一种能够调节切削深度的智能钻头及其工作原理制造技术

本发明专利技术涉及的是一种能够调节切削深度的智能钻头及其工作原理，它包括钻头体、中间短节、外接短节，钻头体顶部均布着钻头刀翼和水眼；主动螺杆前端通过刀翼螺孔，中段穿过密封舱室底部的钻头体螺孔，尾端连接小齿轮，小齿轮与内齿轮装置、外齿轮装置咬合相接，外齿轮装置下端穿过环形板的弧形滑道连接旋转叶片，旋转叶片安装在基座上，基座底部与环形布线板相连，环形布线板与电揽通道相通，电缆通道连通中间短节内部的声波测井仪，尾端连接外接短节的数据处理装置。本发明专利技术可以根据地层岩石的情况，自动调节钻头的切削深度，避免切削齿咬入地层过深，从而可以减少钻头的震动、粘滑和地层对钻头的冲击，从而大幅提高钻井速度。

【技术实现步骤摘要】
一种能够调节切削深度的智能钻头及其工作原理
本专利技术涉及钻井
，具体涉及一种能够调节切削深度的智能钻头及其工作原理。
技术介绍
传统的钻头往往只能针对某一种特殊的岩石而设计，而在实际钻井过程中，钻头往往需要穿透多种不同类型的岩石层，当地层岩性发生变化时，钻进速度会随之变化，容易引起钻头和井下组件的失效，导致由于井底复杂事故造成的钻井成本增加和效率降低，并且钻头还可能因切削太深，卡在岩石中停止转动，而钻杆仍继续旋转，导致钻头的加速磨损甚至设备损坏。随着钻头技术突飞猛进的发展，为了避免在较低钻压和较高转速范围条件下引起的钻头回旋破坏，逐渐趋于采用较高的钻压和较低的转速相结合的参数组合来提高钻进性能。但是这样，却难以避免在较高的钻压和较低的转速下引起的扭转失稳，进而造成黏滑振动。针对上述问题，有必要提供一种调节切削深度智能钻头，减少钻井时钻头的震动、黏滑和地层对钻头的冲击，以保证钻头能够更好的适应地层环境，提高钻头钻进效率，延长钻头寿命。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供一种能够调节切削深度的智能钻头，通过声波测井仪检测地层岩石的情况，能够调节钻头切削深度，减少钻井时钻头的震动、黏滑和地层对钻头的冲击，提高钻井速度。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种能够调节切削深度的智能钻头，其特征在于：这种智能钻头包括半球形元件、钻头刀翼、钻头体、声波测井仪、外接短节、水眼、切削齿、中间短节、密封舱室、钻头体螺孔、耐温旋转密封圈、刀翼螺孔、主动锥形齿轮、主动螺杆、随动直齿轮、第一随动螺杆、第二随动螺杆、随动锥形齿轮、方形凸起、顶板螺孔、顶板、外齿轮装置、环形板、基座、环形布线板、内齿轮装置、小齿轮、弧形滑道、扭力弹簧、中间板、柱形电磁铁、旋转叶片、布线槽、衔铁片、挡板、直杆、电缆通道、数据处理装置、柱形凸起，钻头体上布置有钻头刀翼和水眼，钻头刀翼内部设置密封舱室，密封舱室内安装有主动螺杆、第一随动螺杆、第二随动螺杆、主动锥形齿轮、随动直齿轮和随动锥形齿轮，主动螺杆上端通过刀翼螺孔伸出钻头刀翼，主动螺杆下端穿过密封舱室底部的钻头体螺孔伸入到钻头体内，并通过顶板上的顶板螺孔与小齿轮固定连接，小齿轮与内齿轮装置、外齿轮装置相对应，内齿轮装置的内侧安装于基座中间侧壁上，内齿轮装置通过挡板与扭力弹簧相连，扭力弹簧下方设置中间板，中间板安装在基座中间侧壁上且位于旋转叶片上方，外齿轮装置底部直杆穿过环形板的弧形滑道嵌于旋转叶片上，旋转叶片安装于基座上且与柱形电磁铁相对应，基座壁上具有布线槽，布线槽通过基座内部指向环形布线板中的环形布线槽，环形布线板上的通孔与电揽通道相通，电缆通道穿过声波测井仪连接外接短节处的数据处理装置，声波测井仪置于中间短节壁上。上述方案中所述第一随动螺杆、第二随动螺杆与主动螺杆顶端嵌入半球形元件，第一随动螺杆、第二随动螺杆与主动螺杆上端固定着耐温旋转密封圈。上述方案中所述主动锥形齿轮固定在主动螺杆上，随动直齿轮安装在第一随动螺杆上与主动锥形齿轮相对应，随动锥形齿轮固定在第二随动螺杆上与随动直齿轮相对应，第一随动螺杆与第二随动螺杆上端通过刀翼螺孔伸出钻头刀翼，下端连接钻头体螺孔。上述方案中所述外接短节、中间短节、基座与水眼形成钻井液通道。上述方案中所述顶板、环形板、基座和环形布线槽外壁均布着方形凸起，镶嵌在钻头体内壁上。上述方案中所述扭力弹簧上端与基座中间侧壁上柱形凸起相连接，扭力弹簧下端与挡板相嵌合。