CN105041209A - 一种用于电驱动定向穿越的井眼轨迹控制工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电驱动定向穿越的井眼轨迹控制工具，它主要由壳体、公电接头、公电接头尾座、接线盒、电缆总成、变径模块、母电接头组成。接线盒由插座盒、插针盒、接线盒连接螺栓、接线盒连接螺母和密封垫组成；插座盒和插针盒之间安装有密封垫，公电接头尾座、插座盒、插针盒分别通过螺纹与电缆出口接头连接；电缆总成由电缆出口接头、电缆和电机电源线组成；电缆一端与插针电接头连接，电缆另一端与母电接头连接；3根电机电源线穿过电缆出口接头与电缆实现对应相位的电连接；变径模块由电机和翼块组成，电机轴上的大螺母在电机轴上做直线运动，推动翼块径向伸出。本发明具有结构简单、操作容易、能实现智能化和自动化的井眼轨迹控制。

Description

一种用于电驱动定向穿越的井眼轨迹控制工具

技术领域

本发明涉及一种用于电驱动定向穿越的井眼轨迹控制工具，用于管道定向穿越领域的扩孔用辅助工具，属于石油天然气钻井装置技术领域。

背景技术

在管道定向穿越中，为了解决定向穿越中大管径、长距离、复杂地层等工况时出现的扩孔动力不足、效率低、故障率高等难题，或为了解决定向穿越中信号传输失真或电缆装卸麻烦、易断裂、故障率高等问题，提出了一种电驱动定向穿越扩孔方法。电驱动定向穿越扩孔方法通过能传输动力及信号的智能钻杆(详细技术说明见专利号：ZL201410612951.4)将地面大功率强电传输到地下，驱动地下电机，地下电机再带动扩孔器进行扩孔；同时，采用载波技术能实现地面和地下信号的双向有线传输。

目前，在钻井领域或管道定向穿越领域，通常利用变径稳定器来实现井眼轨迹的控制。变径稳定器有纯机械式、机液式或机电液一体式结构，其中机电液式结构中的电指的是控制信号用弱电。变径稳定器的控制方式主要有遥控型和自控型两大类。遥控型变径稳定器又称地面遥控变径稳定器，目前多采用排量控制、投球控制、钻压控制和时间—排量联合控制等方法。自控型变径稳定器又称井下闭环控制变径稳定器，其直接在井下实现测量、反馈和执行闭环回路，以负反馈方式对控制目标自动修正以达到预定的功能。现有的变径稳定器主要基于机械力或液力进行变径操作，操作复杂；其控制信号通常采用泥浆脉冲、电磁波、声波等方式传输，传输速度慢、可靠性低。总的来说，现有变径稳定器多因结构复杂、加工难度大、控制困难、可靠性低、效率低等原因难以满足实际需要。

同样，电驱动定向穿越扩孔方法采用现有的变径稳定器进行井眼轨迹控制仍难满足施工需要。为了解决电驱动定向穿越扩孔方法井眼轨迹控制问题，本发明提出一种利用电机直接驱动翼块变径的井眼轨迹控制工具。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有井眼轨迹控制工具结构复杂、加工难度大、控制困难等问题，提供一种用于电驱动定向穿越的井眼轨迹控制工具，从而提高管道定向穿越的成孔质量、减少施工事故、降低施工成本。

本发明所采用的技术方案是：

本发明一种用于电驱动定向穿越的井眼轨迹控制工具，主要由壳体、公电接头、公电接头尾座、接线盒、电缆总成、变径模块、母电接头组成，公电接头尾座通过螺纹与公电接头连接；接线盒由插座盒、插针盒、接线盒连接螺栓、接线盒连接螺母和密封垫组成；插座盒和插针盒之间安装有密封垫，公电接头尾座、插座盒、插针盒分别通过螺纹与电缆出口接头连接；电缆总成由电缆出口接头、电缆和电机电源线组成；电缆为三线电缆，电缆一端与插针电接头连接，电缆另一端与母电接头连接，电缆出口接头紧密套在电缆端部；3根电机电源线穿过电缆出口接头与电缆实现对应相位的电连接；变径模块由电机和翼块组成，电机轴安装在翼块内部，翼块与大螺母连接；电机轴上的大螺母在电机轴上做直线运动，推动翼块径向伸出。

变径模块密封装置由翼块密封圈和密封垫组成，变径模块定位装置由定位套、电机压块、变径模块压块和变径模块压块螺钉组成；翼块密封圈安装在壳体的密封沟槽内，定位套套在电机壳和翼块外部；电机和电机压块连接，变径模块压块与壳体连接，电机压块和变径模块压块间安装有密封垫。

壳体两端为连接螺纹，壳体上钻有三个导向孔，用来安装变径模块。三个导向孔成轴向分布，同时位于三个间隔为120°的交错平面上，导向孔的一端为圆孔，用于安装翼块，与其相对应的另一端为方孔，用于容纳定位套和电机，该端壳体外表面铣成平面，平面上钻有螺纹孔，用于安装变径模块压块。

