CN111322011A - 一种井下方位定向方法及其定向工具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种井下方位定向方法及其井下方位定向工具；属油气钻井技术领域。本发明通过控制液压油的通断，进而控制液压缸的活塞轴向往复移动，并通过双螺旋传动机构将平动变为旋转，从而能够控制造斜工具角度的单向旋转，在到达预定角度后或中间螺杆到达行程极限时，通过锁紧机构锁紧，同时为下次定向做准备。与现有技术相比，本发明的可锁定造斜工具的工作面，故可控性强，同时不受钻井液类型的限制，可随时锁紧造斜工具角度，锁紧效率高，定向精度高，便于控制。同时因含有双螺旋传动机构故旋转精度高，输出扭矩高，所以定向时不需起下钻，并能够消除鱼尾现象。
Description
技术领域
本发明涉及一种井下方位定向方法及其井下方位定向工具；属油气钻井技术领域。
背景技术
连续管钻井技术是当前国际上比较先进的钻井技术之一，与常规钻井技术相比，连续管钻井技术具有安全、高效、低成本等优势，国外已广泛应用于常规和非常规油气井的开发，而在国内连续管钻井技术的研究则刚处于起步阶段。
连续管钻井定向装置是连续管钻井过程中的核心工具，由于连续管属柔性管柱，无法从地面进行旋转定向，需应用定向装置，其通过调整马达工具面来控制井眼方向，决定了连续管钻井过程中轨迹控制的技术水平。定向装置的发展经历了机械控、液控、电控和电液控等几个阶段。目前国外主要采用电液控和电控等高端定向装置，它可以连续旋转，效率高、精度高，并能够消除定向段的“鱼尾现象”，有利于水平段的延伸；能够完成水平井、侧钻水平井、欠平衡钻井等复杂连续管定向钻井施工。国内现有的液压定向器虽然结构简单、操控方便、成本较低，但是其精度差，且可控性差并缺少锁紧装置，扭矩低，每次调整工具面都需要起钻，部分采用棘轮装置每次旋转角度固定且不可连续旋转，而且易受钻井液类型的限制，不能应用于两相或气相钻井液钻井。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种可连续旋转工具面角度，当工具面角度达到要求时可锁紧工具面，具有定向精确、输出扭矩高、调整工具面无需要起钻，以有效控制连续管钻进方向与井眼轨迹；解决现有定向装置调整工具面时精度差、可控性差，以及每次调整工具面都需要起钻问题的井下方位定向方法及其井下方位定向工具。
本发明的技术方案是：
一种井下方位定向方法，其特征在于：它包括以下步骤：
1）、首先将井下方位定向工具一端与连续管连接，另一端连接造斜工具和钻头，下井后，钻进液由连续管进入井下方位定向工具、造斜工具、最终作用至钻头进行正常钻井；
2）、钻井过程中需要旋转定向时，通过电缆启动井下方位定向工具的井下电机工作，井下电机带动螺杆泵工作，抽取油箱中的液压油进入液压缸和环形液压缸；
3）、液压油进入至液压缸的液压缸上油腔时，驱动活塞、活塞杆向下移动压缩复位弹簧，液压缸下油腔内的液压油回流入油箱；
4）、活塞杆向下移动带动中间螺杆下行并顺时针方向旋转，同时驱动输出螺杆反时针方向旋转，从而带动空心轴旋转；
5）、液压油进入至液压缸的液压缸上油腔的同时，部分液压油进入环形液压缸油腔，推动环形液压缸的活塞杆下行，由此推动锁紧滑动块下行，使锁紧滑动块逐步脱离与锁紧固定块的咬合状态；锁紧状态解除；
6）、锁紧滑动块与锁紧固定块的锁紧状态解除即告输出轴的锁紧状态解除，空心轴旋转的同时，空心轴通过超越离合器与输出轴形成结合状态，带动输出轴按设定角度转动，由此通过输出轴控制工具面角度的单向旋转；
7）、当工具面角度的单向旋转至设定角度后，切断电缆电源，井下电机不再工作，井下螺杆泵停止泵油；
8）、井下螺杆泵停止泵油后；在回程弹簧的作用下推动环形液压缸的活塞杆复位；同时，在复位弹簧的作用下液压缸的活塞杆复位；
9）、液压缸的活塞杆复位过程中带动中间螺杆上行，从而带动输出螺杆、空心轴反向转动，空心轴反向转动时，输出轴不转动；
10）、在回程弹簧的作用下环形液压缸的活塞杆复位过程中；环形液压缸的活塞杆带动锁紧滑动块与锁紧固定块再次形成咬合状态后，从而将输出轴的转动角度锁定；进而锁定造斜工具工具面；
