CN111101861A - 井斜信号放大器以及钻井工具 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种井斜信号放大器以及钻井工具，井斜信号放大器包括：旋转内筒；偏重块；套设在旋转内筒外部的外壳；坠砣机构，包括：第一悬挂轴，与第一悬挂轴相连的悬挂件，固定在悬挂件端部的坠砣，坠砣设置有压杆件；位于压杆件的下方的杠杆机构，包括：第二悬挂轴和杠杆，杠杆包括与第二悬挂轴相铰接的支点，以及长臂和短臂，杠杆的短臂与压杆件相接触；当井眼垂直时，坠砣具有第一位置，当产生井斜时，坠砣具有第二位置，坠砣在由第一位置移动至第二位置时，能带动压杆件朝向偏重块摆动，压杆件作用在短臂上使长臂抬起。本申请一旦产生井斜，井斜信号放大器便能检测到，能够及时控制井斜，具有较高的灵敏性。

Description

井斜信号放大器以及钻井工具

技术领域

本申请涉及石油钻井领域，具体涉及一种井斜信号放大器以及钻井工具。

背景技术

本部分的描述仅提供与本发明公开相关的背景信息，而不构成现有技术。

在石油钻井过程中，由于地质构造、地层应力等各种因素的影响，在钻取直井时往往出现直井段打不直的现象，即出现井斜。若井斜超出一定的范围而达不到地质勘探开发要求时，就会变成不合格的井，因此直井的防斜问题十分重要。

若要将井斜控制在理想范围内，必须当钻井产生很小的井斜角度时就能被发现，并予以纠斜，才能防止井斜角度的进一步扩大。现有技术中，为了防止井斜，人们开发了许多先进的工艺，例如：塔式钻具组合、刚性满眼钻具组合、偏心钻铤、螺杆纠斜等，但收效甚微，不能够较好的控制井斜问题。

另外，在钻井过程中，随钻测斜的电子仪器包含有许多电子元器件，电子元器件耐温性能低，且受温度影响较大，测量精度较低。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

为解决上述至少一个技术问题，本申请提供了一种随钻下入的井斜信号放大器以及钻井工具，一旦产生井斜，该井斜信号放大器便能检测到，能够及时控制井斜，具有较高的灵敏性。该井斜信号放大器可以不包含电子元器件，受温度影响较小，测量精度较高。

为了达到上述目的，本申请提供的技术方案如下所述：

一种井斜信号放大器，包括：

旋转内筒，所述旋转内筒具有中空腔室；

偏重块，所述偏重块位于所述腔室中，且在所述腔室的横截面上仅部分填充所述腔室；

外壳，所述外壳套设在所述旋转内筒外部；

坠砣机构，所述坠砣机构设置在所述腔室中，包括：第一悬挂轴，与所述第一悬挂轴相连的悬挂件，固定在所述悬挂件端部的坠砣，所述坠砣设置有压杆件；

杠杆机构，所述杠杆机构位于所述压杆件的下方，包括：第二悬挂轴和杠杆，所述杠杆包括与所述第二悬挂轴相铰接的支点，以及位于所述支点两侧的长臂和短臂，所述杠杆的短臂与所述压杆件相接触；

当井眼垂直时，所述坠砣具有第一位置，当产生井斜时，所述坠砣具有第二位置，所述坠砣在由第一位置移动至第二位置时，能带动所述压杆件朝向所述偏重块摆动，所述压杆件作用在所述短臂上使所述长臂抬起。

作为一种优选的实施方式，所述旋转内筒的中空腔室内还设置有压杆件挡板，当产生井斜时，所述压杆件挡板用于阻止所述压杆件向背离所述偏重块的方向摆动，所述压杆件挡板设置在所述压杆件远离所述偏重块的一侧。

作为一种优选的实施方式，所述第一悬挂轴与所述悬挂件之间设置有第一限位机构，所述第一限位机构包括：设置在所述悬挂件上的内装有轴承的坠砣轴承套；设置在所述第一悬挂轴周向上的与所述坠砣轴承套相配合的第一限位凹槽，所述悬挂件在绕所述第一限位凹槽周向转动时，所述坠砣在所述偏重块正对的所述旋转内筒的壁面的径向上摆动。

