本发明主要涉及石油天然气钻井、煤层气钻井领域的钻井工具，尤其是一种异速分体式钻头驱动器。
背景技术：
在钻探过程中，随着钻井井深的增加，不仅钻井液柱压力对井底压持效应加剧，而且地层岩石自身的强度、垂直地应力、水平地应力等相应增加，地层岩石可钻性变差，导致机械钻速降低，不仅影响了井身质量的控制，而且严重影响到全井的钻井周期和钻井成本。
钻井实践表明，利用第一级小钻头破岩速率高的特点钻出一个小尺寸导眼，然后第二级较大尺寸钻头破岩时，由于岩石的部分应力已经释放，从而降低了较大尺寸钻头破岩的难度，使得井眼整体钻进速度得到提高，并且对于井斜方位和钻具粘滑振动的控制也有一定的积极作用，是一种比较理想的钻井技术。专利201210011193.1提到一种双级双速钻井工具，这种结构虽然实现了双级钻头两种转速的功能，但仍存在以下几点不足，不能完全满足现场钻井工艺技术的要求。（1）第二级钻头与钻柱连接，旋转动力与扭矩由地面提供，难以完全满足第二级钻头的破岩转速与破岩扭矩的最优参数要求；（2）两级钻头切削速度差异大，导致两级钻头钻压分配不合理，难以发挥钻头高速切削钻进的优势，极易造成两级钻头磨损不均衡，影响整体钻井速度；（3）不能满足复杂结构井钻井过程中滑动钻井的工艺技术要求；（4）不能有效控制井斜方位以及钻柱的粘滑振动。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提出一种能够满足现场钻井工艺的实际要求，且结构简单，性能可靠，控制精度高，操作方便的井下专用钻头驱动装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种异速分体式钻头驱动器，主要由外壳体1、动力总成2、联轴器3、传动轴5、一级钻头接头11组成，动力总成2安装在外壳体1内部的上部，动力总成2通过联轴器3连接在传动轴5的上端，传动轴5上加工有旁通孔4，传动轴5下端连接一级钻头接头11，其中：传动轴5和外壳体1之间设有齿轮7，一级钻头接头11和外壳体1之间还有二级钻头接头9，齿轮7内外分别与传动轴5、外壳体1啮合构成行星齿轮配合，齿轮7的中心轴与二级钻头接头9固定连接。
上述方案进一步包括：
所述外壳体1与二级钻头接头9之间安装轴承8，所述一级钻头接头11与二级钻头接头9之间安装轴承10。
所述传动轴5与外壳体1之间安装密封装置6。
所述动力总成2为容积式马达或者涡轮马达。
所述齿轮7密封在润滑油中。
所述一级钻头接头11外壁与二级钻头9内壁均设有防磨齿。
本发明的异速分体式钻头驱动器充分发挥双钻头钻井技术的优势，降低钻柱振动的影响，提速并提高井眼轨迹的控制精度；能够驱动两个钻头自主旋转破岩，即提高了复杂结构井（长水平段水平井、大位移井、分支井等）的钻进效率，也有利于井眼轨迹的控制；对于深井、超深井、复杂结构井的高效快速钻进、井身质量的控制、延长钻头和钻具的使用寿命、降低能耗和综合成本、提高经济效益具有重要意义，同时也打破了国外在复杂结构井控制工艺方面的技术（旋转导向钻井技术）垄断，实现了利用低成本技术完成复杂结构井的目的，具有重要的社会价值和经济价值；还具有结构设计简单、性能可靠、操作方便等特点。
附图说明
图1是依据本发明所提出的异速分体式钻头驱动器结构示意图。
图中1-外壳体、2-动力总成、3-联轴器、4-旁通孔、5-传动轴、6-密封装置、7-齿轮、8-轴承、9-二级钻头接头、10-轴承、11-一级钻头接头。
具体实施方式
下面结合附图来详细描述本发明。
如图1，一种异速分体式钻头驱动器，主要由外壳体1、动力总成2、联轴器3、传动轴5、一级钻头接头11组成，动力总成2安装在外壳体1内部的上部，动力总成2通过联轴器3连接在传动轴5的上端，传动轴5上加工有旁通孔4，传动轴5下端连接一级钻头接头11，其中：传动轴5和外壳体1之间设有齿轮7，一级钻头接头11和外壳体1之间还有二级钻头接头9，齿轮7内外分别与传动轴5、外壳体1啮合构成行星齿轮配合，齿轮7的中心轴与二级钻头接头9固定连接。
上述实施例进一步包括：
所述外壳体1与二级钻头接头9之间安装轴承8，所述一级钻头接头11与二级钻头接头9之间安装轴承10。
所述传动轴5与外壳体1之间安装密封装置6。
所述动力总成2为容积式马达或者涡轮马达。
所述齿轮7密封在润滑油中。
所述一级钻头接头11外壁与二级钻头9内壁均设有防磨齿。
优选实施例：动力总成2安装在外壳体1内部的上部，动力总成2通过联轴器3连接在传动轴5的上端，传动轴5上加工有旁通孔4，传动轴5与外壳体1之间安装密封装置6，传动轴5与齿轮7啮合，齿轮7与外壳体1啮合，齿轮7的中心轴与二级钻头接头9固定安装，外壳体1与二级钻头接头9之间安装轴承8，传动轴5下端连接一级钻头接头11，一级钻头接头11与二级钻头接头9之间安装轴承10。
本发明的异速分体式钻头驱动器安装在钻具组合与钻头之间，钻井时，钻井液驱动动力总成转动，动力总成通过联轴器驱动传动轴转动，传动轴的转动一方面驱动一级钻头接头转动，另一方面驱动齿轮转动，由于传动轴、齿轮、外壳体组成了行星轮结构。当传动轴驱动齿轮自转时，也驱动齿轮绕着传动轴进行公转，由于齿轮中心轴与二级钻头接头固定连接，因此也就驱动二级钻头接头开始转动，根据技术要求设计齿轮的传动比，就能够设定一级钻头接头与二级钻头接头的转速比，从而达到两个钻头破岩的最优参数要求，为了满足传动比、齿轮强度等参数的要求，齿轮可安装多组，并均布在圆周方向。与此同时，钻井液经过动力总成后，经过传动轴上的旁通孔进入传动轴内部，并达到一级钻头接头，最终通过钻头喷嘴进入井眼环空并返回地面。由于齿轮被安装在密闭的空间内，并充满润滑油，减少了钻井液的冲蚀，从而延长了齿轮的使用寿命。齿轮结构采用模块化设计，既有利于快速拆装更换以满足不同传动比的要求，也有利于维护保养。二级钻头接头与外壳体之间的轴承，既能满足两个构件相互转动的要求，又能够为二级钻头接头传递钻压，还可根据实际工况的要求，加装专用密封装置和润滑装置，以确保特殊工艺条件下轴承的安全可靠性。异速分体式钻头驱动器的外壳体既可加工成直线型的，用于直井钻井施工，还能够加工成具有一定弯角，用于定向井、水平井、大位移井等复杂结构井的钻井施工，以满足不同钻井工况的工艺技术要求。
新疆地区深井、超深井现场全尺寸装置应用结果分析表明，上部地层钻速平均提高69.6%，下部地层钻速平均提高55.6%，井斜控制良好；四川地区深井上部地层钻速平均提高71.7%，下部地层钻速提高48.6%，井身质量符合设计标准，钻头磨损率降低，实现了低能耗、快钻井的目的。