11）、输出轴的转动角度锁定后，继续泵压钻井液，即可进行正常钻进作业。
所述的井下方位定向工具包括外筒、内筒、井下电机、井下螺杆泵、油箱、液压缸和输出轴；外筒内设置有内筒，内筒的上端端口内螺纹安装有上接头；上接头下方内筒内固装有井下电机，井下电机上方的上接头中心孔内装有电缆，电缆与井下电机连接，井下电机下方的内筒内装有井下螺杆泵，井下电机和井下螺杆泵的转动轴之间通过联轴器相互连接；井下螺杆泵下方的内筒内设置有油箱；油箱与井下螺杆泵连通；油箱下方的内筒内固装有液压缸，井下螺杆泵和油箱分别与液压缸连通；液压缸下方的内筒内设置有双螺旋传动机构，液压缸通过推力轴承组与双螺旋传动机构连接；外筒的下端端头螺纹安装有外筒接头，外筒接头的下端口内活动安装有输出轴，输出轴上方装有下接头，下接头下方的输出轴内通过止推轴承和超越离合器装有空心轴，空心轴的一端穿过下接头与双螺旋传动机构连接，输出轴与外筒接头之间装有环形液压缸，环形液压缸的活塞杆端头装有锁紧滑动块，锁紧滑动块对应的输出轴外表面固装有锁紧固定块，锁紧滑动块与锁紧固定块活动连接。
所述的超越离合器分别与输出轴和空心轴固定连接。所述的下接头上方的空心轴圆周上均布有通孔。
所述的锁紧滑动块与锁紧固定块分别为环状体，锁紧滑动块的内表面和锁紧固定块的外表面分别对应状设置有键槽和键齿，锁紧滑动块与锁紧固定块之间通过键槽和键齿的配合滑动连接。
所述的输出轴为管状体，输出轴圆周上设置有装配环槽，外筒接头上设置有连接销钉，输出轴与外筒接头之间通过装配环槽和连接销钉的配合滑动连接，所述的输出轴与外筒接头之间装有耐磨垫圈。
所述的外筒通过固紧销钉与外筒接头和下接头固定连接。
所述的双螺旋传动机构由套筒、中间螺杆、输出螺杆、固定螺母和固定筒构成，固定筒内通过上挡块和下挡块固装有固定螺母，固定螺母为管状体，固定螺母内活动安装有中间螺杆;中间螺杆的一端延伸至固定螺母外端，延伸至固定螺母外端的中间螺杆上设置有套筒，套筒与中间螺杆滑动连接。
所述的中间螺杆为圆柱体，中间螺杆的一端设置有装配凹，装配凹内装有推力轴承，液压缸的活塞杆通过推力轴承与中间螺杆连接；中间螺杆的另一端设置有装配盲孔，输出螺杆的一端活动安装在装配盲孔内，输出螺杆的另一端延伸至固定筒外端，所述的输出螺杆为变径体，临近下挡块的输出螺杆上通过变径台肩装有限位轴承。
所述的固定螺母内壁上设置有螺母螺旋齿，中间螺杆下端的外表圆周上设置有螺杆外螺旋齿，与螺杆外螺旋齿对应的装配盲孔内壁上设置有螺杆内螺旋齿，所述的输出螺杆的外表圆周上设置有输出螺杆螺旋齿；中间螺杆通过螺杆外螺旋齿与螺母螺旋齿的配合与固定螺母啮合连接，中间螺杆通过螺杆内螺旋齿与输出螺杆螺旋齿的配合与输出螺杆啮合连接，输出螺杆与空心轴连接。所述的空心轴上方的输出螺杆上装有固定块，固定块与固定筒固定连接，固定块与输出螺杆和空心轴活动连接。
所述的液压缸由活塞、活塞杆、缸体和复位弹簧构成，缸体下端口上装有缓冲块；缸体内装有活塞，由此将活塞缸缸体内腔分割形成液压缸上油腔和液压缸下油腔，活塞底部装有活塞杆，活塞与缓冲块之间的活塞杆上装有复位弹簧。活塞杆一端延伸至缓冲块下方。
所述的井下螺杆泵与内筒内壁之间设置有油箱出油道；油箱与内筒内壁之间设置有上油腔油道，油箱由油箱出油口和油箱出油道与井下螺杆泵的入油口连通。
所述的液压缸缸体上端设置有液压缸上油腔进口，液压缸缸体下端设置有液压缸下油腔进口；油箱底部设置有油箱连通孔，油箱连通孔由下油腔油道与液压缸下油腔进口连通；所述的井下螺杆泵底部设置有螺杆泵出油口，液压缸螺杆泵出油口经上油腔油道与液压缸上油腔进口连通。
所述的固定块、固定筒和下接头上分别设置环形液压缸回油道，固定块和下接头上的环形液压缸回油道通过连通管连通，环形液压缸回油道一端与环形液压缸连通，环形液压缸回油道另一端与下油腔油道连通。
所述的内筒与外筒内壁之间设置有泥浆流道。
本发明与现有技术相比的有益效果在于：
