CN105484668B - 导向头偏转实现精确定位的新型旋转导向工具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种导向头偏转实现精确定位的新型旋转导向工具，通过螺纹连接安装在钻铤与钻头之间，包括扶正器、连接件总成、万向节、内主体总成、拖动系统、导向系统。所述的连接件总成中连接件后端与扶正器相连接，前端与万向节相连接，万向节与内主体相连接，内主体前端依次为拖动系统与导向系统。利用扶正器减少钻柱振动产生的偏心，利用连接件总成构成泥浆通道，安装万向节结构以缓和钻头破岩产生的冲击与振动，通过拖动系统控制导向系统动作，利用泥浆压力推动泥浆顶块运动，实现旋转导向的目的。本发明的导向头偏转实现精确定位的新型旋转导向工具工作性能平稳可靠，偏转角度大，导向定位精度高。
Description
技术领域
本发明属于石油天然气钻探工程领域一种导向工具，特别是导向头偏转实现精确定位的新型旋转导向工具。
背景技术
自20世纪80年代以来,随着石油生产开发的不断进行,国内外许多油田的年产量均有所下降,相继进入油气开发后期，尤其是在近十几年，这种情况愈发明显，所以分支井、水平井、鱼骨井、大位移井等复杂结构井随之出现。同时，钻井工艺对提高钻井效率、降低钻井成本以及提高在恶劣环境和复杂地质条件下钻井能力等方面的要求也越来越高，这些都加快了旋转导向钻井技术的发展。旋转导向工具作为旋转导向钻井技术的关键组成部分之一，对旋转导向系统的工作性能起着至关重要的作用。旋转导向工具主要应用于石油天然气工程领域，当需要造斜钻进时，利用导向机构作用，实现钻头造斜钻进。相对推靠式旋转导向工具推靠不规则井壁来实现钻头导向钻进而言，指向式旋转导向工具则是依靠工具本身结构来实现导向功能，其性能更为可靠、优良。随着现代旋转导向钻井技术的逐步发展，对旋转导向工具的结构设计和性能要求也将越来越严格，所以，其产品研发更新成为一种必然的趋势。
发明内容
为了探索背景技术中所述的旋转导向工具的研发更新，本发明提供了一种导向头偏转实现精确定位的新型旋转导向工具，本发明的导向工具属于指向式旋转导向工具，利用泥浆压力推动泥浆顶块运动，推靠导向头内壁，使导向头发生一定角度的偏转，从而实现钻头造斜钻进。由于此旋转导向系统工具是通过推靠规则的导向头内壁来实现导向功能，其工作性能平稳可靠。
本发明的技术方案是：本发明的导向头偏转实现精确定位的新型旋转导向工具固定安装在钻头后端，其包括扶正器、连接件总成、万向节、内主体总成、拖动系统、导向系统；所述的连接件总成后端与扶正器相连接，前端连接万向节；所述的内主体总成内部安装拖动系统，其前端安装导向系统；所述的扶正器包括扶正器主体、耐磨块、锁紧螺纹管等；所述的连接件总成包括连接件、内筒、外筒、挡圈、垫片、外筒端盖、定位销；所述的内主体总成包括内主体、轴套、端面垫块；所述的拖动系统包括悬挂螺栓、轴承端盖、连接结构件、电子仓、电池组、传导片、控制单元、电机、推板、推力球轴承；所述的导向系统包括推杆、滑块、弹簧、泥浆顶块、导向头、卡块、螺栓、压紧螺母。
所述耐磨块材料为耐磨橡胶，其下部安装橡胶弹簧，在扶正器主体周向上依次间隔90度角布置，数量为4个。
所述推杆、滑块、弹簧、泥浆顶块、卡块的数量均为2个。
本发明的有益效果是：
(1)本次发明的旋转导向工具与现有的旋转导向工具存在差别，直接选择泥浆顶块推靠规则的导向头内壁来实现导向功能，与推靠式旋转导向工具推靠不规则井壁相比，其工作性能平稳可靠；与采用柔性芯轴的指向式旋转导向工具相比，其偏转角度变化范围更大。
(2)通过拖动电机的正反转以及调速来控制不同的泥浆入口流量大小变化，从而达到从不同方向、不同角度进行导向的目的；
(3)在扶正器与内主体总成之间安装万向节结构，可以有效缓和钻头破岩产生的振动与冲击；
