井下双动力装置的制作方法

本发明涉及钻井技术领域，尤其涉及一种井下双动力装置。

背景技术：

现有技术中的井下动力装置(或称螺杆钻具)利用装设在钻杆头部的钻头进行破岩钻井(该钻头的旋转动力由螺杆马达提供，即，与钻杆连接的转子与定子壳形成一道螺旋通道，钻液经过螺旋通道时会迫使转子转动)。

钻头在钻井过程中，由于钻头越靠近旋转中心的位置的线速度越小，越远离中心位置的线速度越大，从而导致越远离中心的位置的磨损越大，钻头的外径因磨损越来越小，最终导致所钻削出的井眼因径向尺寸小而不能满足要求或者需要频繁更换钻头以保证钻削出足够大的井眼。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明的实施例提供了一种井下双动力装置。

为解决上述技术问题，本发明的实施例采用的技术方案是：

一种井下双动力装置，包括：

定子壳；

第一转子，其设置于所述定子壳内并与所述定子壳之间形成第一螺旋通道；

第二转子，其设置于所述定子壳内并与所述定子壳之间形成第二螺旋通道；所述第一螺旋通道与所述第二螺旋通道连通；

第一钻杆，其随所述第一转子转动；

第二钻杆，其随所述第二转子转动，所述第一钻杆穿设所述第二钻杆，且所述第一钻杆的头部突出于所述第二钻杆的头部；

第一钻头，其装设于所述第一钻杆的头部；以及

第二钻头，其装设于所述第二钻杆的头部，其中，

当钻液通过所述第一螺旋通道和所述第二螺旋通道时，所述第一转子与所述第二转子能够形成差速转动。

优选地，所述第一螺旋通道靠近所述定子壳的尾部，所述第二螺旋通道靠近所述定子壳的头部，以使自所述定子壳尾部进入所述定子壳内的钻液依次经过所述第一螺旋通道和所述第二螺旋通道。

优选地，所述井下双动力装置还包括设置于所述定子壳内的第一传动总成，所述第一传动总成包括第一传动轴，所述第一转子通过所述第一传动轴与所述第一钻杆连接，所述第一传动轴内沿其轴向开设有第一导液通道，所述第一螺旋通道通过第一导液通道与所述第二螺旋通道连通。

优选地，所述第一传动总成还包括设置于所述第一传动轴与所述第一转子之间的第一联轴器；所述第一转子内沿其轴向开设有第二导液通道，所述第一联轴器与所述定子壳之间形成第一环形导液腔，所述第一联轴器通过第一旁通接头与所述第一转子远离所述定子壳尾部的一端连接，所述第一转子靠近所述定子壳尾部的一端设置有喷头，以使从所述第一螺旋通道流出的钻液分为两路：其中一路依次经所述第一环形导液腔、所述第一导液通道流入所述第二螺旋通道；另一路依次经所述第一旁通接头、所述第二导液通道从所述喷头喷出。

优选地，所述第一传动总成还包括第二传动轴，所述第二传动轴穿设所述第二转子，所述第一传动轴通过所述第二传动轴与所述第一钻杆连接。

优选地，所述第一传动总成还包括穿设于所述第二钻杆内的第三传动轴，所述第三传动轴的一端与所述第二传动轴连接，另一端与所述第一钻杆连接，以使所述第二传动轴通过所述第三传动轴与所述第一钻杆连接。

优选地，所述第一传动总成还包括第二联轴器，所述第二联轴器的一端通过第二旁通接头与所述第一传动轴连接，所述第二联轴器的另一端与所述第二传动轴连接，所述第二联轴器与所述定子壳围成用于连通所述第一导液通道与所述第二螺旋通道的第二环形导液腔，以使从所述第一导液通道流出的钻液经所述第二环形导液腔后进入所述第二螺旋通道。

优选地，所述第二联轴器包括套体和芯轴，所述套体的一端与所述第二旁通接头连接，所述芯轴的一端自所述套体的另一端伸入所述套体中，所述芯轴的另一端与所述第二传动轴连接，所述芯轴与所述套体以能够同轴转动的方式配合。

优选地，所述井下双动力装置还包括第三联轴器，所述第二转子通过所述第三联轴器与所述第二钻杆连接。

优选地，所述定子壳的尾部固定有用于与外部液压泵连接的接口套，所述第一转子与所述定子壳之间设置有隔套，所述隔套与所述接口套固定连接，所述隔套与所述第一转子之间形成所述第一螺旋通道。

