一种同轴双向转动的钻头制造技术

本发明专利技术公开了一种同轴双向转动的钻头，包括外钻头、外钻头连接轴、内钻头、内钻头连接轴、内钻头流道管、同轴转向机构以及动力转换机构。钻井液由钻头入口流入，经叶轮转动，流道分流为内外流道，内流道由内外钻头连接轴内腔、内钻头流道管、内钻头喷嘴组成，外流道由环空、外钻头环空腔体、喷嘴组成。同时，钻井液冲击叶轮，带动叶轮转动，带动同轴转动机构下齿轮转动，内钻头转动，经过齿轮传递力矩，上齿轮反向转动，外钻头转动。该结构外内钻头实现反向转动，对齿肩部区域岩石产生交错的剪切破坏，使得岩石破碎更充分，可提高钻井破岩效率。可提高钻井破岩效率。可提高钻井破岩效率。

【技术实现步骤摘要】
一种同轴双向转动的钻头


[0001]本专利技术专利涉及石油天然气开采、地下资源开采、地质钻探、水文勘探等相关的钻井装备领域，特别涉及一种同轴双向转动的钻头。

技术介绍

[0002]钻头是在钻井工程中用于破碎岩石形成井眼的破岩工具。近年来，随着油气资源勘探开发技术的进步以及世界各国对能源需求量的不断增加，勘探领域面临更多深层、超深层油气井。常规钻头在面临深井、超深井和深部复杂难钻岩层(例如高硬度、高塑性致密、严重不均质等地层)时存在适应性差、钻进速率慢等问题，致使钻井效率大大降低，从而提高了整个钻井成本。
[0003]钻井钻头依靠剪切破碎作用来破碎岩石，在油气开发的应用中，钻头仍存在以下几个缺点：1)钻齿难以吃入岩石，切削效果差，导致钻头的机械钻速会急剧下降，尤其是在钻进强度大、硬度大的岩石。2)钻齿破碎岩石产热，齿轮因热磨损严重，使得钻头使用寿命低。3)钻头各钻齿磨损速度不一，钻齿磨损均衡性交叉。在钻井过程中，钻头常表现出打滑、不钻进等现象，并且切削齿的热磨损加剧、磨损不均衡等问题突出，最终导致钻井工程效率低、成本高等突出问题。
[0004]随着深层和超深层资源的勘探开发，对现有钻探技术提出了更高的要求。国内外专家和学者设计研制了多种冲击破岩工具，大多数是给钻头增加轴向或周向载荷，虽然显著提高了钻进速度，但加速了钻头钻齿损坏。因此亟需设计研发一种新型钻井工具，来改善钻头存在的上述问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于：针对上述现有技术的不足之处，提出一种同轴双向转动的钻头，用以解决钻头在钻井工程中钻齿难以吃入、破岩效率低的问题，提高钻头使用寿命和机械钻速，减小整个钻井工程的成本。
[0006]本专利技术目的通过下述技术方案来实现：本专利技术为一种同轴双向转动的钻头，包括外钻头、外钻头连接轴、内钻头、内钻头连接轴、内钻头流道管、同轴转向机构以及动力转换机构。钻井液由钻头入口流入，经叶轮转动，流道分流为内外流道，内流道由内外钻头连接轴内腔、内钻头流道管、内钻头喷嘴组成，外流道由环空、外钻头环空腔体、喷嘴组成。同时，钻井液冲击叶轮，带动叶轮转动，带动同轴转动机构下齿轮转动，内钻头转动，经过齿轮传递力矩，上齿轮反向转动，外钻头转动。该结构外内钻头实现反向转动，对齿肩部区域岩石产生交错的剪切破坏，使得岩石破碎更充分，可提高钻井破岩效率。
[0007]作为优选方式，钻头类型可根据工程实际组合选择，内外钻头钻头类型可为刮刀钻头、金刚石钻头、PDC钻头、牙轮钻头。例如，PDC钻头在硬质岩层开采中广泛运用，故内外钻头都可为PDC钻头，对岩石破碎更充分，破岩效率高。
[0008]作为优选方式，所述的动力转换机构选择叶轮，结构简单，易于安装，材质为铝合金，强度高、抗腐蚀强、机械性能优秀，使用寿命长和动力转化能力优秀。
[0009]作为优选方式，所述的叶轮与内钻头连接轴定位后采用焊接连接。
[0010]进一步的，钻井液由地面钻井泵泵入钻头入口，冲击叶轮转动，叶轮通过内钻头连接轴驱动内钻头转动。
[0011]作为优选，内钻头连接轴与同轴转向机构齿轮采用销连接，便于安装拆卸。
[0012]作为优选，内钻头连接轴与内钻头采用螺纹连接，并用聚四氟乙烯生料带密封。
[0013]作为优选，内钻头连接轴一端通过深沟球轴承与固定架装配，叶轮转动传递动力，内钻头转动。
[0014]进一步的，内钻头连接轴通过同轴转向机构传递动力，在外钻头连接轴的驱动下，外钻头实现转动。
[0015]作为优选，外钻头连接轴与同轴机构齿轮采用销轴连接，便于安装拆卸。
[0016]作为优选，外钻头连接轴与外钻头采用螺纹连接，并用聚四氟乙烯生料带密封。
