[发明专利]一种钻头增速器以及钻井装置

说明书

一种钻头增速器，该钻头增速器用于在钻井作业中提高钻头的转速，包括：上接头，该上接头连接钻井作业中的钻具；下接头，该下接头连接钻头；3块翼板，3块翼板被等分设置在钻头增速器的齿轮套外缘面上，并且与嵌装在齿轮套上的活塞紧贴安装，当钻头增速作业时，钻头增速器内的钻井泥浆液柱将所述齿轮套上的活塞顶起，翼板被撑开并与井壁贴合。钻头增速器还包括太阳轴和行星齿轮，上接头是具有3根沿钻具轴向的支轴的行星轮支架，支轴上套装有行星齿轮，行星齿轮同时与太阳轴齿轮和齿轮套内齿啮合，太阳轴作为下接头与钻头连接，带动钻头增速旋转。上接头设有棘爪，当行星齿轮传动失效时，棘爪插入太阳轴齿槽，推动太阳轴以钻具转速旋转。

技术领域

本发明涉及钻井设备技术领域，特别涉及一种钻头增速器以及钻井装置。

背景技术

在现有的钻井过程中，当需要加快钻头钻速时，只能通过调节钻机的方式来实现。例如如图1所示，钻机通过钻具连接钻头，驱动钻头进行钻井工作。现有钻机的转盘转速API标准控制在110转/分钟以下，通常采用直流电机实现无极调速，有利于井眼稳定和减轻钻具疲劳破坏。但是提高钻头的切削速度，获得较高的机械钻速始终是钻井作业追求的目标。目前国内、外常采用螺杆或涡轮对井底钻头切削速度进行增速。由于螺杆、涡轮是通过泥浆流动能量驱动，所以功率较小，而且实际使用时间也短，尤其无法满足石油行业对于提高钻头速度，降低油田开发成本的需求。而且，如果直接在钻机上增加转速，会导致钻具的拧结及疲劳破坏，同时影响井壁的稳定。钻机增加的钻速会通过钻具的形变所吸收，并不能全部传递给钻头，因此无法实现增速。

专利文献CN101319596B公开了一种近距增速式硬岩深孔钻进器，包括为钻进提供动力的钻机、与钻机连接的钻杆、钻头；在钻杆和钻头之间接近钻头的位置处设置有增速器，增速器的一端连接输入轴，输入轴与钻机连接；增速器的另一端设置有输出轴，输出轴与钻头连接。增速器及输入轴、输出轴的外面设置有套筒，套筒的外径不大于钻头的直径。套筒上设置有纵向的滑动键槽，增速器上设置有滑键，滑键置于滑动键槽内，使增速器只能够沿着套筒的滑动键槽轴向移动。套筒上设置有将套筒固定在所钻孔壁上的卡紧装置；此卡紧装置可以是多种的结构形式，其中的一种结构是在套筒靠近钻头的一端设置有三个轴向的卡槽，每个卡槽内都设置有与套筒连接的活动的卡爪，卡爪上设置有轴承；增速器的输出轴与钻头连接的一端加工有不同直径的轴段，两个不同直径的轴段之间为锥形过渡段；卡爪上的轴承与输出轴的锥形过渡段及大轴径段配合。当输出轴向前伸出套筒时，卡爪就被撑开，将套筒固定在预先钻出的孔壁上。输出轴与钻头为活动连接，其连接处设置有压缩弹簧，当钻头被岩石顶住不能前进时，输出轴能继续前进一段距离，将压缩弹簧压缩，前进的过程中输出轴的圆锥面与卡爪上的轴承接触将卡爪撑开。在专利文献CN101319596B中，则提到了可以对钻头起到增速作用的增速器。

发明内容

本发明的实施例提供了一种钻头增速器以及钻井装置，目的在于解决现有钻进作业中缺乏可靠稳定、成本较低的钻头增速解决方案的问题。

本发明的实施例之一，一种钻头增速器，该钻头增速器用于在钻井作业中提高钻头的转速，钻头增速器包括：上接头、下接头、齿轮套和3块翼板。

上接头连接钻井作业中的钻具，下接头连接钻头。3块翼板被等分设置在钻头增速器的齿轮套外缘面上，并且每块翼板与2个设在齿轮套上的活塞紧贴安装。当钻头增速作业时，钻头增速器内的钻井泥浆液柱将所述齿轮套上的活塞顶起，翼板被撑开并与井壁贴合。

钻头增速器还包括太阳轴和行星齿轮，上接头是具有3根沿钻具轴向的支轴的行星轮支架，支轴上套装有行星齿轮，行星齿轮同时与太阳轴齿轮和齿轮套内齿啮合，太阳轴作为下接头与钻头连接，带动钻头增速旋转。

上接头设有棘爪，当行星齿轮传动失效时，棘爪插入太阳轴齿槽，推动太阳轴以钻具转速旋转。

本发明实施例之一，一种钻井装置，该装置包括：钻机、钻具、钻头增速器、钻头。钻具的一端连接钻机，另一端连接钻头增速器。钻头增速器的上接头连接钻具，钻头增速器的下接头连接钻头。