本发明通过控制液压油的通断，进而控制液压缸的活塞杆轴向往复移动，并通过双螺旋传动机构将平动变为旋转，从而能够控制工具面角度的单向旋转，在到达预定工具面后或中间螺杆到达行程极限时，通过锁紧机构锁紧工具面，同时中间螺杆回程为下次定向做准备。与现有技术相比，本发明因含有双螺旋传动机构故旋转精度高，输出扭矩高，所以定向时不需起下钻，能够消除鱼尾现象；本发明通过单向传扭机构，使双螺旋传动机构的输出螺杆能单向传递扭矩给输出轴，使得工具能回程，进而可使工具连续向同一方向旋转工作；本发明含有锁紧机构可锁定工作面，故可控性强，同时本发明不受钻井液类型的限制，可随时锁紧工具面，锁紧效率高，定向精度高，便于控制。
附图说明
图1是本发明的井下方位定向工具结构示意图；
图2为图1中的A处放大结构示意图；
图3为图1中的B处放大结构示意图；
图4为图1中的C处放大结构示意图；
图5为图1中的D处放大结构示意图；
图6是本发明的井下方位定向工具工作状态示意图。
图中：1、外筒，2、内筒，3、井下电机，4、井下螺杆泵，5、油箱，6、液压缸，7、推力轴承，8、输出轴，9、装配块，10、上接头，11、电缆，12、联轴器，13、油箱出油口，14、油箱出油道，15、液压缸套筒，16、缓冲块，17、活塞，18、活塞杆，19、复位弹簧，20、液压缸上油腔，21、液压缸下油腔，22、液压缸上油腔进口，23、上油腔油道，24、液压缸下油腔进口，25、液压缸下油道，26、下油道进口， 27、下油腔油道，28、套筒，29、中间螺杆，30、输出螺杆，31、固定螺母，32、固定筒，33、上挡块，34、下挡块，35、限位轴承，36、螺母螺旋齿，37、螺杆外螺旋齿，38、螺杆内螺旋齿，39、输出螺杆螺旋齿，40、外筒接头，41、下接头，42、连接销钉，43、止推轴承，44、超越离合器，45、空心轴，46、固定块，47、通孔，48、固紧销钉，49、环形液压缸，50、锁紧滑动块， 51、锁紧固定块，52、环形液压缸回油道，53、连通管，54、推力轴承B，55、回程弹簧，56、环形液压缸进油道，57井下方位定向工具，58、连续管，59、造斜工具，60、钻头。
具体实施方式
该井下方位定向方法包括以下步骤：
首先将井下方位定向工具57一端连接连续管58，另一端连接造斜工具（弯外壳螺杆马达）59和钻头60，下井后，钻进液由连续管58进入井下方位定向工具57、造斜工具59、最终作用至钻头60进行正常钻井。井下方位定向工具57由外筒1、内筒2、井下电机3、井下螺杆泵4、油箱5、液压缸6和输出轴8构成；外筒1内设置有内筒2。内筒1的上端端口内螺纹安装有上接头10；上接头10的中心孔内固装有井下电机3，井下电机3上方的上接头10的中心孔内装有电缆11，电缆11一端与地面电源连接，电缆11另一端与井下电机3连接，以在工作时为井下电机3提供动力。
井下电机3下方的内筒2内装有井下螺杆泵4，井下电机3和井下螺杆泵4的转动轴之间通过联轴器12相互连接；井下螺杆泵4与内筒2之间设置有油箱出油道14，井下螺杆泵4下方的内筒2内设置有油箱5；油箱5通过其顶部的油箱出油口13和油箱出油道14与井下螺杆泵4的进油口连通；油箱5下方的内筒2内通过液压缸套筒15和缓冲块16固装有液压缸6。液压缸6由活塞17、活塞杆18、缸体和复位弹簧19构成，缸体下端口上密封安装有缓冲块16；缸体内装有活塞17，活塞17与缸体内壁之间滑动密封连接；由此通过活塞17将缸体内腔密封分割形成液压缸上油腔20和液压缸下油腔21，活塞17上固装有活塞杆18，活塞17与缓冲块16之间的活塞杆18上装有复位弹簧19；活塞杆18的一端穿过缓冲块16延伸至缓冲块16下方。
液压缸6的缸体上端一侧设置有液压缸上油腔进口22，与液压缸上油腔进口22对应的液压缸6与内筒2内壁之间设置有上油腔油道23，井下螺杆泵4的出油口经上油腔油道与液压缸上油腔进口22连通。液压缸的6缸体下端一侧设置有液压缸下油腔进口24；与液压缸下油腔进口24对应的液压缸6缸体上设置有液压缸下油道25，液压缸下油道2上端设置有下油道进口26；与下油道进口26对应的液压缸6与内筒2内壁之间设置有下油腔油道27；油箱5底部设置有油箱连通孔，油箱连通孔由下油腔油道27、下油道进口26、液压缸下油道25与液压缸下油腔进口24连通。
