[发明专利]利用谐波齿轮实现大传动比的减速工具

说明书

本发明涉及一种用于石油钻井领域中利用谐波齿轮实现大传动比的减速工具，通过螺纹连接安装在钻头上部，包括涡轮总成、谐波齿轮总成、万向轴总成和减震总成。所述的谐波齿轮总成由作为动力输入的椭圆形谐波发生器、作为动力输出的柔性齿轮和与外壳固定的刚性齿轮组成；输入轴与谐波发生器之间采用过盈配合、谐波发生器使柔性齿轮发生可控弹性变形也成为椭圆形；本发明的利用谐波齿轮实现大传动比的减速工具利用谐波齿轮传动中刚性齿轮的齿数略大于柔性齿轮轴的齿数，传动比其中Z_R为柔性齿轮轴齿数，Z_G为刚性齿轮齿数，同时啮合的齿数多，能够实现大传动比的特性，有效的降低涡轮钻具转速，并且大幅度增大转矩，提高涡轮钻具的钻井效率。

技术领域

本发明涉及一种用于石油钻井领域中针对涡轮钻具的利用谐波齿轮实现大传动比的减速工具。

背景技术

提高石油钻井作业的效率是缩短建井周期、降低钻井成本的关键，而先进的涡轮钻具钻井是具有强动力输出的井下动力钻具，且涡轮钻具还具有耐高温高压、适用地层范围广的特性，是非常优良的钻井工具。但由于常规涡轮钻具具有高转速、扭矩低的缺点，不容易与现有的牙轮钻头转速匹配，而与PDC钻头或者TSP钻头配合使用时则显得转矩不够，因此涡轮钻具的钻井效率受到极大制约，这也使得钻井周期不能有效缩短，钻井成本不能明显降低。

因此，如何有效提高涡轮钻具钻井效率是当今钻井工程中急需解决的一个问题，通过减速器使涡轮钻具能与现有的牙轮钻头配合实现中低转速、大扭矩的钻进能有效地提高机械转速，是提高涡轮钻具钻井效率的一个主要方向。行星齿轮减速是目前国内外减速器涡轮钻具的一个重点研究方向之一，不过行星齿轮减速器由于受到井眼尺寸的限制，并不能实现大传动比的减速和大幅度增大扭矩，所以探寻大传动比的减速和明显增大转矩的新方式是提高涡轮钻具钻井效率的关键。

发明内容

为了探索解决现有涡轮减速器传动比小的问题，本发明提供了一种利用谐波齿轮实现大传动比的减速工具。本发明的减速工具通过椭圆形的谐波发生器作为动力输入，使柔性齿轮发生可控的弹性变形变成椭圆形，椭圆长轴两端的柔性齿轮和与之配合的刚性齿轮处于完全啮合状态，且同时啮合的齿数多，柔性齿轮和刚性齿轮的齿数很接近，因此波发生器的高转速就变为柔性齿轮的低转速，从而实现涡轮钻具的大传动比减速和有效增大转矩。