CN110439466B - 一种双级动力扩孔钻具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双级动力扩孔钻具，涉及水平定向钻井技术领域，包括：螺杆马达组件、潜油电机组件、减速机、一级刀盘组件、以及二级刀盘组件，螺杆马达组件包括螺杆马达外壳、螺杆马达、以及传动轴，减速机包括减速机外壳、齿轮组、齿轮轴、第一轴承组、输出花键套、以及第二轴承组。采用了一级刀盘组件和二级刀盘组件，且一级刀盘组件和二级刀盘组件分别由螺杆马达组件和潜油电机组件作为动力源，双动力源使得钻具提升了扩孔的效率，双刀盘组件单次扩孔直径变大，缩短了施工的时间，节约了施工成本。以此解决了现有技术中在水定向钻井过程中，受钻机扭矩限制，单次扩孔的直径较小，要达到预期井眼直径，需要经历很多次的扩孔的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及水平定向钻井技术领域，尤其涉及一种双级动力扩孔钻具。
背景技术
水平定向钻井技术，是一种发展迅速、技术先进、应用广泛的非开挖施工技术。在跨江河、跨建筑物等不适合开挖的施工前提下，水平定向钻井技术就起到了非常重要的作用，为跨江河、跨建筑物铺设管道或铺设电缆提供了便利，降低了施工难度，缩短了施工周期。目前，水定向钻井过程中，受钻机扭矩限制，单次扩孔的直径较小，要达到预期井眼直径，需要经历很多次的扩孔。并且，扩孔直径过大时，还需要更换大功率的钻机。
因此，现有技术中存在在水定向钻井过程中，受钻机扭矩限制，单次扩孔的直径较小，要达到预期井眼直径，需要经历很多次的扩孔的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种双级动力扩孔钻具，用以解决现有技术中在水定向钻井过程中，受钻机扭矩限制，单次扩孔的直径较小，要达到预期井眼直径，需要经历很多次的扩孔的技术问题。
本发明实施例提供了一种双级动力扩孔钻具，包括：螺杆马达组件、潜油电机组件、减速机、一级刀盘组件、以及二级刀盘组件，螺杆马达组件与一级刀盘组件连接，减速机设置在螺杆马达组件的外周并与螺杆马达组件连接，潜油电机组件通过减速机与二级刀盘组件连接；其中，
螺杆马达组件包括螺杆马达外壳、螺杆马达、以及传动轴，传动轴的两端分别与螺杆马达的转子和一级刀盘组件连接，传动轴设置在螺杆马达外壳内并与螺杆马达外壳连接，螺杆马达外壳与减速机连接；
减速机包括减速机外壳、齿轮组、齿轮轴、第一轴承组、输出花键套、以及第二轴承组，齿轮轴的两端分别设置有与齿轮组匹配的外齿结构和与输出花键套匹配的外花键结构，齿轮组与潜油电机组件转动连接，齿轮轴两端分别通过外齿结构与齿轮组连接和通过外花键结构与输出花键套连接，输出花键套的输出端与二级刀盘组件连接，齿轮轴分别通过第一轴承组与减速机外壳连接和通过第二轴承组与螺杆马达外壳连接，螺杆马达外壳与减速机外壳固定连接。
优选地，减速机还包括减速机端盖、端盖密封填料、以及第一填料压盖，减速机端盖与减速机外壳连接，第一填料压盖用于将端盖密封填料挤压在减速机端盖与输出花键套的外壁之间。
优选地，减速机还包括填料内衬套、第二填料压盖、内衬套密封填料、以及压紧螺母。填料内衬套、第二填料压盖、以及内衬套密封填料均设置在螺杆马达外壳与齿轮轴之间，压紧螺母用于将内衬套密封填料挤压在填料内衬套和第二填料压盖之间。
优选地，第一轴承组为一个或多个圆锥滚子轴承，齿轮轴通过圆锥滚子轴承与减速机外壳连接。
优选地，圆锥滚子轴承为两个，对称的设置在减速机外壳与齿轮轴之间。
优选地，第二轴承组为一个或多个滚针轴承，齿轮轴通过滚针轴承与螺杆马达外壳连接。
优选地，一级刀盘组件包括一级刀盘、一个或多个第一牙轮支架、以及与第一牙轮支架对应个数的第一牙轮，输出花键套的输出端与一级刀盘连接，第一牙轮通过第一牙轮支架与一级刀盘连接。
