CN102493799A - 一种石油钻井垂直导航控制器 - Google Patents

Abstract

一种石油钻井垂直导航控制器，属于石油钻井机械技术领域中涉及的一种控制器。要解决的技术问题是：提供一种石油钻井垂直导航控制器。解决的技术方案包括左、右端盖、外筒、中心轴、电机、变比减速器、内环偏心轴轮，外环偏心轮，推力杆、弹簧片、电控系统等，由两组电机，两组减速器，内外环偏心轮形成动力，以推力杆、弹簧片共同组成执行机构，按计算机控制指令给定的方位，推动推力杆来不断修正运行方向上的偏差，以达到控制器沿正确的垂直轨道运行的目的。该控制器结构简单、重量轻、力矩足以满足钻井要求，定位精度高。

Description

一种石油钻井垂直导航控制器

技术领域

本发明属于石油钻井机械技术领域，特别是涉及一种石油钻井垂直导航控制器。

背景技术

在石油钻井中，为了使油井打到储油区的正确位置，对钻井技术要求极高，因为一旦油井打偏报废会造成巨大的经济损失，因此，研制开发钻井导航控制器，就显得特别重要。准确无误地控制钻具达到指定的位置，需要随时控制和修正钻具的姿态和走向，这正是钻井垂直导航控制器要完成的，也是业内人士十分关注的项目。

在以往的钻井技术中，经过检索我们只查到控制钻井垂直的有“液压式控制系统”，这种控制系统存在的缺点，主要表现在：a、为了产生足够的油压达到规定的力度要求，必须携带足够的油量，所以储油箱成为必备的部件，大大增加了控制器的体积。b、专用液压零部件品种多、精度高、加工难度大。例如：液压泵、油缸、活塞杆、各种阀体等带来加工成本的大幅增加。c、因为结构的复杂会带来调试、试验及应用程序的复杂化造成应用成本的升高和可靠性下降。d、能源消耗大。

发明内容

为了克服已有技术存在的缺陷，本发明的目的在于解决对钻井垂直运行的精确导航，特设计一种钻井垂直导航控制器。

本发明要解决的技术问题：提供一种石油钻井垂直导航控制器。解决技术问题的技术方案如图1、图2所示，包括左筒形端盖1、左止推轴承2、左轴承隔板3、第一左滚珠轴承4、外筒5、第一电机固定板6、第一电机7、第一电机主动齿轮8、第一减速器9、内环偏心轴轮10、左第二滚珠轴承11、滚子轴承12、外环偏心轮13、推力杆14、推力杆座15、弹簧片16、连接滑块17、连接体18、第二减速器19、第二电机主动齿轮20、第二电机21、第二电机固定板22、电控系统23、直流电源24、右滚珠轴承25、右轴承隔板26、右止推轴承27、右筒形端盖28、第一隔离挡圈29、第二隔离挡圈30、第三隔离挡圈31、第四隔离挡圈32、第五隔离挡圈33、中心轴34。

