一种具有自锁解卡功能的井下钻具
阅读说明：本技术 一种具有自锁解卡功能的井下钻具 (Downhole drilling tool with self-locking and unlocking functions ) 是由 李恒 黄伟 李茂� 孔亚军 钟文 于 2020-12-04 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种具有自锁解卡功能的井下钻具,涉及钻井技术领域,包括外壳、传动轴和离合器,外壳1与离合器3同轴布置,且离合器安装在外壳与传动轴之间；所述离合器包括内圈和外圈,外圈与外壳通过定位销钉固定,内圈与传动轴通过键连接固定,外圈内壁开设有安装槽,安装槽直径方向的深度沿传动轴转动方向逐渐增大；所述安装槽内还安装有滚子体,且安装槽槽壁上还安装有与滚子体连接的弹簧。当井底发生垮塌,钻头遇卡时,本发明能快速对钻头解卡,并在钻头解卡后可快速开泵,恢复正常钻进,使钻井效率大大提高。(The invention discloses an underground drilling tool with a self-locking and stuck releasing function, which relates to the technical field of drilling and comprises a shell, a transmission shaft and a clutch, wherein the shell 1 and the clutch 3 are coaxially arranged, and the clutch is arranged between the shell and the transmission shaft; the clutch comprises an inner ring and an outer ring, the outer ring and the shell are fixed through a positioning pin, the inner ring and the transmission shaft are fixedly connected through a key, the inner wall of the outer ring is provided with a mounting groove, and the depth of the mounting groove in the diameter direction is gradually increased along the rotation direction of the transmission shaft; still install the roller body in the mounting groove, and still install the spring of being connected with the roller body on the mounting groove cell wall. When the well bottom collapses and the drill bit is stuck, the invention can quickly unlock the drill bit, and can quickly start the pump after the drill bit is unlocked to recover normal drilling, thereby greatly improving the drilling efficiency.)
技术领域
本发明涉及钻井技术领域，具体而言，涉及一种具有自锁解卡功能的井下钻具。
背景技术
现有技术中石油钻井用井下动力装置有三种，分别为螺杆钻具、涡轮钻具和电动钻具；由于结构的改进,新材料和新技术的应用,这三种井下钻具都有各自的优点。其中，涡轮钻具是利用高压钻井液作能源，在井下驱动钻头，完成钻井工作的；螺杆钻具通过使泥浆泵泵出的泥浆流经旁通阀进入马达，在马达的进、出口形成一定的压力差，推动转子绕定子的轴线旋转，并将转速和扭矩通过万向轴和传动轴传递给钻头，从而实现钻井作业；电动钻具是通过电缆驱动井下电动机为钻头提供钻井动力,使电能直接变换为机械能，驱动钻头转动，以此完成钻井工作。
