CN104563869A - 一种自动垂直钻井工具的执行机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自动垂直钻井工具的执行机构，在机构本体上分别设置有泥浆过滤机构、液流分配机构和推力执行机构，所述的泥浆过滤机构用来过滤进入泥浆支流道的泥浆，防止堵塞流道；所述的液流分配机构使泥浆能够按一定的比例分配流量，使进入泥浆支流道的泥浆能为推顶矩形推力板提供足够的液压力；所述的推力执行机构的矩形推力板在泥浆液压力的作用下推顶到井壁高边，从而对执行机构施加反方向作用力，在钻头处产生降斜侧向力，使井眼回到垂直轨道。本发明的装置，结构简单，工作可靠。
Description
技术领域
本发明属于机械设备技术领域，涉及一种自动垂直钻井工具的执行机构。
背景技术
现有国外的垂直钻井工具系统发展相对成熟，自动化程度较高，但是该类工具执行机构系统中的电磁阀、液压泵、液压缸等元件易出现磨损、卡死等现象，极易导致钻井事故。
国内研制的垂直钻井工具执行机构，在钻井作业时大多采用静止推靠的作用方式，执行机构仅采用液压泵提供的高压液压油驱动柱塞作用于井壁产生推靠力。而采用动态推靠式的执行机构过于简单，钻出的井眼井壁不够规则光滑，给起下钻作业造成一定的不利影响。
因此，研制一种既能克服国外垂钻工具执行机构系统易出现故障，又能不同于国内静止推靠式和简单动态推靠式执行机构，对于垂直钻井工具整体性能的提升、减少钻井事故及提高井眼质量等方面都具有非常重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种自动垂直钻井工具的执行机构，解决现有技术中国外的垂直钻井工具系统存在的电磁阀、液压泵、液压缸等元件易出现磨损、卡死等现象，导致钻井事故的问题；同时解决执行机构采用静止推靠作用方式和简单动态推靠式使钻出的井眼井壁不规则光滑的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种自动垂直钻井工具的执行机构，在机构本体上分别设置有泥浆过滤机构、液流分配机构和推力执行机构，
所述的泥浆过滤机构用来过滤进入泥浆支流道的泥浆，防止堵塞流道；
所述的液流分配机构使泥浆能够按一定的比例分配流量，使进入泥浆支流道的泥浆能为推顶矩形推力板提供足够的液压力；
所述的推力执行机构的矩形推力板在泥浆液压力的作用下推顶到井壁高边，从而对执行机构施加反方向作用力，在钻头处产生降斜侧向力，使井眼回到垂直轨道。
本发明的自动垂直钻井工具的执行机构，其特征还在于：
推力执行机构的结构是，包括均布在机构本体外圆周的三个安装槽，每个安装槽上下端面分别设置有上导向压块和下导向压块，上导向压块、下导向压块分别与机构本体固定连接，上导向压块与下导向压块之间顶接有矩形推力板；每个矩形推力板内壁与所在安装槽侧壁之间的空间内设置有支架，支架的上下端面分别安装有一组O形圈，每个支架内套装有活塞缸套，活塞缸套内套装有活塞，每个支架一边设置有一个转轴，每个矩形推力板通过与各自所在支架上的转轴铰接。
泥浆过滤机构的结构是，包括安装在机构本体内腔凸肩上的下阀座，下阀座与内腔凸肩固定连接，下阀座与内腔凸肩之间另外穿有定位销；与下阀座上端面顶接有防冲击罩，防冲击罩与下阀座固定连接，防冲击罩上段扣接有泥浆过滤网。
液流分配机构的结构是，包括上阀座，上阀座和阀主轴固定安装为一体，上阀座向下与下阀座顶接，上阀座向上通过阀预紧弹簧与阀压力调整环顶接，阀压力调整环、阀预紧弹簧和上阀座均套装在阀主轴上，在上阀座和下阀座中开有与活塞内腔连通的流道。
