一种扭矩自平衡钻具系统用双钻头空心推拉系统论文和设计-陈杭凯

全文摘要

一种扭矩自平衡钻具系统用双钻头空心推拉系统，属于钻井、钻探领域，其包括空心内轴、上连接螺栓、扭矩电机、推拉中心轴及下传压组件，所述空心内轴、推拉中心轴及扭矩电机由内到外套设且同轴，推拉中心轴上的滑键与扭矩电机转子上的滑槽配合连接，推拉中心轴通过内螺纹与空心内轴连接；所述下传压组件与推拉中心轴的下端相连，本实用新型利用螺纹连接即可以传递扭矩又可以传递轴向力的特性，实现电动推杆的空心化，使之可以实现用于存放缆线，输送液体。

主设计要求

1.一种扭矩自平衡钻具系统用双钻头空心推拉系统，其特征在于，所述双钻头空心推拉系统包括：空心内轴(1)、上连接螺栓(2)、扭矩电机、推拉中心轴(5)及下传压组件，所述空心内轴(1)、推拉中心轴(5)及扭矩电机由内到外套设且同轴；所述扭矩电机包括扭矩电机转子(6)、扭矩电机定子(7)、上连接封盖(3)、下连接封盖(8)及扭矩电机轴承(4)，其中扭矩电机转子(6)内部设置有沿其轴向布置的滑槽(601)，扭矩电机转子(6)的上端通过扭矩电机轴承(4)与上连接封盖(3)接触，扭矩电机转子(6)的下端通过扭矩电机轴承(4)与下连接封盖(8)接触；所述推拉中心轴(5)位于扭矩电机转子(6)与空心内轴(1)之间，推拉中心轴(5)的内部设置有内螺纹(502)，推拉中心轴(5)的外部设置有滑键(501)，推拉中心轴(5)上的滑键(501)与扭矩电机转子(6)上的滑槽(601)配合连接，推拉中心轴(5)通过内螺纹(502)与空心内轴(1)连接；所述空心内轴(1)的上端设置有用于连接上部钻具的第一外螺纹(101)，并在第一外螺纹(101)的下方设置有第一螺纹孔(102)，第一螺纹孔(102)与上连接封盖(3)上的第二螺纹孔(301)通过连接螺栓(2)相连，空心内轴(1)的中部设有第二外螺纹(103)，空心内轴(1)通过设置在其上的第二外螺纹(103)与位于推拉中心轴(5)内部的内螺纹(502)螺纹配合；所述下传压组件与推拉中心轴(5)的下端相连，下传压组件包括下传压轴承(9)、第一下传压轴承防脱件(10)、下传力接头(11)及第二下传压轴承防脱件(12)，其中下传力接头(11)、第一下传压轴承防脱件(10)、第二下传压轴承防脱件(12)及推拉中心轴(5)由外到内顺次密封连接；所述下传压轴承(9)的内圈与推拉中心轴(5)过盈配合连接，下传压轴承(9)的外圈与下传力接头(11)过盈配合连接，下传力接头(11)下部设置有用以与下部自平衡钻具相连的外螺纹。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种扭矩自平衡钻具系统用双钻头空心推拉系统，其特征在于，所述空心内轴(1)下部设置有用于安放O型橡胶密封圈的卡槽(104)。

3.根据权利要求2所述的一种扭矩自平衡钻具系统用双钻头空心推拉系统，其特征在于，所述卡槽(104)的数量为三个。

4.根据权利要求1所述的一种扭矩自平衡钻具系统用双钻头空心推拉系统，其特征在于，所述滑槽(601)的数量为两道。

5.根据权利要求1或4所述的一种扭矩自平衡钻具系统用双钻头空心推拉系统，其特征在于，所述滑键(501)的数量与滑槽(601)的数量相同，且一一对应。

6.根据权利要求1所述的一种扭矩自平衡钻具系统用双钻头空心推拉系统，其特征在于，所述第一螺纹孔(102)的数量为四个，且四个第一螺纹孔(102)沿空心内轴(1)的圆周方向均匀布置。

7.根据权利要求1所述的一种扭矩自平衡钻具系统用双钻头空心推拉系统，其特征在于，所述第一螺纹孔(102)的数量与第二螺纹孔(301)的数量相同，且一一对应。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于钻井、钻探领域，涉及一种推拉装置，特别是涉及一种扭矩自平衡钻具系统用双钻头空心推拉系统。