作为一种优选的实施方式，所述偏重块固定在所述旋转内筒的内壁上，所述偏重块设置有纵向延伸的槽口，部分所述悬挂件位于所述槽口中。

作为一种优选的实施方式，所述压杆件具有刃口，所述刃口与所述杠杆短臂相接触，在井眼垂直时，所述刃口距离所述第二限位槽的水平距离为1～2mm。

作为一种优选的实施方式，所述杠杆长臂和所述杠杆短臂的力臂之比至少为6，所述杠杆的密度为4.51g/cm³。

作为一种优选的实施方式，所述旋转内筒与所述外壳之间设置有转动机构，所述旋转内筒通过所述转动机构与所述外壳构成转动摩擦副；

所述转动机构包括：

与所述旋转内筒的端部相固定的轴承座，所述轴承座与所述外壳之间形成容纳腔；

设置在所述容纳腔中的轴承；

用于固定所述轴承的轴承压套，所述轴承压套套设在所述轴承座的外部，并位于所述轴承座与所述外壳之间。

作为一种优选的实施方式，所述转动机构包括：第一转动机构和第二转动机构，所述第一转动机构设置在所述旋转内筒的上端，所述第二转动机构设置在所述旋转内筒的下端。

作为一种优选的实施方式，所述坠砣和所述偏重块均为钨钢材质，其密度为15.63g/cm³。

一种钻井工具，所述钻井工具包括井斜信号放大器、钻杆和钻头；其中，所述井斜信号放大器包括：

旋转内筒，所述旋转内筒具有中空腔室；

外壳，所述外壳套设在所述旋转内筒外部，所述外壳的上、下两端均设置有连接部，所述外壳上端连接有钻杆，所述外壳下端连接有钻头；

偏重块，所述偏重块位于所述腔室中，且在所述腔室的横截面上仅部分填充所述腔室；

坠砣机构，所述坠砣机构设置在所述中空腔室中，包括：第一悬挂轴，与所述第一悬挂轴相连的悬挂件，固定在所述悬挂件端部的坠砣，所述坠砣设置有压杆件；

杠杆机构，所述杠杆机构位于所述压杆件的下方，包括：第二悬挂轴和杠杆，所述杠杆包括与所述第二悬挂轴相铰接的支点，以及位于所述支点两侧的长臂和短臂，所述杠杆的短臂与所述压杆件相接触；

当井眼垂直时，所述坠砣具有第一位置，当产生井斜时，所述坠砣具有第二位置，所述坠砣在由第一位置移动至第二位置时，能带动所述压杆件朝向所述偏重块摆动，所述压杆件作用在所述短臂上使所述长臂抬起。

本发明的特点和优点是：

本申请实施例提供的井斜信号放大器，外壳内部放置有旋转内筒。所述旋转内筒内置有偏重块、坠砣机构和位于坠砣机构下方的杠杆机构。偏重块位于旋转内筒的腔室中，且在腔室的横截面上仅部分填充该腔室。当井眼发生倾斜时，偏重块造成旋转内筒的偏重，偏重块在重力作用下始终位于井眼的低边，从而防止旋转内筒跟随外壳一同转动，维持旋转内筒内部坠砣机构与杠杆机构的配合关系。其中，坠砣机构包括压杆件，该压杆件与偏重块同侧设置，压杆件与杠杆的短臂相接触。当井斜产生并达到一定值时，整个井斜信号放大器相当于以钻头为中心转动了一定的角度，坠砣自第一位置移动至第二位置，坠砣在发生位移的同时能带动压杆件朝向偏重块摆动，压杆件作用在杠杆的短臂上，并将杠杆的短臂下压、长臂抬起。当压杆件移动一定距离时，杠杆长臂与短臂均可达到水平状态。若杠杆长臂的端部连接有信号传输装置或井斜控制装置，就可以实现井斜纠正。当纠斜成功，井眼垂直时，坠砣在重力作用下回到初始位置，杠杆在长臂自重的作用下复位。

本申请实施例中的井斜信号放大器随钻杆下入井内，能够随时检测井眼井斜变化，一旦产生井斜，坠砣将带动压杆件移动并将杠杆长臂抬起，从而及时纠斜，灵敏性较高。另外，该井斜信号放大器可以不包含电子元器件，受温度影响较小，具有较高的测量精度。

本申请实施例提供的钻井工具，包括井斜信号放大器，井斜信号放大器的外壳的上下两端设置有连接部，使用时，外壳上端可以连接钻杆，外壳下端可以连接钻头，外壳在随钻杆旋转钻进时跟随钻杆一同转动。

参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动力的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的井斜信号放大器的主视图；

图2为本申请实施例提供的井斜信号放大器的侧视图；

图3为图2中A-A剖视图；

图4为本申请实施例提供的放大器外壳的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的放大器旋转内筒的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的转动机构中轴承压套结构示意图；

