[发明专利]具有双级压力锁止功能的井下主动离合器

说明书

本发明提供一种具有双级压力锁止功能的井下主动离合器，包括：马达总成；离合器总成，其包括：壳体、滑动牙坎、钻头连接轴、固定牙坎，钻头连接轴连接在滑动牙坎的下端，且与滑动牙坎形成周向固定，固定牙坎与壳体形成周向固定连接；其中，在第一状态下，滑动牙坎与马达总成形成周向固定连接，而与固定牙坎脱离，马达总成能够带动滑动牙坎转动，并通过钻头连接轴带动钻头转动，在第二状态下，滑动牙坎能够相对于外壳下行而与马达总成脱离，并能够与固定牙坎适配啮合，通过设置于井口的转盘转动钻杆能够带动壳体转动，并依次通过固定牙坎、滑动牙坎和钻头连接轴带动钻头转动，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，具体涉及具有双级压力锁止功能的井下主动离合器。

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。然而，现有的螺杆马达离合器只能在当卡钻发生后的特定情况下才能被动激活，通过转盘扭矩解除卡滞，其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双级压力锁止功能的井下主动离合器，其能够根据需要实现主动在马达总成驱动钻头和转盘驱动钻头两种传动方式间切换，能够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双级压力锁止功能的井下主动离合器，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；设置在所述壳体内的滑动牙坎，所述滑动牙坎能够沿所述壳体的轴向运动；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，并通过所述钻头连接轴带动钻头转动，在第二状态下，所述滑动牙坎能够相对于所述外壳下行而与所述马达总成脱离，并能够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。

在一个实施例中，所述离合器总成还包括套设有在所述滑动牙坎外壁上的压力锁定套，所述滑动牙坎的外壁设有端面朝上的台阶，所述压力锁定套的下端面抵靠在所述台阶上，在所述滑动牙坎上还套设有弹性件，所述弹性件的两端分别抵靠所述转子连接轴和所述压力锁定套，在第二状态下，所述弹性件能够驱动所述压力锁定套带动所述滑动牙坎相对于所述转子连接轴下行。