背景技术

在钻井钻探过程中，钻杆柱在扭矩的作用下变形成螺旋状，在回转中与井壁碰撞摩擦，磨损和交变载荷作用极易使钻杆柱提前损坏，导致断钻具等井内事故的发生，给整个工程带来巨大损失。随着钻进深度的增加，钻杆柱的长度加长，钻杆在传递钻压和扭矩的过程中克服井内各种摩擦阻力所损耗的能量比例增大，因此需要上部钻机提供更大的扭矩，当井深达到一定深度后，必须在近钻头部位增加井下动力工具为钻头高速回转提供扭矩，上部钻柱通过地面转盘顶驱缓慢回转为钻头提供反扭矩。显而易见，钻具在井内回转碎岩产生的反扭矩危害到整个钻柱和地面设备，钻井工艺也要首先满足反扭矩这一环境条件才能顺利实施。独立一个钻头在碎岩同时需要围岩给与钻头接触的岩石提供相应的反扭力矩，对井壁围岩要求高。若钻头遇破碎地层时，围岩固有的结合力无法给与钻头接触的岩石提供足够的反扭力矩而成块状结构脱离井壁，加之循环泥浆随钻柱回转产生局部紊流搅动井壁，此时会导致井眼扩大的后果当钻头遇坚硬的大颗粒砂砾岩时，由于砾石的滑动很容易进入钻头水口处并与其它砾石桥接产生极大的力矩，极易导致钻头切削齿的崩落。针对目前井内事故多及成本高的技术难点和不足，有必要提出一种井下扭矩自平衡有缆钻具系统，从根本上解决钻柱回转钻进产生的反扭矩危害，改变钻头单向碎岩对围岩的扰动强度，简化地面钻探装备和配套的工具及工艺方法，实现井内事故少，钻井成本低、能耗小和钻进效率高等目的，钻头作为钻井作业中破岩的工具对钻井机械钻速的提高起着决定性的作用，其寿命和性能直接影响着钻井工程的质量、速度和综合成本。而针对井下双钻头扭矩自平衡的前提条件，即在于内外钻头钻压的实时调节。这一功能可通过电动推杆实现，而市面上现有的电动推杆基本上都为实心，且推出力大回拉力小，不能很好满足扭矩自平衡钻具系统要求，因此，一套能用于存放缆线或流通钻井液的空心电动推拉系统就显得十分的有必要。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种扭矩自平衡钻具系统用双钻头空心推拉系统，实现电动推、拉装置的空心化，使之可以用于存放缆线，输送液体。

为达到上述目的，本实用新型提出了一种扭矩自平衡钻具系统用双钻头空心推拉系统，其特征在于，所述双钻头空心推拉系统包括：空心内轴、上连接螺栓、扭矩电机、推拉中心轴及下传压组件，所述空心内轴、推拉中心轴及扭矩电机由内到外套设且同轴；所述扭矩电机包括扭矩电机转子、扭矩电机定子、上连接封盖、下连接封盖及扭矩电机轴承，其中扭矩电机转子内部设置有沿其轴向布置的滑槽，扭矩电机转子的上端通过扭矩电机轴承与上连接封盖接触，扭矩电机转子的下端通过扭矩电机轴承与下连接封盖接触；所述推拉中心轴位于扭矩电机转子与空心内轴之间，推拉中心轴的内部设置有内螺纹，推拉中心轴的外部设置有滑键，推拉中心轴上的滑键与扭矩电机转子上的滑槽配合连接，推拉中心轴通过内螺纹与空心内轴连接；所述空心内轴的上端设置有用于连接上部钻具的第一外螺纹，并在第一外螺纹的下方设置有第一螺纹孔，第一螺纹孔与上连接封盖上的第二螺纹孔通过连接螺栓相连，空心内轴的中部设有第二外螺纹，空心内轴通过设置在其上的第二外螺纹与位于推拉中心轴内部的内螺纹螺纹配合；所述下传压组件与推拉中心轴的下端相连，下传压组件包括下传压轴承、第一下传压轴承防脱件、下传力接头及第二下传压轴承防脱件，其中下传力接头、第一下传压轴承防脱件、第二下传压轴承防脱件及推拉中心轴由外到内顺次密封连接；所述下传压轴承的内圈与推拉中心轴过盈配合连接，下传压轴承的外圈与下传力接头过盈配合连接，下传力接头下部设置有用以与下部自平衡钻具相连的外螺纹。

所述空心内轴下部设置有用于安放O型橡胶密封圈的卡槽。

所述卡槽的数量为三个。

所述滑槽的数量为两道。

所述滑键的数量与滑槽的数量相同，且一一对应。

所述第一螺纹孔的数量为四个，且四个第一螺纹孔沿空心内轴的圆周方向均匀布置。

所述第一螺纹孔的数量与第二螺纹孔的数量相同，且一一对应。

通过上述设计方案，本实用新型可以带来如下有益效果：本实用新型利用螺纹连接即可以传递扭矩又可以传递轴向力的特性，实现电动推杆的空心化，使之可以实现用于存放缆线，输送液体。