上述方案中所述旋转叶片上嵌入衔铁，基座上安装有24个由线圈和铁芯组成的柱形电磁铁。上述方案中所述声波测井仪块用于获取钻头所处地层岩性，以调节所述柱形电磁铁的通电数量，使得当前的主动螺杆伸出长度位于规定范围内。上述方案中所述柱形电磁铁不通电设为一档，应对中硬地层；前四排柱形电磁铁通电设为二档，应对中中软地层；全部柱形电磁铁通电设为三挡，应对较软地层。与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果是：1.本专利技术克服了传统切削深度控制技术的局限，不需要固定的切削深度控制预设计，钻头可以根据变化的钻井环境随时调节切削深度，有利于提高机械转速。2.本专利技术通过声波测井仪检测底层环境，电磁控制旋转叶片转动，实现钻头的智能化。3.本专利技术通过控制半球形元件与切削齿的高度差，可以保证最好的切削深度，提高工作效率，保证最优的钻井速度。4.本专利技术在刀翼螺孔内部安装耐温旋转密封圈起到了防水、防砂的作用，保护钻头内部装置。5.本专利技术通过档位的设置，减小操作难度，提高控制精度。附图说明图1是本专利技术的整体结构示意图。图2是本专利技术的整体剖面示意图。图3是本专利技术的钻头体顶部剖面示意图。图4是本专利技术的主动螺杆、钻头刀翼、第一随动螺杆、第二随动螺杆剖面示意图。图5是本专利技术的主动螺杆、顶板、外齿轮装置、环形板、基座、环形布线板位置示意图。图6是本专利技术中小齿轮与内外齿轮装置、外齿轮装置的关系示意图。图7是本专利技术的环形板与扭力弹簧、中间板的结构示意图。图8是本专利技术的基座和旋转叶片、柱形电磁铁的结构示意图。图9是本专利技术的外齿轮装置与旋转叶片关系示意图。图10是本专利技术的中间短节结构示意图。图11是本专利技术的外接短节结构示意图。图12是本专利技术的环形布线板接结构示意图。图13是本专利技术的柱形电磁铁结构示意图。图中：1.半球形元件；2.钻头刀翼；3.钻头体；4.声波测井仪；5.外接短节；6.水眼；7.切削齿；8.中间短节；9.密封舱室；10.钻头体螺孔；11.耐温旋转密封圈；12.刀翼螺孔；13.主动锥形齿轮；14.主动螺杆；15.随动直齿轮；16.第一随动螺杆；17.第二随动螺杆；18.随动锥形齿轮；19.方形凸起；20.顶板螺孔；21.顶板；22.外齿轮装置；23.环形板；24.基座；25.环形布线板；26.内齿轮装置；27.小齿轮；28.弧形滑道；29.扭力弹簧；30.中间板；31.柱形电磁铁；32.旋转叶片；33.布线槽；34.衔铁片；35.挡板；36.直杆；37.电缆通道；38.数据处理装置；39.柱形凸起；40.环形布线槽；41.通孔；42.线圈；43.铁芯。下面结合附图对本专利技术做进一步的说明：结合图1-图13所示，这种智能钻头包括半球形元件1、钻头刀翼2、钻头体3、声波测井仪4、外接短节5、水眼6、切削齿7、中间短节8、密封舱室9、钻头体螺孔10、耐温旋转密封圈11、刀翼螺孔12、主动锥形齿轮13、主动螺杆14、随动直齿轮15、第一随动螺杆16、第二随动螺杆17、随动锥形齿轮18、方形凸起19、顶板螺孔20、顶板21、外齿轮装置22、环形板23、基座24、环形布线板25、内齿轮装置26、小齿轮27、弧形滑道28、扭力弹簧29、中间板30、柱形电磁铁31、旋转叶片32、布线槽33、衔铁片34、挡板35、直杆36、电缆通道37、数据处理装置38、柱形凸起39、环形布线槽40、通孔41、线圈42、铁芯43，钻头体3上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种能够调节切削深度的智能钻头，其特征在于：这种智能钻头包括半球形元件（1）、钻头刀翼（2）、钻头体（3）、声波测井仪（4）、外接短节（5）、水眼（6）、切削齿（7）、中间短节（8）、密封舱室（9）、钻头体螺孔（10）、耐温旋转密封圈（11）、刀翼螺孔（12）、主动锥形齿轮（13）、主动螺杆（14）、随动直齿轮（15）、第一随动螺杆（16）、第二随动螺杆（17）、随动锥形齿轮（18）、方形凸起（19）、顶板螺孔（20）、顶板（21）、外齿轮装置（22）、环形板（23）、基座（24）、环形布线板（25）、内齿轮装置（26）、小齿轮（27）、弧形滑道（28）、扭力弹簧（29）、中间板（30）、柱形电磁铁（31）、旋转叶片（32）、布线槽