该垂直导航控制器以推力杆14为界，分为左半部分和右半部分，如图1所示，同时该垂直导航控制器也以中心轴34为对称轴，在中心轴34周围的四个象限内分别安装着第一电机7和第二电机21，四个象限内的四个第一电机7组成一组电机组称为第一电机组，四个象限内的四个第二电机21组成另一组电机组称为第二电机组，第一电机组和第二电机的主轴摆放方向相反，每个象限内的第一电机7和第二电机21的主轴在同一轴线上，第一电机组和第二电机组相对于中心轴34是对称分布的，如图2所示；第一电机组和第二电机组与套装在中心轴34上的其他机电组件的连接关系为：在左半部分，在中心轴34上自左向右依次套装有左筒形端盖1、左止推轴承2、左轴承隔板3、第一左滚珠轴承4、第一隔离挡圈29、第一电机固定板6；左筒形端盖1的圆筒伸进外筒5内，左筒形端盖1的圆筒外壁与外筒5的内壁之间用螺钉固连，左筒形端盖1的圆盖边缘与外筒5的左端部靠紧；左止推轴承2的左侧部位伸进左筒形端盖1的台肩内，右侧被左轴承压板3的拐角压住；在左轴承压板3的右侧，在左筒形端盖1的圆筒内装有第一左滚珠轴承4，在第一左滚珠轴承4的右侧装有第一隔离挡圈29，在第一隔离挡圈29的右侧装有第一电机固定板6，在第一电机固定板6的右侧，第一电机7用螺钉安装在第一电机固定板6上，第一电机主动齿轮8安装在第一电机7的主轴上，第一电机主动齿轮8与套装在中心轴34上的第一减速器9输入齿轮齿啮合，四个象限内的四台第一电机7构成第一电机组，通过各自的共四个第一电机主动齿轮8与套装在中心轴34上的一个第一减速器9的输入齿轮齿啮合，带动第一减速器9转动；在第一减速器9的右侧的中心轴34上套装有内环偏心轴轮10，在第一减速器9右侧和内环偏心轴轮10的台肩之间装有左第二滚珠轴承11和滚子轴承12，在左第二滚珠轴承11和第一减速器9之间的内环偏心轴轮10上装有第二隔离挡圈30，在左第二滚珠轴承11和滚子轴承12之间装有第三隔离挡圈31，外环偏心轮13套装在内环偏心轴轮10上，两者之间是滑动接触，正对外环偏心轮13的位置，在外筒5上固定装有推力杆座15，推力杆14从推力杆座15的中心孔穿过顶在外环偏心轮13上；该控制器的右半部分上，在中心轴34上从右向左依次套装有右筒形端盖28、右止推轴承27、右轴承隔板26、右滚珠轴承25、第五隔离挡圈33；右筒形端盖28的圆筒伸进外筒5内，右筒形端盖28的圆筒外壁与外筒5的内壁之间用螺钉固连，右筒形端盖28的园盖边缘与外筒5的右端部靠紧；右止推轴承27的右侧部位伸进右筒形端盖28的台肩内，左侧被右轴承压板26的拐角压紧；在右轴承压板26的左侧，在右筒形端盖28的圆筒内装有右止推轴承25，在右止推轴承25的左侧，装有第五隔离挡圈33，在第五隔离挡圈33左侧装有直流电源24，在直流电源24的左侧的中心轴34上套装有电控系统23，在电控系统23的左侧套装有第四隔离挡圈32，在第四隔离挡圈32左侧的中心轴34上套装有第二电机固定板22，第二电机21用螺钉固定在第二电机固定板22的左侧，第二电机主动齿轮20安装在第二电机21的主轴上并与套装在中心轴34上的第二减速器19的输入齿轮齿啮合，四个象限内的四台第二电机21构成第二电机组，通过各自的共四个第二电机主动齿轮20与套装在中心轴34上的一个第二减速器19的输入齿轮齿啮合，带动第二减速器19转动，在第二减速器19的左侧套装有连接体18和连接滑块17它们的左侧是外环偏心轮13；弹簧片16的中间部位与推力杆14的上端固连，弹簧片16的两端部位与外筒5的外壁固连；弹簧片16通过推力杆座15和推动杆14把该垂直导航控制器的左右两半部分连接在一起；中心轴34上左、右两部分，被外筒5套在内部，左筒形端盖1和右筒形端盖28伸进外筒5内，两端的端盖与外筒5紧密配合。

工作原理说明：该垂直导航控制器是在捷联式惯性导航理论指导下形成的产品，钻具的头部和该垂直导航控制器的同心轴34同轴安装，钻具头部在前与地质接触，该垂直导航控制器的左半部分的由第一电机7组成的电机组和第一减速器9与右半部分的由第二电机21组成的电机组和第二减速器19的安装输出方向相反，它们和内环偏心轴轮10、外环偏心轮13、推力杆14、弹簧片16共同组成执行机构，在电控系统23的指令下运转，当电机组转动时带动减速器输入齿轮转动，从而带动内环偏心轴轮和外环偏心轮旋转，形成合力，推动推力杆按指定方位推向井壁，产生使控制器载体回归到正确零位，达到校正钻具姿态的目的，保证了钻井的方位和质量。

本发明的积极效果

该控制器结构简单、重量轻、力矩足以满足要求，定位精度高，有良好的开发应用前景。

附图说明：

图1是本发明的总体结构示意图；

图2是图1的A位置右视结构剖视示意图。

具体实施方式

本发明按图1和图2所示的结构实施，其中外环5和中心轴34采用45^#钢或优于45^#钢，筒式结构，外筒5的内壁和中心轴34的外壁配合面要求较高的光洁度和硬度。左筒形端盖1和右筒形端盖28的材质采用45^#钢或优于45^#钢，第一电机7和第二电机21采用国产耐高温电机，第一减速器9和第二减速器19采用谐波减速器，变比为100～150，电控系统23采用51单片机加精度为0.01度的角度敏感器，内环偏心轴轮10和外环偏心轮13的材质采用45^#钢或优于45^#钢，两者接触表面要经过处理，要求硬度高，表面光洁度高，光洁度为3.2微米，各种轴承类均采用外购标准件，直流电源24采用12V直流电源，允许电流1～2安培，各挡板及隔圈的材质采用45^#钢，控制器总体尺寸和规格，可按钻具规格匹配设计。

Claims (1)