与现有技术相比，本发明的实施例所提供的井下双动力装置的有益效果是：

1、本发明利用同轴的且在转动时互不干涉的两个钻头进行钻井，加快了钻井的进程，且利用两钻头的差动实现了两钻头的同步磨损。

2、本发明使第一螺旋通道和第二螺旋通道形成在定子壳的内部，且沿轴向排列，在不增加定子壳的径向尺寸的前提下，能够分别为第一钻头和第二钻头提供动力。

附图说明

图1为本发明的实施例提供的井下双动力装置的整体结构示意图。

图2为本发明的实施例提供的井下双动力装置的并排分段表示的结构示意图。

图中：

10-定子壳；11-隔套；20-第一转子；21-第一螺旋通道；22-第二导液通道；23-喷头；30-第二转子；31-第二螺旋通道；40-第一钻杆；50-第二钻杆；60-第一钻头；70-第二钻头；81-第一传动轴；811-第一导液通道；821-第一环形导液腔；822-第一旁通接头；823-连接轴；824-第一接头；825-第二接头；83-第二传动轴；84-第三传动轴；851-第二旁通接头；852-第二环形导液腔；853-套体；854-芯轴；911-第三接头；912-第四接头；913-连接套；100-接口套。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。

如图1和图2所示，本发明的实施例公开了一种井下双动力装置，用于破岩钻井，该井下双动力装置包括定子壳10、第一转子20、第二转子30、第一钻杆40、第二钻杆50、第一钻头60以及第二钻头70。定子壳10呈长管状，该定子壳10可由一条长管制成，也可由多个短管对接形成，在本实施例中，定子壳10由多个短管对接形成。第一转子20可转动的设置在定子壳10中，并且第一转子20与定子壳10围成第一螺旋通道21，从而使第一转子20与定子壳10组成了一个螺杆马达，当钻液以一定压力经过第一螺旋通道21时，钻液使得第一转子20转动。第二转子30可转动的设置在定子壳10中，并在定子壳10的轴向上与第一转子20间隔设置，且第二转子30与定子壳10围成第二螺旋通道31，从而使第二转子30与定子壳10组成了又一个螺杆马达，当钻液以一定压力经过第二螺旋通道31时，钻液也会使得第二转子30转动，且第一螺旋通道21与第二螺旋通道31连通。第一钻杆40直接或者间接与第一转子20连接以当第一转子20转动时能够带动第一钻杆40转动。第二钻杆50直接或者间接与第二转子30连接以当第二转子30转动时能够带动第二钻杆50转动，并且第一钻杆40穿设第二钻杆50，第一钻杆40的头部突出于第二钻杆50的头部，第一钻杆40与第二钻杆50之间存在一定间隙以使两钻杆转动时互不干涉。第一钻头60装设在第一钻杆40的头部，第二钻头70装设在第二钻杆50的头部，且第一钻头60的钻削直径小于第二钻头70的钻削直径。

根据上述可知，当定子壳10的尾部与压力泵(该压力泵用于向定子壳10内提供具有一定压力的钻液)连接后，压力泵向定子壳10泵入钻液时，钻液依次经过第一螺旋通道21和第二螺旋通道31，第一转子20和第二转子30会发生转动，同时第一转子20和第二转子30分别通过第一钻杆40和第二钻杆50对应驱动第一钻头60和第二钻头70转动。本发明的关键在于：通过设置第一螺旋通道21和第二螺旋通道31的参数，如通流面积、导程等参数或者通过控制第一螺旋通道21和第二螺旋通道31的钻液的压力差，能够使第一转子20和第二转子30的转速配置成第一转子20的转速大于第二转子30的转速的关系(当然也可以配置成第一转子20的转速小于第二转子30的转速的关系)。如此，当利用本发明的井下双动力装置钻井时，具有较快转速的第一钻头60用于破岩，而具有较慢转速的第二钻头70用于扩井眼。重要的是：由于第一钻头60的直径较小，而转速较快，而第二钻头70的直径较大，而转速较慢，从而使得第一钻头60上的各位置的线速度与第二钻头70上的各位置的线速度相差不大，从而使第一钻头60和第二钻头70的磨损速度相差不大，从而能够得到可同时更换两钻头的良好的使用效果(在机械产品中，使可更换的各个零部件能够同步消耗以期达到同时更换的效果为考量产品优劣的一个方面)。

本发明的两个优点在于：

1、本发明使第一螺旋通道21和第二螺旋通道31形成在定子壳10的内部，且沿轴向排列，在不增加定子壳10的径向尺寸的前提下，能够分别为第一钻头60和第二钻头70提供动力。

2、本发明利用同轴的且在转动时互不干涉的两个钻头进行钻井，加快了钻井的进程，且利用两钻头的差动实现了两钻头的同步磨损。

第一螺旋通道21和第二螺旋通道31在定子壳10的轴向上的形成位置并不受限制，也就是说，第一螺旋通道21更靠近定子壳10的头部或者第二螺旋通道31更靠近定子壳10的头部均能够使第一转子20和第二转子30实现差动。在本发明的一个优选实施例中，第一螺旋通道21靠近定子壳10的尾部，第二螺旋通道31靠近定子壳10的头部，以使自定子壳10尾部进入定子壳10内的钻液依次经过第一螺旋通道21和第二螺旋通道31。