（33）、衔铁片（34）、挡板（35）、直杆（36）、电缆通道（37）、数据处理装置（38）、柱形凸起（39）、环形布线槽（40）、通孔（41）、线圈（42）、铁芯（43），钻头体（3）上布置有钻头刀翼（2）和水眼（6），钻头刀翼（2）内部设置密封舱室（9），密封舱室（9）内安装有主动螺杆（14）、第一随动螺杆（16）、第二随动螺杆（17）、主动锥形齿轮（13）、随动直齿轮（15）和随动锥形齿轮（18），主动螺杆（14）上端通过刀翼螺孔（12）伸出钻头刀翼（2），主动螺杆（14）下端穿过密封舱室（9）底部的钻头体螺孔（10）伸入到钻头体（3）内，并通过顶板（21）上的顶板螺孔（20）与小齿轮（27）固定连接，小齿轮（27）与内齿轮装置（26）、外齿轮装置（22）相对应，内齿轮装置（26）的内侧安装于基座（24）中间侧壁上，内齿轮装置（26）通过挡板（35）与扭力弹簧（29）相连，扭力弹簧（29）下方设置中间板（30），中间板（30）安装在基座（24）中间侧壁上且位于旋转叶片（32）上方；外齿轮装置（22）底部直杆穿过环形板（23）的弧形滑道（28）嵌于旋转叶片（32）上，旋转叶片（32）安装于基座（24）上且与柱形电磁铁（31）相对应，基座（24）壁上具有布线槽（33），布线槽（33）通过基座（24）内部指向环形布线板（25）中的环形布线槽（40），环形布线板（25）上的通孔（41）与电揽通道（37）相通，电缆通道（37）穿过声波测井仪（4）连接外接短节（5）处的数据处理装置（38），声波测井仪（4）置于中间短节（8）壁上。/n...

【技术特征摘要】
1.一种能够调节切削深度的智能钻头，其特征在于：这种智能钻头包括半球形元件（1）、钻头刀翼（2）、钻头体（3）、声波测井仪（4）、外接短节（5）、水眼（6）、切削齿（7）、中间短节（8）、密封舱室（9）、钻头体螺孔（10）、耐温旋转密封圈（11）、刀翼螺孔（12）、主动锥形齿轮（13）、主动螺杆（14）、随动直齿轮（15）、第一随动螺杆（16）、第二随动螺杆（17）、随动锥形齿轮（18）、方形凸起（19）、顶板螺孔（20）、顶板（21）、外齿轮装置（22）、环形板（23）、基座（24）、环形布线板（25）、内齿轮装置（26）、小齿轮（27）、弧形滑道（28）、扭力弹簧（29）、中间板（30）、柱形电磁铁（31）、旋转叶片（32）、布线槽（33）、衔铁片（34）、挡板（35）、直杆（36）、电缆通道（37）、数据处理装置（38）、柱形凸起（39）、环形布线槽（40）、通孔（41）、线圈（42）、铁芯（43），钻头体（3）上布置有钻头刀翼（2）和水眼（6），钻头刀翼（2）内部设置密封舱室（9），密封舱室（9）内安装有主动螺杆（14）、第一随动螺杆（16）、第二随动螺杆（17）、主动锥形齿轮（13）、随动直齿轮（15）和随动锥形齿轮（18），主动螺杆（14）上端通过刀翼螺孔（12）伸出钻头刀翼（2），主动螺杆（14）下端穿过密封舱室（9）底部的钻头体螺孔（10）伸入到钻头体（3）内，并通过顶板（21）上的顶板螺孔（20）与小齿轮（27）固定连接，小齿轮（27）与内齿轮装置（26）、外齿轮装置（22）相对应，内齿轮装置（26）的内侧安装于基座（24）中间侧壁上，内齿轮装置（26）通过挡板（35）与扭力弹簧（29）相连，扭力弹簧（29）下方设置中间板（30），中间板（30）安装在基座（24）中间侧壁上且位于旋转叶片（32）上方；外齿轮装置（22）底部直杆穿过环形板（23）的弧形滑道（28）嵌于旋转叶片（32）上，旋转叶片（32）安装于基座（24）上且与柱形电磁铁（31）相对应，基座（24）壁上具有布线槽（33），布线槽（33）通过基座（24）内部指向环形布线板（25）中的环形布线槽（40），环形布线板（25）上的通孔（41）与电揽通道（37）相通，电缆通道（37）穿过声波测井仪（4）连接外接短节（5）处的数据处理装置（38），声波测井仪（4）置于中间短节...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘一，刘亚鹏，李沼萱，佟乐，杨双春，张楠，崔祥龙，乔雪飞，贾宇航，詹倩茹，
申请(专利权)人：辽宁石油化工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21