液压缸6下方的内筒2内装有双螺旋传动机构，双螺旋传动机构由套筒28、中间螺杆29、输出螺杆30、固定螺母31和固定筒32构成，固定筒32内通过上挡块33和下挡块34固装有固定螺母31，固定螺母31为管状体，固定螺母31内活动安装有中间螺杆29；中间螺杆29为圆柱体，中间螺杆29的一端设置有装配凹，装配凹内设置有推力轴承组，推力轴承组由推力轴承A7、推力轴承B54构成，推力轴承A7和推力轴承B54呈上下状设置，中间螺杆29的一端延伸至固定螺母31外端，延伸至固定螺母31外端的中间螺杆29上设置有套筒28，套筒28与中间螺杆29滑动连接。
液压缸6的活塞杆18通过推力轴承组与中间螺杆29连接；中间螺杆29的另一端设置有装配盲孔，输出螺杆30的一端活动安装在装配盲孔内，输出螺杆30的另一端延伸至固定筒32外端，输出螺杆30为变径体，临近下挡块34的输出螺杆30上通过变径台肩装有限位轴承35。
双螺旋传动机构的固定螺母31内壁上设置有螺母螺旋齿36，中间螺杆29下端的外表圆周上设置有螺杆外螺旋齿37，与螺杆外螺旋齿37对应的装配盲孔内壁上设置有螺杆内螺旋齿38，输出螺杆30的外表圆周上设置有输出螺杆螺旋齿39；中间螺杆29通过螺杆外螺旋齿37与螺母螺旋齿36的配合与固定螺母31啮合连接，构成第一级螺旋副（外螺旋副），中间螺杆29通过螺杆内螺旋齿38与输出螺杆螺旋齿39的配合与输出螺杆30啮合连接，构成第二级螺旋副（内螺旋副）。输出螺杆30只能周向转动，不能轴向移动，双螺旋传动机构的中间螺杆29能沿固定螺母31的螺旋线轴向平移的同时沿其自身中心线旋转，双螺旋传动机构的输出螺杆30在双螺旋传动机构的中间螺杆29内旋转，空心轴45通过花键和输出螺杆30一起同步旋转。双螺旋传动机构为同向布置（即两级螺旋副螺纹旋向同为右旋），且外螺旋副导程大于内螺旋副导程，故双螺旋传动机构具有高扭矩、高精度的特点。
该井下方位定向器的外筒1与内筒2之间的环空内螺旋均布有装配块9，装配块9的作用一是相互连接外筒1与内筒2，并使内筒2居中，二是保持外筒1与内筒2之间的环空畅通，并同时对井下电机3、井下螺杆泵4、油箱5、液压缸6和双螺旋传动机构等形成保护。
双螺旋传动机构下方装有的外筒1端口上螺纹安装有外筒接头40；外筒接头40的下端口内活动安装有输出轴8，输出轴8为管状体，输出轴8圆周上设置有装配环槽，外筒接头40上设置有连接销钉42，输出轴8与外筒接头40之间通过装配环槽和连接销钉42的配合滑动连接，输出轴8与外筒接头40之间装有耐磨垫圈，以减少输出轴8与外筒接头40之间的磨损。
输出轴8为变径管状体，输出轴8上方装有下接头41，下接头41下方的输出轴8内装有空心轴45；输出轴8和空心轴45之间设置有单向传扭机构，单向传扭机构由多个超越离合器44组成，（超越离合器为市售产品，CKB8型楔块超越离合器，楔块超越离合器由内环、外环、楔块、弹簧组成，当CKB8型楔块超越离合器外环主动时（逆时针旋转）时：当
，超越离合器接合；当
，超越离合器超越。当内环主动时（顺时针旋转）时：当
，超越离合器接合；当
，超越离合器超越）。多个超越离合器44沿空心轴45轴线方向排列设置，单向传扭机构上下两端的空心轴45上装有止推轴承43，超越离合器44分别与输出轴8和空心轴45固定连接，即，空心轴45通过花键与超越离合器的内环连接，输出轴8通过花键与超越离合器的外环连接。工作过程中，在空心轴45的作用下，只能通过单向传扭机构带动输出轴8沿一个方向周向转动。空心轴45的一端穿过下接头41与双螺旋传动机构的输出螺杆30连接，连接处的空心轴45和输出螺杆30上装有固定块46，固定块46与固定筒32固定连接，固定块46与空心轴45和输出螺杆30滑动连接。固定块46与下接头41之间的空心轴45圆周上均布有通孔47。通孔47与内筒2和外筒1之间的环空连通，正常钻进时，钻井液由内筒2和外筒1之间的环空、通孔47进入空心轴45并最终作用至钻头60。
外筒1通过固紧销钉48与外筒接头40和下接头41固定连接；下接头41与外筒1密封连接。
