一种电动车载水利钻井设备

摘要

本发明涉及水利工程技术领域，且公开了一种电动车载水利钻井设备，包括钻柱和钻头，所述钻头旋转连接在钻柱的下方，所述钻柱和钻头的内腔连通且流通有井液，所述钻柱的内壁开设有内凹槽，所述内凹槽的内部卡接有扭矩补偿组件，所述扭矩补偿组件将井液的能量转化成钻柱旋转的能量，所述钻柱的内壁设有位于内凹槽下方的受力板以及位于扭矩补偿组件下方的流道。本发明通过利用井液在挡板两侧面的流速不同产生的作用在挡板上的扭矩，并通过上板将扭矩传递至钻柱上，从而提高钻柱下端的扭矩，达到补偿钻柱受到旋转系统的扭矩损耗的目的，从而增大钻柱和钻头的转速，提高钻井的效率。

说明书

技术领域

本发明涉及水利技术领域，具体为一种电动车载水利钻井设备。

背景技术

钻井是利用机械设备，将地层钻成具有一定深度的圆柱形孔眼的工程，钻井是一项系统工程，是多专业、多工种利用多种设备、工具、材料进行的联合作业，同时它又是多程序紧密衔接，多环节环环相扣的连续作业，施工的全过程都具有相当的复杂性。钻井设备包括有循环系统、旋转系统等系统，其中旋转系统由转盘、水龙头、钻头和钻柱组成，旋转系统保证钻井设备在钻井液高压循环的情况下，给钻具提供足够的旋转扭矩和动力，以满足破岩钻进的井下其他要求；循环系统通过将井液从钻柱输送至井眼中，再从井眼将井液抽出，从而实现井液的循环，井液的循环用于清除井底的岩屑以及冷却钻头和润滑钻具。

随着钻柱和钻头的钻进深度增加，钻杆的数量不断增加，钻柱的总体长度也逐渐增加，钻柱的下端相较于转盘的距离增大，由于钻杆本身的内应力以及扭矩的损耗，钻柱从上至下扭矩逐渐减少，从而降低了钻头的转速，影响了钻井的效率。

发明内容

针对背景技术中提出的现有钻井设备在使用过程中存在的不足，本发明提供了一种电动车载水利钻井设备，具备可补偿钻柱扭矩的优点，解决了上述背景技术中提出的钻柱下端受到的扭矩较小的问题。

本发明提供如下技术方案：一种电动车载水利钻井设备，包括钻柱和钻头，所述钻头旋转连接在钻柱的下方，所述钻柱和钻头的内腔连通且流通有井液，所述钻柱的内壁开设有内凹槽，所述内凹槽的内部卡接有扭矩补偿组件，所述扭矩补偿组件将井液的能量转化成钻柱旋转的能量，所述钻柱的内壁设有位于内凹槽下方的受力板以及位于扭矩补偿组件下方的流道。

优选的，所述扭矩补偿组件包括上板、挡板和下板，所述上板卡接在内凹槽的内部，所述挡板的两端分别固定连接在上板和下板的外壁上，所述上板和下板与钻柱同轴装配。

优选的，所述内凹槽的内壁均匀设有棘齿，所述上板的外壁均匀设置有棘爪，所述棘齿和棘爪卡接，所述棘爪可相对于棘齿单向旋转移动且旋转移动的方向与钻柱的旋转方向相反。

优选的，所述棘齿和棘爪设置为磁铁，所述棘爪的两个侧面分别与其相邻的棘齿的相对面排斥。

优选的，所述上板的顶部开设有位于其轴线处的进液口，所述挡板设为流线型且流线的凸起指向内凹的方向与钻柱旋转的方向相同。

优选的，所述下板的外壁不与钻柱的内壁相接触，所述下板的外壁与钻柱的内壁之间设有液道。

优选的，所述受力板位于上板和下板之间且受力板的高度略大于挡板的高度，所述受力板的一侧呈内凹形，所述流道呈螺旋状沿着钻柱的内壁向下延伸。

优选的，所述棘爪位于上板的一端连接有推力件，所述推力件的一端固定在上板的内壁中，所述推力件可设置为弹簧或者电磁铁。

本发明具备以下有益效果：

1、本发明通过利用井液在挡板两侧面的流速不同产生的作用在挡板上的扭矩，并通过上板将扭矩传递至钻柱上，从而提高钻柱下端的扭矩，达到补偿钻柱受到旋转系统的扭矩损耗的目的，从而增大钻柱和钻头的转速，提高钻井的效率。

2、本发明通过棘齿和棘爪的卡接以及可单向旋转的作用，在井涌时，不仅可以将井液的静压能转环成扭矩补偿组件旋转的动能，达到降低井液内能的效果，一定程度上可降低井涌的破坏力；且可避免扭矩补偿组件带动钻柱高速反向旋转的情况，从而起到保护钻柱和旋转系统的作用。

3、本发明通过调整推力件的性能可调整棘爪与棘齿之间的相互作用力，从而可以根据循环系统对井液施加的压力作用调整棘齿和棘爪之间的卡接力度，以起到在正常钻井情况下，扭矩补偿组件能够将正向扭矩传递给钻柱，而在井涌情况下，扭矩补偿组件不将反向扭矩传递给钻柱的目的，从而起到保护盖钻井设备的效果。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明下板处局部俯视图；