优选地，二级刀盘组件包括二级刀盘、一个或多个第二牙轮支架、以及与第二牙轮支架对应个数的第二牙轮，输出花键套的输出端与二级刀盘连接，第二牙轮通过第二牙轮支架与二级刀盘连接。
优选地，还包括扶正器组件，扶正器组件与减速机和/或潜油电机组件连接。
优选地，潜油电机组件包括安装架和一个或多个潜油电机，潜油电机的外壳通过安装架与螺杆马达外壳和/或减速机外壳连接；齿轮组包括与潜油电机对应个数的齿轮，潜油电机的转子与齿轮连接，齿轮通过外齿结构与齿轮连接。
综上所述，本发明提供了一种双级动力扩孔钻具，涉及水平定向钻井技术领域，包括：螺杆马达组件、潜油电机组件、减速机、一级刀盘组件、以及二级刀盘组件，螺杆马达组件与一级刀盘组件连接，减速机设置在螺杆马达组件的外周并与螺杆马达组件连接，潜油电机组件通过减速机与二级刀盘组件连接；其中，螺杆马达组件包括螺杆马达外壳、螺杆马达、以及传动轴，传动轴的两端分别与螺杆马达的转子和一级刀盘组件连接，传动轴设置在螺杆马达外壳内并与螺杆马达外壳连接，螺杆马达外壳与减速机连接；减速机包括减速机外壳、齿轮组、齿轮轴、第一轴承组、输出花键套、以及第二轴承组，齿轮轴的两端分别设置有与齿轮组匹配的外齿结构和与输出花键套匹配的外花键结构，齿轮组与潜油电机组件转动连接，齿轮轴两端分别通过外齿结构与齿轮组连接和通过外花键结构与输出花键套连接，输出花键套的输出端与二级刀盘组件连接，齿轮轴分别通过第一轴承组与减速机外壳连接和通过第二轴承组与螺杆马达外壳连接，螺杆马达外壳与减速机外壳固定连接。本实施例中，采用了一级刀盘组件和二级刀盘组件，且一级刀盘组件和二级刀盘组件分别由螺杆马达组件和潜油电机组件提供动力源，双动力源使得钻具提升了扩孔的效率，双刀盘组件单次扩孔直径变大，缩短了施工的时间，节约了施工成本。实施时，可使一级刀盘组件和二级刀盘组件的转动相反，旋转方向相反使得钻进过程中两刀盘组件的反扭矩得以抵消一部分，对整个钻具的反扭矩平衡发挥了很好的作用。以此解决了现有技术中在水定向钻井过程中，受钻机扭矩限制，单次扩孔的直径较小，要达到预期井眼直径，需要经历很多次的扩孔的技术问题。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例所述提供的双级动力扩孔钻具的立体图；
图2为本发明实施例所述提供的双级动力扩孔钻具的切面图；
图3为本发明实施例所述提供的双级动力扩孔钻具的局部放大图。
图标：20-双级动力扩孔钻具；21-螺杆马达组件；2-潜油电机组件；22-减速机；17-一级刀盘组件；16-二级刀盘组件；211-螺杆马达外壳；212-螺杆马达；213-传动轴；4-减速机外壳；5-齿轮组；6-齿轮轴；7-第一轴承组；11-输出花键套；12-第二轴承组；8-减速机端盖；9-端盖密封填料；10-第一填料压盖；13-填料内衬套；14-第二填料压盖；30-内衬套密封填料；15-压紧螺母；41-一级刀盘；18-第一牙轮支架；19-第一牙轮；42-二级刀盘；28-第二牙轮支架；29-第二牙轮；1-扶正器组件；3-安装架。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
请参阅图1至图3为本发明实施例所提供的一种双级动力扩孔钻具20，包括：螺杆马达组件21、潜油电机组件2、减速机22、一级刀盘组件17、以及二级刀盘组件16，螺杆马达组件21与一级刀盘组件17连接，减速机22设置在螺杆马达组件21的外周并与螺杆马达组件21连接，潜油电机组件2通过减速机22与二级刀盘组件16连接；其中，
螺杆马达组件21包括螺杆马达外壳211、螺杆马达212、以及传动轴213，传动轴213的两端分别与螺杆马达212的转子和一级刀盘组件17连接，传动轴213设置在螺杆马达外壳211内并与螺杆马达外壳211连接，螺杆马达外壳211与减速机22连接；
