專利名稱：一種用于鉆井中平衡鉆井設(shè)備反扭矩的行星式結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及石油鉆井時(shí)鉆頭鉆進(jìn)相關(guān)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，確切地說(shuō)涉及一種能有 效消除鉆井產(chǎn)生的反扭矩，增加鉆頭穩(wěn)定性和定向控制能力的連接結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
石油鉆井過(guò)程中鉆進(jìn)鉆頭不可避免會(huì)被地層施加反扭矩，鉆井過(guò)程不可能完全平 穩(wěn)，而且越高的平均鉆井扭矩會(huì)帶來(lái)越大的井下反扭矩。反扭矩在鉆井實(shí)際中，一方面，會(huì) 對(duì)普通鉆進(jìn)的穩(wěn)定性帶來(lái)不良影響；另一方面，定向鉆井中需要定向工程師根據(jù)區(qū)域施工 經(jīng)驗(yàn)在擺工具面時(shí)預(yù)留出反扭角，而預(yù)留出的反扭角往往與實(shí)際情況有所出入，并且反扭 矩還會(huì)造成工具面頻繁偏離井眼設(shè)計(jì)軌道，給定向鉆井的方向性造成不良影響。公開(kāi)號(hào)為CN101525979A，
公開(kāi)日為2009年9月9日的中國(guó)專利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種用 于消除鉆頭凈扭矩和控制鉆頭游動(dòng)的設(shè)備。鉆井設(shè)備控制或消除來(lái)自鉆頭的反作用扭矩， 從而防止由于鉆井設(shè)備的不期望旋轉(zhuǎn)，穿透的損失；或通過(guò)期望地控制反作用扭矩，控制鉆 井方向，從而導(dǎo)致期望的鉆頭游動(dòng)。該鉆井設(shè)備具有同心地分開(kāi)的鉆頭，其中內(nèi)部鉆頭沿 與外部鉆頭相反的方向同時(shí)旋轉(zhuǎn)。該內(nèi)部鉆頭能夠從外部鉆頭軸向向前運(yùn)動(dòng)或向后沖著外 部鉆頭運(yùn)動(dòng)。由內(nèi)部和外部鉆頭產(chǎn)生的力被控制以消除或調(diào)節(jié)反作用扭矩。上述技術(shù)方案雖然提出了一種用于消除鉆頭反作用扭矩的具體方案即使內(nèi)部鉆 頭沿與外部鉆頭相反的方形旋轉(zhuǎn)的方式，但為了實(shí)現(xiàn)這一目的，該專利文獻(xiàn)中給出的具體 技術(shù)方案過(guò)于復(fù)雜，并且雖然其實(shí)現(xiàn)了外部鉆頭與內(nèi)部鉆頭的旋轉(zhuǎn)方向相反，但外部鉆頭 和內(nèi)部鉆頭均同時(shí)與動(dòng)力單元連接并經(jīng)動(dòng)力單元驅(qū)動(dòng)同時(shí)完成外部鉆頭和內(nèi)部鉆頭朝相 反的方向旋轉(zhuǎn)，這樣在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，對(duì)于外部鉆頭究竟應(yīng)該施加多大的旋轉(zhuǎn)速度從而克服 鉆頭在鉆進(jìn)過(guò)程中所產(chǎn)生的反扭矩力需要進(jìn)行計(jì)算和確定，操作復(fù)雜，并且鉆進(jìn)過(guò)程中一 旦所鉆地層的地質(zhì)或操作時(shí)所造成的鉆進(jìn)速度發(fā)生變化，所產(chǎn)生的反扭矩力就會(huì)相應(yīng)發(fā)生 變化，那么就需要重新計(jì)算并確定外部鉆頭的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)變化后的鉆進(jìn)速度，否則無(wú) 法達(dá)到徹底消除或調(diào)節(jié)反作用扭矩的效果，這樣的方式操作復(fù)雜，工作效率低下。

實(shí)用新型內(nèi)容為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提出了一種適用于井下石油鉆井時(shí)，能平衡鉆 井時(shí)鉆頭鉆井所產(chǎn)生反扭矩力，增加鉆頭穩(wěn)定性和定向控制能力的連接結(jié)構(gòu)，本實(shí)用新型 實(shí)現(xiàn)了外部鉆頭和內(nèi)部鉆頭經(jīng)同一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)下的同時(shí)旋轉(zhuǎn)，且外部鉆頭的旋轉(zhuǎn)速度能 隨著內(nèi)鉆頭旋轉(zhuǎn)速度的變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)速度，以實(shí)時(shí)適應(yīng)并消除或平衡不同鉆井速度 所產(chǎn)生的反扭矩力，進(jìn)一步增加了鉆頭的穩(wěn)定性和定向控制能力。