但上述三种钻具连接的钻头在钻进过程中都经常会出现因井底发生垮塌或掉块而导致钻头遇卡的情况，如何快速使钻头解卡，则是当前井下工具的研究方向；以螺杆钻具为例，通常是通过转动螺杆钻具外壳来传递旋转动力从而使钻头解卡，但在常规情况下，由于马达由橡胶定子和金属转子组成，转动螺杆钻具外壳会使马达定子和转子产生打滑现象，不仅损伤橡胶定子，而且也会使旋转动力无法传递至钻头，使钻头仍不能运行，最终影响钻井效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有自锁解卡功能的井下钻具，能快速对钻头解卡，并在钻头解卡后可快速开泵，使钻井效率大大提高。
为实现本发明目的，采用的技术方案为：一种具有自锁解卡功能的井下钻具，包括外壳、传动轴和离合器，外壳与离合器同轴布置，且离合器安装在外壳与传动轴之间；所述离合器包括内圈和外圈，内圈与传动轴固定，外圈与外壳固定，且外圈内壁开设有安装槽，安装槽深度沿传动轴转动方向逐渐增大；所述安装槽内还安装有滚子体，且安装槽槽壁上还安装有与滚子体连接的弹簧。
进一步的，所述弹簧固定安装在安装槽深度较大一侧。
进一步的，所述安装槽为多个，多个安装槽沿外壳的圆周方向均匀间隔排布，且多个安装槽内均安装有滚子体。
进一步的，所述内圈与传动轴通过键连接。
进一步的，所述外壳与传动轴之间还安装有多个串轴承，且离合器安装在任意两个串轴承之间。
进一步的，所述滚子体为圆柱状，且滚子体的轴线方向与传动轴的轴线方向一致。
进一步的，所述传动轴上端还依次安装有万向轴总成和马达总成。
本发明的有益效果是：
通过在外圈内壁开设安装槽，并将安装槽的深度设置成沿顺时针方向逐渐增大，并在安装槽内安装滚子体，使滚子体与安装槽槽壁之间通过弹簧连接，使钻头在钻进过程中遇卡时，通过转盘或顶驱正转驱动钻柱及螺杆，此时传动轴转速低于上部钻具，外壳在转动时带动外圈同步转动，在弹簧推力及摩擦力作用下，从而带动滚子体向安装槽较浅的一端移动，从而使外圈与内圈相对固定，实现对传动轴的锁定，从而将上部钻具的驱动力传递给钻头，实现对钻头的解卡；解卡之后，泥浆循环即可重新建立，即可快速开泵，由马达产生的旋转运动传递给传动轴，此时传动轴转速高于上部钻具，在摩擦里作用下，滚子体向安装槽较深一端运动，从而解除内圈、外圈的相对固定关系，从而使钻头恢复正常钻进，使钻井效率大大提高。
附图说明
附图示出了本发明的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本发明的原理，其中包括了这些附图以提供对本发明的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
图1是本发明提供的具有自锁解卡功能的井下钻具结构图；
图2是离合器的安装结构图；
图3是图2中A-A的剖视图。
附图中标记及相应的零部件名称：
1、外壳，2、传动轴，3、离合器，4、串轴承，5、万向轴总成，6、马达总成，7、定位销钉，8、花键；
31、内圈，32、外圈，33、安装槽，34、滚子体，35、弹簧。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。
如图1、图2、图3所示，本发明提供的一种具有自锁解卡功能的井下钻具，包括同轴安装的外壳1、传动轴2和离合器3，且离合器3安装在外壳1内壁与传动轴2外壁之间,外壳1与离合器3同轴布置；所述离合器3包括内圈31和外圈32，内圈31与传动轴2通过花键固定连接，且传动轴2上的花键为多个，多个花键沿传动轴的圆周方向周向均匀间隔排布，使内圈31与传动轴2之间的连接更加稳固，且外圈32内壁与内圈31外壁间隙配合，使内圈31和外圈32可相对转动；所述外圈32与外壳1固定，具体的，外圈32与外壳1可采用过盈配合或采用键连接固定或采用定位销钉固定，当采用键连接固定或定位销钉固定时，定位销钉或键为多个，多个定位销钉或键沿外圈32的圆周周向均匀间隔排布，使外壳1在转动时，外圈32可随外壳1同步转动；所述外圈32内壁开设有安装槽33，安装槽33深度沿传动轴2转动方向逐渐增大，即安装槽33的槽底呈斜面，安装槽33槽底与内圈31外壁之间的间距随传动轴2的传动方向逐渐增大。