1.一种石油钻井垂直导航控制器，其特征在于包括包括左筒形端盖(1)、左止推轴承(2)、左轴承隔板(3)、第一左滚珠轴承(4)、外筒(5)、第一电机固定板(6)、第一电机(7)、第一电机主动齿轮(8)、第一减速器(9)、内环偏心轴轮(10)、左第二滚珠轴承(11)、滚子轴承(12)、外环偏心轮(13)、推力杆(14)、推力杆座(15)、弹簧片(16)、连接滑块(17)、连接体(18)、第二减速器(19)、第二电机主动齿轮(20)、第二电机(21)、第二电机固定板(22)、电控系统(23)、直流电源(24)、右滚珠轴承(25)、右轴承隔板(26)、右止推轴承(27)、右筒形端盖(28)、第一隔离挡圈(29)、第二隔离挡圈(30)、第三隔离挡圈(31)、第四隔离挡圈(32)、第五隔离挡圈(33)、中心轴(34)；该垂直导航控制器以推力杆(14)为界，分为左半部分和右半部分，同时该垂直导航控制器也以中心轴(34)为对称轴，在中心轴(34)周围的四个象限内分别安装着第一电机(7)和第二电机(21)，四个象限内的四个第一电机(7)组成第一电机组，四个象限内的四个第二电机(21)组成第二电机组，第一电机组和第二电机的主轴摆放方向相反，每个象限内的第一电机(7)和第二电机(21)的主轴在同一轴线上，第一电机组和第二电机组相对于中心轴(34)是对称分布的；第一电机组和第二电机组与套装在中心轴(34)上的其他机电组件的连接关系为：在左半部分，自左向右依次套装有左筒形端盖(1)、左止推轴承(2)、左轴承隔板(3)、第一左滚珠轴承(4)、第一隔离挡圈(29)、第一电机固定板(6)；左筒形端盖(1)的圆筒伸进外筒(5)内，左筒形端盖(1)的圆筒外壁与外筒(5)的内壁之间用螺钉固连，左筒形端盖(1)的圆盖边缘与外筒(5)的左端部靠紧；左止推轴承(2)的左侧部位伸进左筒形端盖(1)的台肩内，右侧被左轴承压板(3)的拐角压住；在左轴承压板(3)的右侧，在左筒形端盖(1)的圆筒内装有第一左滚珠轴承(4)，在第一左滚珠轴承(4)的右侧装有第一隔离挡圈(29)，在第一隔离挡圈(29)的右侧装有第一电机固定板(6)，在第一电机固定板(6)的右侧，第一电机(7)用螺钉安装在第一电机固定板(6)上，第一电机主动齿轮(8)安装在第一电机(7)的主轴上，第一电机主动齿轮(8)与套装在中心轴(34)上的第一减速器(9)输入齿轮齿啮合，四个象限内的四台第一电机(7)构成第一电机组，通过各自的共四个第一电机主动齿轮(8)与套装在中心轴(34)上的一个第一减速器(9)的输入齿轮齿啮合，带动第一减速器(9)转动；在第一减速器(9)的右侧的中心轴(34)上套装有内环偏心轴轮(10)，在第一减速器(9)右侧和内环偏心轴轮(10)的台肩之间装有左第二滚珠轴承(11)和滚子轴承(12)，在左第二滚珠轴承(11)和第一减速器(9)之间的内环偏心轴轮(10)上装有第二隔离挡圈(30)，在左第二滚珠轴承(11)和滚子轴承(12)之间装有第三隔离挡圈(31)，外环偏心轮(13)套装在内环偏心轴轮(10)上，两者之间是滑动接触，正对外环偏心轮(13)的位置，在外筒(5)上固定装有推力杆座(15)，推力杆(14)从推力杆座(15)的中心孔穿过顶在外环偏心轮(13)上；该控制器的右半部分上，在中心轴(34)上从右向左依次套装有右筒形端盖(28)、右止推轴承(27)、右轴承隔板(26)、右滚珠轴承(25)、第五隔离挡圈(33)；右筒形端盖(28)的圆筒伸进外筒(5)内，右筒形端盖(28)的圆筒外壁与外筒(5)的内壁之间用螺钉固连，右筒形端盖(28)的园盖边缘与外筒(5)的右端部靠紧；右止推轴承(27)的右侧部位伸进右筒形端盖(28)的台肩内，左侧被右轴承压板(26)的拐角压紧；在右轴承压板(26)的左侧，在右筒形端盖(28)的圆筒内装有右止推轴承(25)，在右止推轴承(25)的左侧，装有第五隔离挡圈(33)，在第五隔离挡圈(33)左侧装有直流电源(24)，在直流电源(24)的左侧的中心轴(34)上套装有电控系统(23)，在电控系统(23)的左侧套装有第四隔离挡圈(32)，在第四隔离挡圈(32)左侧的中心轴(34)上套装有第二电机固定板(22)，第二电机(21)用螺钉固定在第二电机固定板(22)的左侧，第二电机主动齿轮(20)安装在第二电机(21)的主轴上并与套装在中心轴(34)上的第二减速器(19)的输入齿轮齿啮合，四个象限内的四台第二电机(21)构成第二电机组，通过各自的共四个第二电机主动齿轮(20)与套装在中心轴(34)上的一个第二减速器(19)的输入齿轮齿啮合，带动第二减速器(19)转动，在第二减速器(19)的左侧套装有连接体(18)和连接滑块(17)它们的左侧是外环偏心轮(13)；外弹簧片(16)的中间部位与推力杆(14)的上端固连，弹簧片(16)的两端部位与外筒(5)的外壁固连；中心轴(34)上左、右两部分，被外筒(5)套在内部，左筒形端盖(1)和右筒形端盖(28)伸进外筒(5)内，两端的端盖与外筒(5)紧密配合。

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