输出轴8与外筒接头40之间装有环形液压缸49，环形液压缸49的活塞杆上装有回程弹簧55，环形液压缸49的活塞杆端头装有锁紧滑动块50，锁紧滑动块50对应的输出轴8外表面固装有锁紧固定块51，锁紧滑动块50与锁紧固定块54分别为环状体，锁紧滑动块50的内表面和锁紧固定块51的外表面分别对应设置有键槽和键齿，锁紧滑动块50与锁紧固定块51之间通过键槽和键齿的配合滑动连接。锁紧滑动块50与外筒接头40内壁之间通过键槽和键齿的配合滑动连接，锁紧滑动块50与锁紧固定块54构成该井下方位定向器的锁紧机构。
该井下方位定向器的固定块46、固定筒32和下接头41上分别设置环形液压缸回油道52和环形液压缸进油道56，固定块46和下接头41上的环形液压缸回油道52和环形液压缸进油道56之间分别通过连通管53连通，环形液压缸回油道52的一端与环形液压缸49的回油孔连通，环形液压缸回油道52另一端与下油腔油道27连通，环形液压缸进油道56的一端与环形液压缸49的进油孔连通，环形液压缸进油道56的另一端与上油腔油道23连通，由此在工作时为环形液压缸49和液压缸6提供工作动力。
钻井过程中需要旋转定向时，首先通过电缆11给井下电机3供电，井下电机通过联轴器带动井下螺杆泵4工作，由此抽取油箱5中的液压油进入液压缸6和环形液压缸49。液压油进入至液压缸6的液压缸上油腔20时，驱动活塞17、活塞杆18向下移动，这一过程中，位于活塞杆18上的复位弹簧19被压缩，液压缸下油腔21内的液压油在活塞17的挤压下通过液压缸下油腔进口24、液压缸下油道25、下油道进口26、下油腔油道27回流入油箱5。活塞杆18向下移动带动双螺旋传动机构的中间螺杆29下行；由于双螺旋传动机构的固定螺母31内壁上设置有螺母螺旋齿36，中间螺杆29下端的外表圆周上设置有螺杆外螺旋齿37，与螺杆外螺旋齿37对应的装配盲孔内壁上设置有螺杆内螺旋齿38，输出螺杆30的外表圆周上设置有输出螺杆螺旋齿39；中间螺杆29通过螺杆外螺旋齿37与螺母螺旋齿36的配合与固定螺母31啮合连接，中间螺杆29通过螺杆内螺旋齿38与输出螺杆螺旋齿39的配合与输出螺杆30啮合连接。中间螺杆29在固定螺母31的作用下自身顺时针方向旋转，中间螺杆29自身顺时针方向旋转的同时驱动输出螺杆30反时针方向旋转，由于输出螺杆30与空心轴45键连接，从而带动空心轴45旋转。
液压油进入至液压缸6的液压缸上油腔20的同时，部分液压油经环形液压缸进油道56进入环形液压缸49油腔，推动环形液压缸49的活塞杆下行，由此推动锁紧滑动块50下行，使锁紧滑动块50逐步脱离与锁紧固定块54的咬合状态。锁紧滑动块50脱离与锁紧固定块54的咬合状态后，输出轴8的锁紧状态解除，空心轴45旋转的同时，空心轴45通过超越离合器44与输出轴8形成结合状态，由此带动输出轴8按设定角度转动，进而通过输出轴8控制工具面（造斜工具）角度的单向旋转。
当工具面角度的单向旋转至设定角度后，切断电缆11电源，井下电机3不再工作，井下螺杆泵4停止泵油。此时在回程弹簧55的作用下环形液压缸49的活塞杆复位；在复位弹簧19的作用下液压缸6的活塞杆18复位，活塞杆18复位过程中带动中间螺杆29上行，从而带动输出螺杆30、空心轴45反向转动，由于空心轴45与输出轴8之间设置有单向传扭机构，空心轴45反向转动时，输出轴8不转动。
在回程弹簧55的作用下环形液压缸49的活塞杆复位过程中；环形液压缸49的活塞杆带动锁紧滑动块50与锁紧固定块54再次形成咬合状态后，从而将输出轴8的转动角度锁定；输出轴8的转动角度锁定后，继续泵压钻井液，即可进行正常钻进作业。
本发明通过控制液压油的通断，进而控制液压缸6的活塞17轴向往复移动，并通过双螺旋传动机构将平动变为旋转，从而能够控制造斜工具59角度的单向旋转，在到达预定角度后或中间螺杆到达行程极限时，通过锁紧机构锁紧，同时为下次定向做准备。与现有技术相比，本发明的可锁定造斜工具59的工作面，故可控性强，同时不受钻井液类型的限制，可随时锁紧造斜工具59角度，锁紧效率高，定向精度高，便于控制。同时因含有双螺旋传动机构故旋转精度高，输出扭矩高，所以定向时不需起下钻，并能够消除鱼尾现象。本发明通过单向传扭机构，使双螺旋传动机构的输出螺杆30能单向传递扭矩给输出轴8，使得工具能回程，进而可使造斜工具59连续向同一方向旋转工作。
