CN108331543A - 一种旋转导向钻井工具 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种旋转导向钻井工具，属于石油钻探领域。旋转导向钻井工具主要包括方向包括钻铤、钻头轴、泥浆管以及方向控制模块，钻头轴一端与泥浆管连接，另一端设置有钻头。钻铤与安装筒的端部连接，钻头轴通过万向节与安装筒的内壁连接，泥浆管设置在钻铤内。当需要改变钻探方向时，需要调整钻头轴的方向；此时，启动驱动装置，驱动装置控制转动筒在安装筒中转动，由于转动筒通孔的轴线与转动筒外圆周壁的轴线呈夹角设置，并且钻头轴安装在通孔中并与通孔同轴设置；故，转动筒转动时，转动筒通过通孔的内壁施加给钻头轴作用力，使得钻头轴的方向偏转，进而带动设置在钻头轴端部的钻头钻探方向改变。
Description
技术领域
本发明涉及石油开采设备领域，具体而言，涉及一种旋转导向钻井工具。
背景技术
石油开采过程中，需要用到旋转导向钻井系统，其主要包括设置在油井上面的钻机和设置在底下用于钻探的旋转旋转导向钻井工具，钻机通过柔性驱动轴与旋转旋转导向钻井工具上的钻头轴传动连接，从而将扭矩传递给钻头轴，钻头轴驱动钻头钻探。
为了控制钻头的钻探方向，需要一种可以改变钻探方向的旋转导向钻井工具。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种旋转导向钻井工具，其能够钻头的钻探方向。
本发明是这样实现的：
一种钻井方向控制模块，包括：
包括钻铤、钻头轴、泥浆管以及方向控制模块，所述钻头轴为空心轴，所述钻头轴的一端与所述泥浆管连接，另一端设置有钻头；所述方向控制模块包括：
安装筒；
转动筒，所述转动筒与所述安装筒同轴并设置在所述安装筒内，所述转动筒设置有通孔，所述通孔的轴线与所述转动筒的轴线呈夹角设置，所述钻头轴安装在所述通孔中；
所述转动筒的的两端设置有配合环，所述配合环套设在所述转动筒的外壁上，所述转动筒通过所述配合环与所述安装筒可转动地连接；
两个所述配合环、所述转动筒的外壁以及所述安装筒的内壁之间围合形成容置空间，所述容置空间用于储存润滑油；
驱动装置，所述驱动装置包括电机、主动轮及太阳轮，所述电机与所述安装筒固定连接，所述主动轮与所述电机的输出轴传动连接；
所述太阳轮与所述转动筒的端部连接，所述主动轮与所述太阳轮啮合并能够带动所述转动筒转动；
所述钻铤与所述安装筒的端部连接，所述钻头轴通过万向节与所述安装筒的内壁连接，所述泥浆管设置在所述钻铤内。
进一步，
所述方向控制模块还包括控制器及角度传感器，所述控制器与所述电机及所述角度传感器电连接，所述角度传感器用于检测所述转动筒的转动角度。
进一步，
所述驱动装置还包括齿圈，所述齿圈与所述安装筒转动连接，所述主动轮与所述齿圈内啮合。
进一步，
所述齿圈中还设置有两个从动轮，所述从动轮与所述主动轮基本参数相同，所述从动轮与所述主动轮在所述齿圈中均匀分布；所述主动轮与所述安装筒连接。
进一步，
所述驱动装置还包括涡轮蜗杆减速机，所述电机通过所述涡轮蜗杆减速机与所述主动轮连接。
进一步，
所述容置空间内塞有有丝绵，所述丝绵用于储存润滑油；所述转动筒的外壁以及所述安装筒的内壁上均设置有多个半圆球状的凸部，所述转动筒转动时，所述凸部能够挤压所述蓬松材料。
进一步，
所述配合环通过轴承与所述安装筒连接。
进一步，
所述方向控制模块还包括控制器，所述轴承上设置有温度传感器，所述温度传感器与所述控制器电连接。
进一步，
所述配合环及所述转动筒一体成型。
进一步，
所述安装筒的内孔两端设置有密封装置，所述密封装置与所述安装筒转动配合，所述钻头轴穿过所述密封装置。
进一步，
所述控制器为单片机或PLC。
本发明的有益效果是：
本发明通过上述设计得到的旋转导向钻井工具，由于其采用了方向控制模块。当需要改变钻探方向时，需要调整钻头轴的方向；此时，启动驱动装置，驱动装置控制转动筒在安装筒中转动，由于转动筒通孔的轴线与转动筒外圆周壁的轴线呈夹角设置，并且钻头轴安装在通孔中并与通孔同轴设置；故，转动筒转动时，转动筒通过通孔的内壁施加给钻头轴作用力，使得钻头轴的方向偏转，进而带动设置在钻头轴端部的钻头钻探方向改变。另外，钻头钻下的泥浆可以通过钻头轴以及泥浆管排出。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明实施方式提供的旋转导向钻井系统的结构示意图；
