CN101839113B - 一种井下纠偏能量提取装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种井下纠偏能量提取装置。主要解决现有的自动垂直钻井系统结构复杂、操作风险性大、系统工作不可靠的问题。其特征在于：钻挺(1)外部有由可调心轴承(6)支撑的活套(4)，活套(4)上部螺纹连接叶片轮(5)，活套(4)上周向均匀地镶嵌若干个柱塞泵(3)，钻挺(1)上与柱塞泵(3)所对应的位置固定偏心轴承(2)。该井下纠偏能量提取装置具有结构简单、操作安全的特点，能够适应高温、高压、高冲击、重载的工作环境、节省空间。

Description

一种井下纠偏能量提取装置

技术领域：

本发明涉及石油天然气勘探钻井作业的井下导向装置，特别涉及井下自动垂直钻井工具中把钻挺旋转的机械能提取或转化为液压动力的井下纠偏能量提取装置。

背景技术：

在石油天然气钻井中，常需要钻直井，但在高陡构造地区，下部钻具组合受到地层造斜力的影响，常常引起井斜，使井眼偏离预定轨道。通常所采用的钟摆钻具组合或吊打等方法，都是一种以牺牲钻井速度换取井眼质量的消极方法，而且往往不能有效控制井斜。而带有井下纠偏工具的自动垂直钻井系统则能够有效突破上述技术瓶颈，使钻井速度及井眼质量得以同时保证。由于井下空间狭小，工作环境为高温、高压、强载荷，机械系统常难以达到要求，因此井下纠偏执行系统的能量通常由液压系统提供。

目前国外商业化应用的自动垂直钻井系统基本都采用专门的液压油泵系统驱动执行机构活塞，以使导向块产生推靠力，这种方式的典型代表为由德国采矿研究院和什威恩电子液压技术公司联合研发的ZBE自动垂直钻井系统。但是由于液压油泵系统及其电控系统的引入，增加了系统结构的复杂性和操作的风险性，导致系统工作的不可靠性。

发明内容：

为了克服现有的自动垂直钻井系统结构复杂、操作风险性大、系统工作不可靠的不足，本发明提供一种井下纠偏能量提取装置，该井下纠偏能量提取装置具有结构简单、操作安全的特点，能够适应高温、高压、高冲击、重载的工作环境、节省空间。

本发明的技术方案是：一种井下纠偏能量提取装置，包括钻挺，钻挺外部有由可调心轴承支撑的活套，活套上部螺纹连接叶片轮，活套上周向均匀地镶嵌若干个柱塞泵，钻挺上与柱塞泵所对应的位置固定偏心轴承；

所述的偏心轴承主要由内套、滚动体、同心的外套组成，所述的外套内侧圆周方向有半圆形沟槽A，所述的内套为偏心，其外圆周也有半圆形沟槽B并与外套上的沟槽A相对应，上述的沟槽A及沟槽B形成的圆环状空腔内填充满滚动体。

所述的内套上径向有与沟槽B垂直的螺纹孔，螺纹孔内配合有螺塞，且螺塞的端部与滚动体外径相吻合。

所述的螺纹孔内螺塞底部还有定位塞。

所述的沟槽A、沟槽B可以为2个，相对应的螺塞及定位塞也为2个；所述的沟槽A、沟槽B也可以为3个，相对应的螺塞及定位塞也为3个。

所述的螺纹孔的位置偏离内套圆环厚度最大的位置。

本发明具有如下有益效果：由于采取上述方案，钻挺外部的活套上镶嵌有柱塞泵，柱塞泵与钻挺上的偏心轴承对应，当钻挺转动时，偏心轴承内套随之转动，同时，泥浆通过钻挺内部的水眼进入钻头底部后从活套周围返流回地面，在泥浆的冲击下叶片轮带动活套相对于钻挺进行相反方向的转动，因此，偏心轴承与活套相对转动，其外套压缩和放松柱塞泵的柱塞，使柱塞泵完成排油和吸油的过程而产生高压液压油，从而驱动井下执行机构的活塞缸，产生纠偏力。该井下纠偏能量提取装置不需要单独的液压泵系统，降低了液压控制系统设计的复杂性，结构简单、节省空间、操作安全，并且能够适应高温、高压、高冲击、重载的工作环境。

附图说明：

图1是本发明的结构示意图；

图2是沿附图1中A-A的剖视图；

图3是本发明中偏心轴承的结构示意图；

图4是图3中F-F的剖视图；

图5是图4中I处的放大图。

图中1-钻挺，2-偏心轴承，3-柱塞泵，4-活套，5-叶片轮，6-可调心轴承，11-内套，12-滚动体，13-外套，14-螺塞，15-定位塞，16-沟槽A，17-沟槽B，18-螺纹孔。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明：