(4)将以往的固连扶正结构改为独立的组合扶正器设计，耐磨块均布在扶正主体上，当某一耐磨块磨损严重时，可以只更换对应的耐磨块，而不需要更换其余耐磨块，可以节约成本，有效地避免扶正器磨损对整个旋转导向工具系统的影响。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是扶正器的结构示意图；
图3是悬挂件组合结构示意图；
图4是连接件的结构示意图。
图中1-扶正器主体，2-锁紧螺纹管，3-锁紧垫片，4-耐磨块，5-垫片，6-橡胶弹簧，7-连接件，8-外筒挡圈，9-外筒垫片，10-外筒，11-内筒垫片，12-内筒，13-内筒挡圈，14-万向节上壳体，15-挡圈，16-左沟道，17-端盖，18-球体，19-偏心保持架，20-花键，21-右沟道，22-卡簧，23-垫块，24-卡簧挡圈，25-万向节下壳体，26-内主体，27-悬挂螺栓，28-轴承端盖，29-滚子轴承，30-连接结构件，31-电子仓垫片，32-电子仓，33-电池组，34-传导片，35-控制单元，36-电机，37-推板，38-推力球轴承，39-推杆，40-密封圈，41-泥浆通道构件，42-外筒端盖，43-定位销，44-泥浆顶块，45-滑块，46-弹簧，47-卡块，48-螺栓，49-轴套，50-端面垫块，51-导向头，52-压紧垫片，53-压紧螺母。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
参见图1，导向头偏转实现精确定位的新型旋转导向工具，该旋转导向工具通过螺纹扣固定安装在钻头上部，所述旋转导向工具包括扶正器、连接件总成、万向节、内主体总成、拖动系统、导向系统。所述扶正器包括扶正器主体1、耐磨块4、橡胶弹簧6、锁紧螺纹管2、锁紧垫片3、垫片5，扶正器主体周向上间隔90度角均布4个凹槽，在每个凹槽内安装橡胶弹簧6，在橡胶弹簧上部安装耐磨块4，在扶正器主体1两端加工锥螺纹用于连接其他部件，在其圆周轴段加工螺纹用于安装锁紧螺纹管2，压紧耐磨块4和橡胶弹簧6。
所述连接件总成包括连接件7、外筒10、内筒12、外筒挡圈8、外筒垫片9、内筒垫片11、内筒挡圈13、外筒端盖42、定位销43、密封圈40。在连接件7两端加工锥螺纹，后端连接扶正器，前端连接万向节，在连接件轴肩处加工类似花键结构用于安装内筒12和外筒10，并利用内筒挡圈13和外筒挡圈8分别将两者固定在连接件上，在外筒10末端安装外筒端盖42，并采用定位销43将两部分外筒端盖42串接在一起，利用螺纹将外筒端盖42和外筒10相连接，外筒端盖42和内筒12末端内侧加工凹槽用于安装密封圈40。
所述万向节包括万向节上壳体14、挡圈15、左沟道16、端盖17、球体18、偏心保持架19、花键20、右沟道21、卡簧22、垫块23、卡簧挡圈24、万向节下壳体25，利用花键20、左沟道16、右沟道21和偏心保持架19将球体18安装在上壳体14内部，利用螺纹将花键20和万向节下壳体25相连接。
所述内主体总成包括内主体26、轴套49和端面垫块50，采用锥螺纹将内主体26连接在万向节前端，在内主体26末端安装轴套49定位弹簧46。
所述拖动系统安装在内主体26内部，包括悬挂螺栓27、电子仓32、电池组33、传导片34、控制单元35、电机36、轴承端盖28、滚子轴承29、连接结构件30、电子仓垫片31、推板37、推力球轴承38，利用悬挂螺栓将拖动系统悬挂在内主体26内部，安装滚子轴承29使拖动系统不受内主体26旋转的影响，在电子仓32内安装电池组33、传导片34和控制单元35，在电机36输出轴端利用螺旋传动将电机的旋转运动传递给推板37，在推板37内安装推力球轴承38将推板的旋转运动转化为直线运动，传递给推杆39。