图2是本发明实施方式提供的旋转旋转导向钻井工具的结构示意图；
图3是本发明实施方式提供的钻井方向控制模块的结构示意图；
图4是本发明实施方式提供的钻井方向控制模块的驱动装置结构示意图。
图标：200-旋转导向钻井系统；202-钻机；204-钻柱；206-钻孔；100-旋转导向钻井工具；110-钻铤；120-钻头轴；122-钻头；130-方向控制模块；132-安装筒；134-转动筒；136-配合环；138-驱动装置；1382-电机；1383-主动轮；1384-太阳轮；1386-齿圈；1387-从动轮；1388-行星支架；140-泥浆管；142-泥浆管接头；150-万向节；160-密封装置。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
实施例：
如图1，图1表示本实施例提供的旋转导向钻井系统200的整体结构示意图。旋转导向钻井系统200主要包括设置在地面上的钻机202、钻柱204、钻头122以及旋转旋转导向钻井工具100。钻柱204由钻机202支撑，可以从地面延伸到钻孔206中，并且转柱将钻机202的动力传递给旋转旋转导向钻井工具100，并最终驱动钻头122进行定向钻井。并且，为了改变钻头122的钻探方向，在旋转旋转导向钻井工具100上设置有钻井方向控制模块130。
如图2，图2表示旋转旋转导向钻井工具100的剖视图。旋转导向钻井工具100包括钻铤110、钻头轴120、方向控制模块130、泥浆管140、泥浆管140接头、万向节150和密封装置160。钻头轴120可通过万向节150和钻井方向控制模块130机械连接到钻铤110上。钻头轴120围绕万向节150旋转，其可以作为心轴。密封装置160为圆形板状结构，其与钻铤110的内壁转动连接。
整个钻柱204的重量与钻铤110的旋转扭矩可通过万向节150传送到钻头122上。钻头轴120相对于钻铤110的方向及倾斜角度可以通过方向控制模块130控制。钻柱204、钻铤110以及钻头轴120的连接传动关系可以直接采用现有技术中的结构，本实施例对其不再进行说明。
如图3，图3表示方向控制模块130的结构示意图。方向控制模块130包括安装筒132、转动筒134以及用于驱动转动筒134转动的驱动装置138。转动筒134整体为圆柱状回转体，在转动筒134的两端设置有配合环136，配合环136套设在转动筒134的外壁上；并且配合环136与转动筒134一体成型。另外，配合环136上设置有轴承，用于与安装筒132可转动地连接。
转动筒134上设置有通孔，通孔的轴线与转动筒134的轴线呈夹角设置，通孔用于安装钻头轴120。经过试验表明，上述夹角为30°-45°之间时，转动效率最高，本实施例中，上述夹角为40°。
如图4，驱动装置138包括电机1382、主动轮1383、太阳轮1384、齿圈1386、两个从动轮1387以及行星支架1388。电机1382与安装筒132固定连接，主动轮1383与电机1382的输出轴传动连接；太阳轮1384与转动筒134的端部连接，主动轮1383与太阳轮1384啮合并能够带动转动筒134转动。从动轮1387与主动轮1383均为标准齿轮并且基本参数相同，从动轮1387与主动轮1383在齿圈1386中均匀分布；主动轮1383与安装筒132连接。主动轮1383和两个从动轮1387通过行星支架1388连接，行星支架1388与安装筒132的内壁固定连接。电机1382通过电缆(图中未示出)与地面上的电源电连接。
