无钻机自平衡回转振动耦合碎岩钻进系统的振动机构

471 编辑：中冶有色技术网来源：吉林大学

2024-01-24 13:49:51

权利要求书： 1.无钻机自平衡回转振动耦合碎岩钻进系统的振动机构，其特征在于：包括内钻头振动机构和外钻头振动机构；

内钻头振动机构包括内钻头高频振动器腔体(1)、内钻头传动轴(2)、固定螺帽(3)、内钻头振动器上盖(4)、内钻头上轴承(5)、振动器(6)、内钻头振动器下盖(7)和内钻头下轴承(8)；

所述内钻头高频振动器腔体(1)设置有内钻头导向槽(101)和内钻头高频振动器腔体内壁(102)；内钻头高频振动器腔体内壁(102)直径要大于内钻头振动器上盖(4)和内钻头振动器下盖(7)本体的外径；

所述内钻头传动轴(2)设置有内钻头传动轴振动器固定面(201)和内钻头下轴承内圈限位台阶(202)；内钻头传动轴振动器固定面(201)其上部设置有螺纹；

所述内钻头振动器上盖(4)设置有内钻头上轴承外圈卡槽(401)、内钻头振动器上盖导向凸台(402)、内钻头振动器上卡槽(403)和内钻头振动器电缆孔(404)，内钻头上轴承外圈卡槽(401)与内钻头上轴承(5)外圈过盈配合，内钻头振动器上盖导向凸台(402)与内钻头导向槽(101)滑动配合；固定螺帽(3)螺纹连接在内钻头传动轴振动器固定面(201)上部螺纹处对内钻头上轴承(5)进行挤压限位；

所述振动器(6)设置有振动器本体(601)和振动器电缆(602)；振动器(6)内孔与内钻头传动轴振动器固定面(201)间隙配合；

振动器本体(601)的上端面与内钻头振动器上卡槽(403)紧密配合；振动器电缆(602)穿过内钻头振动器电缆孔(404)；

所述内钻头振动器下盖(7)设置有内钻头下轴承外圈卡槽(701)、内钻头振动器下盖导向凸台(702)和内钻头振动器下卡槽(703)，内钻头下轴承外圈卡槽(701)与内钻头下轴承(8)外圈过盈配合；内钻头振动器下盖导向凸台(702)与内钻头导向槽(101)滑动配合；内钻头振动器下卡槽(703)与振动器本体(601)下端面紧密配合；

内钻头下轴承(8)内圈与内钻头下轴承内圈限位台阶(202)过盈配合；

外钻头振动机构包括振动器(6)、外钻头高频振动器腔体(9)、振动弹簧(10)、外钻头振动器上盖(11)、外钻头振动器下盖(12)、传振隔扭轴承(13)和外钻头变径接头(14)；

所述外钻头高频振动器腔体(9)设置有振动弹簧上限位槽(901)、外钻头导向槽(902)和外钻头高频振动器腔体内壁(903)，外钻头高频振动器腔体内壁(903)直径要大于外钻头振动器上盖(11)和外钻头振动器下盖(12)的外径；

所述外钻头振动器上盖(11)设置有振动弹簧下限位槽(1101)、外钻头振动器上盖导向凸台(1102)、外钻头振动器上卡槽(1103)和用于穿过振动器电缆(602)外钻头振动器电缆孔1104，外钻头振动器上卡槽(1103)与振动器本体(601)的上端面紧配合；

外钻头振动器上盖导向凸台(1102)与外钻头导向槽(902)滑动配合；

振动弹簧(10)上端与振动弹簧上限位槽(901)压紧配合且同轴，振动弹簧(10)下端与振动弹簧下限位槽(1101)压紧配合且同轴；

所述外钻头振动器下盖(12)设置有外钻头传振隔扭轴承外圈卡槽(1201)、外钻头振动器下盖导向凸台(1202)和外钻头振动器下卡槽(1203)，外钻头振动器下盖导向凸台(1202)和外钻头导向槽(902)滑动配合；外钻头传振隔扭轴承外圈卡槽(1201)与传振隔扭轴承(13)外圈过盈配合；外钻头振动器下卡槽(1203)与振动器本体(601)的下端面紧配合；

