CN102953682B - 斜盘柱塞式旋转导向钻井工具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了涉及石油勘探开发领域的一种斜盘柱塞式旋转导向钻井工具。外部结构包括上下接头、中空的芯轴、测控短节、外壳体。在芯轴与外壳体之间依次安装有斜盘、缸体、配流盘，斜盘与芯轴通过轴承连接，缸体固定在芯轴上，配流盘固定在壳体内。缸体内装有柱塞和柱塞弹簧，柱塞两端分别与柱塞弹簧和斜盘接触。配流盘上设有配流孔，配流孔通过液压管线与活塞下部连接。测控短节内部通过导线依次连接有发电机、测控仪器、扭矩发生器，扭矩发生器与斜盘通过驱动齿轮连接。工作时，只有柱塞经过斜盘高边时才能够压缩液压油驱动与斜盘高边在同一侧的活塞伸出，并推靠井壁给钻头产生一个指定方向的切削分力，实现导向钻井。

Description

斜盘柱塞式旋转导向钻井工具

技术领域

本发明涉及石油勘探开发领域，更具体的说是一种斜盘柱塞式旋转导向钻井工具。

背景技术

旋转导向钻井工具能够控制井眼轨迹，实现导向钻井，即控制井眼按照预设的斜度和方位钻进。中国专利公开号CN201221315公开了一种“钻井器的旋转导向装置”。其主要包括上接头、定向键、锁定机构、导向块控制机构。其中的锁定机构设置在转动轴和异径套之间，导向块控制机构包括导向块控制连杆、轴承、压盖、六方套和下接头，导向块控制连杆一端连接导向块，导向块控制连杆一端连接压盖，压盖采用轴承、紧固件连接六方套和下接头。该装置的工作原理借鉴了国外工具，特别适用硬地层钻井的井眼轨迹控制和地下穿越通道的轨迹控制。但是该钻井工具使用了卡瓦作为锁定机构，结构复杂，容易出现无法解锁的情况，影响工具性能。

发明内容

本发明的目的是解决上述技术问题，提供一种结构更简单、工作更可靠的斜盘柱塞式旋转导向钻井工具。

本发明采取以下技术方案：

芯轴与上、下接头组合为整体结构后，芯轴外部形成环形槽；测控短节和外壳体组合后，整体套装在芯轴的环形槽外周边，其上、下端分别与上接头和下接头构成旋转密封配合，并与芯轴外构成密闭的环形空间；在芯轴外的环形空间内自上而下设有轴承组、发电机、扭矩发生器和测控仪器、斜盘、至少三个沿芯轴对称分布的柱塞总成、配流盘、液压管线、活塞总成，其中：发电机转子和定子分别与芯轴和测控短节固联；扭矩发生器与测控仪器分置在芯轴的两侧，扭矩发生器的驱动齿轮与斜盘连接配合；柱塞总成的柱塞与斜盘斜面旋转配合，柱塞总成的缸体与芯轴固联；配流盘周边与外壳体固联，并沿芯轴对称分布着与柱塞总成对应的配流孔；液压管分别与柱塞总成对应配合，其一端穿过配流盘的配流孔与柱塞总成对接配合，另一端与活塞总成连接；活塞总成分别与液压管对应配合，并沿芯轴外壁径向分布在外壳体下部。

所述外壳体是由外壳和本体组成，本体与下接头对合部设有轴承组，活塞设置在本体上。

所述活塞总成的活塞外装有活塞弹簧；所述柱塞总成还包括与柱塞底部配合的柱塞弹簧。

本体上沿轴向预制有导流通道和活塞腔，活塞腔内设有油压补偿活塞、弹簧和锁紧帽，导流通道与液压管外部的环形空腔贯通。

在斜盘与芯轴的结合部增设轴承，与上接头对接的轴承组设有密封垫。

所述发电机带有稳压器。

本发明的突出优点在于：导向机构结构简单、对井眼的控制精度高，工作可靠，适用范围更加广泛。

附图说明

图1是本发明一种典型实施例的结构示意图；

图2是图1在A-A处的剖视图；

图3是图1在B-B处的剖视图；

图4是图1在C-C处的剖视图；

图中：1.上接头，2.轴承组，3.发电机，4.测控短节，5.扭矩发生器，6.测控仪器，7.驱动齿轮，8.斜盘，9.柱塞，10.缸体，11.柱塞弹簧，12.配流盘，13.壳体，14.液压管线，15.活塞，16.活塞弹簧，17.泄压孔，18.本体，19.下接头，20.油压补偿活塞，21.补偿弹簧，22.锁紧帽，23.配流孔，24.轴承，25.芯轴。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