所述的导向系统包括推杆39、密封圈40、泥浆通道构件41、泥浆顶块44、滑块45、弹簧46、卡块47、螺栓48、导向头51、压紧垫片52和压紧螺母53。推杆39与滑块45连接，推动滑块45运动，从而控制泥浆入口流量变化，改变导向头51偏转角度，利用两个滑块的工作状态不同来控制导向头51偏转方向，利用卡块47和螺栓48将导向头51与内主体26相连接，利用压紧螺母53实现零件的轴向定位。
Claims (4)
1.导向头偏转实现精确定位的新型旋转导向工具，其特征在于：包括扶正器、连接件总成、万向节、内主体总成、拖动系统、导向系统；利用连接件(7)安装内筒(12)和外筒(10)构建泥浆通道，在连接件(7)两端分别通过螺纹连接扶正器和万向节，万向节前端连接内主体总成，内主体(26)内部安装拖动系统，内主体(26)底端设计导向系统；所述扶正器包括扶正器主体(1)、耐磨块(4)、橡胶弹簧(6)、锁紧螺纹管(2)、锁紧垫片(3)、垫片(5)，在扶正器主体(1)圆周的凹槽内依次安装橡胶弹簧(6)和耐磨块(4)，利用锁紧螺纹管(2)压紧耐磨块(4)；所述连接件总成包括连接件(7)、外筒(10)、内筒(12)、外筒挡圈(8)、外筒垫片(9)、内筒垫片(11)、内筒挡圈(13)、外筒端盖(42)、定位销(43)、密封圈(40)，在连接件(7)前后两端分别安装内筒(12)和外筒(10)，安装内筒垫片(11)和外筒垫片(9)后，利用内筒挡圈(13)和外筒挡圈(8)分别锁紧内筒(12)和外筒(10)，在外筒底端采用定位销(43)连接两部分外筒端盖(42)，并采用螺纹连接将装配后的外筒端盖(42)连接在外筒底端；所述万向节包括万向节上壳体(14)、万向节下壳体(25)、挡圈(15)、左沟道(16)、右沟道(21)、端盖(17)、球体(18)、偏心保持架(19)、花键(20)、卡簧(22)、垫块(23)、卡簧挡圈(24)，在万向节下壳体(25)后端依次安装卡簧挡圈(24)、卡簧(22)、右沟道(21)、垫块(23)、花键(20)，将球体(18)与偏心保持架(19)配合好后安装到花键(20)上，最后依次安装端盖(17)、挡圈(15)、左沟道(16)、万向节上壳体(14)；所述内主体总成包括内主体(26)、轴套(49)和端面垫块(50)，采用锥螺纹将内主体(26)连接在万向节前端；所述的拖动系统由电池组(33)、传导片(34)、控制单元(35)、电机(36)、悬挂螺栓(27)、电子仓(32)、轴承端盖(28)、滚子轴承(29)、连接结构件(30)、电子仓垫片(31)、推板(37)、推力球轴承(38)组成，利用悬挂螺栓(27)将连接结构件(30)悬挂在内主体(26)上，采用螺纹实现连接结构件(30)与电子仓(32)的连接，在电子仓(32)内从后往前依次安装电池组(33)、传导片(34)、控制单元(35)，通过螺纹将电机(36)连接在电子仓(32)前端，在电机输出轴上采用螺纹连接推板(37)；所述的导向系统由推杆(39)、滑块(45)、泥浆顶块(44)、弹簧(46)、导向头(51)、密封圈(40)、泥浆通道构件(41)、卡块(47)、螺栓(48)、压紧垫片(52)和压紧螺母(53)组成，采用螺栓(48)和卡块(47)将导向头(51)固定在内主体(26)上。
2.根据权利要求1所述的导向头偏转实现精确定位的新型旋转导向工具，其特征在于：利用泥浆顶块(44)推靠规则的导向头(51)内壁，实现准确定位，高精度控制。
3.根据权利要求1所述的导向头偏转实现精确定位的新型旋转导向工具，其特征在于：所述的扶正器为一种组合扶正器，耐磨块(4)在扶正器主体(1)周向上依次间隔角度为90°。
4.根据权利要求1所述的导向头偏转实现精确定位的新型旋转导向工具，其特征在于：所述的导向系统中推杆(39)、滑块(45)、泥浆顶块(44)、弹簧(46)的数量均是2件，在周向上间隔180°对称布置。
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