减速机22包括减速机外壳4、齿轮组5、齿轮轴6、第一轴承组7、输出花键套11、以及第二轴承组12，齿轮轴6的两端分别设置有与齿轮组5匹配的外齿结构和与输出花键套11匹配的外花键结构，齿轮组5与潜油电机组件2转动连接，齿轮轴6两端分别通过外齿结构与齿轮组5连接和通过外花键结构与输出花键套11连接，输出花键套11的输出端与二级刀盘组件16连接，齿轮轴6分别通过第一轴承组7与减速机外壳4连接和通过第二轴承组12与螺杆马达外壳211连接，螺杆马达外壳211与减速机外壳4固定连接。
具体实施时，螺杆马达212为第一动力源，螺杆马达212提供转速和扭矩，传动轴213的两端分别与螺杆马达212的转子和一级刀盘组件17连接，通过设置在螺杆马达外壳211内的传动轴213将转速和扭矩传给一级刀盘组件17。具体使用时，螺杆马达212动力来自高压钻井液，由高压钻井液流经螺杆马达212的定子与转子的空隙，从而产生扭矩合转速。潜油电机组件2为第二动力源，通过减速机22将转速和扭矩传递给二级刀盘组件16。潜油电机组件2输出扭矩由齿轮组5传递给齿轮轴6，齿轮轴6将动力传递给二级刀盘组件16。可以清楚的是，一级刀盘组件17和二级刀盘组件16分别负责两个不同直径的环形区域内的扩孔切削工作，一级刀盘组件17和二级刀盘组件16分别选用了不同的动力源。通过一级刀盘组件17和二级刀盘组件16能快速旋转切割岩石，保证了钻机功率恒定的情况下，能够一次性扩出更大直径的孔，减少了扩孔周期，降低了施工成本。
本实施例中，采用了一级刀盘组件17和二级刀盘组件16，并且一级刀盘组件17和二级刀盘组件16分别由螺杆马达组件21和潜油电机组件2提供动力源，使得单次扩孔直径变大，双动力源使得钻具提升了扩孔的效率；实施时，可使一级刀盘组件17和二级刀盘组件16的转动相反，旋转方向相反使得钻进过程中两刀盘的反扭矩得以抵消一部分，对整个钻具的反扭矩平衡发挥了很好的作用；同时，缩短了施工的时间，节约了施工成本，适用范围得以更大。以此解决了现有技术中在水定向钻井过程中，受钻机扭矩限制，单次扩孔的直径较小，要达到预期井眼直径，需要经历很多次的扩孔的技术问题。
优选地，减速机22还包括减速机端盖8、端盖密封填料9、以及第一填料压盖10，减速机端盖8与减速机外壳4连接，第一填料压盖10用于将端盖密封填料9挤压在减速机端盖8与输出花键套11的外壁之间。
具体实施时，填料主要用于减速机端盖8与输出花键套11处的动密封。所述第一填料压盖10用于将减速机端盖8与输出花键套11处填料的压紧。二级刀盘组件16与输出花键套11之间可以通过螺栓连接进行传动，减速机外壳4通过减速机端盖8与螺杆马达外壳211固定连接。
优选地，减速机22还包括填料内衬套13、第二填料压盖14、内衬套密封填料30、以及压紧螺母15。填料内衬套13、第二填料压盖14、以及内衬套密封填料30均设置在螺杆马达外壳211与齿轮轴6之间，压紧螺母15用于将内衬套密封填料30挤压在填料内衬套13和第二填料压盖14之间。
具体实施时，填料主要用于齿轮轴6与螺杆马达外壳211处的动密封，所述压紧螺母15用于齿轮轴6与螺杆马达外壳211处填料的压紧。
优选地，第一轴承组7为一个或多个圆锥滚子轴承，齿轮轴6通过圆锥滚子轴承与减速机外壳4连接。
具体实施时，圆锥滚子轴承主要用于齿轮轴6的定心和轴向力的承担。
优选地，圆锥滚子轴承为两个，对称的设置在减速机外壳4与齿轮轴6之间。
具体实施时，通过两个对称安装的圆锥滚子轴承对齿轮轴6进行定位，使得齿轮轴6更加稳固。
优选地，第二轴承组12为一个或多个滚针轴承，齿轮轴6通过滚针轴承与螺杆马达外壳211连接。
具体实施时，设置第二轴承主要是为了承受齿轮轴6与减速机外壳4之间的挤压，同时减少齿轮轴6转动时的阻力。