本實(shí)用新型是通過(guò)采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的—種用于鉆井中平衡鉆井設(shè)備反扭矩的行星式結(jié)構(gòu)，包括驅(qū)動(dòng)軸，驅(qū)動(dòng)軸的一端 連接有內(nèi)部鉆頭組合件，其特征在于在驅(qū)動(dòng)軸的中部套設(shè)有驅(qū)動(dòng)殼體，驅(qū)動(dòng)殼體外固定設(shè) 置有外部鉆頭組合件，位于驅(qū)動(dòng)殼體和驅(qū)動(dòng)軸之間設(shè)置有行星支架盤、行星支架和多個(gè)行星齒輪，所述行星支架盤和行星支架均套設(shè)于所述驅(qū)動(dòng)軸上，行星齒輪支承在所述行星支 架盤和行星支架上，行星齒輪經(jīng)所述驅(qū)動(dòng)軸嚙合傳動(dòng)，且多個(gè)行星齒輪均與所述驅(qū)動(dòng)殼體 經(jīng)齒輪嚙合傳動(dòng)，所述行星支架盤和行星支架的一端之間經(jīng)螺栓連接，行星支架的另一端 延伸出所述驅(qū)動(dòng)殼體并與上部鉆具連接。所述行星支架盤和行星支架上分別設(shè)置有與行星齒輪個(gè)數(shù)相匹配的圓孔，行星齒 輪的軸穿入所述行星支架盤和行星支架的圓孔中，行星齒輪支承在行星支架盤和行星支架 之間。六個(gè)行星齒輪均勻圍繞在所述驅(qū)動(dòng)軸中部外圍。所述驅(qū)動(dòng)殼體的內(nèi)壁形成齒圈，多個(gè)行星齒輪與齒圈嚙合配合。所述外部鉆頭組合件包括外鉆頭，外鉆頭上設(shè)置有與內(nèi)鉆頭相匹配的PDC切削 齒。本實(shí)用新型的有益效果表現(xiàn)在1與公開(kāi)號(hào)為CN101525979A專利文獻(xiàn)所代表的現(xiàn)有技術(shù)相比，由于本實(shí)用新型 采用驅(qū)動(dòng)軸的一端連接內(nèi)部鉆頭組合件，通過(guò)行星齒輪嚙合傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)殼體旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)殼體 帶動(dòng)固定在其上的外部鉆頭組合件同時(shí)旋轉(zhuǎn)，這樣的結(jié)構(gòu)方式，只需一次性計(jì)算好內(nèi)部鉆 頭不同鉆進(jìn)旋轉(zhuǎn)速度，與外部鉆頭用于消除或平衡該不同鉆井速度下所產(chǎn)生反扭矩力的旋 轉(zhuǎn)速度之間的比例，通過(guò)該比例計(jì)算好驅(qū)動(dòng)軸、行星齒輪和驅(qū)動(dòng)殼體之間的嚙合傳動(dòng)系數(shù) (通過(guò)嚙合齒輪的齒數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn))，從而實(shí)現(xiàn)了外部鉆頭的旋轉(zhuǎn)速度能隨著內(nèi)鉆頭旋轉(zhuǎn)速度 的變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)速度，以實(shí)時(shí)適應(yīng)并消除或平衡不同鉆井速度所產(chǎn)生的反扭矩力， 進(jìn)一步增加了鉆頭的穩(wěn)定性和定向控制能力的目的。2、由于本實(shí)用新型的行星齒輪通過(guò)行星支架和行星支架盤支承，行星齒輪位于行 星支架和行星支架盤之間，與現(xiàn)有技術(shù)相比，這樣就能夠防止行星齒輪在軸向上發(fā)生移動(dòng)， 而在行星支架和行星支架盤上開(kāi)有圓孔，行星齒輪的軸傳入圓孔中，這樣就能防止行星齒 輪發(fā)生上下串動(dòng)，使其穩(wěn)定地旋轉(zhuǎn)；同時(shí)，本實(shí)用新型采用的行星支架盤和行星支架的一端 之間經(jīng)螺栓連接，行星支架的另一端延伸出所述驅(qū)動(dòng)殼體并與上部鉆具連接，這樣的結(jié)構(gòu) 方式，實(shí)現(xiàn)了在正常鉆進(jìn)時(shí)，行星支架盤和行星支架固定不動(dòng)，不旋轉(zhuǎn)，行星支架的另一端 延伸出驅(qū)動(dòng)殼體并與上部鉆具連接，能使行星支架和行星支架盤承受較大的支承力，在劇 烈震動(dòng)或抖動(dòng)下，也能使行星齒輪穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)。3、地層巖石通過(guò)內(nèi)外鉆頭組合傳遞到驅(qū)動(dòng)軸上的反扭矩互相抵消，通過(guò)驅(qū)動(dòng)軸傳 遞到鉆柱上的反扭矩被減小或者消除，增加了鉆頭的穩(wěn)定性及增加定向控制能力。