图7为本申请实施例提供的转动机构中轴承结构示意图；

图8为本申请实施例提供的转动机构中轴承座结构示意图；

图9为本申请实施例提供的第一悬挂轴的结构示意图；

图10为本申请实施例提供的偏重块的结构示意图；

图11为本申请实施例提供的偏重块的俯视图；

图12为本申请实施例提供的坠砣机构结构示意图；

图13为本申请实施方式提供的井斜信号放大器的工作原理图。

附图标记说明：

1、外壳；2、轴承压套；3、轴承；4、轴承座；41、外螺纹；5、第一悬挂轴；51、第一限位凹槽；6、坠砣轴承套；7、悬挂件；8、旋转内筒；9、偏重块；91、槽口；10、坠砣；11、压杆件挡板；12、压杆件；13、杠杆；131、短臂；132、长臂；14、第二悬挂轴；15、推力球轴承；16、盲板；A、坠砣轴承套位置；A1、坠砣轴承套偏移后的位置；B、压杆件的位置；B1、压杆件偏移后的位置；C、第二悬挂轴的位置；C1、第二悬挂轴偏移后的位置。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式，对本发明的技术方案作详细说明，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所限定的范围内。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

下面将结合图1至图13对本发明实施例的井斜信号放大器进行解释和说明。需要说明的是，为了便于说明，在本发明的实施例中，相同的附图标记表示相同的部件。而为了简洁，在不同的实施例中，省略对相同部件的详细说明，且相同部件的说明可互相参照和引用。

具体的，将图1至图13中所示意的向上的方向定义为“上”，将图1至图13中所示意的向下的方向定义为“下”。值得注意的是，本说明书中的对各方向定义，只是为了说明本发明技术方案的方便，并不限定本发明实施例的井斜信号放大器在包括但不限定于使用、测试、运输和制造等等其他可能导致装置方位发生颠倒或者位置发生变换的场景中的方向。

本申请实施例提供的一种井斜信号放大器，该井斜信号放大器在钻井过程中跟随钻杆下入井内。如图1至图3所示，该井斜信号放大器包括：旋转内筒8，所述旋转内筒8具有中空腔室；偏重块9，所述偏重块9位于所述腔室中，且在所述腔室的横截面上仅部分填充所述腔室；外壳1，所述外壳1套设在所述旋转内筒8外部；坠砣机构，所述坠砣机构设置在所述中空腔室中，包括：第一悬挂轴5，与所述第一悬挂轴5相连的悬挂件7，固定在所述悬挂件7端部的坠砣10，所述坠砣10设置压杆件12；杠杆机构，所述杠杆机构位于所述压杆件12的下方，包括：第二悬挂轴14和杠杆13，所述杠杆13包括与所述第二悬挂轴14相铰接的支点，以及位于所述支点两侧的长臂132和短臂131，所述杠杆13的短臂131与所述压杆件12相接触；当井眼垂直时，所述坠砣10具有第一位置，当产生井斜时，所述坠砣10具有第二位置，所述坠砣10在由第一位置移动至第二位置时，能带动所述压杆件12朝向所述偏重块9摆动，所述压杆件12作用在所述短臂131上使所述长臂132抬起。

如图1、图2和图4所示，所述井斜信号放大器的外壳1用于连接钻杆和钻头。具体的，所述外壳1的上下两端均设置有连接部，所述连接部可以是螺纹结构，可以是内螺纹，也可以是外螺纹。使用时，外壳1上端可以连接钻杆，外壳1下端可以连接钻头，外壳1在随钻杆旋转钻进时跟随钻杆一同转动。所述外壳1具有足够的厚度，其可以为厚壁金属管体构造，其两端敞开。外壳1内部设置有旋转内筒8，所述旋转内筒8用于安放用于检测井斜信号的各个组件。为了便于旋转内筒8的安放，外壳1的底部可以设置有盲板16，从而用于安放旋转内筒8。

如图5所示，所述旋转内筒8具有中空腔室，旋转内筒8可以为管体结构，可以是金属材质。旋转内筒8的中空腔室内置有偏重块9、坠砣机构和位于坠砣机构下方的杠杆机构。下面本申请将结合图1至图12，对旋转内筒8中的各个部件的结构和功能进行解释和说明。

所述偏重块9位于旋转内筒8的腔室中，且在该腔室的横截面上仅部分填充该腔室，造成旋转内筒8的偏重。该偏重块9固定在旋转内筒8的内壁上，固定方式可以为焊接，也可以为螺纹、或者是一体成型，本申请不作特别限定。所述偏重块9具体为沿着旋转内筒8轴线方向纵向延伸的钢块，其可以是弧形结构，从而能够与旋转内筒8的内壁相贴合固定。当偏重块9位于旋转内筒8腔室的部分横截面上时，偏重块9仅设置在旋转内筒8周向上的一侧，并不包含旋转内筒8的整个周向。在一个具体的实施方式中，偏重块9为半圆形钢块，所述半圆形钢块固定在旋转内筒8的内壁上。

