一种耐高温全金属滚珠式活塞井下钻具

技术特征：
1.一种耐高温全金属滚珠式活塞井下钻具，其特征在于，包括外管1、接头4、轴承节5和主轴6，接头4螺纹连接于外管1的一端，轴承节5螺纹连接于外管1的另一端，主轴6与轴承节5另一端连接，组合成整个钻具。外管内装配有：2转子；201、挡圈；202、配流阀；203、滚珠；204、螺旋凹槽低；205、螺旋凹槽曲线边缘；206、转子进出口；207、转子扶正；208、转子六方输出轴；在本实施例中，配流机构202与转子2组合成单向双通阀门，当转过一定角度时，阀门打开，活塞3与钻井液连通，推动活塞3作轴向运动，使得滚珠203沿转子2螺旋凹槽曲线边缘205滚动，并通过转子2上正弦曲线转换成旋转运动，输出扭矩。2.根据权利要求1所述的耐高温全金属滚珠式活塞井下钻具，其特征在于：配流机构202为四个单向阀，与转子2配合，实现单向开闭进出高压钻井液的阀门，每两个配流阀202组合成一个组件，组件之间错开90
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，实现活塞3上下受力均匀，即浮动在转子上，改善了钻轴向受力情况。3.根据权利要求2所述的耐高温全金属滚珠式活塞井下钻具，其特征在于：高压钻井液经配流阀202孔进入活塞上端301处，推动活塞沿轴向304运动，完成半圈旋转90
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；此时上配流阀202关闭，下配流阀打开，活塞下端305向上运动，排出上端活塞301处内腔的钻井液，完成钻具一周旋转。4.根据权利要求3所述的耐高温全金属滚珠式活塞井下钻具，其特征在于：钻具转子2与滚珠203的配置关系，滚珠在活塞3推动下，沿螺旋线正弦204轨迹运转，将活塞3轴向运动转换成转子2旋转；同时，螺旋线是一个周期闭合的螺旋凹槽，实现周而复始的旋转。5.根据权利要求4所述的耐高温全金属滚珠式活塞井下钻具，其特征在于：活塞3导向304与302配合，使得活塞只能轴向运动。6.根据权利要求5所述的耐高温全金属滚珠式活塞井下钻具，其特征在于：轴向运动转换成螺旋运动205，即正弦运动：y＝asinbx，螺旋凹槽降低滚珠203滚动摩擦阻力，减小钻具从液压能转换成机械能的能量损失，增加了钻具扭矩输出，滚珠又极易加工和更换，提高钻具工作效率和使用寿命。7.根据权利要求6所述的耐高温全金属滚珠式活塞井下钻具，其特征在于：配流阀202与转子2配合，旋转一定角度，打开转子2上的活塞3高压进口，推动活塞工作；在旋转过一定角度，转子2上配流阀202关闭，从转子2下方配流阀进高压水，反推转子运转，将上活塞内钻井液排出钻具腔体内，转子2所产生的的旋转力通过转子下方六方轴208外侧进入主轴6，将钻井液排出钻具外，通过外筒壁回流至地面的泥浆泵池中。8.根据权利要求7所述的耐高温全金属滚珠式活塞井下钻具，其特征在于：转子2下方六方轴208与主轴6配合，将活塞3轴向运动转换成转子2的螺旋运动，并传扭至下端轴承节5，通过止推轴承501和扶正轴承503作用，将钻具轴向压力消退，只保留旋转力并传扭至下方主轴6，驱动钻具下方的钻头，进行岩石破碎；同时，钻井液流经钻头，达到冷却钻头目的。

技术总结
本申请涉及一种耐高温全金属滚珠式活塞井下钻具，包括上接头、外筒和轴承节，其中外筒体内包含钻具动力部件，主要由配流套件、定子活塞组件、多套滚珠和带螺旋槽的转子组成。定子活塞组件由上下带导向活塞配合组成，活塞组件既有非常好的密封特性，又有成熟的加工工艺，极大减小了钻具因泄漏而导致钻井液动能的损失，增大钻具扭矩输出；同时，钻井液在活塞内轮换交替，具有润滑和降温的优点，降低了钻具磨损和动能损耗，提高了使用寿命；配流套件采用两组配流阀，其通过和转子旋转配合打开和关闭阀门，钻具上下各一组，使得相对压力相互抵消，改善了钻具受力情况；多套滚珠将定子活塞轴向运动转换成转子旋转运动，具有周向滚动运动摩擦阻力小优点，提高钻具输出效率。整体钻具又全部采用全金属材料加工，使得井下钻具具有耐高温的特性。从而，为了解决了传统井下钻具不耐高温、易泄漏、低扭矩和使用周期短的问题，本申请创造性提出一种耐高温全金属滚珠式活塞井下钻具。活塞井下钻具。


技术研发人员：路家兴 王瑜
受保护的技术使用者：中国地质大学（北京）
技术研发日：2022.03.29
技术公布日：2022/6/28