下面將結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，其 中圖1為本實(shí)用新型的半剖平面結(jié)構(gòu)示意圖圖2為本實(shí)用新型隱藏了驅(qū)動(dòng)殼體的立體結(jié)構(gòu)示意圖圖3為本實(shí)用新型隱藏了行星支架的結(jié)構(gòu)示意圖圖中標(biāo)記1、驅(qū)動(dòng)軸，2、驅(qū)動(dòng)殼體，3、行星支架盤，4、行星齒輪，5、行星支架，6、圓孔。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1本實(shí)用新型公開(kāi)了一種用于鉆井中平衡鉆井設(shè)備反扭矩的行星式結(jié)構(gòu)，包括驅(qū)動(dòng) 軸1，驅(qū)動(dòng)軸1的一端連接有內(nèi)部鉆頭組合件，在驅(qū)動(dòng)軸1的中部套設(shè)有驅(qū)動(dòng)殼體2，驅(qū)動(dòng)殼 體2外固定設(shè)置有外部鉆頭組合件，位于驅(qū)動(dòng)殼體2和驅(qū)動(dòng)軸1之間設(shè)置有行星支架盤3、 行星支架5和多個(gè)行星齒輪4，所述行星支架盤3和行星支架5均套設(shè)于所述驅(qū)動(dòng)軸1上， 行星齒輪4支承在所述行星支架盤3和行星支架5上，行星齒輪4經(jīng)所述驅(qū)動(dòng)軸1嚙合傳 動(dòng)，且多個(gè)行星齒輪4均與所述驅(qū)動(dòng)殼體2經(jīng)齒輪嚙合傳動(dòng)，所述行星支架盤3和行星支架 5的一端之間經(jīng)螺栓連接，行星支架5的另一端延伸出所述驅(qū)動(dòng)殼體2并與上部鉆具連接。實(shí)施例2作為本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式，參照說(shuō)明書(shū)附圖1、2、和3，本實(shí)用新型包括 包括驅(qū)動(dòng)軸1，驅(qū)動(dòng)軸1的一端連接有內(nèi)部鉆頭組合件，在驅(qū)動(dòng)軸1的中部套設(shè)有驅(qū)動(dòng)殼體 2，驅(qū)動(dòng)殼體2外固定設(shè)置有外部鉆頭組合件，位于驅(qū)動(dòng)殼體2和驅(qū)動(dòng)軸1之間設(shè)置有行星 支架盤3、行星支架5和多個(gè)行星齒輪4，所述行星支架盤3和行星支架5均套設(shè)于所述驅(qū) 動(dòng)軸1上，行星齒輪4支承在所述行星支架盤3和行星支架5上，行星齒輪4經(jīng)所述驅(qū)動(dòng)軸 1嚙合傳動(dòng)，且多個(gè)行星齒輪4均與所述驅(qū)動(dòng)殼體2經(jīng)齒輪嚙合傳動(dòng)。所述行星支架盤3和 行星支架5上分別設(shè)置有與行星齒輪4個(gè)數(shù)相匹配的圓孔6，行星齒輪4的軸穿入所述行 星支架盤3和行星支架5的圓孔6中，行星齒輪4支承在行星支架盤3和行星支架5之間。 六個(gè)行星齒輪4均勻圍繞在所述驅(qū)動(dòng)軸1中部外圍。所述驅(qū)動(dòng)殼體2的內(nèi)壁形成齒圈，多 個(gè)行星齒輪4與齒圈嚙合配合。所述外部鉆頭組合件包括外鉆頭，外鉆頭上設(shè)置有與內(nèi)鉆 頭相匹配的PDC切削齒。實(shí)施例3本實(shí)用新型另一實(shí)施方式為驅(qū)動(dòng)軸1兩端有螺紋，分別連接上部螺桿鉆具和內(nèi) 鉆頭組合，中部與行星齒輪4嚙合；6個(gè)行星齒輪4與驅(qū)動(dòng)軸1嚙合的同時(shí)與驅(qū)動(dòng)殼體2通 過(guò)齒輪嚙合，并且分別插入行星支架盤3和行星支架5的圓孔6內(nèi)；驅(qū)動(dòng)殼體2與行星齒輪 4嚙合的同時(shí)通過(guò)螺紋和外鉆頭組合連接；行星支架盤3和行星支架5通過(guò)螺栓連接，行星 支架5與上部鉆具連接。在鉆井正常鉆進(jìn)時(shí)，內(nèi)鉆頭組合順時(shí)針旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，與內(nèi)鉆頭組合通過(guò)螺紋連接的 驅(qū)動(dòng)軸1進(jìn)行順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)軸1，行星齒輪4，行星支架盤3，行星支架5以及驅(qū)動(dòng)殼體 2組成一個(gè)行星式結(jié)構(gòu)，行星支架盤3和行星支架5在正常鉆進(jìn)時(shí)固定不動(dòng)，不旋轉(zhuǎn)，通過(guò)齒 輪嚙合的驅(qū)動(dòng)軸1、行星齒輪4以及驅(qū)動(dòng)殼體2同時(shí)旋轉(zhuǎn)，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)軸1帶動(dòng)行星 齒輪4進(jìn)行逆時(shí)針自轉(zhuǎn)，最終帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)殼體2進(jìn)行逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)殼體2的逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) 帶動(dòng)了外鉆頭組合進(jìn)行逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，與內(nèi)鉆頭組合旋轉(zhuǎn)方向相反。