在井眼垂直的情况下，旋转内筒8的轴线方向与重力方向一致，带有偏重块9的旋转内筒8具有一定的重量，从而能够沿着重力方向下入，不会轻易的产生倾斜，起到防斜作用。当井眼发生倾斜时，整个钻具将发生倾斜，该旋转内筒8的轴线方向不再与重力方向保持一致，即旋转内筒8发生倾斜。此时，由于偏重块9具备一定的重量造成旋转内筒8的偏重，偏重块8带动旋转内筒8转动直至偏重块9位于井眼的低边。当井眼垂直时，井眼的两条边大致为平行的两条边，两条边的延伸方向均与所述重力方向一致，当井眼发生倾斜时，井眼的两条边发生倾斜，所述井眼的低边指的是向下的一边，同样的，井眼的高边指的是向上的一边。带有偏重块9的旋转内筒8在发生倾斜时，偏重块9将带动旋转内筒8转动，直至偏重块9靠近井眼的低边。当偏重块9位于井眼的低边时，由于偏重块9具备一定的重量，旋转内筒8不会轻易发生转动，从而能够防止外壳1在随着钻杆转动的过程中，旋转内筒8跟随外壳1一同转动，稳定旋转内筒8的状态。旋转内筒8的状态稳定，能够维持其内部坠砣机构与杠杆机构的配合关系。

坠砣机构设置在旋转内筒8的中空腔室内，请参阅1、图2和图12所示，坠砣机构在沿重力方向上从上到下依次设置有：第一悬挂轴5、悬挂件7、坠砣10和压杆件12。该第一悬挂轴5用于将整个坠砣机构固定在旋转内筒8中，所述第一悬挂轴5固定在旋转内筒8的内壁上，第一悬挂轴5的轴线方向与旋转内筒8的轴线方向相垂直。悬挂件7与第一悬挂轴5相连，其具有纵长延伸的预定长度的本体，悬挂件7优选为金属杆。当井眼垂直的情况下，该悬挂件7的轴线方向与旋转内筒8的轴线方向一致。优选的，该悬挂件7的轴线与旋转内筒8的轴线相重合。所述悬挂件7的端部固定有坠砣10，该坠砣10可以为具有较高密度和质量的钢块，具有较大的惯性。当井眼垂直时，所述坠砣10具有第一位置，当产生井斜时，所述坠砣10具有第二位置，所述坠砣10在由第一位置移动至第二位置时，坠砣10带动压杆件12向偏重块9方向摆动。坠砣10在其自重下，不管处于第一位置还是处于第二位置，该坠砣10连带着悬挂件7和压杆件12始终保持垂直状态。所述压杆件12悬挂于坠砣10的底部，由于坠砣10始终保持垂直状态，该压杆件12始终指向重力方向。在一个具体的实施方式中，所述坠砣10和所述偏重块9均为钨钢材质，其密度为15.63g/cm³。

在本说明书中，压杆件12与偏重块9同侧设置，偏重块9带动旋转内筒8转动直至偏重块9靠近井眼低边时，压杆件12也靠近井眼低边。

杠杆机构位于坠砣机构的下方。如图1和图2所示，杠杆机构包括：第二悬挂轴14和杠杆13。所述第二悬挂轴14用于固定杠杆13，第二悬挂轴14固定在旋转内筒8的内壁上，第二悬挂轴14的轴线方向与旋转内筒8的轴线方向相垂直。杠杆13可以为金属材质的长方体或圆柱体构造，其固定在第二悬挂轴14上，杠杆13能绕第二悬挂轴14转动。杠杆13包括与第二悬挂轴14相铰接的支点，以及位于支点两侧的长臂132和短臂131，杠杆13的长臂132因其自重向下倾斜，同时，杠杆13的短臂131向上倾斜。也即，整个杠杆13相对于水平方向具有预定的倾斜角度。坠砣机构的压杆件12与杠杆13的短臂131相接触，当坠砣10在带动压杆件12产生位移时，由于坠砣10的质量较大，能够给予压杆件12足够大的作用力，将杠杆13短臂131下压，长臂132抬起。

