[发明专利]用于钻井中平衡钻井设备反扭矩的行星式钻头总成

说明书

技术领域

本发明涉及石油钻井时钻头钻进相关设备技术领域，确切地说涉及一种能有效消除钻井产生的反扭矩，增加钻头稳定性和定向控制能力的连接结构。

背景技术

石油钻井过程中钻进钻头不可避免会被地层施加反扭矩，钻井过程不可能完全平稳，而且越高的平均钻井扭矩会带来越大的井下反扭矩。反扭矩在钻井实际中，一方面，会对普通钻进的稳定性带来不良影响；另一方面，定向钻井中需要定向工程师根据区域施工经验在摆工具面时预留出反扭角，而预留出的反扭角往往与实际情况有所出入，并且反扭矩还会造成工具面频繁偏离井眼设计轨道，给定向钻井的方向性造成不良影响。

公开号为CN101525979A，公开日为2009年9月9日的中国专利文献公开了一种用于消除钻头净扭矩和控制钻头游动的设备。钻井设备控制或消除来自钻头的反作用扭矩，从而防止由于钻井设备的不期望旋转，穿透的损失；或通过期望地控制反作用扭矩，控制钻井方向，从而导致期望的钻头游动。该钻井设备具有同心地分开的钻头，其中：内部钻头沿与外部钻头相反的方向同时旋转。该内部钻头能够从外部钻头轴向向前运动或向后冲着外部钻头运动。由内部和外部钻头产生的力被控制以消除或调节反作用扭矩。

上述技术方案虽然提出了一种用于消除钻头反作用扭矩的具体方案：即使内部钻头沿与外部钻头相反的方形旋转的方式，但为了实现这一目的，该专利文献中给出的具体技术方案过于复杂，并且虽然其实现了外部钻头与内部钻头的旋转方向相反，但外部钻头和内部钻头均同时与动力单元连接并经动力单元驱动同时完成外部钻头和内部钻头朝相反的方向旋转，这样在旋转过程中，对于外部钻头究竟应该施加多大的旋转速度从而克服钻头在钻进过程中所产生的反扭矩力需要进行计算和确定，操作复杂，并且钻进过程中一旦所钻地层的地质或操作时所造成的钻进速度发生变化，所产生的反扭矩力就会相应发生变化，那么就需要重新计算并确定外部钻头的旋转转速，以适应变化后的钻进速度，否则无法达到彻底消除或调节反作用扭矩的效果，这样的方式操作复杂，工作效率低下。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种适用于井下石油钻井时，能平衡钻井时钻头钻井所产生反扭矩力，增加钻头稳定性和定向控制能力的行星式钻头总成，本发明实现了外部钻头和内部钻头经同一驱动机构驱动下的同时旋转，且外部钻头的旋转速度能随着钻进速度的变化而自动调节旋转速度，以实时适应并消除或平衡不同钻井速度所产生的反扭矩力，进一步增加了钻头的稳定性和定向控制能力。

本发明是通过采用下述技术方案实现的：

一种用于钻井中平衡钻井设备反扭矩的行星式钻头总成，其特征在于：包括行星式结构，行星式结构包括驱动轴，驱动轴的一端连接有内部钻头组合件，驱动轴的另一端与螺杆驱动头连接，在驱动轴的中部套设有驱动壳体，驱动壳体外固定设置有外部钻头组合件，位于驱动壳体和驱动轴之间设置有行星支架盘、行星支架和多个行星齿轮，所述行星支架盘和行星支架均套设于所述驱动轴上，行星齿轮支承在所述行星支架盘和行星支架上，行星齿轮经所述驱动轴啮合传动，且多个行星齿轮均与所述驱动壳体经齿轮啮合传动；所述驱动轴两一端与螺杆驱动头连接，在驱动轴的周向设置有孔，一号活塞和二号活塞装入所述驱动轴周向设置的孔内，在一号活塞和二号活塞上分别设置有一号O型圈和二号O型圈，一号活塞、二号活塞、一号O型圈和二号O型圈与驱动轴径向通孔构成压力补偿装置。

驱动壳体的外部经密封接头连接外钻头，外钻头和密封接头通过螺纹连接成一体并放在轴承上，轴承安装在轴承座上，轴承座和行星支架盘通过螺纹连接。

所述行星支架盘和行星支架上分别设置有与行星齿轮个数相匹配的圆孔，行星齿轮的轴穿入所述行星支架盘和行星支架的圆孔中，行星齿轮支承在行星支架盘和行星支架之间。

六个行星齿轮均匀围绕在所述驱动轴中部外围。

所述驱动壳体的内壁形成齿圈，多个行星齿轮与齿圈啮合配合。

所述内部钻头组合件包括内钻头和钻头接头，内钻头和钻头接头通过螺纹连接，钻头接头和驱动轴通过螺纹连接。

所述外部钻头组合件包括外钻头，外钻头上设置有与内钻头相匹配的PDC切削齿。

本发明的有益效果表现在：