本發(fā)明屬于鉆井鉆頭技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于鉆深井的雙速變扭鉆頭。

背景技術(shù)：

目前鉆井所用的鉆頭大多為整體鑄造或者鍛造，針對不同深度具有不同硬度的巖石層的鉆井，或者單一的使用較硬的鉆頭或者根據(jù)所鉆的巖石層實(shí)時(shí)更換鉆頭已達(dá)到鉆井的目的。這兩者均有一定的問題，對于前者在鉆較軟的巖石層時(shí)或多或少對鉆頭產(chǎn)生了磨耗，這個(gè)過程中所耗費(fèi)的成本比用相對軟的鉆頭鉆較軟的巖石層所耗費(fèi)的成本要高，很不劃算；對于后者，要經(jīng)常更換鉆頭造成時(shí)間成本的提高。

本發(fā)明設(shè)計(jì)一種用于鉆深井的雙速變扭鉆頭解決如上問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，本發(fā)明公開一種用于鉆深井的雙速變扭鉆頭，它是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。

一種用于鉆深井的雙速變扭鉆頭，其特征在于：它包括鉆頭鉆桿、固定桿套、第一行星支板、鉆環(huán)支撐、鉆環(huán)側(cè)削頭、鉆削頭、鉆環(huán)、中心鉆盤、液力變矩器、鉆頭內(nèi)桿、內(nèi)齒環(huán)、行星齒輪、行星齒輪軸、第二行星支板、鉆環(huán)支撐軸承，其中液力變矩器輸入端與鉆頭鉆桿連接，液力變矩器輸出端與鉆頭內(nèi)桿連接，中心鉆盤上側(cè)安裝在鉆頭內(nèi)桿一端，中心鉆盤下側(cè)安裝有多個(gè)鉆削頭；固定桿套嵌套在鉆頭鉆桿外側(cè)，第一行星支板安裝在固定桿套下端，三個(gè)行星齒輪通過各自的行星齒輪軸周向均勻地安裝在第一行星支板下側(cè)；第二行星支板安裝在三個(gè)行星齒輪軸下側(cè)，且與第一行星齒輪支板沿行星齒輪中心面對稱；液力變矩器的外殼體與第二行星支板下側(cè)固定連接；內(nèi)齒環(huán)安裝鉆環(huán)支撐上端的內(nèi)側(cè)，三個(gè)行星齒輪與內(nèi)齒環(huán)嚙合，鉆環(huán)支撐通過鉆環(huán)支撐軸承安裝在液力變矩器的外殼上，鉆環(huán)安裝在鉆環(huán)支撐下端，多個(gè)鉆環(huán)側(cè)削頭周向均勻安裝在鉆環(huán)外側(cè)面，鉆環(huán)下側(cè)安裝有多個(gè)鉆削頭；鉆頭鉆桿上在三個(gè)行星齒輪安裝位置處具有齒型，鉆頭鉆桿與三個(gè)行星齒輪均嚙合。

作為本技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，上述第一行星支板下側(cè)還安裝有密封環(huán)。

作為本技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，上述行星齒輪數(shù)目可以為2、3、4、5個(gè)中的任意一個(gè)。

作為本技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，上述鉆環(huán)下側(cè)周向均勻開有多個(gè)鉆環(huán)底槽且鉆環(huán)底槽安裝位置位于鉆環(huán)側(cè)削頭安裝位置之間。

作為本技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，上述固定桿套固定在鉆井設(shè)備上且不隨鉆頭鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)。

相對于傳統(tǒng)的鉆井鉆頭技術(shù)，本發(fā)明中鉆頭鉆桿通過液力變矩器與中心鉆盤連接，中心鉆盤的鉆削頭在與巖石碰撞過程中，液力變矩器能夠調(diào)節(jié)鉆盤的扭矩和轉(zhuǎn)速，延長了鉆頭的壽命和提高了鉆井的效率；另外在中心鉆盤外側(cè)安裝有鉆環(huán)鉆削頭，鉆環(huán)通過鉆環(huán)支撐上的內(nèi)齒環(huán)、第一行星支板上的行星齒輪與鉆頭鉆桿嚙合，以相對于鉆頭鉆桿較低的相反的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣的設(shè)計(jì)將鉆環(huán)鉆削頭與中心鉆盤鉆削頭內(nèi)層外層結(jié)合起來，兩者之間相反的切向速度提高了巖石的破碎效率，具有較好的實(shí)用效果。

附圖說明

圖1是鉆頭外部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是鉆頭底部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是中心鉆盤及液力變矩器安裝示意圖。

圖4是中心鉆盤及其鉆削頭底部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是鉆環(huán)結(jié)構(gòu)及其安裝示意圖。

圖6是鉆環(huán)側(cè)削頭結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7是鉆環(huán)支撐軸承安裝示意圖。

圖8是行星齒輪安裝示意圖。

圖9是行星支板安裝示意圖。

圖10是鉆頭剖視圖。

圖中標(biāo)號名稱：11、鉆頭鉆桿，12、固定桿套，13、第一行星支板，14、鉆環(huán)支撐，15、鉆環(huán)側(cè)削頭，16、鉆削頭，17、鉆環(huán)底槽，18、鉆環(huán)，20、中心鉆盤，21、液力變矩器，22、鉆頭內(nèi)桿，23、內(nèi)齒環(huán)，25、行星齒輪，26、行星齒輪軸，27、第二行星支板，28、鉆環(huán)支撐軸承，29、密封環(huán)。