Claims (10)
1.一种井下方位定向方法，其特征在于：它包括以下步骤：
1）、首先将井下方位定向工具（57）一端与连续管（58）连接，另一端连接造斜工具（59）和钻头（60），下井后，钻进液由连续管（58）进入井下方位定向工具（57）、造斜工具（59）、最终作用至钻头（60）进行正常钻井；
2）、钻井过程中需要旋转定向时，通过电缆（11）启动井下方位定向工具（57）的井下电机（3）工作，井下电机（3）带动螺杆泵（4）工作，抽取油箱（5）中的液压油进入液压缸（6）和环形液压缸（49）；
3）、液压油进入至液压缸（6）的液压缸上油腔（20）时，驱动活塞（17）、活塞杆（18）向下移动压缩复位弹簧（19），液压缸下油腔（21）内的液压油回流入油箱（5）；
4）、活塞杆（18）向下移动带动中间螺杆（29）下行并顺时针方向旋转，同时驱动输出螺杆（30）反时针方向旋转，从而带动空心轴（45）旋转；
5）、液压油进入至液压缸（6）的液压缸上油腔（20）的同时，部分液压油进入环形液压缸（49）油腔，推动环形液压缸（49）的活塞杆下行，由此推动锁紧滑动块（50）下行，使锁紧滑动块（50）逐步脱离与锁紧固定块（51）的咬合状态；锁紧状态解除；
6）、锁紧滑动块（50）与锁紧固定块（51）的锁紧状态解除即告输出轴（8）的锁紧状态解除，空心轴（45）旋转的同时，空心轴（45）通过超越离合器（44）与输出轴（8）形成结合状态，带动输出轴（8）按设定角度转动，由此通过输出轴（8）控制造斜工具（59）工具面角度的单向旋转；
7）、当造斜工具（59）工具面角度的单向旋转至设定角度后，切断电缆（11）电源，井下电机（3）不再工作，井下螺杆泵（4）停止泵油；
8）、井下螺杆泵（4）停止泵油后；在回程弹簧（55）的作用下推动环形液压缸（49）的活塞杆复位；同时，在复位弹簧（19）的作用下液压缸（6）的活塞杆（18）复位；
9）、液压缸（6）的活塞杆（18）复位过程中带动中间螺杆（29）上行，从而带动输出螺杆（30）、空心轴（45）反向转动，空心轴（45）反向转动时，输出轴（8）不转动；
10）、在回程弹簧（55）的作用下环形液压缸（49）的活塞杆复位过程中；环形液压缸（49）的活塞杆带动锁紧滑动块（50）与锁紧固定块（51）再次形成咬合状态后，从而将输出轴（8）的转动角度锁定；进而锁定造斜工具（59）工具面；
11）、输出轴（8）的转动角度锁定后，继续泵压钻井液，即可进行正常钻进作业。
2.根据权利要求1所述的一种井下方位定向方法，其特征在于：步骤1）所述的井下方位定向工具（57）包括外筒（1）、内筒（2）、井下电机（3）、井下螺杆泵（4）、油箱（5）、液压缸（6）和输出轴（8）；其特征在于：外筒（1）内设置有内筒（2），内筒（2）的上端端口内螺纹安装有上接头（10）；上接头（10）下方的内筒（2）内固装有井下电机（3），井下电机（3）上方的上接头（10）的中心孔内装有电缆（11），电缆（11）与井下电机（3）连接，井下电机（3）下方的内筒（2）内装有井下螺杆泵（4），井下电机（3）和井下螺杆泵（4）的转动轴之间通过联轴器（12）相互连接；井下螺杆泵（4）下方的内筒（2）内设置有油箱（5）；油箱（5）与井下螺杆泵（4）连通；油箱（5）下方的内筒（2）内固装有液压缸（6），井下螺杆泵（4）和油箱（5）分别与液压缸（6）连通；液压缸（6）下方的内筒（2）内设置有双螺旋传动机构，液压缸（6）通过推力轴承组与双螺旋传动机构连接；外筒（1）的下端端头螺纹安装有外筒接头（40），外筒接头（40）的下端口内活动安装有输出轴（8），输出轴（8）上方装有下接头（41），下接头（41）下方的输出轴（8）内通过止推轴承（43）和超越离合器（44）装有空心轴（45），空心轴（45）的一端穿过下接头（41）与双螺旋传动机构连接，输出轴（8）与外筒接头（40）之间装有环形液压缸（49），环形液压缸（49）的活塞杆端头装有锁紧滑动块（50），锁紧滑动块（50）对应的输出轴（8）外表面固装有锁紧固定块（51），锁紧滑动（50）与锁紧固定块（51）活动连接；所述的内筒（2）与外筒（1）内壁之间设置有环空形成的泥浆流道。