当井斜产生时，整个井斜信号放大器相当于以外壳1底部的钻头为中心转动了一定的角度，坠砣10能由第一位置移动至第二位置，坠砣10在发生位移的同时能带动压杆件12朝向偏重块9摆动，压杆件12作用在杠杆13的短臂131上，并将杠杆13的短臂131下压、长臂132抬起。若杠杆13长臂132的端部连接有信号传输装置或井斜控制装置，就可以实现井斜纠正。当纠斜成功，井眼垂直时，坠砣10在重力作用下回到初始位置，杠杆13在长臂132自重的作用下复位。因此，一旦井斜产生，坠砣10便能够带动压杆件12作用于杠杆13，将杠杆13的长臂132抬起，该井斜信号放大器灵敏度较高。

在本说明书中，所述旋转内筒8的中空腔室内还设置有压杆件挡板11，当产生井斜时，所述压杆件挡板11用于阻止所述压杆件12向背离所述偏重块9的方向摆动。具体的，所述压杆件挡板11设置于所述压杆件12远离所述偏重块9的一侧。所述压杆件挡板11可以为金属材质的圆柱体结构或者是金属材质的板体结构，压杆件挡板11的两端固定在旋转内筒8的内壁上，并位于压杆件12远离偏重块9的一侧。当井斜产生时，压杆件挡板11用于阻止压杆件12向背离所述偏重块9的方向摆动。

在本说明书中，请参阅图1、图5和图12，所述第一悬挂轴5与所述悬挂件7之间设置有第一限位机构，所述第一限位机构包括：设置在所述悬挂件7上的内装有轴承的坠砣轴承套6；设置在所述第一悬挂轴5周向上的与所述坠砣轴承套6相配合的第一限位凹槽51，所述悬挂件7在绕所述第一限位凹槽51周向转动时，所述坠砣10在所述偏重块9正对的所述旋转内筒8的壁面的径向方向上摆动。

所述偏重块9正对的所述旋转内筒8的壁面为旋转内筒8上设置有偏重块9的壁面。以图1所示方位为例，所述旋转内筒8的侧壁可以包括：前端面、后端面、左端面和右端面。需要说明的是，所述前端面、后端面、左端面和右端面的方位是相对的，所述前端面为图1中正对读者的端面。所述偏重块9可以位于旋转内筒8的左端面或右端面上，该第一悬挂轴5的两端可以分别固定在前端面和后端面上。即，第一悬挂轴5的两端固定在偏重块9所在端面的相邻的两个端面上。所述悬挂件7在其纵长延伸方向上具有相对的上端和下端，悬挂件7上端设置有内装有轴承的坠砣轴承套6，该轴承可以是小角度角轴承，从而能够承受一定的载荷。第一悬挂轴5具有相对的第一端和第二端，所述第一端至所述第二端之间设置有与所述坠砣轴承套6相配合的第一限位凹槽51，具体的，坠砣轴承套6套设在第一限位凹槽51外部。悬挂件7在第一限位凹槽51的限位下，带动坠砣10、压杆件12绕第一限位凹槽51的周向摆动。由于第一悬挂轴5的两端固定在偏重块9所在端面的两侧，坠砣10、压杆件12在绕第一限位槽51的周向摆动时仅在偏重块9所在面的径向方向上移动，防止坠砣10朝向其他方向摆动。另外，通过设置有坠砣轴承套6，坠砣10、压杆件12在摆动时，能够减小悬挂件7与第一悬挂轴5之间的摩擦阻力，增强零件的灵敏度。在一个具体的实施方式中，第一悬挂轴5分为两段，并用螺纹连接。其中一段上设置有所述第一限位槽51，或者两段上各自设置有第一限位槽51。

在本说明书中，请参阅图3、图10和图11，所述偏重块9设置有纵向延伸的槽口91，部分所述悬挂件7位于所述槽口91中。

在本实施例中，所述偏重块9的长度小于悬挂件7的长度，悬挂件7的杆体部分位于所述槽口91中。所述槽口91具体为弧形的，其能够在一定程度上限制悬挂件7带动坠砣10的摆动幅度。优选的，槽口91直径与所述悬挂件7的直径相等。所述槽口91的宽度大于悬挂件7的宽度，从而便于悬挂件7在槽口91内部活动。

在本说明书中，所述第二悬挂轴14与所述杠杆13之间设置有第二限位机构，所述第二限位机构包括：设置在所述杠杆13上的旁通孔，所述旁通孔在所述杠杆13的径向上贯穿所述杠杆13，设置在所述第二悬挂轴14周向上的与所述贯通孔相配合的第二限位凹槽，所述杠杆13与所述第二限位凹槽铰接转动，所述压杆件12作用于所述杠杆13短臂131时，所述杠杆13能绕所述第二限位凹槽周向转动。