具體實(shí)施方式

如圖1、10所示，它包括鉆頭鉆桿、固定桿套、第一行星支板、鉆環(huán)支撐、鉆環(huán)側(cè)削頭、鉆削頭、鉆環(huán)、中心鉆盤、液力變矩器、鉆頭內(nèi)桿、內(nèi)齒環(huán)、行星齒輪、行星齒輪軸、第二行星支板、鉆環(huán)支撐軸承，其中如圖3所示，液力變矩器輸入端與鉆頭鉆桿連接，液力變矩器輸出端與鉆頭內(nèi)桿連接，中心鉆盤上側(cè)安裝在鉆頭內(nèi)桿一端，如圖3、4所示，中心鉆盤下側(cè)安裝有多個(gè)鉆削頭；如圖7所示，固定桿套嵌套在鉆頭鉆桿外側(cè)，第一行星支板安裝在固定桿套下端，三個(gè)行星齒輪通過各自的行星齒輪軸周向均勻地安裝在第一行星支板下側(cè)；如圖8、9所示，第二行星支板安裝在三個(gè)行星齒輪軸下側(cè)，且與第一行星齒輪支板沿行星齒輪中心面對稱；如圖10所示，液力變矩器的外殼體與第二行星支板下側(cè)固定連接；內(nèi)齒環(huán)安裝鉆環(huán)支撐上端的內(nèi)側(cè)，三個(gè)行星齒輪與內(nèi)齒環(huán)嚙合，鉆環(huán)支撐通過鉆環(huán)支撐軸承安裝在液力變矩器的外殼上，如圖5、6所示，鉆環(huán)安裝在鉆環(huán)支撐下端，多個(gè)鉆環(huán)側(cè)削頭周向均勻安裝在鉆環(huán)外側(cè)面，鉆環(huán)下側(cè)安裝有多個(gè)鉆削頭；如圖10所示，鉆頭鉆桿上在三個(gè)行星齒輪安裝位置處具有齒型，鉆頭鉆桿與三個(gè)行星齒輪均嚙合。

如圖2、10所示，本發(fā)明中鉆頭上破碎巖石的鉆削頭分為兩個(gè)部分，中心部分為中心鉆盤，外側(cè)部分為鉆環(huán)；鉆環(huán)通過行星齒輪直接與鉆頭鉆桿嚙合，鉆環(huán)在內(nèi)齒環(huán)的帶動(dòng)下，轉(zhuǎn)速與鉆頭鉆桿轉(zhuǎn)速相反，且轉(zhuǎn)速低于鉆頭鉆桿轉(zhuǎn)速；中心鉆盤通過液力變矩器與鉆頭鉆桿連接，在中心轉(zhuǎn)盤與巖石發(fā)生碰撞過程中，液力變矩器能夠根據(jù)巖石對中心鉆盤的阻力調(diào)節(jié)中心鉆盤轉(zhuǎn)速和扭矩，進(jìn)而保護(hù)中心鉆盤上的鉆削頭免于破壞，而且能夠通過增加扭矩來對較硬的巖石進(jìn)行破碎，增加了鉆頭的使用范圍。內(nèi)外兩層轉(zhuǎn)速相反的鉆削頭的結(jié)合還能夠通過對巖石產(chǎn)生相反的剪切力，增加了對巖石的破壞能力；另外在鉆環(huán)外側(cè)安裝鉆環(huán)側(cè)削頭，其能夠防止井壁面對鉆頭側(cè)壁的磨損。本發(fā)明的鉆頭需要結(jié)合巖石吸附設(shè)備如沖水式吸泵來使用，目的是將破碎后的巖石從井下排出。本發(fā)明中固定桿套、第一行星支板、行星齒輪軸、第二行星支板、液力變矩器外殼為固定件，不隨鉆頭鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)某鉆井設(shè)備安裝本發(fā)明中的鉆頭時(shí)，除了提供鉆柱驅(qū)動(dòng)鉆頭鉆桿外還需要提供固定端來安裝固定桿套。

如圖1、10所示，上述第一行星支板下側(cè)還安裝有密封環(huán)。密封環(huán)的設(shè)計(jì)防止了碎巖石進(jìn)入行星齒輪中破壞齒輪嚙合。

上述行星齒輪數(shù)目可以為2、3、4、5個(gè)中的任意一個(gè)。在空間允許的前提下，行星齒輪的數(shù)目越多其鉆環(huán)可承受的阻力越大。

如圖2、6所示，上述鉆環(huán)下側(cè)周向均勻開有多個(gè)鉆環(huán)底槽且鉆環(huán)底槽安裝位置位于鉆環(huán)側(cè)削頭安裝位置之間。在鉆環(huán)底部還安裝有鉆環(huán)底槽，其能夠?qū)︺@頭破碎后的巖石起到導(dǎo)向排出的作用。

上述固定桿套固定在鉆井設(shè)備上且不隨鉆頭鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)。

綜上所述，本發(fā)明中鉆頭鉆桿通過液力變矩器與中心鉆盤連接，中心鉆盤的鉆削頭在與巖石碰撞過程中，液力變矩器能夠調(diào)節(jié)鉆盤的扭矩和轉(zhuǎn)速，延長了鉆頭的壽命和提高了鉆井的效率；另外在中心鉆盤外側(cè)安裝有鉆環(huán)鉆削頭，鉆環(huán)通過鉆環(huán)支撐上的內(nèi)齒環(huán)、第一行星支板上的行星齒輪與鉆頭鉆桿嚙合，以相對于鉆頭鉆桿較低的相反的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣的設(shè)計(jì)將鉆環(huán)鉆削頭與中心鉆盤鉆削頭內(nèi)層外層結(jié)合起來，兩者之間相反的切向速度提高了巖石的破碎效率，具有較好的實(shí)用效果。