本发明的有益效果是，采用旋转推靠式的执行机构是整个自动垂直钻井工具系统防斜和稳斜的执行单元，也是关键的单元。自动垂直钻井工具子系统的测控存单元内的有关传感器会自动测量井斜角和方位角，然后在限定的时间内固定其内部控制轴的方向，从而使执行机构部分径向均布的处于井壁高位的机构活塞在泥浆压力的作用下伸出，将与其相连的可伸缩矩形推力板推顶到高边，使近钻头处产生一个降斜力，最后使井眼回到垂直轨道，完成边钻边纠斜的功能指令。工具在垂直旋转状态下，在控制程序的作用下工具执行机构矩形推力板交替推出，达到了稳斜的效果。最终达到采用钻井泥浆直接作为液压动力驱动执行活塞、采用全旋转推靠的作用方式使钻出的井眼井壁规则光滑，提高执行机构寿命减少钻井事故的目的。
执行机构泥浆过滤罩将泥浆过滤后进入执行机构流道，避免了流道的堵塞。泥浆主流通道和支流通道，使泥浆能够按一定的比例分配流量。同时在矩形推力板周围采用了泥饼自冲刷的方式，防止泥饼堆积在矩形推力板周围影响其推靠井壁的效果。在执行机构圆周方向上均布有三个矩形推力板，保证执行机构在推靠井壁时达到最佳的效果。采用以上措施后在工具控制系统的作用下执行机构相应的矩形推力板能够在高边伸出推靠井壁，使近钻头处产生反作用力，达到纠斜的效果。同时在控制系统作用下矩形推力板能够交替推出，达到了稳斜的效果。总之，执行机构间接使与其相连接的钻头及时进行姿态调整，使钻出的井眼轨迹垂直规则光滑，满足钻井工程的需要。
附图说明
图1是本发明工具的结构示意图；
图2是图1中的Ⅰ局部放大图；
图3是图1中的A-A截面剖视图。
图中，1.机构本体，2.上导向压块，3.矩形推力板，4.支架，5.活塞缸套，6.活塞，7.下导向压块，8.转轴，9.O形圈，10.内六角圆柱头螺钉，11.阀座固定螺栓，12.定位销，13.下阀座，14.阀座定位螺钉，15.上阀座，16.阀主轴，17.阀预紧弹簧，18.阀压力调整环，19.自锁螺钉，20.防冲击罩，21.泥浆过滤网。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
参照图1、图2，本发明的装置按照功能区分，在机构本体1中分别设置有泥浆过滤机构、液流分配机构和推力执行机构，
所述的泥浆过滤机构用来过滤进入泥浆支流道的泥浆，防止堵塞流道；
所述的液流分配机构使泥浆能够按一定的比例分配流量，使进入泥浆支流道的泥浆能为推顶矩形推力板提供足够的液压力；
所述的推力执行机构的矩形推力板在泥浆液压力的作用下推顶到井壁高边，从而对执行机构施加反方向作用力，在钻头处产生降斜侧向力，使井眼回到垂直轨道。
本发明装置的具体结构是，
推力执行机构的结构是，参照图3，包括设置均布在机构本体1外圆周的三个安装槽，每个安装槽上下端面分别设置有上导向压块2和下导向压块7，上导向压块2、下导向压块7分别采用内六角圆柱头螺钉10与机构本体1固定连接，上导向压块2与下导向压块7之间顶接有矩形推力板3；每个矩形推力板3内壁与所在安装槽侧壁之间的空间内设置有支架4，支架4的上下端面分别安装有一组O形圈9，总共两组O形圈9与安装槽端面分别形成流体密封通道，每个支架4内套装有活塞缸套5，活塞缸套5内套装有活塞6，每个支架4一边设置有一个转轴8，每个矩形推力板3通过与各自所在支架4上的转轴8铰接，构成合页结构，以便三个矩形推力板3能够分别绕转轴8相对于所在支架4进行开合动作，实现三个矩形推力板3与井壁的同步可靠接触。
活塞6、活塞缸套5、支架4、转轴8、O形圈9与矩形推力板3连接为一体，再采用内六角圆柱头螺钉10将上导向压块2、下导向压块7与机构本体1固定连接从而组成推力执行机构，在泥浆压力作用下活塞6径向移动实现三个矩形推力板3外壁同步推靠井眼井壁高边，从而对执行机构施加反方向作用力，在钻头处产生降斜侧向力。
泥浆过滤机构的结构是，包括安装在机构本体1内腔凸肩上的下阀座13，下阀座13通过阀座固定螺栓11与内腔凸肩固定连接，下阀座13与内腔凸肩之间另外穿有定位销12，定位销12用于防止下阀座13在内腔凸肩处周向转动；与下阀座13上端面顶接有防冲击罩20，防冲击罩20通过自锁螺钉19与下阀座13固定连接，防冲击罩20上段扣接有泥浆过滤网21。该部分主要用来过滤泥浆，使进入液流分配机构的泥浆经过滤网过滤，防止液流通道堵塞导致整个装置失控。