图3为本发明上板处棘爪和棘齿的卡接示意图。

图中：1、钻柱；2、钻头；3、内凹槽；4、棘齿；5、扭矩补偿组件；501、上板；502、挡板；503、下板；510、进液口；6、棘爪；7、液道；8、受力板；9、流道；10、推力件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，一种电动车载水利钻井设备，包括钻柱1和钻头2，钻头2旋转连接在钻柱1的下方，钻柱1和钻头2的内腔连通且流通有井液，钻柱1的内壁开设有内凹槽3，内凹槽3的内部卡接有扭矩补偿组件5，扭矩补偿组件5将井液的能量转化成钻柱1旋转的能量，扭矩补偿组件5包括上板501、挡板502和下板503，上板501卡接在内凹槽3的内部，挡板502的两端分别固定连接在上板501和下板503的外壁上，上板501和下板503与钻柱1同轴装配，上板501的顶部开设有位于其轴线处的进液口510，挡板502设为流线型且流线的凸起指向内凹的方向与钻柱1旋转的方向相同，由于挡板502的流线型设计，当井液沿着挡板502的外壁流动时，挡板502的两侧受力不平衡，因此挡板502受到较大的扭矩，扭矩再传递至钻柱1上，从而起到提高钻柱1下端扭矩的作用。

钻柱1的内壁设有位于内凹槽3下方的受力板8以及位于扭矩补偿组件5下方的流道9，受力板8位于上板501和下板503之间且受力板8的高度略大于挡板502的高度，受力板8的一侧呈内凹形，从挡板502之间流出的井液喷射撞击在受力板8的外壁上，内凹形聚拢井液，降低井液发散时对扭矩补偿组件5的冲击，流道9呈螺旋状沿着钻柱1的内壁向下延伸，且流道9的螺旋方向与钻柱1的旋转方向相反，当井液沿着流道9向下流动时，由于井液具有竖直向下的惯性，因此会挤压钻柱1正向旋转，这里的正向和反向均是相对于旋转系统使得钻柱1旋转的方向而言；下板503的外壁不与钻柱1的内壁相接触，下板503的外壁与钻柱1的内壁之间设有液道7，上述井液撞击在受力板8上后沿着内凹形的外壁向下从液道7处向下流动并且充满流道9中。

内凹槽3的内壁均匀设有棘齿4，上板501的外壁均匀设置有棘爪6，棘齿4和棘爪6卡接，棘爪6可相对于棘齿4单向旋转移动且旋转移动的方向与钻柱1的旋转方向相反，即正常钻井时，扭矩补偿组件5的旋转力通过棘爪6、棘齿4传送至钻柱1上，当棘爪6受到足以克服其后侧的棘齿4对其的作用合力时，棘爪6朝向后侧的棘齿4的方向反向旋转。

棘齿4和棘爪6设置为磁铁，棘爪6的两个侧面分别与其相邻的棘齿4的相对面排斥，由于磁铁的磁力为波动力，因此棘爪6可在相邻两个棘齿4之间移动，防止旋转系统作用在钻柱1上的扭矩与扭矩补偿组件5作用在钻柱1上的扭矩不同，避免钻柱1内外轴向扭矩相差过大导致扭矩补偿组件5与钻柱1轴向扭曲。

棘爪6位于上板501的一端连接有推力件10，推力件10的一端固定在上板501的内壁中，推力件10可设置为弹簧，推力件10对棘爪6的挤压力使得棘爪6卡接在相邻两个棘齿4之间，且由于推力件10的弹性力作用，在一定的力度范围内，保证上板501的稳定，使得井液会从两个挡板502之间并沿着挡板502的流线防线移动，防止井液对挡板502的反向力使得扭矩补偿组件5反向移动；

推力件10还可设置为电磁铁，并在棘爪6与推力件10的相对面设置需设置与电磁铁相对的磁铁，使得电磁铁可以对磁铁吸引或者排斥，此时可通过给电磁铁加上不同大小的电流，改变扭矩补偿组件5的反向旋转力的大小，这个反向旋转力的大小应与井液的压力相关，由于井液是通过泵体输送，因此与泵体的功率相关，保证在正常钻井的过程中，井液沿着挡板502的外壁流动，而扭矩补偿组件5保持不动，当挡板502受到井液的反向力大于棘齿4与棘爪6之间作用的合力时，扭矩补偿组件5反向旋转。

上述扭矩补偿组件5反向旋转主要功能在于，当发生井涌时，按照现有技术的方案，井眼上方的井控系统启动，井眼内的高压井液通过钻头上的液孔反作用钻柱1内的井液，当高压井液从扭矩补偿组件5的下方向上方流动时，由于挡板502的流线型结构，挡板502受到井液反向的压力，此时压力大于棘齿4和棘爪6之间的作用力合力时，扭矩补偿组件5相对于钻柱1反向旋转，一方面将高压井液的静压能转化成扭矩补偿组件5旋转的动能，从而降低井液的内压，另一方面，由于扭矩补偿组件5相对于钻柱1反向旋转，使得扭矩补偿组件5的旋转力未作用在钻柱1上，从而可避免钻柱1在井涌时高速反向旋转，导致钻柱1以及旋转系统损坏。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。