附图说明

图1是本实用新型实施例中一种扭矩自平衡钻具系统用双钻头空心推拉系统外观结构示意图。

图2是图1的A-A向剖面示意图。

图3是图1的B-B向剖面示意图。

图4是本实用新型实施例中空心内轴的剖面示意图。

图5是本实用新型实施例中推拉中心轴的剖面示意图。

图6是本实用新型实施例中扭矩电机的剖面示意图。

图7是本实用新型实施例中推拉中心轴分别与空心内轴和扭矩电机转子配合方式的示意图。

图8是本实用新型实施例中推拉中心轴分别与空心内轴和扭矩电机配合方式的示意图。

附图中各部件的标记如下：1-空心内轴；2-上连接螺栓；3-上连接封盖；4-扭矩电机轴承；5-推拉中心轴；6-扭矩电机转子；7-扭矩电机定子；8-下连接封盖；9-下传压轴承；10-第一下传压轴承防脱件；11-下传力接头；12-第二下传压轴承防脱件；101-第一外螺纹；102-第一螺纹孔；103-第二外螺纹；104-卡槽；301-第二螺纹孔；501-滑键；502-内螺纹；503-外螺纹；601-滑槽；801-下部外螺纹。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，限定有“第一”及“第二”的特征并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。

请参阅图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7及图8，本实用新型提出的一种扭矩自平衡钻具系统用双钻头空心推拉系统，包括：空心内轴1、上连接螺栓2、上连接封盖3、扭矩电机、推拉中心轴5及下传压组件，所述空心内轴1、推拉中心轴5及扭矩电机由内到外套设且同轴；所述扭矩电机包括扭矩电机转子6、扭矩电机定子7、上连接封盖3、下连接封盖8及扭矩电机轴承4，其中扭矩电机转子6内部设置有两道滑槽601，每道滑槽601沿扭矩电机转子6轴向布置，扭矩电机转子6的上端通过扭矩电机轴承4与上连接封盖3接触，扭矩电机转子6的下端通过扭矩电机轴承4与下连接封盖8接触，用于固定扭矩电机转子6位置并保证扭矩电机转子6能够自由旋转，下连接封盖8的下部具有下部外螺纹801，用于连接下部钻具；所述推拉中心轴5位于扭矩电机转子6与空心内轴1之间，推拉中心轴5的内部设置有一段内螺纹502，推拉中心轴5的外部设置有两段滑键501，推拉中心轴5的下部设置有外螺纹503，推拉中心轴5上的滑键501与扭矩电机转子6上的滑槽601配合连接，同时推拉中心轴5通过内螺纹502与空心内轴1连接；所述空心内轴1的的上端设置有一段第一外螺纹101，用于连接上部钻具，并在第一外螺纹101下方沿空心内轴1的圆周方向均布有四个第一螺纹孔102，四个第一螺纹孔102与上连接封盖3上所对应的四个第二螺纹孔301通过四个上连接螺栓2相连，空心内轴1的中部设有一段第二外螺纹103，空心内轴1通过第二外螺纹103与推拉中心轴5内部的内螺纹502螺纹配合；

所述下传压组件与推拉中心轴5的下端通过外螺纹503连接，下传压组件包括下传压轴承9、第一下传压轴承防脱件10、下传力接头11及第二下传压轴承防脱件12，其中下传力接头11、第一下传压轴承防脱件10、第二下传压轴承防脱件12及推拉中心轴5由外到内顺次密封连接，所述下传压轴承9的内圈与推拉中心轴5过盈配合连接，下传压轴承9的外圈与下传力接头11过盈配合连接，下传力接头11下部设置有外螺纹，用以与下部自平衡钻具相连；当工作中推拉中心轴5在轴向上位移时，虽然伴随有旋转，但由于下传压轴承9的作用，可使第一下传压轴承防脱件10与下传力接头11不发生转动，保证下传压组件在所属空心推拉系统工作时只向下部钻具传递轴向上的力与位移；

本实用新型提出的一种扭矩自平衡钻具系统用双钻头空心推拉系统，工作时，扭矩电机转子6正转时，此时扭矩电机转子6将其所产生的扭矩通过滑键501传递给与其配合的推拉中心轴5，带动其一起旋转，由于推拉中心轴5与被固定了的空心内轴1通过螺纹连接，且推拉中心轴5可以通过滑槽601与轴向上被约束的扭矩电机转子6产生相对运动，因此推拉中心轴5会沿着空心内轴1上的预设的第二外螺纹103螺旋下降，使空心内轴1受到一个扭矩及轴向上的力，同理，若要使推拉中心轴5向上提引时，只需改变通过扭矩电机的电流方向以使扭矩电机转子6反转即可。

本实用新型提出的一种扭矩自平衡钻具系统用双钻头空心推拉系统中所述空心内轴1下部还设置有三个用于安放O型橡胶密封圈的卡槽104，当空心内轴1内部有钻井液流动时，应选择防水轴承作为下传压轴承9，且在三个预先设置好的卡槽104内分别放置合适的耐磨O型橡胶密封圈，防止如有液体通过空心内轴1中心通道时有泄漏。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

设计图

一种扭矩自平衡钻具系统用双钻头空心推拉系统论文和设计

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