在一个具体的实施方式中，以图1所示方位为例，所述旋转内筒8的侧壁可以包括：前端面、后端面、左端面和右端面。所述偏重块9可以位于左端面或右端面上，该第二悬挂轴14的两端可以分别固定在前端面和后端面上。即，第二悬挂轴14的两端固定在偏重块9所在端面的相邻的两个端面上，从而压杆件12在朝向偏重块9摆动并下压短臂131的过程中，杠杆13能绕第二限位槽进行转动，使得长臂132抬起。在一个具体的实施方式中，第二悬挂轴14分为两段，并用螺纹连接。其中一段上设置有所述第二限位槽，或者两段上各自设置有第二限位槽。

在本说明书中，所述压杆件12具有刃口，所述刃口与所述杠杆13短臂131相接触，在井眼垂直时，所述刃口距离所述第二限位槽的水平距离为1～2mm，从而一旦发生井斜，压杆件12的刃口可以快速的将短臂131下压，使得长臂132能够快速抬起。

在本说明书中，所述杠杆13长臂132和所述杠杆13短臂131的力臂之比至少为6，优选的，杠杆13长臂132和杠杆13短臂131的力臂之比大于或等于8。所述杠杆131的密度为4.51g/cm³。在本实施例中，所述力臂之比为井斜信号的放大倍数，当短臂131下压一定距离后，根据几何原理的相似性计算公式，长臂132上升距离具体为短臂131下压距离的8倍。也就是说，只要压杆件12将短臂131下压较小的距离，长臂132便能上升较大的距离，起到将信号放大至一定倍数的作用。例如，长臂132端连接有现有的活塞式推靠纠斜工具，当井斜发生，短臂131下压至较小距离时，长臂132端能够抬升至一定高度，便能够将活塞的传压孔露出，旋转内筒8内部的液体能够将活塞推出。例如，长臂132端设置有接触器或控制装置，该接触器或控制装置需要上升一定高度才能启动，在本实施例中，只需压杆件12下压短臂131较小距离，有关的接触器或控制装置便可抬升一定高度启动工作状态。

在本说明书中，所述旋转内筒8与所述外壳1之间设置有转动机构，所述旋转内筒8通过所述转动机构与所述外壳1构成转动摩擦副；所述转动机构包括：与所述旋转内筒8的端部相固定的轴承座4，所述轴承座4与所述外壳1之间形成容纳腔；设置在所述容纳腔中的轴承3；用于固定所述轴承3的轴承压套2，所述轴承压套2套设在所述轴承座4的外部，并位于所述轴承座4与所述外壳1之间。

具体的，旋转内筒8的内壁上可以设置有连接部，优选的，该连接部为内螺纹结构。如图8所示，轴承座4外壁上设置有与所述内螺纹相配合的外螺纹41。该轴承座4两端开敞，从而在钻井过程中能够灌入钻井液或其他液体。轴承座4连接于旋转内筒8的端部，轴承座4与外壳1能形成容纳腔，所述容纳腔内放入如图7所示的轴承3。所述轴承3可以是小角度角轴承，优选的，轴承3接触角为15°，能够承受旋转内筒8旋转过程中产生的侧向载荷。所述轴承压套2套设于轴承座4的外部，如图6所示，轴承压套2用于将容纳腔中的轴承3进行压牢。从而，通过上述设置，旋转内筒8与外壳1之间可形成转动摩擦副，当外壳1与旋转内筒8之间产生相对转动时，能够减小旋转过程中的摩擦阻力，并能够防止外壳1在随钻杆转动时带动旋转内筒8转动，即外壳1转动时，旋转内筒8能够保持不转。

进一步的，所述转动机构包括：第一转动机构和第二转动机构，所述第一转动机构设置在所述旋转内筒8的上端，所述第二转动机构设置在所述旋转内筒8的下端。转动机构设置在旋转内筒8的两端，旋转内筒8与外壳1保持同轴设置，且该转动机构能够承受坠砣机构产生的轴向载荷。

在一个具体的实施方式中，所述井斜信号放大器还可以进一步包括推力球轴承15，具体的，推力球轴承15固定在外壳1底部的盲板16上，旋转内筒8放置于所述推力球轴承15上。该推力球轴承15能够承受旋转内筒8整体传递的轴向载荷和扭矩。

本说明书还提供了一种一种钻井工具，所述钻井工具包括上述的井斜信号放大器、钻杆和钻头；其中，所述井斜信号放大器包括：旋转内筒8，所述旋转内筒8具有中空腔室；外壳1，所述外壳1套设在所述旋转内筒8外部，所述外壳1的上、下两端均设置有连接部(图中未示出)，所述外壳1上端连接有钻杆，所述外壳下端连接有钻头。

