[发明专利]用于螺杆钻具的反扭矩自动平衡装置、钻井管串和方法

权利要求书

1.一种用于螺杆钻具的反扭矩自动平衡装置，其特征在于，包括：

筒状的上接头，

套设在所述上接头的内腔中的芯筒，所述芯筒的内腔与处于下游的螺杆钻具连通，使得来自所述上接头的内腔的钻井液能通过所述芯筒的内腔流向所述螺杆钻具而使螺杆钻具进行钻进，

固定设置在所述芯筒的下端的筒状的下接头，所述下接头的部分延伸出所述上接头的内腔以通过下部钻杆固定连接螺杆钻具的外壳，

设置在所述芯筒的外壁和所述上接头的内壁之间的自动平衡组件，所述自动平衡组件由流经所述上接头的内腔中的钻井液的一部分产生的液压力驱动，

其中，当钻井液排量等于第一预定值时，所述自动平衡组件使得所述上接头与所述芯筒之间产生摩擦扭矩与所述螺杆钻具的外壳上产生的反扭矩大小相等以进行定向钻进，

当钻井液排量高于第一预定值时，所述自动平衡组件使得所述上接头与所述芯筒之间产生摩擦扭矩大于所述螺杆钻具的外壳上产生的反扭矩，使得所述芯筒带动所述螺杆钻具的外壳旋转以进行复合钻进。

2.根据权利要求1所述的反扭矩自动平衡装置，其特征在于，所述自动平衡组件包括：

套设在所述芯筒的外壁上的环状的定子，所述定子与所述上接头的内壁卡接，

匹配式设置在所述定子的下端的转子，所述转子呈筒状以套设在所述芯筒的外壁上并与所述芯筒的外壁齿接，

套设在所述芯筒的外壁上的环状的活塞，所述活塞位于所述定子的上端以接受钻井液的压力，并能传递推力以促动所述定子和所述转子在所述活塞和所述下接头之间轴向上彼此靠近，从而产生摩擦扭矩。

3.根据权利要求2所述的反扭矩自动平衡装置，其特征在于，位于所述活塞上游的所述芯筒与所述上接头之间的环空形成能与所述上接头的内腔连通的液压通道，位于所述活塞下游的所述芯筒与所述上接头之间的环空形成能与外界连通的第二空间，所述活塞的径向内部和外部分别与所述芯筒和所述上接头活动密封式接触，以使得所述活塞能够接受液压通道的钻井液压力而在所述活塞的上下两端形成压力差。

4.根据权利要求3所述的反扭矩自动平衡装置，其特征在于，在所述芯筒的外壁上设置第一凸环，在所述第一凸环与所述活塞之间设置第一弹性件，所述第一弹性件的一端与所述活塞的上端面固定，另一端与所述第一凸环的下端面固定，在所述活塞受压沿轴向向下移动时所述第一弹性件产生拉力以部分地抵消钻井液压力作用在所述活塞上产生的推力。

5.根据权利要求3或4所述的反扭矩自动平衡装置，其特征在于，在所述活塞上设置能连通所述液压通道和第二空间的喷嘴。

6.根据权利要求3到5中任一项所述的反扭矩自动平衡装置，其特征在于，在所述芯筒的上端外壁上套设与所述芯筒周向上锁定的锁定筒，所述锁定筒沿轴向向上延伸以与所述上接头的内壁形成卡接，所述锁定筒能构造为在钻井液排量大于第二预定值时轴向移动以脱开所述锁定筒与所述上接头的卡接。

7.根据权利要求6所述的反扭矩自动平衡装置，其特征在于，在所述锁定筒的内腔中设置上端通流面积大于下端通流面积的节流孔，所述节流孔与所述芯筒的内腔连通，并在所述锁定筒的壁上设置用于连通所述锁定筒的内腔和所述液压通道的连通孔。

8.根据权利要求6或7所述的反扭矩自动平衡装置，其特征在于，在所述芯筒的外壁上设置第二凸环，在所述第二凸环与所述锁定筒之间设置第二弹性件。

9.根据权利要求2到8中任一项所述的反扭矩自动平衡装置，其特征在于，在所述芯筒的外壁上套设能位于所述芯筒与所述活塞之间的调节筒，所述调节筒与所述活塞活动密封式连接。

10.根据权利要求2到9中任一项所述的反扭矩自动平衡装置，其特征在于，所述活塞的下端的外侧壁上具有豁口以使得所述活塞的上段的径向尺寸大于下段的径向尺寸。