优选地，一级刀盘组件17包括一级刀盘41、一个或多个第一牙轮支架18、以及与第一牙轮支架18对应个数的第一牙轮19，输出花键套11的输出端与一级刀盘41连接，第一牙轮19通过第一牙轮支架18与一级刀盘41连接。
具体实施时，一级刀盘41可以相对于二级刀盘42的直径更小，一级刀盘41采用圆盘状；在一级刀盘41远离减速机22方向所对的端面上设置有一个或多个第一牙轮支架18，每一个一级牙轮支架连接有第一牙轮19，通过第一牙轮19对岩石进行切割。
优选地，二级刀盘组件16包括二级刀盘42、一个或多个第二牙轮支架28、以及与第二牙轮支架28对应个数的第二牙轮29，输出花键套11的输出端与二级刀盘42连接，第二牙轮29通过第二牙轮支架28与二级刀盘42连接。
具体实施时，二级刀盘42可以相对于一级刀盘41的直径更大，二级刀盘42也可以采用圆盘状；在二级刀盘42远离减速机22方向所对的端面上设置有一个或多个第二牙轮支架28，每一个二级牙轮支架连接有第二牙轮29，通过第一牙轮19对岩石进行切割。可以清楚的是，第一牙轮支架18与第二牙轮支架28可以采用相同结构和材质，第一牙轮19与第二牙轮29也可以才用相同的结构和材质。
优选地，还包括扶正器组件1，扶正器组件1与减速机22和/或潜油电机组件2连接。
具体实施时，扶正器组件1保证双级动力扩孔钻具20始终在井眼中间进行切削，并保证双级动力扩孔钻具20按预设轨迹钻进。其中，扶正器组件1可以包括两个或多个扶正器，扶正器分别设置在双级动力扩孔钻具20的减速机外壳4外周和/或潜油电机组件2外周；例如，扶正器组件1为两个时，设置在双级动力扩孔钻具20前后的两个扶正器保证了双级动力扩孔钻具20始终处在井眼的正中间进行旋转切削，避免了减速机外壳4以及潜油电机组件2和井壁发生不必要的摩擦。
优选地，潜油电机组件2包括安装架3和一个或多个潜油电机，潜油电机的外壳通过安装架3与螺杆马达外壳211和/或减速机外壳4连接；齿轮组5包括与潜油电机对应个数的齿轮，潜油电机的转子与齿轮连接，齿轮通过外齿结构与齿轮连接。
具体实施时，螺杆马达外壳211和潜油电机组件2通过电机法兰固联。潜油电机可以为四个，与潜油电机连接的齿轮相对于齿轮轴6做自转运动，齿轮与齿轮轴6的外齿结构齿配合将扭矩传递给齿轮轴6，齿轮轴6将动力传输给二级刀盘42。
综上所述，本发明提供了一种双级动力扩孔钻具，涉及水平定向钻井技术领域，包括：螺杆马达组件、潜油电机组件、减速机、一级刀盘组件、以及二级刀盘组件，螺杆马达组件与一级刀盘组件连接，减速机设置在螺杆马达组件的外周并与螺杆马达组件连接，潜油电机组件通过减速机与二级刀盘组件连接；其中，螺杆马达组件包括螺杆马达外壳、螺杆马达、以及传动轴，传动轴的两端分别与螺杆马达的转子和一级刀盘组件连接，传动轴设置在螺杆马达外壳内并与螺杆马达外壳连接，螺杆马达外壳与减速机连接；减速机包括减速机外壳、齿轮组、齿轮轴、第一轴承组、输出花键套、以及第二轴承组，齿轮轴的两端分别设置有与齿轮组匹配的外齿结构和与输出花键套匹配的外花键结构，齿轮组与潜油电机组件转动连接，齿轮轴两端分别通过外齿结构与齿轮组连接和通过外花键结构与输出花键套连接，输出花键套的输出端与二级刀盘组件连接，齿轮轴分别通过第一轴承组与减速机外壳连接和通过第二轴承组与螺杆马达外壳连接，螺杆马达外壳与减速机外壳固定连接。本实施例中，采用了一级刀盘组件和二级刀盘组件，并且一级刀盘组件和二级刀盘组件分别由螺杆马达组件和潜油电机组件提供动力源，使得单次扩孔直径变大，双动力源使得钻具提升了扩孔的效率；实施时，可使一级刀盘组件和二级刀盘组件的转动相反，旋转方向相反使得钻进过程中两刀盘的反扭矩得以抵消一部分，对整个钻具的反扭矩平衡发挥了很好的作用；同时，缩短了施工的时间，节约了施工成本，适用范围得以更大。以此解决了现有技术中在水定向钻井过程中，受钻机扭矩限制，单次扩孔的直径较小，要达到预期井眼直径，需要经历很多次的扩孔的技术问题。