为了能够更好的理解本申请，下面将结合图13提供的工作原理图对本申请实施例中的井斜信号放大器作进一步阐述。

按照图1、图2所示的方位将装配好的旋转内筒8放入带有盲板16的外壳1内，外壳1下接钻头，上接钻杆，下入井内进行钻进作业。当井斜产生并达到一定值时，整个钻具相当于以钻头为中心转动了一个微小的角度，各个零部件相对原来的位置产生了一个位移，坠砣10自第一位置移动至第二位置。旋转内筒8装有偏重块9的一侧由于偏重就会转向井眼的低边，由于第一悬挂轴5距底部钻头的直线距离较之第二悬挂轴14距钻头的直线距离大得多，因而第一悬挂轴5倾斜前后之间的水平位移较之第二悬挂轴14倾斜前后之间的水平位移也就大很多。坠砣10以及悬挂件7在倾斜前后始终处于垂直状态，因而悬挂在坠砣10上的压杆件12的水平位移与第一悬挂轴5的水平位移相等，从而，压杆件12的位移大于第二悬挂轴14的位移。坠砣10在带动压杆件12向偏重块9摆动的过程中把杠杆13的短臂131压下，长臂132抬起，当压杆件12移动一定距离后，杠杆长臂13能达到水平状态。如果杠杆13长臂132的端部连接有信号传输装置或井斜控制装置，就可以实施井斜控制。当纠斜成功，井眼垂直时，坠砣10重回第一位置，杠杆13在长臂132自重的作用下复位。

为了对本申请实施例的井斜信号放大器内部零件的运动轨迹进行计算，本说明书将对旋转内筒8及其内部零部件简化成点、线来进行分析，并将内部零件的结构尺寸举例进行计算：

在本实施例中，给出的零件尺寸或结构尺寸均是为了更好的解释该井斜信号放大器的工作原理，本申请对各个结构部件的尺寸不作任何限定。如图13所示，我们将坠砣机构简化成由A—B的一条折线，杠杆13简化成一条直线，其中，杠杆13长臂132的长度可以为80mm，杠杆13相对于水平方向的倾斜角度β为20°。O点代表底部钻头的中心点。其中，A点代表坠砣轴承套6位置，B点代表压杆件12的位置，A点至B点的垂直距离L1可以为2500mm，B点至O点的垂直距离L2可以为500mm。C点代表第二悬挂轴14的位置，C、B两点的水平距离为2mm。以O为圆心，假定井眼以钻头为中心倾斜了0.3°，A点、B点、C点都会产生一个位移，A点、B点、C点分别移动到A1点、B1点、C1点，由于垂直方向产生的位移较小，我们可以忽略不计，这里只计算水平位移。

其中，A点至A1的水平位移＝3000×sin(0.3)＝15.7mm

B点至B1点的水平位移＝500×sin(0.3)＝2.6mm

由于压杆件12无论在什么情况下均处于垂直状态，即A点至B点、A1点至B1点均处于垂直状态，从而B点的位移与A点相同，也是15.7mm。压杆件12在杠杆13上的实际水平位移为15.7－2.6＝13.1mm。由于坠砣10具有较大的质量，压杆件12在杠杆13上移动时就迫使杠杆12绕C点转动，长臂132端抬起。

进一步的，压杆件12在井斜由0°变化到0.3°时将杠杆13短臂131下压至水平状态的距离为：

13.1×sin(20°)＝4.5mm

根据相似形的公式，杠杆13长臂132端上行的距离为：

80÷13.1×4.5＝27mm

如果长臂端连接有型号传输装置，就可以将井斜数据传递到地面；如果长臂端连接到控制系统，就可以自动进行纠斜了。

进一步的，坠砣10的密度为15.63g/cm³，坠砣10可以为圆柱体结构，底面直径为40mm，高度为500mm，坠砣10的体积为π×4²×50＝2827cm³，坠砣10的重量为2827×15.63＝44192g＝44.19kg。杠杆13可以为长方形金属条，厚度和宽度均可以为10mm，杠杆13密度为4.51g/cm³，长臂132端的体积为8×1×1＝8cm³，杠杆13重量为8×4.51＝36.1g。压杆件12对于第二悬挂轴14的力矩为：44192×0.2×cos(20°)＝8305g·cm，杠杆13对于第二悬挂轴14的力矩为：36.1×(8÷2)＝144.4g·cm，由计算可以看出，只要产生井斜，压杆件12完全可以把杠杆13压起，进而起到放大作用。

上述实施例只为说明本申请的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本申请的内容并据以实施，并不能以此限制本申请的保护范围。凡根据本申请精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。

多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。

Claims (10)

