CN110821407A - 一种液压钻自动纠偏装置 - Google Patents

Abstract

本发明中公开了一种液压钻自动纠偏装置，包括内杆、外部套筒、液压系统和蓝牙模块，所述的内杆包括特制内杆和钻杆转接头，所述特制内杆为空心，所述特制内杆与钻杆接头连接，所述特制内杆内挖有一个偏心环形槽，槽内嵌有一端为圆柱的杆件。本发明利用液压装置提供纠偏力，并且在圆周上四个方向分别布置一个微型液压缸，保证纠偏后钻杆柱的对中性，并且采用蓝牙传输数据的方式进行纠偏控制，能够快速、高效地实现纠偏作业，这极大地方便了煤炭井下工作人员的操作。

Description

一种液压钻自动纠偏装置

技术领域

本发明涉及钻井领域，特别涉及一种液压钻自动纠偏装置。

背景技术

井眼偏斜，又称井斜，对井下施工工作产生极大危害，使井底无法达到预定点，影响井眼的通风、排水及能源的开采效果，降低钻进效率，拖延施工进度。井斜是由于钻头的歪斜，使井眼偏离原先设计的路径，而发生歪斜。而钻头的歪斜主要原因有两点：第一，由于地质环境中，岩层的改变或岩层中岩石硬度不均导致钻头受力不平衡，从而发生钻头歪斜；第二，钻具在长期工作中，钻杆发生扭曲、弯斜，导致钻头歪斜。其中，最主要的原因为地质变化。地壳运动是引起地质变化的主要原因。随着地壳运动，地壳岩石中产生压应力、张应力和扭应力，导致不同的地质构造，包括破裂构造、断层构造、褶曲构造和岩层变位构造，因而其岩层空问的走向、倾向、倾角及岩层厚度等地质产状要素发生了变化，甚至产生夹层。正是这些岩层变化，导致钻头在钻进过程中遇到不同硬度的岩层，钻头受力发生不均，从而产生井斜。由于各种因素，导致钻头没有按照预设路径进行钻进工作，这会对井下施工造成不良影响，甚至会对后续工程造成危害。主要影响有以下几个方面：由于发生井斜，会导致钻好的井眼不可用，或地质数据有偏差，打乱了井眼的布置，影响了后期工程的进行；如若井斜过大，会使井底偏离目标位置，增加不必要的工作量，甚至在钻进过程中遇到本不该遇到的地下暗河或瓦斯层，导致工程事故的发生，还可能造成施工人员伤亡；对于钻头来说，产生井斜后，钻头受力不均，产生不均匀的磨损，导致钻头损坏，同时，由于钻头歪斜，引起钻杆倾斜并与井壁接触，产生摩擦，导致钻杆及钻杆上，布置的其他设备产生磨损或毁坏；井斜较大，还会产生下套管困难，会发生套管不居中的现象，为后期的固井工作增加了难度。同时，下套管困难还会引起钻进效率下降，影响钻井工程进度；井眼发生偏斜后，会对瓦斯抽排孔、排水孔、通风孔等井下井孔造成影响，使其不能按照设定进行瓦斯、空气和施工用水的输送，同时给部分运输器械的井眼输送井下设备造成巨大困扰。特此开发了一种液压钻自动纠偏装置。

发明内容

本发明的目的在于解决上述技术中出现的问题，提供一种液压钻自动纠偏装置，该装置利用液压装置提供纠偏力，并且在圆周上四个方向分别布置一个微型液压缸，保证纠偏后钻杆柱的对中性，并且采用蓝牙传输数据的方式进行纠偏控制，能够快速、高效地实现纠偏作业，这极大地方便了煤炭井下工作人员的操作。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种液压钻自动纠偏装置，包括内杆、外部套筒、液压系统和蓝牙模块，所述的内杆包括特制内杆和钻杆转接头，所述特制内杆为空心，所述特制内杆与钻杆接头连接，所述特制内杆内挖有一个偏心环形槽，槽内嵌有一端为圆柱的杆件。

进一步的，作为优选的技术方案，所述的外部套筒包括：套筒筒体和2个端盖，套筒筒体通过轴承套于特制内杆外部，其圆周上均匀分布有四个小型推力液压缸，所述2个端盖分别设置在套筒筒体两端，所述端盖中心开有通孔，所述通孔尺寸与特制内杆外径对应。

进一步的，作为优选的技术方案，所述的液压系统包括：四个推力液压缸、油箱、油管、电磁换向阀、溢流阀、背压阀和单片机，所述单片机连接蓝牙模块。

进一步的，作为优选的技术方案，所述的推力液压缸活塞杆连接井壁，所述电磁换向阀连接液压缸，用于控制液压缸活塞杆的伸出与缩回。

本发明所具有的有益效果：

本发明利用液压装置提供纠偏力，并且在圆周上四个方向分别布置一个微型液压缸，保证纠偏后钻杆柱的对中性，并且采用蓝牙传输数据的方式进行纠偏控制，能够快速、高效地实现纠偏作业，这极大地方便了煤炭井下工作人员的操作。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图中：1、钻杆；2、钻杆转接头；3、端盖；4、轴承；5、推力液压缸；6、外部套筒；7、第一特质钻杆；8、杆件。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

如图1所示，一种液压钻自动纠偏装置，包括内杆、外部套筒、液压系统和蓝牙模块，所述的内杆包括特制内杆和钻杆转接头，所述特制内杆为空心，所述特制内杆与钻杆接头连接，所述特制内杆内挖有一个偏心环形槽，槽内嵌有一端为圆柱的杆件。