3.根据权利要求2所述的一种井下方位定向方法，其特征在于：其特征在于：所述的超越离合器（44）分别与输出轴（8）和空心轴（45）固定连接；所述的下接头（41）上方的空心轴（45）圆周上均布有通孔（47）；所述的液压缸（6）由活塞（17）、活塞杆（18）、缸体和复位弹簧（19）构成，缸体下端口上装有缓冲块（16）；缸体内装有活塞（17），活塞（17）将活塞缸（6）缸体内腔分割形成液压缸上油腔（20）和液压缸下油腔（21），活塞（17）上固装有活塞杆（18），活塞（17）与缓冲块（16）之间的活塞杆（18）上装有复位弹簧（19）；活塞杆（18）一端延伸至缓冲块（16）下方；所述的井下螺杆泵（4）与内筒（2）内壁之间设置有油箱出油道（14）；油箱（6）与内筒（2）内壁之间设置有上油腔油道（23），油箱（6）由油箱出油口（13）和油箱出油道（14）与井下螺杆泵（4）的入油口连通。
4.根据权利要求2所述的一种井下方位定向方法，其特征在于：所述的锁紧滑动块（50）与锁紧固定块（51）分别为环状体，锁紧滑动块（50）的内表面和锁紧固定块（51）的外表面分别对应状设置有键槽和键齿，锁紧滑动块（50）与锁紧固定块（51）之间通过键槽和键齿的配合滑动连接。
5.根据权利要求2所述的一种井下方位定向方法，其特征在于：所述的输出轴（8）为管状体，输出轴（8）圆周上设置有装配环槽，外筒接头（40）上设置有连接销钉（42），输出轴（8）与外筒接头（40）之间通过装配环槽和连接销钉（42）的配合滑动连接，所述的输出轴（8）与外筒接头（40）之间装有耐磨垫圈。
6.根据权利要求2所述的一种井下方位定向方法，其特征在于：所述的双螺旋传动机构由套筒（28）、中间螺杆（29）、输出螺杆（30）、固定螺母（31）和固定筒（32）构成，固定筒（32）内通过上挡块（33）和下挡块（34）固装有固定螺母（31），固定螺母（31）为管状体，固定螺母（31）内活动安装有中间螺杆（29）；中间螺杆（29）的一端延伸至固定螺母（31）外端，延伸至固定螺母（31）外端的中间螺杆（29）上设置有套筒（28），套筒（28）与中间螺杆（29）滑动连接。
7.根据权利要求6所述的一种井下方位定向方法，其特征在于：所述的中间螺杆（29）为圆柱体，中间螺杆（29）的一端设置有装配凹，装配凹内装有推力轴承组，液压缸（6）的活塞杆（18）通过推力轴承组与中间螺杆（29）连接；中间螺杆（29）的另一端设置有装配盲孔，输出螺杆（30）的一端活动安装在装配盲孔内，输出螺杆（30）的另一端延伸至固定筒（32）外端，所述的输出螺杆（30）为变径体，临近下挡块（34）的输出螺杆（30）上通过变径台肩装有限位轴承（35）。
8.根据权利要求6所述的一种井下方位定向方法，其特征在于：所述的固定螺母（31）内壁上设置有螺母螺旋齿（36），中间螺杆（29）下端的外表圆周上设置有螺杆外螺旋齿（37），与螺杆外螺旋齿（37）对应的装配盲孔内壁上设置有螺杆内螺旋齿（38），所述的输出螺杆（30）的外表圆周上设置有输出螺杆螺旋齿（39）；中间螺杆（29）通过螺杆外螺旋齿（37）与螺母螺旋齿（36）的配合与固定螺母（31）啮合连接，中间螺杆（29）通过螺杆内螺旋齿（38）与输出螺杆螺旋齿（39）的配合与输出螺杆（30）啮合连接，输出螺杆（30）与空心轴（45）连接；所述的空心轴（45）上方的输出螺杆（30）上装有固定块（46），固定块（46）与固定筒（32）固定连接，固定块（46）与输出螺杆（30）和空心轴（45）活动连接；所述的固定块（46）、固定筒（32）和下接头（41）上分别设置环形液压缸回油道（52）。
9.根据权利要求8所述的一种井下方位定向方法，其特征在于：固定块（46）和下接头（41）上的环形液压缸回油道（52）通过连通管（53）连通，环形液压缸回油道（52）一端与环形液压缸（49）的回油孔连通，环形液压缸回油道（52）另一端与下油腔油道（27）连通。