插座盒由插座板和插座电接头组成，3个插座电接头安装在插座板孔内，插座电接头两端钻孔，一端孔与公电接头输出线芯压接，另一端孔容纳插针电接头头部；插针盒由插针板和插针电接头组成，3个插针电接头安装在插针板孔内，插针电接头一端钻孔，并与电缆线芯压接，另一端为表面裸露的头部；插座盒上插座电接头和插针盒上插针电接头的布局一致。

定位套用于保证翼块沿导向孔顺利的伸出和缩回，在定位套上开有径向孔，电机电源线通过此径向孔引出。

本发明的有益效果是：本发明具有结构简单、加工容易、控制过程简单、操作容易、可靠性高的特点，能实现智能化和自动化的井眼轨迹控制，能实现实时控制，可有效缓解管道定向穿越中面临的大管径、长距离、复杂地层等工况下成孔质量低、故障率高、施工效率低、成本高等困境。

附图说明

图1是本发明一种用于电驱动定向穿越的井眼轨迹控制工具的结构示意图；

图2是图1的A-A剖面图；

图3是本发明的壳体外形示意图；

图4是本发明的插座盒结构主视图；

图5是图4的俯视图；

图6是本发明的插针盒结构示意图。

图中，1.壳体，2.公电接头，3.公电接头尾座，4.插座盒，5.插针盒，6.电缆出口接头，7.电缆，8.变径模块，9.翼块密封圈，10.定位套，11.母电接头，12.电机压块，13.电机，14.变径模块压块，15.变径模块压块螺钉，16.电机电源线，17.密封垫，18.接线盒连接螺栓，19.接线盒连接螺母，20.大螺母，21.翼块，22.电机轴，23.插座板，24.插座电接头，25.插座螺栓孔，26.插针板，27.插针螺栓孔，28.插针电接头，29.插针电接头头部，30.导向孔，31.导向孔，32.导向孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作具体描述：

如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，本发明一种用于电驱动定向穿越的井眼轨迹控制工具，主要是由壳体1、公电接头2、公电接头尾座3、接线盒4、电缆总成、变径模块8、母电接头组成；公电接头尾座3通过螺纹与公电接头2连接；接线盒由插座盒4、插针盒5、接线盒连接螺栓18、接线盒连接螺母19和密封垫17组成，插座盒4和插针盒5之间安装有密封垫17，可防止污垢进入插座电接头24和插针电接头28的接触面；公电接头尾座3、插座盒4、插针盒5分别通过4套均布的接线盒连接螺栓18和接线盒连接螺母19与电缆出口接头6紧密连接，用以保证插座电接头24和插针电接头28的有效接触；电缆总成由电缆出口接头6、电缆7和电机电源线16组成，电缆7为三线电缆，可传输三相交流电；电缆7一端与插针电接头28连接，电缆7另一端与母电接头11连接，电缆出口接头6紧密套在电缆7端部；3根电机电源线16穿过电缆出口接头6与电缆7实现对应相位的电连接；变径模块8由电机13和翼块21组成，电机13为直线电机，其输出端由大螺母20和电机轴22组成，电机轴22为丝杠轴，大螺母20可在电机轴22上做直线运动；电机轴22安装在翼块21内部，翼块21与大螺母20通过螺栓螺母连接；

变径模块8密封装置由翼块密封圈9和密封垫17组成，变径模块8定位装置由定位套10、电机压块12、变径模块压块14和变径模块压块螺钉15组成；翼块密封圈9安装在壳体1的密封沟槽内，可防止外部泥浆液进入变径模块8内部；定位套10套在电机13壳和翼块21外部，通过螺栓螺母将电机13和电机压块12连接在一起，通过变径模块压块螺钉15将变径模块压块14与壳体1连接在一起，从而固定电机13，电机压块12和变径模块压块14间安装有密封垫17，可防止外部泥浆液进入变径模块8内部。

如图1、图2所示，定位套10套在翼块21和大螺母20外部，可提高变径模块8的刚度，保证翼块21顺利的伸出和缩回，同时定位套10上开有径向孔，电机电源线16通过此径向孔从电机13引出，并与电缆7连接。

如图1、图2、图3所示，壳体1两端为连接螺纹，壳体1上钻有三个导向孔(30,31,32)，用来安装变径模块8；导向孔(30，31，32)成轴向分布，同时位于三个间隔为120°的交错平面上，导向孔(30，31，32)的一端为圆孔，用于安装翼块21，其另一端为方孔，用于安装定位套10和电机13；该端壳体1外表面铣成平面，平面上钻有螺纹孔，用于安装定位变径模块压块14，从而确定电机13的径向安装位置。