第一转子20可直接与第一钻杆40连接，也可通过传动部件与第一钻杆40连接，但由于定子壳10为长径比较大的部件，若第一转子20与第一钻杆40直接连接，需使第一钻杆40加工成很长的杆，这势必增加加工难度，并且过长的第一钻杆40对于传动也是不利的，因此，在本发明的一个优选实施例中，如图1和图2所示，井下双动力装置包括设置于定子壳10内的第一传动总成，第一转子20通过第一传动总成驱动第一钻杆40转动。具体地，该第一传动总成包括一个长径比较大的第一传动轴81，第一转子20通过第一传动轴81与第一钻杆40连接，第一传动轴81内沿其轴向开设有第一导液通道811，第一螺旋通道21通过第一导液通道811与第二螺旋通道31连通。

根据上述可知，第一转子20通过第一传动总成驱动第一钻杆40，从而避免了第一钻杆40加工过长。

由于定子壳10的长径比较大，且第一螺旋通道21和第二螺旋通道31分别位于定子壳10的尾部和头部，若连通两个螺旋通道一直是第一传动总成与定子壳10围成的腔隙，钻液经过很长的腔隙后，其能量势必会减弱，对驱动第二转子30转动极为不利。因此，第一传动轴81内开设第一导液通道811的目的在于：使钻液在从第一螺旋通道21流向第二螺旋通道31的过程中流经占据较长一段轴向距离的第一导液通道811(第一导液通道811相对腔隙对钻液的阻力较小，钻液流经第一导液通道811的能量消耗较少)，从而较少了钻液的能量的消耗。

在本发明的一个优选实施例中，第一传动总成还包括设置于第一传动轴81与第一转子20之间的第一联轴器；第一转子20内沿其轴向开设有第二导液通道22，第一联轴器与定子壳10之间形成第一环形导液腔821，第一联轴器通过第一旁通接头822与第一转子20远离定子壳10尾部的一端连接，第一转子20靠近定子壳10尾部的一端设置有喷头23，以使从第一螺旋通道21流出的钻液分为两路：其中一路依次经第一环形导液腔821、第一导液通道811流入第二螺旋通道31；另一路依次经第一旁通接头822、第二导液通道22从喷头23喷出。具体地，第一联轴器包括与第一旁通接头822连通的第一接头824、与第一传动轴81连接的第二接头825以及连接在第一接头824和第二接头825之间的连接轴823。在本实施例中，在第一转子20中开设第二导液通道22以及增设喷头23的作用是通过从喷头23泄流的方式使从第一螺旋通道21流出的钻液保持在一定的压力值或一定的压力值范围内。

在本发明的一个优选实施例中，如图2所示，第一传动总成还包括第二传动轴83，第二传动轴83穿设第二转子30，第一传动轴81通过第二传动轴83与第一钻杆40连接。第二传动轴83将位于第二转子30的轴向上的两侧的第一传动轴81与第一钻杆40连接以达到了第一传动轴81驱动第一钻杆40时不影响第二转子30的目的。

在本发明的一个优选实施例中，第一传动总成还包括第三传动轴84，第三传动轴84的一端与第二传动轴83连接，另一端伸入第二钻杆50内并与第一钻杆40连接。

根据上述可知，第一转子20通过依次连接的第一传动轴81、第二传动轴83以及第三传动轴84实现了对第一钻杆40的驱动。

在本发明的一个优选实施例中，第一传动总成还包括设置于第一传动轴81与第二传动轴83之间的第二联轴器，第二联轴器的一端通过第二旁通接头851与第一传动轴81连接，第二联轴器的另一端与第二传动轴83连接，第二联轴器与定子壳10围成用于连通第一导液通道811与第二螺旋通道31的第二环形导液腔852，以使从第一导液通道811流出的钻液经第二环形导液腔852后进入第二螺旋通道31。具体地，第二联轴器包括套体853和芯轴854，套体853的一端与第二旁通接头851连接，套体853的另一端沿其轴向开设有六方孔，芯轴854的一端设置成六方柱，该六方柱伸入至六方孔中，从而能够实现芯轴854与套体853的同步转动。

在本发明的一个优选实施例中，第二转子30通过第三联轴器驱动第二钻杆50，具体地，第三联轴器包括第三接头911、第四接头912以及连接套913，连接套913装设在第三接头911与第四接头912之间，第三接头911与第二转子30连接，第四接头912与第二钻杆50连接。

第一螺旋通道21可直接由定子壳10与第一转子20围成，也可借助于设置于定子壳10内的其他部件与第一转子20围成，在本发明的一个优选实施例中，定子壳10的尾部固定有用于与外部液压泵连接的接口套100，第一转子20与定子壳10之间设置有隔套11，隔套11与接口套100固定连接，隔套11与第一转子20之间围成第一螺旋通道21。如此，可通过改变隔套11的结构和尺寸来改变第一螺旋通道21的参数。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。