[0017]作为优选，所述同轴转向机构包括：4只齿轮、2只深沟球轴承、齿轮架。齿轮两两垂直啮合，模数为6，齿数为17，上下两平行齿轮分别与外、内钻头连接轴连接，左右两平行齿轮通过深沟球轴承与齿轮架装配，实现齿轮轴向定位和齿轮转动。地面钻井泵向钻头入口泵入钻井液，钻井液通过叶轮及内钻头连接轴传递动力，驱动下齿轮转动，并通过左右两平行齿轮转动传递动力，上齿轮转动并且方向与下齿轮转动方向相反，带动大钻头反向转动，内外钻头速度相等。亦可改变齿轮模数、参数，实现内外钻头参数转动。
[0018]进一步的，钻井液由钻头入口流入，经叶轮转动，流道分流为内外流道，内流道由内外钻头连接轴内腔、内钻头流道管、内钻头喷嘴组成，外流道由环空、外钻头环空腔体、喷嘴组成，内外流道喷射流体，射流冲击岩石，辅助破岩效果明显。
[0019]作为优选，所述的内钻头流道管为变径管，管道一端内直径与内钻头外直径相同，另一端内直径与内钻头连州轴外直径相同，壁厚为8mm，内钻头流道管与内钻头、外钻头采用旋转密封。
[0020]一种同轴双向的钻头的工作原理如下：S1.钻井液为动力介质，钻井液由地面面泵入钻头入口并冲击叶轮叶片，叶轮获得较大转速和扭矩，同时流道通过叶轮分流为内外流道，，S2.叶轮带动内钻头连接轴转动，并驱动内钻头头转动。S3.通过同轴转向机构的齿轮转向作用实现转向，大钻头实现反向转动。S4.内流道由外钻头连接轴内腔、内钻头流道管、内钻头喷嘴组成，流体由内钻头喷射冲击岩石；外流道由环空、外钻头环空腔体、喷嘴组成，流体由外钻头喷射冲击岩石，流体由外钻头喷射冲击岩石。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益之处在于：1)与现有的钻头相比，该复合钻头对肩部岩石产生交错的剪切破坏，岩石破碎更充分，可提高钻头钻井效率2)内外钻头类型可根据所钻进地层特性进行组合选择，运用场合多，可提高生产效率。例如，PDC钻头在硬质岩层开采中广泛运用，故内外钻头都可选择PDC钻头，对岩石破碎更充分，破岩效率高。
3)与现有钻头相比，该复合钻头更能充分破碎岩石，延长钻齿使用寿命，提高了钻头的可靠性，从而降低钻井成本。4)在面临深井、超深井和深部难钻岩层(例如高硬度、高塑性致密、严重不均质等地层)时，通过控制钻井液流量实现内钻头钻速变化，并通过改变同轴转向机构齿轮参数，实现外内钻头等速或差速转动，使该钻头对不同地层具有较强适应性。5)与普通相比钻头相比，对岩石产生交错的剪切破坏，可降低井底岩石的破碎强度，能增强钻齿的吃进效率。6)动力转化机构包括叶轮、内钻头连接轴，叶轮数为单叶轮或对叶轮，具有结构简单、转换效率高、可靠性高等特点。7)该结构钻头，零件易于加工，装配简单。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图1是本专利技术的剖切示意图；附图2是本专利技术的俯视示意图；附图3是动力转换机构示意图；附图4是同轴转换机构前视示意图；附图5是同轴转换机构左视示意图；附图6是同轴转换机构右视示意图；附图7是外钻头及连接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.本发明为一种同轴双向转动的钻头，包括外钻头、外钻头连接轴、内钻头、内钻头连接轴、内钻头流道管、同轴转向机构以及动力转换机构。内钻头及连接轴分别套设于外钻头及连接轴中。钻头及连接轴上布置流道，配合流道管，形成流道通路。钻井液冲击叶轮，将钻井液动能转换为叶轮的动能，带动叶轮旋转。同轴转向机构由两两垂直啮合的齿轮组成，相互平行的两齿轮转动方向相反，内外钻头通过连接轴与相互平行的齿轮分别固定连接，在叶轮的驱动下，内外钻头实现反转。2.如权利要求1所述的一种同轴双向转动钻头，其特征在于：内钻头套设于外钻头中，采用间隙配合，间隙为5
‑
10mm；内钻头连接轴套设于外钻头连接轴种，两者为间隙配合，间隙为3
‑
5mm。3.如权利要求1所述的一种同轴双向转动的钻头，其特征在于：内外钻头与连接轴采用聚四氟乙烯生料带进行螺纹连接，内钻头流道管与内钻头与外钻头连接轴采用旋转密封。4.如权利要求1所述的一种同轴双向转动的钻头，其特征在于：内外钻头钻头类型可为刮刀钻头、金刚石钻头、PDC钻头、牙轮钻头，内外钻头类型可以相同或不同。5.如权利要求1所述的一种同轴双向转动的钻头：动力转化机构包括叶轮、内钻头连接轴，叶轮数量为单只或多只，连接轴与叶轮焊接固定，钻井液由地面钻井泵泵...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡灿，谢全功，阳君奇，樊康康，曹文洋，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：