由于转动筒134的两端设置了配合环136，使得两个配合环136、转动筒134的外壁与安装筒132的内壁之间形成容置空间；该容置空间用于储存润滑油。进一步，在容置空间内塞满有丝绵等可以吸收存储润滑油的蓬松物质(图中未示出)。并且安装筒132的内壁上和转动筒134的外壁上均设置有多个半圆球状的凸部(图中未示出)，凸部在安装筒132和转动筒134上均呈矩阵分布，当转动筒134134转动时，安装筒132上的凸部和转动筒134上的凸部之间的距离会随之改变，当两个凸部刚好正对时，其距离最小。通过安装筒132上凸部和转动筒134上凸部距离的变化可以对蓬松材料进行挤压，从而将润滑油挤压出来；并且当距离增大时，蓬松材料恢复变形能够将流动状态的润滑油吸收回来，防止润滑油泄露。
通过上述设计，转动筒134在转动时，转动筒134上的凸部可以对丝绵进行挤压，从而将丝绵中的润滑油挤出供给配合环136上的轴承；从而提高轴承的使用寿命，还能够尽量避免润滑油泄露。并且上述结构非常简单，丝绵损坏后可以直接更换，其成本比较低。
进一步，钻井方向控制模块130还包括控制器以及角度传感器，控制器与电机1382以及角度传感器电连接，角度传感器用于检测转动筒134的转动角度；当转动筒134的转动到合适的位置之后，角度传感器给控制器发送信号，控制器控制电机1382停机，转动筒134停止转动。
本实施例中安装筒132直接采用了钻铤110，即钻铤110充当安装筒132，转动筒134直接安装在钻铤110中。在其它实施例中，安装筒132可以是另外一个单独的筒状结构，筒状结构与钻铤110连接。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种旋转导向钻井工具，其特征在于，包括钻铤、钻头轴、泥浆管以及方向控制模块，所述钻头轴为空心轴，所述钻头轴的一端与所述泥浆管连接，另一端设置有钻头；所述方向控制模块包括：
安装筒；
转动筒，所述转动筒与所述安装筒同轴并设置在所述安装筒内，所述转动筒设置有通孔，所述通孔的轴线与所述转动筒的轴线呈夹角设置，所述钻头轴安装在所述通孔中；
所述转动筒的的两端设置有配合环，所述配合环套设在所述转动筒的外壁上，所述转动筒通过所述配合环与所述安装筒可转动地连接；
两个所述配合环、所述转动筒的外壁以及所述安装筒的内壁之间围合形成容置空间，所述容置空间用于储存润滑油；
驱动装置，所述驱动装置包括电机、主动轮及太阳轮，所述电机与所述安装筒固定连接，所述主动轮与所述电机的输出轴传动连接；
所述太阳轮与所述转动筒的端部连接，所述主动轮与所述太阳轮啮合并能够带动所述转动筒转动；
所述钻铤与所述安装筒的端部连接，所述钻头轴通过万向节与所述安装筒的内壁连接，所述泥浆管设置在所述钻铤内。
2.根据权利要求1所述的旋转导向钻井工具，其特征在于，所述容置空间内塞有有丝绵，所述丝绵用于储存润滑油；所述转动筒的外壁以及所述安装筒的内壁上均设置有多个半圆球状的凸部，所述转动筒转动时，所述凸部能够挤压所述蓬松材料。
3.根据权利要求1所述的旋转导向钻井工具，其特征在于，所述方向控制模块还包括控制器及角度传感器，所述控制器与所述电机及所述角度传感器电连接，所述角度传感器用于检测所述转动筒的转动角度。
4.根据权利要求1所述的旋转导向钻井工具，其特征在于，所述驱动装置还包括齿圈，所述齿圈与所述安装筒转动连接，所述主动轮与所述齿圈内啮合。
5.根据权利要求4所述的旋转导向钻井工具，其特征在于，所述齿圈中还设置有两个从动轮，所述从动轮与所述主动轮基本参数相同，所述从动轮与所述主动轮在所述齿圈中均匀分布；所述主动轮与所述安装筒连接。
6.根据权利要求1所述的旋转导向钻井工具，其特征在于，所述安装筒的内孔两端设置有密封装置，所述密封装置与所述安装筒转动配合，所述钻头轴穿过所述密封装置。
7.根据权利要求1所述的旋转导向钻井工具，其特征在于，所述配合环通过轴承与所述安装筒连接。
8.根据权利要求7所述的旋转导向钻井工具，其特征在于，所述方向控制模块还包括控制器，所述轴承上设置有温度传感器，所述温度传感器与所述控制器电连接。
9.根据权利要求8所述的旋转导向钻井工具，其特征在于，所述控制器为单片机。
10.根据权利要求8所述的旋转导向钻井工具，其特征在于，所述控制器为PLC。
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