1.一种井斜信号放大器，其特征在于，包括：

旋转内筒，所述旋转内筒具有中空腔室；

偏重块，所述偏重块位于所述腔室中，且在所述腔室的横截面上仅部分填充所述腔室；

外壳，所述外壳套设在所述旋转内筒外部；

坠砣机构，所述坠砣机构设置在所述腔室中，包括：第一悬挂轴，与所述第一悬挂轴相连的悬挂件，固定在所述悬挂件端部的坠砣，所述坠砣设置有压杆件；

杠杆机构，所述杠杆机构位于所述压杆件的下方，包括：第二悬挂轴和杠杆，所述杠杆包括与所述第二悬挂轴相铰接的支点，以及位于所述支点两侧的长臂和短臂，所述杠杆的短臂与所述压杆件相接触；

当井眼垂直时，所述坠砣具有第一位置，当产生井斜时，所述坠砣具有第二位置，所述坠砣在由第一位置移动至第二位置时，能带动所述压杆件朝向所述偏重块摆动，所述压杆件作用在所述短臂上使所述长臂抬起。

2.如权利要求1所述的井斜信号放大器，其特征在于，所述旋转内筒的中空腔室内还设置有压杆件挡板，当产生井斜时，所述压杆件挡板用于阻止所述压杆件向背离所述偏重块的方向摆动，所述压杆件挡板设置在所述压杆件远离所述偏重块的一侧。

3.如权利要求2所述的井斜信号放大器，其特征在于，所述第一悬挂轴与所述悬挂件之间设置有第一限位机构，所述第一限位机构包括：设置在所述悬挂件上的内装有轴承的坠砣轴承套；设置在所述第一悬挂轴周向上的与所述坠砣轴承套相配合的第一限位凹槽，所述悬挂件在绕所述第一限位凹槽周向转动时，所述坠砣在与所述偏重块正对的所述旋转内筒的壁面的径向上摆动。

4.如权利要求3所述的井斜信号放大器，其特征在于，所述偏重块固定在所述旋转内筒的内壁上，所述偏重块设置有纵向延伸的槽口，部分所述悬挂件位于所述槽口中。

5.如权利要求1所述的井斜信号放大器，其特征在于，所述压杆件具有刃口，所述刃口与所述杠杆短臂相接触，在井眼垂直时，所述刃口距离所述支点的水平距离为1～2mm。

6.如权利要求1所述的井斜信号放大器，其特征在于，所述杠杆长臂和所述杠杆短臂的力臂之比至少为6，所述杠杆的密度为4.51g/cm³。

7.如权利要求1所述的井斜信号放大器，其特征在于，所述旋转内筒与所述外壳之间设置有转动机构，所述旋转内筒通过所述转动机构与所述外壳构成转动摩擦副；

所述转动机构包括：

与所述旋转内筒的端部相固定的轴承座，所述轴承座与所述外壳之间形成容纳腔；

设置在所述容纳腔中的轴承；

用于固定所述轴承的轴承压套，所述轴承压套套设在所述轴承座的外部，并位于所述轴承座与所述外壳之间。

8.如权利要求7所述的井斜信号放大器，其特征在于，所述转动机构包括：第一转动机构和第二转动机构，所述第一转动机构设置在所述旋转内筒的上端，所述第二转动机构设置在所述旋转内筒的下端。

9.如权利要求1所述的井斜信号放大器，其特征在于，所述坠砣和所述偏重块均为钨钢材质，其密度为15.63g/cm³。

10.一种钻井工具，其特征在于，所述钻井工具包括井斜信号放大器、钻杆和钻头；其中，所述井斜信号放大器包括：

旋转内筒，所述旋转内筒具有中空腔室；

外壳，所述外壳套设在所述旋转内筒外部，所述外壳的上、下两端均设置有连接部，所述外壳上端连接有钻杆，所述外壳下端连接有钻头；

偏重块，所述偏重块位于所述腔室中，且在所述腔室的横截面上仅部分填充所述腔室；

坠砣机构，所述坠砣机构设置在所述中空腔室中，包括：第一悬挂轴，与所述第一悬挂轴相连的悬挂件，固定在所述悬挂件端部的坠砣，所述坠砣设置有压杆件；

杠杆机构，所述杠杆机构位于所述压杆件的下方，包括：第二悬挂轴和杠杆，所述杠杆包括与所述第二悬挂轴相铰接的支点，以及位于所述支点两侧的长臂和短臂，所述杠杆的短臂与所述压杆件相接触；

当井眼垂直时，所述坠砣具有第一位置，当产生井斜时，所述坠砣具有第二位置，所述坠砣在由第一位置移动至第二位置时，能带动所述压杆件朝向所述偏重块摆动，所述压杆件作用在所述短臂上使所述长臂抬起。

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