轴8上的数套全金属非圆行星齿轮液压马达机构，各套全金属非圆行星齿轮液压马达机构设有非圆行星齿轮节7和配流盘6，配流筒和配流盘共同起到为各非圆行星齿轮节输入高压液体、输出低压液体的作用。非圆行星齿轮节和配流盘间隔设置，相邻非圆行星齿轮节和配流盘之间端面金属密封接触，由调节螺母18和压缩弹簧19组成调节机构，通过旋转调节螺母18，控制压缩弹簧19的压缩量，从而为端面金属密封提供合适的轴向压力。位于首端和末端的部件均为配流盘，即动力机构设有N个非圆行星齿轮节、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种全金属大扭矩非圆齿轮井下动力钻具，包括上接头(1)和下接头(17)，其特征在于：在上下接头之间设有动力机构、传动轴(8)和减震机构，动力机构驱动传动轴转动，减震机构位于传动轴下部，所述动力机构包括配流筒(5)和套装在转动轴上的数套并联的全金属非圆行星齿轮液压马达机构，各全金属非圆行星齿轮液压马达机构设有非圆行星齿轮节(7)和配流盘(6)，配流盘设有连通非圆行星齿轮节的入流口(6-2)和出流口(6-3)，配流盘、非圆行星齿轮节的外周由配流筒周向限位，配流筒的内壁上沿轴向设有入流通道(5-1)和出流通道(5-2)，高压液体由入流口进入非圆行星齿轮节推动传动轴转动、再从出流口流出。/n
【技术特征摘要】
1.一种全金属大扭矩非圆齿轮井下动力钻具，包括上接头(1)和下接头(17)，其特征在于：在上下接头之间设有动力机构、传动轴(8)和减震机构，动力机构驱动传动轴转动，减震机构位于传动轴下部，所述动力机构包括配流筒(5)和套装在转动轴上的数套并联的全金属非圆行星齿轮液压马达机构，各全金属非圆行星齿轮液压马达机构设有非圆行星齿轮节(7)和配流盘(6)，配流盘设有连通非圆行星齿轮节的入流口(6-2)和出流口(6-3)，配流盘、非圆行星齿轮节的外周由配流筒周向限位，配流筒的内壁上沿轴向设有入流通道(5-1)和出流通道(5-2)，高压液体由入流口进入非圆行星齿轮节推动传动轴转动、再从出流口流出。
2.根据权利要求1所述的全金属大扭矩非圆齿轮井下动力钻具，其特征在于：所述入流通道和出流通道的截形为弧形槽，所述配流盘外廓为圆柱体形，配流盘的外圆周面上不同轴向位置设有配流盘入流槽(6-1)和配流盘出流槽(6-3)，配流盘入流槽对应入流通道，配流盘入流槽连通入流口，配流盘出流槽对应出流通道，配流盘出流槽连通出流口。
3.根据权利要求2所述的全金属大扭矩非圆齿轮井下动力钻具，其特征在于：动力机构设有N个非圆行星齿轮节、N+1个配流盘，非圆行星齿轮节和配流盘间隔设置，动力机构的首端和末端为配流盘，相邻非圆行星齿轮节和配流盘之间端面金属密封接触，通过调节机构为端面金属密封提供合适的轴向压力，位于首端的配流盘仅在所对应的非圆行星齿轮节端面设置入流口，位于末端的配流盘仅在所对应的非圆行星齿轮节端面设置出流口。
4.根据权利要求3所述的全金属大扭矩非圆齿轮井下动力钻具，其特征在于：配流筒的两端分别连接上导流体(3)的下部和下导流体(9)的上部，上接头经旁通阀(2)连接上导流体的上部，下导流体的下部连接固定接头(16)；上导流体与首端配流盘之间设有上堵流片(4-1)，上堵流片的弧形过流槽孔连通入流通道，下导流体与末端配流盘之间设有...
【专利技术属性】
技术研发人员：尹浩，梁健，李宽，李鑫淼，孙建华，
申请(专利权)人：中国地质科学院勘探技术研究所，
类型：发明
国别省市：天津;12
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