[发明专利]具有螺旋锁止功能的钻具传动主动离合器

说明书

本发明提供一种具有螺旋锁止功能的钻具传动主动离合器，包括：马达总成；连接在马达总成下端的离合器总成，其包括：壳体，在壳体的内壁设有第一反向螺旋；设置在壳体内的滑动牙坎，在滑动牙坎的外壁设有第二反向螺旋，第二反向螺旋能够与第一反向螺旋适配；钻头连接轴；以及固定牙坎；第一状态下，马达总成带动滑动牙坎转动而驱动钻头转动，第二反向螺旋处于第一反向螺旋的上端而对滑动牙坎形成轴向向上的锁止，第二状态下，滑动牙坎与马达总成脱离而与固定牙坎适配啮合，通过设置于井口的转盘转动钻杆而驱动钻头转动，第二反向螺旋处于第一反向螺旋的下端而对滑动牙坎形成轴向向下的锁止，第一状态与第二状态能够相互切换。

技术领域

本发明属于钻完井作业工具技术领域，具体涉及具有螺旋锁止功能的钻具传动主动离合器。

背景技术

现代石油钻井大多采用螺杆钻具组合，即在钻柱内组合了马达总成。马达总成为正容积式马达，主要由转子和定子组成，转子是螺旋合金钢轴，定子是由合金钢管和内部粘结的橡胶形腔组成，将钻井液的压力能转化为钻头能量。受马达总成特性影响，当破岩扭矩高于螺杆最大扭矩时，马达总成发生憋停，转子无法旋转，钻井液压力升高刺漏定子橡胶。此时，提高转盘或顶驱的扭矩会引起定子相对转子转动，但扭矩仍无法施加到钻头。钻头卡死极易引发卡钻事故，引起井下复杂，甚至需要切断钻具进行侧钻，造成重大损失。

目前，随着钻井技术的不断发展，现有技术中出现了螺杆马达离合器，这实现螺杆马达驱动钻头和转盘驱动钻头两种传动路线的切换。当转子卡死时，转盘继续转动钻具进而转动定子，使定子相对转子的转速大于特定值，通过离心力和相对转动方向变化激活离合器，此时地面扭矩通过定子、离合装置、转子传递到钻头，解除钻头卡滞。但是现有的螺杆马达离合器只能当卡钻发生后才能被动激活，通过转盘扭矩解除卡滞，无法实现根据需要主动激活。现有的螺杆马达离合器在钻入易卡钻的地层前或者扭矩较大的地层前无法切换为转盘直接驱动钻头，因而其无法实现预防卡钻发生的技术效果。

发明内容

针对如上所述的技术问题，本发明旨在提出一种具有螺旋锁止功能的钻具传动主动离合器，该钻具传动主动离合器能够根据需要通过地面操作，主动在螺杆马达驱动钻头和转盘驱动钻头两种传动方式间切换，实现预防钻井扭矩过大引发卡钻和卡钻后解卡的功能。

为此，根据本发明提供了一种具有螺旋锁止功能的钻具传动主动离合器，包括：马达总成；连接在所述马达总成下端的离合器总成，所述离合器总成包括：壳体，在所述壳体的内壁设有第一反向螺旋；设置在所述壳体内的滑动牙坎，在所述滑动牙坎的外壁设有第二反向螺旋，所述第二反向螺旋能够与所述第一反向螺旋适配，通过转动所述滑动牙坎能够使其相对于所述壳体轴向运动；用于连接钻头的钻头连接轴，所述钻头连接轴连接在所述滑动牙坎的下端，且与所述滑动牙坎形成周向固定；以及套装在所述钻头连接轴的外壁上的固定牙坎，所述固定牙坎与所述壳体形成周向固定连接；其中，在第一状态下，所述滑动牙坎与所述马达总成形成周向固定连接，而与所述固定牙坎脱离，所述马达总成能够带动所述滑动牙坎转动，进而通过所述钻头连接轴带动钻头转动，所述第二反向螺旋处于所述第一反向螺旋的上端而对所述滑动牙坎形成轴向向下的锁止，在第二状态下，所述滑动牙坎下行而与所述马达总成脱离，并与所述固定牙坎适配啮合，通过设置于井口的转盘转动钻杆能够带动所述壳体转动，并依次通过所述固定牙坎、所述滑动牙坎和所述钻头连接轴带动钻头转动，所述第二反向螺旋处于所述第一反向螺旋的下端而对所述滑动牙坎形成轴向向上的锁止，所述第一状态与所述第二状态能够相互切换。

在一个实施例中，所述离合器总成还包括构造成中空的转子连接轴，所述转子连接轴的上端与所述马达总成连接，所述滑动牙坎的上端延伸至所述转子连接轴的内部，在第一状态下，所述滑动牙坎与所述转子连接轴形成周向固定连接，所述马达总成能够在钻井液作用下带动所述转子连接轴转动，从而带动所述滑动牙坎转动，在第二状态下，所述滑动牙坎相对于所述转子连接轴下行而与所述转子连接轴能够相对转动，从而与所述马达总成脱离。