由图1结合图2所示，一种井下纠偏能量提取装置，包括钻挺1，钻挺1外部有由两个可调心轴承6支撑的活套4，活套4外部有槽，活套4上部螺纹连接叶片轮5，叶片轮5受由钻挺1中心返流到地面的泥浆的冲击，可以带动活套4共同旋转，同时，活套4外部的槽可以增加使活套4旋转的动力。活套4同一圆周上周向均匀地镶嵌若干个柱塞泵3，柱塞泵3连接井下执行机构的导向活塞，柱塞泵3通过拉伸与收缩将高压油注入导向活塞的液压缸从而产生纠偏力。钻挺1上与柱塞泵3所对应的位置固定偏心轴承2。

由图3、图4、图5所示，所述的偏心轴承2包括同心的外套13、内套11，所述的外套13内侧圆周方向有半圆形沟槽A16，所述的内套11为偏心，其外圆周也有半圆形沟槽B17并与外套13上的沟槽A16相对应，上述的沟槽A16及沟槽B17形成的圆环状空腔内填充满滚动体12，滚动体12的直径略大于沟槽A16及沟槽B17形成的空腔的直径，使得外套13和内套11二者不直接接触，而是通过滚动体12接触，该轴承放弃滚动体保持架而采用满装的形式，使其在井下工作更可靠；为了使滚动体12方便的填充到空腔内，所述的内套11上径向有与沟槽B17垂直的螺纹孔18，螺纹孔内配合有螺塞14，且螺塞14的端部与滚动体12外径相吻合，滚动体12由螺纹孔18填充到环状空腔内并填充满后，将螺塞14拧入螺纹孔18，并且为了保证在井下高压、强冲击环境下螺塞14不松动，在螺塞14底部可以再拧紧定位塞15。

为了能够承受更高的载荷、更强的冲击，上述的偏心轴承也可以为双列或三列轴承，当该偏心轴承为双列轴承时，所述的沟槽A16、沟槽B17均为2个，形成两个并列的环形空腔，空腔内同样填充滚动体12，相对应的螺塞14及定位塞15也为2个；当偏心轴承为三列轴承时，所述的沟槽A16、沟槽B17均为3个，相对应的螺塞14及定位塞15也为3个。在本发明中，选用的是双列偏心轴承。

钻井时，泥浆通过钻挺1中部水眼进入钻头底部后从活套4周围返流回地面带走钻屑并冷却钻头，固定在活套4上的叶片轮5的叶片倾斜于活套4的轴线，在返流泥浆的冲击下活套4会产生相对于钻挺1的转动。另外，偏心轴承2的内套11与钻挺1固定在一起，当钻挺1旋转时，内套11随钻挺1旋转，同时，活套4上的槽及空腔受泥浆的作用力也会使活套4产生相对于钻挺1的相对运动和相对力矩，这两种相对力矩使偏心轴承2相对活套4转动，压缩和放松油泵3的柱塞，油泵完成高压油的排油和吸油过程，从而驱动井下执行机构的导向液压缸活塞及伸缩块，伸缩块作用于井壁而产生纠偏力。该井下纠偏能量提取装置不需要单独的液压泵系统，大大降低了液压控制系统设计的复杂性，提高了系统的安全可靠性，并且结构紧凑、节省空间，可以工作于高温、高压、强冲击、重载荷的恶劣工作环境中，同时也能够应用于其他钻井井下液压系统中。

Claims (6)

1.一种井下纠偏能量提取装置，包括钻挺(1)，其特征在于：钻挺(1)外部有由可调心轴承(6)支撑的活套(4)，活套(4)上部螺纹连接叶片轮(5)，活套(4)上周向均匀地镶嵌若干个柱塞泵(3)，钻挺(1)上与柱塞泵(3)所对应的位置固定偏心轴承(2)；

所述的偏心轴承(2)主要由内套(11)、滚动体(12)、同心的外套(13)组成，所述的外套(13)内侧圆周方向有半圆形沟槽A(16)，所述的内套(11)为偏心，其外圆周也有半圆形沟槽B(17)并与外套(13)上的沟槽A(16)相对应，上述的沟槽A(16)及沟槽B(17)形成的圆环状空腔内填充满滚动体(12)。

2.根据权利要求1所述的井下纠偏能量提取装置，其特征在于：所述的内套(11)上径向有与沟槽B(17)垂直的螺纹孔(18)，螺纹孔内配合有螺塞(14)，且螺塞(14)的端部与滚动体(12)外径相吻合。

3.根据权利要求2所述的井下纠偏能量提取装置，其特征在于：所述的螺纹孔(18)内螺塞(14)底部还有定位塞(15)。

4.根据权利要求3所述的井下纠偏能量提取装置，其特征在于：所述的沟槽A(16)、沟槽B(17)均为2个，相对应的螺塞(14)及定位塞(15)也为2个。

5.根据权利要求3所述的井下纠偏能量提取装置，其特征在于：所述的沟槽A(16)、沟槽B(17)均为3个，相对应的螺塞(14)及定位塞(15)也为3个。

6.根据权利要求4或5所述的井下纠偏能量提取装置，其特征在于：所述的螺纹孔(18)的位置偏离内套(11)圆环厚度最大的位置。

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