总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种双级动力扩孔钻具，其特征在于，包括：螺杆马达组件、潜油电机组件、减速机、一级刀盘组件、以及二级刀盘组件，所述螺杆马达组件与所述一级刀盘组件连接，所述减速机设置在所述螺杆马达组件的外周并与所述螺杆马达组件连接，所述潜油电机组件通过所述减速机与所述二级刀盘组件连接；其中，
所述螺杆马达组件包括螺杆马达外壳、螺杆马达、以及传动轴，所述传动轴的两端分别与所述螺杆马达的转子和所述一级刀盘组件连接，所述传动轴设置在所述螺杆马达外壳内并与所述螺杆马达外壳连接，所述螺杆马达外壳与所述减速机连接；
所述减速机包括减速机外壳、齿轮组、齿轮轴、第一轴承组、输出花键套、以及第二轴承组，所述齿轮轴的两端分别设置有与所述齿轮组匹配的外齿结构和与所述输出花键套匹配的外花键结构，所述齿轮组与所述潜油电机组件转动连接，所述齿轮轴两端分别通过所述外齿结构与所述齿轮组连接和通过所述外花键结构与所述输出花键套连接，所述输出花键套的输出端与所述二级刀盘组件连接，所述齿轮轴分别通过所述第一轴承组与所述减速机外壳连接和通过所述第二轴承组与所述螺杆马达外壳连接，所述螺杆马达外壳与所述减速机外壳固定连接。
2.根据权利要求1所述的双级动力扩孔钻具，其特征在于，所述减速机还包括减速机端盖、端盖密封填料、以及第一填料压盖，所述减速机端盖与所述减速机外壳连接，所述第一填料压盖用于将所述端盖密封填料挤压在所述减速机端盖与所述输出花键套的外壁之间。
3.根据权利要求1所述的双级动力扩孔钻具，其特征在于，所述减速机还包括填料内衬套、第二填料压盖、内衬套密封填料、以及压紧螺母；所述填料内衬套、所述第二填料压盖、以及所述内衬套密封填料均设置在所述螺杆马达外壳与齿轮轴之间，所述压紧螺母用于将内衬套密封填料挤压在所述填料内衬套和所述第二填料压盖之间。
4.根据权利要求1至3任一项所述的双级动力扩孔钻具，其特征在于，所述第一轴承组为一个或多个圆锥滚子轴承，所述齿轮轴通过所述圆锥滚子轴承与所述减速机外壳连接。
5.根据权利要求4所述的双级动力扩孔钻具，其特征在于，所述圆锥滚子轴承为两个，对称的设置在所述减速机外壳与所述齿轮轴之间。
6.根据权利要求4所述的双级动力扩孔钻具，其特征在于，所述第二轴承组为一个或多个滚针轴承，所述齿轮轴通过所述滚针轴承与所述螺杆马达外壳连接。
7.根据权利要求4所述的双级动力扩孔钻具，其特征在于，所述一级刀盘组件包括一级刀盘、一个或多个第一牙轮支架、以及与所述第一牙轮支架对应个数的第一牙轮，所述输出花键套的输出端与所述一级刀盘连接，所述第一牙轮通过所述第一牙轮支架与所述一级刀盘连接。
8.根据权利要求4所述的双级动力扩孔钻具，其特征在于，所述二级刀盘组件包括二级刀盘、一个或多个第二牙轮支架、以及与所述第二牙轮支架对应个数的第二牙轮，所述输出花键套的输出端与所述二级刀盘连接，所述第二牙轮通过所述第二牙轮支架与所述二级刀盘连接。
9.根据权利要求4所述的双级动力扩孔钻具，其特征在于，还包括扶正器组件，所述扶正器组件与所述减速机和/或所述潜油电机组件连接。
10.根据权利要求4所述的双级动力扩孔钻具，其特征在于，潜油电机组件包括安装架和一个或多个潜油电机，所述潜油电机的外壳通过所述安装架与所述螺杆马达外壳和/或所述减速机外壳连接；所述齿轮组包括与所述潜油电机对应个数的齿轮，所述潜油电机的转子与所述齿轮连接，所述齿轮通过所述外齿结构与所述齿轮连接。
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