權(quán)利要求一種用于鉆井中平衡鉆井設(shè)備反扭矩的行星式結(jié)構(gòu)，包括驅(qū)動(dòng)軸(1)，驅(qū)動(dòng)軸(1)的一端連接有內(nèi)部鉆頭組合件，其特征在于在驅(qū)動(dòng)軸(1)的中部套設(shè)有驅(qū)動(dòng)殼體(2)，驅(qū)動(dòng)殼體(2)外固定設(shè)置有外部鉆頭組合件，位于驅(qū)動(dòng)殼體(2)和驅(qū)動(dòng)軸(1)之間設(shè)置有行星支架盤(3)、行星支架(5)和多個(gè)行星齒輪(4)，所述行星支架盤(3)和行星支架(5)均套設(shè)于所述驅(qū)動(dòng)軸(1)上，行星齒輪(4)支承在所述行星支架盤(3)和行星支架(5)上，行星齒輪(4)經(jīng)所述驅(qū)動(dòng)軸(1)嚙合傳動(dòng)，且多個(gè)行星齒輪(4)均與所述驅(qū)動(dòng)殼體(2)經(jīng)齒輪嚙合傳動(dòng)，所述行星支架盤(3)和行星支架(5)的一端之間經(jīng)螺栓連接，行星支架(5)的另一端延伸出所述驅(qū)動(dòng)殼體(2)并與上部鉆具連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于鉆井中平衡鉆井設(shè)備反扭矩的行星式結(jié)構(gòu)，其特征 在于所述行星支架盤(3)和行星支架(5)上分別設(shè)置有與行星齒輪(4)個(gè)數(shù)相匹配的圓 孔(6)，行星齒輪(4)的軸穿入所述行星支架盤(3)和行星支架(5)的圓孔(6)中，行星齒 輪(4)支承在行星支架盤(3)和行星支架(5)之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于鉆井中平衡鉆井設(shè)備反扭矩的行星式結(jié)構(gòu)，其 特征在于六個(gè)行星齒輪(4)均勻圍繞在所述驅(qū)動(dòng)軸(1)中部外圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于鉆井中平衡鉆井設(shè)備反扭矩的行星式結(jié)構(gòu)，其 特征在于所述驅(qū)動(dòng)殼體(2)的內(nèi)壁形成齒圈，多個(gè)行星齒輪(4)與齒圈嚙合配合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于鉆井中平衡鉆井設(shè)備反扭矩的行星式結(jié)構(gòu)，其 特征在于所述外部鉆頭組合件包括外鉆頭，外鉆頭上設(shè)置有與內(nèi)鉆頭相匹配的PDC切削 齒。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種用于鉆井中平衡鉆井設(shè)備反扭矩的行星式結(jié)構(gòu)，涉及石油鉆井時(shí)鉆頭鉆進(jìn)相關(guān)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，包括驅(qū)動(dòng)軸，驅(qū)動(dòng)軸的一端連接有內(nèi)部鉆頭組合件，在驅(qū)動(dòng)軸的中部套設(shè)有驅(qū)動(dòng)殼體，驅(qū)動(dòng)殼體外固定設(shè)置有外部鉆頭組合件，位于驅(qū)動(dòng)殼體和驅(qū)動(dòng)軸之間設(shè)置有行星支架盤、行星支架和多個(gè)行星齒輪。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了外部鉆頭和內(nèi)部鉆頭經(jīng)同一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)下的同時(shí)旋轉(zhuǎn)，且外部鉆頭的旋轉(zhuǎn)速度能隨著鉆進(jìn)速度的變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)速度，以實(shí)時(shí)適應(yīng)并消除或平衡不同鉆井速度所產(chǎn)生的反扭矩力，進(jìn)一步增加了鉆頭的穩(wěn)定性和定向控制能力。
文檔編號(hào)E21B7/00GK201679442SQ201020144030
公開(kāi)日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2010年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月29日
發(fā)明者何超, 劉彬, 李偉成, 白璟, 胡超, 鄧元洲, 陳曉彬, 陳立 申請(qǐng)人:中國(guó)石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司