所述外钻头变径接头(14)设置有外钻头传振隔扭轴承内圈限位台阶(1401)，传振隔扭轴承(13)内圈与外钻头传振隔扭轴承内圈限位台阶(1401)过盈配合。

说明书：无钻机自平衡回转振动耦合碎岩钻进系统的振动机构技术领域[0001] 本实用新型属于钻井和钻探技术技术领域，特别涉及一种适用于地质钻探、水文水井钻井、油气钻井、科学钻探、地外星体和地下建筑救援钻孔等技术领域的无钻机自平衡

回转振动耦合碎岩钻进系统的振动机构。

背景技术[0002] 申请人发明了专利号为201710082518.8的“一种井下扭矩自平衡有缆钻具系统”，该技术从根本上解决钻柱回转钻进产生的反扭矩危害，改变钻头单向碎岩对围岩的扰动强

度，简化地面钻探装备和配套的工具及工艺方法，实现井内事故少，钻井成本低、能耗小和

钻进效率高等目的。然而，其技术本身仍存在一些不足亟待解决，如纯回转钻进效率低，极

大地影响了钻进的效率。

实用新型内容

[0003] 本实用新型的目的是提供一种适配于无钻机自平衡回转振动耦合碎岩钻进系统的振动机构，通过独立振动辅助双钻头回转碎岩以提高钻进系统的钻进效率。

[0004] 为达到上述目的，本实用新型提出了如下技术方案：[0005] 无钻机自平衡回转振动耦合碎岩钻进系统的振动机构，包括内钻头振动机构和外钻头振动机构；

[0006] 内钻头振动机构包括内钻头高频振动器腔体、内钻头传动轴、固定螺帽、内钻头振动器上盖、内钻头上轴承、振动器、内钻头振动器下盖和内钻头下轴承；

[0007] 所述内钻头高频振动器腔体设置有内钻头导向槽和内钻头高频振动器腔体内壁；内钻头高频振动器腔体内壁直径要大于内钻头振动器上盖和内钻头振动器下盖本体的外

径；

[0008] 所述内钻头传动轴设置有内钻头传动轴振动器固定面和内钻头下轴承内圈限位台阶；内钻头传动轴振动器固定面其上部设置有螺纹；

[0009] 所述内钻头振动器上盖设置有内钻头上轴承外圈卡槽、内钻头振动器上盖导向凸台、内钻头振动器上卡槽和内钻头振动器电缆孔，内钻头上轴承外圈卡槽与内钻头上轴承

外圈过盈配合，内钻头振动器上盖导向凸台与内钻头导向槽滑动配合；固定螺帽螺纹连接

在内钻头传动轴振动器固定面上部螺纹处对内钻头上轴承进行挤压限位；

[0010] 所述振动器设置有振动器本体和振动器电缆；振动器内孔与内钻头传动轴振动器固定面间隙配合；

[0011] 振动器本体的上端面与内钻头振动器上卡槽紧密配合；振动器电缆穿过内钻头振动器电缆孔；

[0012] 所述内钻头振动器下盖设置有内钻头下轴承外圈卡槽、内钻头振动器下盖导向凸台和内钻头振动器下卡槽，其中内钻头下轴承外圈卡槽与内钻头下轴承外圈过盈配合；内

钻头振动器下盖导向凸台与内钻头导向槽滑动配合；内钻头振动器下卡槽与振动器本体下

端面紧密配合；

[0013] 内钻头下轴承内圈与内钻头下轴承内圈限位台阶过盈配合；[0014] 外钻头振动机构包括振动器、外钻头高频振动器腔体、振动弹簧、外钻头振动器上盖、外钻头振动器下盖、传振隔扭轴承和外钻头变径接头；

[0015] 所述外钻头高频振动器腔体设置有振动弹簧上限位槽、外钻头导向槽和外钻头高频振动器腔体内壁，外钻头高频振动器腔体内壁直径要大于外钻头振动器上盖和外钻头振

动器下盖的外径；

[0016] 所述外钻头振动器上盖设置有振动弹簧下限位槽、外钻头振动器上盖导向凸台、外钻头振动器上卡槽和用于穿过振动器电缆外钻头振动器电缆孔，外钻头振动器上卡槽与