参照附图1、图2、图3和图4，一种斜盘柱塞式旋转导向钻井工具，芯轴25下端带有下接头，上端与上接头1连接。芯轴25贯穿并通过轴承组2连接测控短节4、壳体13和 本体18，本体18上装有活塞15。在芯轴25与壳体13之间还依次安装有斜盘8、缸体10、配流盘12，斜盘8与芯轴25通过轴承24连接，缸体10固定在芯轴25上，配流盘12固定在壳体13内。缸体10内装有柱塞9和柱塞弹簧11，柱塞9两端分别与柱塞弹簧11和斜盘8接触。配流盘12上设有配流孔23，配流孔23通过液压管线14与活塞15下部连接。测控短节4内部通过导线依次连接有发电机3、测控仪器6、扭矩发生器5，扭矩发生器5与斜盘8通过驱动齿轮7连接。活塞15外圆上装有活塞弹簧16。本体18上装有油压补偿活塞20、弹簧21和锁紧帽22。

在实际使用时，上接头1的上部连接钻具，下接头19连接钻头。芯轴25与上接头1下部连接后贯穿壳体13、测控短节4、本体18的内部，两端装有轴承组2，使芯轴25与壳体13、测控短节4、本体18能够相对转动，钻井液由中空的芯轴25内腔流过，使用时芯轴25下端与钻头连接。测控短节4与壳体13上端连接，测控短节4内部装有发电机3、测控仪器6、扭矩发生器5。发电机3为工具提供所需电力。测控仪器6能够测量旋转导向钻井过程中所需的井斜、方位等参数，并发出控制指令控制扭矩发生器5的转速和转角位置。斜盘8与芯轴25之间通过安装轴承24实现相对转动，扭矩发生器5与斜盘8通过驱动齿轮7连接，能够按照测控仪器6的指令控制斜盘8的高边旋转到指定的转角位置，相对于井眼静止不动。缸体10与芯轴25连接后能够一起转动。缸体10下部装有配流盘12，配流盘12与壳体13固定在一起。壳体13下端与本体18连接在一起，壳体13内充满液压油。配流盘12上的配流孔23通过液压管线14与本体18侧面的活塞15下部相连接，活塞15和配流孔23的数量同为3个。在工作时，斜盘8相对于井眼是保持静止的，缸体10相对斜盘8顺时针转动，只有柱塞9经过斜盘8高边时才能够压缩液压油，产生高压油，因此只有与斜盘8高边在同一侧的活塞15能够在高压油的作用下伸出，并推靠井壁给钻头产生一个指定方向的侧向的切削分力，从而实现导向钻井的功能。当停止工作，在活塞弹簧16的作用下，活塞15缩回，油压由泄压孔17泄掉。本体18下端有油压补偿活塞20，以保证内部油压与外部压力之间的平衡，油压补偿活塞20通过锁紧帽22压缩补偿弹簧21的方式来实现压力变化时的往复运动。

Claims (6)

1.一种斜盘柱塞式旋转导向钻井工具，包括上接头、下接头和中空芯轴、测控短节、测控仪器、外壳体，其特征是：芯轴与上、下接头组合为整体结构后，芯轴外部形成环形槽；测控短节和外壳体组合后，整体套装在芯轴的环形槽外周边，其上、下端分别与上接头和下接头构成旋转密封配合，并与芯轴外构成密闭的环形空间；在芯轴外的环形空间内自上而下设有轴承组、发电机、扭矩发生器和测控仪器、斜盘、至少三个沿芯轴对称分布的柱塞总成、配流盘、液压管、活塞总成，其中：发电机转子和定子分别与芯轴和测控短节固联；扭矩发生器与测控仪器分置在芯轴的两侧，扭矩发生器的驱动齿轮与斜盘连接配合；柱塞总成的柱塞与斜盘斜面旋转配合，柱塞总成的缸体与芯轴固联；配流盘周边与外壳体固联，并沿芯轴对称分布着与柱塞总成对应的配流孔；液压管分别与柱塞总成对应配合，其一端穿过配流盘的配流孔与柱塞总成对接配合，另一端与活塞总成连接；活塞总成分别与液压管对应配合，并沿芯轴外壁径向分布在外壳体下部。

2.根据权利要求1所述的斜盘柱塞式旋转导向钻井工具，其特征是：所述外壳体是由外壳和本体组成，本体与下接头对合部设有轴承组，活塞设置在本体上。

3.根据权利要求2所述的斜盘柱塞式旋转导向钻井工具，其特征是：所述活塞总成的活塞外装有活塞弹簧；所述柱塞总成还包括与柱塞底部配合的柱塞弹簧。

4.根据权利要求2或3所述的斜盘柱塞式旋转导向钻井工具，其特征是：本体上沿轴向预制有导流通道和活塞腔，活塞腔内设有油压补偿活塞、弹簧和锁紧帽，导流通道与液压管外部的环形空腔贯通。

5.根据权利要求1、2或3所述的斜盘柱塞式旋转导向钻井工具，其特征是：在斜盘与芯轴的结合部增设轴承，与上接头对接的轴承组设有密封垫。

6.根据权利要求5所述的斜盘柱塞式旋转导向钻井工具，其特征是：所述发电机带有稳压器。