如图1、图4、图5所示，插座盒4由插座板23和插座电接头24组成，3个插座电接头24成等边三角形安装在插座板23孔内，插座电接头24两端钻孔，一端孔与公电接头2输出线芯压接，另一端孔容纳插针电接头头部29。

如图1、图4、图5、图6所示，插针盒5由插针板26和插针电接头28组成，3个插针电接头28成等边三角形安装在插针板26孔内，插针电接头28一端钻孔，并与电缆7线芯压接，另一端为表面裸露的头部；插座盒4上插座电接头24和插针盒5上插针电接头28的布局一致。

一种用于电驱动定向穿越的井眼轨迹控制工具的工作原理是：壳体1通过与上部能传输动力及信号的智能钻杆连接，3相电流从上部能传输动力及信号的智能钻杆进入到公电接头2内，并依次输入到3个插座电接头24和3个插针电接头28内，插针电接头28再通过与电缆7的连接，将主电流传输到母电接头11内，母电接头11将电流输送到下部连接的能传输动力及信号的智能钻杆中，从而实现主电流或信号的传输；在电缆出口接头6处，三相分电流分别进入3个直线电机13中，并驱动直线电机13运动；当直线电机13的电机轴22正转时，电机轴22上的大螺母20在电机轴22上做直线运动，推动翼块21径向伸出；当直线电机13断电停止转动时，由于电机轴22和大螺母20为丝杠螺母副，具有自锁性，则可保持翼块21状态，而不会在外力的作用下缩回；当直线电机轴22反转时，电机轴22上的大螺母20缩回，并将翼块21拉回；如此反复单独或同时控制3个翼块21，从而实现井眼轨迹控制。

Claims (4)

1.一种用于电驱动定向穿越的井眼轨迹控制工具，主要是由壳体(1)、公电接头(2)、公电接头尾座(3)、接线盒、电缆总成、变径模块(8)、变径模块密封及定位装置和母电接头(11)组成，公电接头尾座(3)通过螺纹与公电接头(2)连接；其特征在于：接线盒由插座盒(4)、插针盒(5)、接线盒连接螺栓(18)、接线盒连接螺母(19)和密封垫(17)组成，插座盒(4)和插针盒(5)之间安装有密封垫(17)，可防止污垢进入插座电接头(24)和插针电接头(28)的接触面；公电接头尾座(3)、插座盒(4)、插针盒(5)分别通过4套均布的接线盒连接螺栓(18)和接线盒连接螺母(19)与电缆出口接头(6)紧密连接，用以保证插座电接头(24)和插针电接头(28)的有效接触；电缆总成由电缆出口接头(6)、电缆(7)和电机电源线(16)组成，电缆(7)为三线电缆，可传输三相交流电；电缆(7)一端与插针电接头(28)连接，电缆(7)另一端与母电接头(11)连接，电缆出口接头(6)紧密套在电缆(7)端部；3根电机电源线(16)穿过电缆出口接头(6)与电缆(7)实现对应相位的电连接；变径模块(8)由电机(13)和翼块(21)组成，电机(13)为直线电机，其输出端由大螺母(20)和电机轴(22)组成，电机轴(22)为丝杠轴，大螺母(20)可在电机轴(22)上做直线运动；电机轴(22)安装在翼块(21)内部，翼块(21)与大螺母(20)通过螺栓螺母连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于电驱动定向穿越的井眼轨迹控制工具，其特征在于：变径模块(8)密封装置由翼块密封圈(9)和密封垫(17)组成，变径模块(8)定位装置由定位套(10)、电机压块(12)、变径模块压块(14)和变径模块压块螺钉(15)组成；翼块密封圈(9)安装在壳体(1)的密封沟槽内，可防止外部泥浆液进入变径模块(8)内部；定位套(10)套在电机(13)壳和翼块(21)外部，通过螺栓螺母将电机(13)和电机压块(12)连接在一起。

3.根据权利要求1所述的一种用于电驱动定向穿越的井眼轨迹控制工具，其特征在于：壳体(1)两端为连接螺纹，壳体(1)上钻有三个导向孔((30，31，32)，用来安装变径模块(8)；导向孔(30，31，32)成轴向分布，同时位于三个间隔为120°的交错平面上，导向孔(30，31，32)的一端为圆孔，用于安装翼块(21)，其另一端为方孔，用于安装定位套(10)和电机(13)。

4.根据权利要求1所述的一种用于电驱动定向穿越的井眼轨迹控制工具，其特征在于：插座盒(4)由插座板(23)和插座电接头(24)组成，3个插座电接头(24)成等边三角形安装在插座板(23)孔内；插座电接头(24)两端钻孔，一端孔与公电接头(2)输出线芯压接，另一端孔容纳插针电接头头部(29)；插针盒(5)由插针板(26)和插针电接头(28)组成，3个插针电接头(28)成等边三角形安装在插针板(26)孔内，插针电接头(28)一端钻孔，并与电缆(7)线芯压接，另一端为表面裸露的头部。