一种可减小钻柱所受扭矩的井下电动钻具装置及方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102536113A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102536113A(43)申请公布日2012.07.04(21)申请号201210052715.2(22)申请日2012.03.02(71)申请人西南石油大学地址610500四川省成都市新都区新都大道8号西南石油大学(72)发明人王其军白翔孔祥伟陈乔吕栋梁钟烨杨娟彭刚陈鹏(51)Int.Cl.E21B4/04(2006.01)F16H1/20(2006.01)权利要求书权利要求书2页2页说明书说明书44页页附图附图1111页(54)发明名称一种可减小钻柱所受扭矩的井下电动钻具装置及方法(57)摘要本发明提供一种可减小钻柱所受扭矩的井下电动钻具装置及方法。该装置安装在钻铤与钻头之间，由固定动力短接和旋转破岩短接两部份构成。固定动力短接上端与钻铤联接，其金属筒壁上对称安装两个电机，两个电机各自与一个圆锥齿轮联接。旋转破岩短接下端与钻头联接，其上端具有轮齿。固定动力短接下端与旋转破岩短接上端通过轴承联接，联接后，固定动力短接上的两个圆锥齿轮同时和旋转破岩短接上端的轮齿啮合，固定动力短接和旋转破岩短接可延轴线方向上相对转动。该装置和方法可大幅度减小钻井过程中钻柱所承受的扭矩，提高钻井作业的安全性，增大钻柱的使用寿命，减少油气田开采费用，可适用于石油、天然气深井、超深井钻井。CN102536ACN102536113A权利要求书1/2页1.一种可减小钻柱所受扭矩的井下电动钻具装置及方法，其特征在于：在钻铤下端安装固定动力短接（17），在钻头上端安装旋转破岩短接（18），固定动力短接（17）和旋转破岩短接（18）通过深沟球轴承（11）、深沟球轴承（12）、深沟球轴承（13）、深沟球轴承（14）、深沟球轴承（15）和推力球轴承（16）联接；在固定动力短接（17）的金属筒壁上对称装有两个电机M1和M2，电机M1和电机M2的底部端盖相对，转子同轴并且转轴在水平方向上，电机M1和圆锥齿轮（4）联接，圆锥齿轮（4）用于和旋转破岩短接（18）上端的轮齿（6）啮合，电机M2和圆锥齿轮（5）联接，圆锥齿轮（5）也用于和旋转破岩短接（18）上端的轮齿（6）啮合，在动力输入过程中，电机M1和电机M2同时驱动各自所联接的圆锥齿轮转动；在固定动力短接（17）上部有一伞形保护结构（7），用于防止破岩时产生的较大钻屑对圆锥齿轮（4）和圆锥齿轮（5）造成阻卡或其它破坏；在固定动力短接（17）下部有一个月牙形结构（9），用于使钻井液顺利地从固定动力短接（17）中过渡流入到旋转破岩短接（18）中，可防止钻井液流入固定动力短接（17）和旋转破岩短接（18）的联接缝隙中；固定动力短接（17）上端通过母螺纹（8）与钻铤联接，破岩时，固定动力短接（17）通过电机M1和电机M2带动圆锥齿轮（4）和圆锥齿轮（5）为旋转破岩短接（18）提供动力；旋转破岩短接（18）的上端具有轮齿（6），并且轮齿（6）是在圆锥面上设计加工的，类似圆锥齿轮的轮齿，轮齿（6）用于与固定动力短接（17）上的圆锥齿轮（4）和圆锥齿轮（5）啮合；旋转破岩短接（18）下端通过母螺纹（10）与钻头联接，将固定动力短接（17）提供的动力传递给钻头；固定动力短接（17）和旋转破岩短接（18）通过深沟球轴承（11）、深沟球轴承（12）、深沟球轴承（13）、深沟球轴承（14）、深沟球轴承（15）和推力球轴承（16）联接，其中，深沟球轴承（11）、深沟球轴承（12）、深沟球轴承（13）、深沟球轴承（14）、深沟球轴承（15）用于保证固定动力短接（17）和旋转破岩短接（18）能够在竖直方向上同轴相对转动；推力球轴承（16）用于承受竖直方向上的轴向载荷；联接后，固定动力短接（17）和旋转破岩短接（18）在竖直方向上同轴，并且圆锥齿轮（4）和圆锥齿轮（5）同时和旋转破岩短接（18）上端的轮齿（6）啮合，固定动力短接（17）和旋转破岩短接（18）可延轴线方向上相对转动。2.根据权利要求1所述的一种可减小钻柱所受扭矩的井下电动钻具装置及方法，其特征在于：所述的固定动力短接（17）输入动力和抵消扭矩的具体方法是：破岩动力由电机M1和电机M2提供，电机M1和电机M2由地面电源通过固定在钻杆上的导线输送电流；电机M1和电机M2对称安装在固定动力短接（17）的金属筒壁上，电机M1和电机M2的底部端盖相对，转子同轴并且转轴在水平方向上；这样的安装方式保证了电机M1和电机M2通入同向电流转动时，由于电机M1和电机M2的底部端盖相对，则电机M1和电机M2的转子在水平方向上的转动方向是相反的，例如：如果从右往左看去，若电机M2的转子是往顺时针方向旋转，则电机M1的转子必定是往逆时针方向旋转；如此一来，电机M1和电机M2各自承受的扭矩都在一条水平直线