一种深井钻进减速机及其工作方法技术

一种深井钻进减速机由甚短齿行星减速器、压力平衡器、轴向力止推器和钻头连接座组成；工作方法：深井钻进减速机下到井底后，所有密封装置两端压力相等；由于偏心轴颈的作用，使双联行星齿轮上端的小齿轮在带齿圈外壳的固定齿圈内滚动；带小齿轮输出轴只将减速后的自转运动输出，实现减速传动，同时将扭矩按减速比放大；止推轴通过能承受巨大轴向推力的止推轴承将钻进时产生的轴向推力传递给止推接头；借助平衡块的偏心质量使减速机能够平稳运转；高压泥浆通过泥浆通道到达钻头，冷却钻头并冲走岩粉；由于使用了压力平衡器，减速机内外压力相等，密封装置不易损坏。优越性：可以使用在井深大于５０００米的深井中，并能在１００℃～２００℃的高温下和超过５０兆帕的高压下稳定运转，体积小，而传动功率大。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种减速机及其工作方法，特别指与油田井下钻进动力设备配套用的减速机，即。(二)
技术介绍
在石油生产领域中，钻井使用的设备早期都使用地面驱动机械，通过几千米的钻 杆，带动钻头钻出油井，由于全部钻杆在井中的摩擦损耗很大，不仅动力损失很大，钻进效 率也相当低。目前国内外油井钻进已广泛采用井下动力驱动，由于没有长达几千米的旋转 钻杆，而驱动用的动力又紧靠在钻头附近，因此动力损失轻微，钻进效率比地面驱动高许 多。当前广泛采用的动力钻具主要是涡轮钻具和螺杆钻具两种。其中有几种涡轮钻具采用 高速蜗轮加减速器减速后驱动钻头，也有几种涡轮钻具直接采用较低速度的涡轮直接驱动 钻头；涡轮钻具可以反复使用，寿命较长，然而价格昂贵，钻井成本高。螺杆钻具价格相对较 低，然而寿命很短，根据国内情况，一般使用100小时左右就报废，目前国内外所有螺杆钻 具由于其转速比涡轮钻具低，因此都不采用减速机，而是直接用螺杆钻具带动钻头。然而单 头螺杆钻具的转速对钻头来说，仍然偏高，钻头损坏严重， 一个昂贵的金刚石钻头往往只能 用三四十小时就报废，必须将全部井下设备提出地面更换钻头，从而使钻进效率大大降低。 多头螺杆钻具可以直接降低转速使用，但转速降低后，钻具功率大幅度下降，同样使钻进效 率大大降低。也有人考虑过用高速螺杆钻具加减速机后使用，由于高速螺杆钻具功率大，而 减速机原则上不会降低功率，只会使输出扭矩根据减速比成正比放大，这样，在同样直径的 条件下，功率和扭矩都可以增加不少。然而设计这种减速机难度非常大，因为井壁内径小， 井底压力大，井液温度高，而传动功率又相当大，因此设计和制造均异常困难，到目前为止， 尚未出现满意的解决方案。例如直径172mm的钻具，其功率往往需要达到80KW以上，如果 将转速用减速机(不是用其他方式)降到75rpm左右，其输出扭矩将达到10， 000Nm以上， 这对设计和制造减速机来说，都是一个极大的挑战。尤其是这样的减速机与其他减速机不 同，从减速机内部必须通过大量高压的泥浆，用以冷却钻头和冲走岩粉，而泥浆的含沙量非 常高，绝不能使其与减速机内部的传动零件接触，否则减速机将会很快磨损。然而，在几千 米深的井底，其井液压力达到数百大气压，任何密封装置都很难承受如此大的压力，密封损 坏严重，造成井液进入设备内部，使设备在短时间内报废。再一方面，钻进时钻具承受的轴 向推力非常大，往往达到二十吨以上，而一般减速机都很难承受如此巨大的轴向推力。涡轮 钻具虽然也有采用减速机的，但基本上都是采用带太阳轮的行星减速机，这种减速机在体 积小、功率大方面具有比目前常用的其他减速机有较大的优势，但根据理论分析和生产实 践都证明这种减速机存在许多薄弱环节，也同样存在上述各种难题，难以满足深井钻进要 求的苛刻条件。(三)