振动器本体的上端面紧配合；

[0017] 外钻头振动器上盖导向凸台与外钻头导向槽滑动配合；[0018] 振动弹簧上端与振动弹簧上限位槽压紧配合且同轴，振动弹簧下端与振动弹簧下限位槽压紧配合且同轴；

[0019] 所述外钻头振动器下盖设置有外钻头传振隔扭轴承外圈卡槽、外钻头振动器下盖导向凸台和外钻头振动器下卡槽，外钻头振动器下盖导向凸台和外钻头导向槽滑动配合；

外钻头传振隔扭轴承外圈卡槽与传振隔扭轴承外圈过盈配合；外钻头振动器下卡槽与振动

器本体的下端面紧配合；

[0020] 所述外钻头变径接头设置有外钻头传振隔扭轴承内圈限位台阶，传振隔扭轴承内圈与外钻头传振隔扭轴承内圈限位台阶过盈配合。

[0021] 本实用新型的有益效果：[0022] 本实用新型能够为无钻机自平衡回转振动钻进系统提供一种振动机构，该振动机构能够对内钻头和外钻头回转过程中，在不影响双钻头回转的前提下独立增加双钻头的轴

向振动，从而提高钻头对岩石的破坏能力，同时能够较大程度减少内、外钻头的回转碎岩扭

矩，实现钻头快速破岩目的。

附图说明[0023] 图1是本实用新型一种无钻机自平衡回转振动耦合碎岩钻进系统的振动机构的内钻头振动机构总装示意图。

[0024] 图2是本实用新型一种无钻机自平衡回转振动耦合碎岩钻进系统的振动机构的内钻头振动机构的内钻头高频振动器腔体示意图。

[0025] 图3是本实用新型一种无钻机自平衡回转振动耦合碎岩钻进系统的振动机构的内钻头振动机构的内钻头传动轴示意图。

[0026] 图4是本实用新型一种无钻机自平衡回转振动耦合碎岩钻进系统的振动机构的内钻头振动机构的内钻头振动器上盖示意图。

[0027] 图5是本实用新型一种无钻机自平衡回转振动耦合碎岩钻进系统的振动机构的内钻头振动机构的振动器示意图。

[0028] 图6是本实用新型一种无钻机自平衡回转振动耦合碎岩钻进系统的振动机构的内钻头振动机构的内钻头振动器下盖示意图。

[0029] 图7是本实用新型一种无钻机自平衡回转振动耦合碎岩钻进系统的振动机构的外钻头振动机构总装图。

[0030] 图8是本实用新型一种无钻机自平衡回转振动耦合碎岩钻进系统的振动机构的外钻头振动机构的外钻头高频振动器腔体示意图。

[0031] 图9是本实用新型一种无钻机自平衡回转振动耦合碎岩钻进系统的振动机构的外钻头振动机构的外钻头振动器上盖示意图。

[0032] 图10是本实用新型一种无钻机自平衡回转振动耦合碎岩钻进系统的振动机构的外钻头振动机构的外钻头振动器下盖示意图。

[0033] 图11是本实用新型一种无钻机自平衡回转振动耦合碎岩钻进系统的振动机构的外钻头振动机构的外钻头变径接头示意图。

具体实施方式[0034] 无钻机自平衡回转振动耦合碎岩钻进系统的振动机构，包括内钻头振动机构和外钻头振动机构；

[0035] 其中内钻头振动机构包括内钻头高频振动器腔体1、内钻头传动轴2、固定螺帽3、内钻头振动器上盖4、内钻头上轴承5、振动器6、内钻头振动器下盖7和内钻头下轴承8；

[0036] 所述内钻头高频振动器腔体1设置有内钻头导向槽101和内钻头高频振动器腔体内壁102；内钻头高频振动器腔体内壁102直径要稍大于内钻头振动器上盖4和内钻头振动

器下盖7本体的外径；

[0037] 所述内钻头传动轴2设置有内钻头传动轴振动器固定面201和内钻头下轴承内圈限位台阶202；内钻头传动轴振动器固定面201其上部设置有螺纹；

[0038] 所述内钻头振动器上盖4设置有内钻头上轴承外圈卡槽401、内钻头振动器上盖导向凸台402、内钻头振动器上卡槽403和内钻头振动器电缆孔404，内钻头上轴承外圈卡槽