液流分配机构的结构是，包括上阀座15，上阀座15向下与下阀座13顶接，上阀座15向上通过阀预紧弹簧17与阀压力调整环18顶接，阀压力调整环18、阀预紧弹簧17和上阀座15均套装在阀主轴16上，上阀座15和阀主轴16通过阀座定位螺钉14固定安装为一体，在上阀座15和下阀座13中开有与活塞6内腔连通的流道。该部分主要用来使泥浆能够按一定的比例分配流量，使部分流体能使活塞6带动矩形推力板3产生足够的推力。
本发明装置在实际使用时，机构本体1上部通过螺扣与垂直钻井工具外筒连接，机构本体1的下部连接钻头。
本发明装置的工作原理是，
采用机构本体1、上导向压块2、矩形推力板3、支架4、活塞缸套5、活塞6、下导向压块7、转轴8组成推力执行机构，起到推靠井壁，使钻头产生降斜力的作用；采用阀座固定螺栓11、定位销12、下阀座13、阀座定位螺钉14、上阀座15、阀主轴16组成液流分配机构，使得泥浆能够按一定的比例分配流量，使部分流体能使矩形推力板3产生足够的推力；采用自锁螺钉19、防冲击罩20、泥浆过滤网21等组成泥浆过滤机构起到过滤泥浆的作用，使进入液流分配机构的泥浆经过滤网过滤，防止通道堵塞、工具失控的作用。
推力执行机构是整个垂直钻井工具防斜和纠斜的执行单元，也是关键的单元。本发明装置在下井工作时，测控存单元内的有关传感器会自动测量井斜角和方位角，然后在限定的时间内固定其内部控制轴的方向，从而使推力执行机构径向均布的处于井壁高位的活塞6在泥浆压力的作用下伸出，将与其相连的可伸缩矩形推力板3推顶到高边，从而迫使钻头有力地切削低边，完成边钻边纠斜的功能。
Claims (4)
1.一种自动垂直钻井工具的执行机构，其特征在于：在机构本体(1)上分别设置有泥浆过滤机构、液流分配机构和推力执行机构，
所述的泥浆过滤机构用来过滤进入泥浆支流道的泥浆，防止堵塞流道；
所述的液流分配机构使泥浆能够按一定的比例分配流量，使进入泥浆支流道的泥浆能为推顶矩形推力板(3)提供足够的液压力；
所述的推力执行机构的矩形推力板(3)在泥浆液压力的作用下推顶到井壁高边，从而对执行机构施加反方向作用力，在钻头处产生降斜侧向力，使井眼回到垂直轨道。
2.根据权利要求1所述的自动垂直钻井工具的执行机构，其特征在于：所述的推力执行机构的结构是，包括均布在机构本体(1)外圆周的三个安装槽，每个安装槽上下端面分别设置有上导向压块(2)和下导向压块(7)，上导向压块(2)、下导向压块(7)分别与机构本体(1)固定连接，上导向压块(2)与下导向压块(7)之间顶接有矩形推力板(3)；每个矩形推力板(3)内壁与所在安装槽侧壁之间的空间内设置有支架(4)，支架(4)的上下端面分别安装有一组O形圈(9)，每个支架(4)内套装有活塞缸套(5)，活塞缸套(5)内套装有活塞(6)，每个支架(4)一边设置有一个转轴(8)，每个矩形推力板(3)通过与各自所在支架(4)上的转轴(8)铰接。
3.根据权利要求2所述的自动垂直钻井工具的执行机构，其特征在于：所述的泥浆过滤机构的结构是，包括安装在机构本体(1)内腔凸肩上的下阀座(13)，下阀座(13)与内腔凸肩固定连接，下阀座(13)与内腔凸肩之间另外穿有定位销(12)；与下阀座(13)上端面顶接有防冲击罩(20)，防冲击罩(20)与下阀座(13)固定连接，防冲击罩(20)上段扣接有泥浆过滤网(21)。
4.根据权利要求3所述的自动垂直钻井工具的执行机构，其特征在于：所述的液流分配机构的结构是，包括上阀座(15)，上阀座(15)和阀主轴(16)固定安装为一体，上阀座(15)向下与下阀座(13)顶接，上阀座(15)向上通过阀预紧弹簧(17)与阀压力调整环(18)顶接，阀压力调整环(18)、阀预紧弹簧(17)和上阀座(15)均套装在阀主轴(16)上，在上阀座(15)和下阀座(13)中开有与活塞(6)内腔连通的流道。
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