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，这种减速机在油井中与井下动力设备配套使用，解决现有技术存在的不足，具有运转平稳，效率高，寿命长，且结 构简单紧凑，生产成本相对较低的特点。 本专利技术的技术方案一种深井钻进减速机，其特征在于它由甚短齿行星减速器、压 力平衡器、轴向力止推器和钻头连接座组成，所说的甚短齿行星减速器安装于压力平衡器 上方；所说的压力平衡器安装于轴向力止推器上方；所说的轴向力止推器安装于钻头连接 座上方。 上述所说的甚短齿行星减速器由上接头、带偏心轴颈的输入轴、带齿圈外壳、双连 行星齿轮及带小齿轮的输出轴组成；所说的上接头下端与带齿圈外壳上端连接；所说的双 连行星齿轮用偏心轴承安装在带偏心轴颈的输入轴的偏心轴颈上，双连行星齿轮上方的 小齿轮与带齿圈外壳上的齿圈相啮合，下方的齿圈与带小齿轮的输出轴顶端的小齿轮相啮 合，共同完成减速传动；所说的带偏心轴颈的输入轴下端用输入轴下部轴承安装在带小齿 轮的输出轴顶端的孔内，上部用输入轴上部轴承安装在上接头的孔内，将带偏心轴颈的输 入轴保持在中心位置；所说的带偏心轴颈的输入轴上固定有一个用以平衡偏心轴颈上的离 心力的平衡块；所说的带小齿轮的输出轴套于压力平衡器内。 上述所说的压力平衡器由平衡器外壳、压力平衡胶囊及胶囊座组成；所说的平衡 器外壳上端与带齿圈外壳下端连接；所说的平衡器外壳壁上有与外部井液连通的通孔，压 力平衡胶囊外表面通过通孔与高压井液连通；所说的压力平衡胶囊安装在胶囊座上；所说 的压力平衡胶囊和胶囊座均套于平衡器外壳内；所说的平衡器外壳内装有输出轴上部轴承 和输出轴下部轴承；所说的输出轴上部轴承和输出轴下部轴承之间用轴承定位套隔开；所 说的轴承定位套套于带小齿轮的输出轴外。 上述所说的轴向力止推器由止推接头、止推轴和止推器外套组成；所说的止推接 头上端与平衡器外壳下端连接；止推轴上端用花键与带小齿轮的输出轴连接，下端与钻头 连接座连接；所说的止推轴依止推轴承连接止推接头；所说的止推轴连接有使其保持在中 心位置的止推轴承和径向轴承；所说的止推器外套套在止推轴外，其上端与止推接头下端 连接。 上述所说的钻头连接座由钻头座和钻头座护套组成；所说的钻头座用花键与止推 轴连接，并用圆螺母II固定于止推轴下端；所说的钻头座底部有用来与钻头连接的内螺 纹；所说的钻头座护套套于钻头座外，并用螺栓与止推器外套下端连接。 上述所说的带偏心轴颈的输入轴、带小齿轮的输出轴和止推轴的中心有通孔，构 成用来通过高压泥浆的泥浆通道；所说的带偏心轴颈的输入轴上部装有机械密封，并由可 用以调整弹簧压力的圆螺母I固定。 上述所说的上接头下端与带齿圈外壳上端依螺纹连接，并依定位钢板I焊接；所 说的带齿圈外壳下端与平衡器外壳上端依螺纹连接，并依定位钢板II焊接；所说的止推接 头上端与平衡器外壳下端依螺纹连接，并依定位钢板III焊接；所说的止推接头下端与止 推器外套上端依螺纹连接，并依定位钢板IV焊接。 上述所说的上接头下端与带齿圈外壳上端的螺纹连接处用0形密封圈I密封；所 说的带齿圈外壳下端与平衡器外壳上端的螺纹连接处用O形密封圈II密封；所说的止推接 头上端与平衡器外壳下端的螺纹连接处用O形密封圈VIII密封，止推接头下端与止推器外 套上端的螺纹连接处用0形密封圈V密封；所说的在带偏心轴颈的输入轴与带小齿轮的输出轴的连接处用0形密封圈III密封；所说的带小齿轮的输出轴与止推轴的连接处用0形 密封圈VII密封；所说的平衡器外壳与胶囊座之间用0形密封圈IV密封；所说的止推器外 套与止推轴之间用0形密封圈VI密封。 上述所说的偏心轴承上方的双联行星齿轮内装有调整偏心轴承的轴向间隙的调 节螺圈I ;所说的输出轴下部轴承的下方装有用于调节整套轴承系统的轴向间隙的调节螺 圈II。 上述所说的止推轴外套的下方装有进油阀，在上接头的中部，亦即减速机内腔的 顶端，装有溢流阀。 上述所说的带齿圈外壳上的固定齿圈与外壳为一整体。 上述所说的双联行星齿轮用高强度合金钢制造，其抗拉强度Sb在1300MPa以上； 所说的带齿圈外壳和输入轴用优质合金钢制造，其抗拉强度Sb在900MPa以上；带小齿轮的 输出轴和止推轴用高强度合金钢制造，其抗拉强度Sb在1300MPa以上；钻头座用优质合金 钢制造，其抗拉强度&在lOOOMPa以上；钻头座护套用球墨铸铁制造，以防止钻进时与钻头 座产生胶合。 —种本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种深井钻进减速机，其特征在于它由甚短齿行星减速器、压力平衡器、轴向力止推器和钻头连接座组成，所说的甚短齿行星减速器安装于压力平衡器上方；所说的压力平衡器安装于轴向力止推器上方；所说的轴向力止推器安装于钻头连接座上方。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨天博，
申请(专利权)人：杨天博，
类型：发明
国别省市：12[]