外部套筒包括：套筒筒体和2个端盖，套筒筒体通过轴承套于特制内杆外部，其圆周上均匀分布有四个小型推力液压缸，所述2个端盖分别设置在套筒筒体两端，所述端盖中心开有通孔，所述通孔尺寸与特制内杆外径对应。在特制内杆内挖一个偏心环形槽，槽内嵌有一端为圆柱的杆件，杆件在外部套筒上的槽内做往复运动。当内杆旋转时，杆件沿内杆径向的直线做往复运动。钻杆转接头是钻杆与内杆连接的桥梁，它将两个接口不同的零件连接起来，到达传递扭矩的目的。外部套筒包含套筒零件和两个端盖，套筒套于内杆外部，其圆周上均匀分布有四个小型液压缸，当液压缸活塞杆伸出时，推动井壁，使靠近井壁的纠偏装置恢复原位。外部套筒在工作时中会产生旋转，而这种旋转会在一定程度上影响纠偏工作故在外部套筒外壁上设置导流槽，流出的泥浆液通过导流槽，会给外部套筒一个旋转力矩，而这个旋转力矩会与套筒自身因装配而产生的旋转力矩相互抵消，保持套筒静止不动。套筒两侧盖有端盖，有效阻止钻杆外部泥浆液渗透进轴承之中，保护轴承中间滚子的润滑，延长轴承使用寿命。

液压系统包括：四个推力液压缸、油箱、油管、电磁换向阀、溢流阀、背压阀和单片机，所述单片机连接蓝牙模块。推力液压缸活塞杆连接井壁，所述电磁换向阀连接液压缸，用于控制液压缸活塞杆的伸出与缩回。液压系统是整个纠偏装置的核心部分，其决定了整个纠偏装置能否顺利工作。液压系统主要包含四个推力液压缸、油箱、油管、电磁换向阀、单向阀、溢流阀、背压阀单片机最小系统板等部件。其中，单片机最小系统板与蓝牙信号接收模块相连接，用来接收和处理随钻测斜仪发送来的蓝牙无线信号，并控制电磁换向阀的动作，调整液压回路。液压缸是提供纠偏力的主要元件，通过液压缸活塞杆的伸出和缩回，完成纠偏过程。电磁换向阀用来控制液压缸活塞杆的伸出与缩回，使其在需要纠偏时工作。蓝牙模块是一块小尺寸的电路模块，它与液压系统中的5l单片机最小系统版连接，主要用来接收蓝牙无线信号，并控制液压系统中换向阀的换向工作。

在斜直井眼中，光钻杆柱组合是一种最简单、最常用的钟摆钻具组合。在切点以下，未被井壁支承一段钻杆的自重使钻头受到一个使之恢复竖直状态的力，如同钟摆一样，这通常称为“钟摆效应”，作用在钻头上的钟摆力能够对抗地下岩层施加在钻头的侧向力。除了地层侧向力及钟摆力外，钻头上还有钻压力。因此，钻头合力是这几个力的矢量和。根据井斜理论中一个重要的假设：钻头沿所受各种力的合力方向钻进，若不考虑其他因素的影响，当钻合力指向井眼轴线下方时，井斜下降；而当合力与井眼轴线重合时，井斜稳定不变。地层侧向力及钻具弯曲偏斜力与钻压成正比，但是钻压对钟摆力的影响不大，所以控制钻压即可控制钻头合力的指向及钻头上总的径向力的大小，从而控制井斜趋势及变化的急缓程度。钟摆钻具组合的钟摆力会随着井斜角的大小而发生变化。井斜角越大，钟摆力也会变大，当井斜角等于零时，则钟摆力也为零。因此。内杆包含特制内杆和钻杆转接头，特制内杆的内部为空心，用来提供钻井液流通通道，它与钻杆转接头连接，和钻杆共同旋转，将扭矩传递给钻头。由于其必须与钻杆共同旋转。在特制内杆内挖一个偏心环形槽，槽内嵌有一端为圆柱的杆件，杆件在外部套筒上的槽内做往复运动。当内杆旋转时，杆件沿内杆径向的直线做往复运动。钻杆转接头是钻杆与内杆连接的桥梁，它将两个接口不同的零件连接起来，到达传递扭矩的目的。

本发明的说明书和附图被认为是说明性的而非限制性的，在本发明基础上，本领域技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中一些技术特征做出一些替换和变形，均在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种液压钻自动纠偏装置，包括内杆、外部套筒(6)、液压系统和蓝牙模块，其特征在于，所述的内杆包括特制内杆(7)和钻杆转接头(2)，所述特制内杆(7)为空心，所述特制内杆(7)与钻杆转接头(2)连接，所述特制内杆内(7)挖有一个偏心环形槽，槽内嵌有一端为圆柱的杆件(8)。

2.根据权利要求1所述的一种液压钻自动纠偏装置，其特征在于，所述的外部套筒(6)包括：套筒筒体和2个端盖，套筒筒体通过轴承套于特制内杆(7)外部，其圆周上均匀分布有四个小型推力液压缸(5)，所述2个端盖分别设置在套筒筒体两端，所述端盖中心开有通孔，所述通孔尺寸与特制内杆(7)外径对应。

3.根据权利要求1所述的一种液压钻自动纠偏装置，其特征在于，所述的液压系统包括：四个推力液压缸(5)、油箱、油管、电磁换向阀、溢流阀、背压阀和单片机，所述单片机连接蓝牙模块。

4.根据权利要求4所述的一种液压钻自动纠偏装置，其特征在于，所述的推力液压缸(5)活塞杆连接井壁，所述电磁换向阀连接推力液压缸(5)，用于控制推力液压缸(5)活塞杆的伸出与缩回。

Images