所述安装槽33内还安装有滚子体34，滚子体34的直径大于安装槽33槽底与内圈31外壁之间的最小间距，滚子体34的直径小于安装槽33槽底与内圈31外壁之间的最大间距，当滚子体34进入到安装槽33深度较小的一端时，滚子体34卡紧在外圈32和内圈31之间，使外圈32和内圈31不可相对转动，从而被外壳1带动传动轴2顺时针转动，可实现将传动轴2扭矩传递至钻头，有效防止制动失速，实现对钻头的解卡，从而可快速开泵，使钻井效率大大提高。
所述安装槽33槽壁上还安装有与滚子体34连接的弹簧35，弹簧35固定安装在安装槽33深度较大一侧，弹簧35向传动轴2的转动方向延伸，弹簧35的一端与安装槽33槽壁固定，弹簧35的另一端与滚子体34固定，弹簧35不仅能使滚子体34卡紧在安装槽33与内圈31之间时施加一个作用力拉动滚子体34向安装槽33深度较大的一端运动，且在内圈31与外圈32卡紧的情况下转动外壳1时，随着外壳1的转动，弹簧35也会施加一个作用力拉动滚子体34，使滚子体34快速的运动到安装槽33深度较大的一端，使外壳1与传动轴2之间的解卡更加快速。
所述安装槽33为多个，多个安装槽33沿外壳1的圆周方向均匀间隔排布，且多个安装槽33内均安装有滚子体34，使内圈31在相对外圈32转动时，内圈31的中心轴线始终与外圈32的中心轴线保持一致，从而减小传动轴2在转动时的晃动，避免钻头在钻井过程中撞伤；同时，通过多个滚子体34共同配合，使外圈32与内圈31在卡紧锁定的状况下，转动外壳1时，每个滚子体34受到的力更加均匀，使内圈31与外圈32的解卡更加快速方便。
所述内圈31与传动轴2通过键连接，即传动轴2上嵌装有花键，内圈31内壁开设有键槽，通过将花键卡设在键槽内，从而使传动轴2与内圈31固定；所述传动轴2上嵌装的花键可为多个，多个花键沿传动轴2的圆周方向均匀间隔排布，使内圈31与传动轴2的安装更加稳固。
所述外壳1与传动轴2之间还安装有多个串轴承4，多个串轴承4均套装在传动轴2上，且多个串轴承4沿传动轴2的轴线方向依次排布；所述离合器3安装在任意两个串轴承4之间。本发明中的离合器3还可以为多个，当离合器3为多个时，多个离合器3可与多个串轴承4间隔排布。
所述滚子体34为圆柱状，且滚子体34的轴线方向与传动轴2的轴线方向一致，方便滚子体34在安装槽33内滚动，使内圈31与外圈32卡紧锁定时，滚子体34与安装槽33槽底、内圈31外壁均为线接触，使内圈31与外圈32在解锁时更加方便。
所述传动轴2上端还固定安装有万向轴总成5，万向轴总成5的上端与马达总成6连接，钻头固定安装在传动轴2的下端。
在正常工作情况下，马达总成6将泥浆的液压能转换成旋转的机械动能，万向轴总成5将该旋转运动传递给传动轴2，此时离合器3处于分离状态，离合器3不起作用，内圈31、外圈32产生相对旋转运动，内圈31与传动轴2相对静止，传动轴2处于正常工作状态，钻头正常工作。
当井底发生垮塌或掉块，钻头遇卡不能转动时，泥浆不能正常循环，泥浆泵憋泵无法正常开启；通过转盘或顶驱正转驱动钻柱及螺杆，此时传动轴2转速低于上部钻具，内圈31相对于外圈32反向运动，使滚子体34进入到安装槽33深度较小的一端，使离合器3自动切换至接合状态，从而带动传动轴2顺时针旋转，而传动轴2将扭矩传递给钻头，从而实现对钻头的解卡，即可快速开泵，使钻井效率大大提高。
本发明中具有自锁解卡功能的井下钻具可直接用于螺杆钻具、涡轮钻具和电动钻具中，使钻头在钻进过程中遇卡时，滚子体34向安装槽33较浅的一端移动，从而使外圈32与内圈31锁紧，使外壳1带动传动轴2顺时针旋转，从而实现对钻头的解卡，即可快速开泵，使钻井效率大大提高。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本发明，而并非是对本发明的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本发明的范围内。