[实用新型]一种摩擦棘轮式防制动涡轮钻具

说明书

1.技术领域

本发明涉及一种石油、矿山、煤田、气田等领域使用的钻井工具，特别是一种适用于高温、研磨性强的复杂地层钻探使用的防制动涡轮钻具。

2.背景技术

涡轮钻进技术已经得到广泛应用，特别在超深井、定向井等钻井中，具有机械钻速高、定向精确、钻井管柱磨损小的优点，并能与随钻测量系统和金刚石钻头配合使用。但涡轮钻具特性“软”，过载能力差，容易制动，当发生卡钻等井下事故时也难以通过钻机转盘进行处理，这成为制约涡轮钻进技术发展的瓶颈之一。因此，研发防制动涡轮钻具对推动我国涡轮钻进技术发展具有重要意义。

3.发明内容

本发明的目的在于克服现有涡轮钻具特性软，易制动的不足之处，提供一种摩擦棘轮式防制动涡轮钻具，旨在提升涡轮钻具的过载能力和井下事故处理能力。

本发明提出的技术方案是：

一种摩擦棘轮式防制动涡轮钻具，主要由涡轮节和带有摩擦棘轮机构的支承节构成，也可附带减速节；棘轮机构由外壳、棘轮、弹簧压杆、滚柱和传动轴构成；棘轮和传动轴周向固定，滚柱可以自由滚动；棘轮齿数可以为3-8个，每个棘轮齿和外壳都形成一个楔形空间，每个楔形空间安装1个弹簧压杆和1个滚柱，楔形空间的窄端指向沿顺时针方向；弹簧压杆为自然长度时，滚柱与外壳、棘轮刚好相切。涡轮钻具中装有1-3套棘轮机构，以减小各滚柱的受载。

本发明一种摩擦棘轮式防制动涡轮钻具的优点在于：

1.防止涡轮钻具制动而失速，提升钻具承载能力；2.协同钻机转盘，有助于提升钻具自身的井下事故处理能力；3.结构简单，全金属结构，耐高温；4.转速高，配合金刚石钻头，适用于研磨性强的地层。

4.附图说明

图1是本发明一种摩擦棘轮式防制动涡轮钻具的结构示意图；

图2是图1中A-A剖面——棘轮机构剖面的结构示意图；

图中：1.涡轮节，2.支承节，3.传动轴，4.棘轮，5.弹簧压杆，6.滚柱，7.外壳。

5.具体实施方式

下面结合附图对本发明实施方案作具体说明。

如图1所示，一种摩擦棘轮式防制动涡轮钻具，主要由涡轮节(1)和带有摩擦棘轮机构的支承节(2)构成，支承节中安装1-3套摩擦棘轮机构.棘轮(4)通过两端轴套压紧或花键，使其与传动轴(3)周向固定。

如图2所示，支承节装有的摩擦棘轮机构由传动轴(3)、棘轮(4)、弹簧压杆(5)、滚柱(6)和外壳(7)构成。棘轮(4)和传动轴(3)周向固定，滚柱(6)可以自由滚动；棘轮(4)齿数可以为3-8个，每个棘轮齿和外壳(7)都形成一个楔形空间，每个楔形空间安装1个弹簧压杆(5)和1个滚柱(6)，楔形空间的窄端指向沿顺时针方向；弹簧压杆(5)为自然长度时，滚柱(6)与外壳(7)、棘轮(4)刚好相切。

工作原理：一种摩擦棘轮式防制动涡轮钻具，棘轮(4)固定在传动轴(3)上，当钻机转盘转速为0时，涡轮钻具传动轴顺时针转动，滚柱(6)受到摩擦力等阻力，压缩弹簧顶杆(5)，运动到楔形空间较宽位置，传动轴(3)与外壳(7)处于分离状态。当钻机转盘驱动钻杆，可带动涡轮钻具外壳(7)发生与传动轴(3)同向的顺时针转动，当外壳(7)转速低于传动轴(3)转速时，根据相对运动原理，滚柱(6)压缩弹簧顶杆(5)，处于楔形空间较宽位置，传动轴(3)与外壳(7)处于分离状态；当外壳(7)转速高于传动轴(3)转速时，根据相对运动原理，滚柱(6)挤向楔形空间窄端位置，并将外壳(7)与传动轴(3)楔合，外壳(7)带动传动轴(3)同速转动。同理，当传动轴失速制动时，开动钻机转盘驱动外壳(7)，棘轮(4)与外壳(7)楔合，外壳(7)即可带动传动轴(3)同速转动。据此，该种钻具实现防制动，并具备处理卡钻等井下事故的能力。