401与内钻头上轴承5外圈过盈配合，内钻头振动器上盖导向凸台402与内钻头导向槽101滑

动配合，后者能够在前者上下滑动，防止后者周向回转；固定螺帽3螺纹连接在内钻头传动

轴振动器固定面201上部螺纹处对内钻头上轴承5进行挤压限位；

[0039] 所述振动器6设置有振动器本体601和振动器电缆602；振动器6内孔与内钻头传动轴振动器固定面201间隙配合；

[0040] 振动器本体601的上端面与内钻头振动器上卡槽403紧密配合；振动器电缆602穿过内钻头振动器电缆孔404；

[0041] 所述内钻头振动器下盖7设置有内钻头下轴承外圈卡槽701、内钻头振动器下盖导向凸台702和内钻头振动器下卡槽703，其中内钻头下轴承外圈卡槽701与内钻头下轴承8

外圈过盈配合；内钻头振动器下盖导向凸台702与内钻头导向槽101滑动配合，后者能够在

前者上下滑动，防止后者周向回转；内钻头振动器下卡槽703与振动器本体601下端面紧密

配合；

[0042] 内钻头下轴承8内圈与内钻头下轴承内圈限位台阶202过盈配合；[0043] 外钻头振动机构包括振动器6、外钻头高频振动器腔体9、振动弹簧10、外钻头振动器上盖11、外钻头振动器下盖12、传振隔扭轴承13和外钻头变径接头14；

[0044] 所述外钻头高频振动器腔体9设置有振动弹簧上限位槽901、外钻头导向槽902和外钻头高频振动器腔体内壁903，外钻头高频振动器腔体内壁903直径要稍大于外钻头振动

器上盖11、外钻头振动器下盖12的外径；

[0045] 所述外钻头振动器上盖11设置有振动弹簧下限位槽1101、外钻头振动器上盖导向凸台1102、外钻头振动器上卡槽1103和外钻头振动器电缆孔1104，外钻头振动器上卡槽

1103与振动器本体601的上端面紧配合；外钻头振动器电缆孔1104，用于穿过振动器电缆

602；

[0046] 外钻头振动器上盖导向凸台1102与外钻头导向槽902滑动配合，后者能够在前者上下滑动，防止后者周向回转；

[0047] 振动弹簧10上端与振动弹簧上限位槽901压紧配合且同轴，振动弹簧10下端与振动弹簧下限位槽1101压紧配合且同轴；

[0048] 所述外钻头振动器下盖12设置有外钻头传振隔扭轴承外圈卡槽1201、外钻头振动器下盖导向凸台1202和外钻头振动器下卡槽1203，外钻头振动器下盖导向凸台1202和外钻

头导向槽902滑动配合，后者能够在前者上下滑动，防止后者周向回转；外钻头传振隔扭轴

承外圈卡槽1201与传振隔扭轴承13外圈过盈配合；外钻头振动器下卡槽1203与振动器本

体601的下端面紧配合；

[0049] 所述外钻头变径接头14设置有外钻头传振隔扭轴承内圈限位台阶1401，传振隔扭轴承13内圈与外钻头传振隔扭轴承内圈限位台阶1401过盈配合。

[0050] 本实用新型的工作原理及使用过程：[0051] 内钻头振动机构工作方式是，振动器6高频振动通过内钻头振动器下盖7和内钻头下轴承8将振动能传递给内钻头传动轴2，然后再传递到内钻头上；其中固定螺帽3、内钻

头振动器上盖4、内钻头上轴承5作用是对振动器6形成夹持力，以保证振动器6间接的与内

钻头传动轴2紧密接触；

[0052] 外钻头振动机构工作方式是，振动器6高频振动通过外钻头振动器下盖12和传振隔扭轴承13将振动能传递给外钻头变径接头14，然后再传递到外钻头上；其中外钻头高频

振动器腔体9、振动弹簧10是对振动器6形成夹持力，以保证振动器6间接的与外钻头变径接

头14紧密接触。