10.根据权利要求3所述的一种井下方位定向方法，其特征在于：所述的液压缸（6）的缸体上端设置有液压缸上油腔进口（22），液压缸（6）的缸体下端设置有液压缸下油腔进口（24）；油箱（5）底部设置有油箱连通孔，油箱连通孔由下油腔油道（27）与液压缸下油腔进口（24）连通；所述的井下螺杆泵（4）底部设置有螺杆泵出油口，螺杆泵出油口经上油腔油道（23）与液压缸上油腔进口（22）连通。
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|---|---|---|---|
| CN202010308017.9A CN111322011A (zh) | 2020-04-17 | 2020-04-17 | 一种井下方位定向方法及其定向工具 |
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| CN (1) | CN111322011A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113062698A (zh) * | 2021-05-07 | 2021-07-02 | 苗芷芃 | 一种钻井作业用的连续管钻井定向机构及其定向方法 |
| CN114439398A (zh) * | 2020-10-19 | 2022-05-06 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种油水井井下液控压力分配装置 |
| CN114508520A (zh) * | 2020-11-16 | 2022-05-17 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种用于连续管的定向器液压集成系统 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1337506A2 (ru) * | 1986-03-14 | 1987-09-15 | Специальное проектно-конструкторское и технологическое бюро по погружному электрооборудованию для бурения скважин и добычи нефти Всесоюзного научно-производственного объединения "Потенциал" | Отклонитель дл бурени наклонно направленных скважин забойным двигателем |
| US5273123A (en) * | 1988-12-30 | 1993-12-28 | Institut Francais Du Petrole | Fitting for controlled trajectory drilling, comprising a variable angle elbow element and use of this fitting |
| CN101443527A (zh) * | 2006-05-11 | 2009-05-27 | 普拉德研究及开发股份有限公司 | 用于连续油管钻井的导向系统 |
| CN102536192A (zh) * | 2012-03-15 | 2012-07-04 | 中国海洋石油总公司 | 一种井下定向动力钻具工具面动态控制系统及其控制方法 |
-
2020
- 2020-04-17 CN CN202010308017.9A patent/CN111322011A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1337506A2 (ru) * | 1986-03-14 | 1987-09-15 | Специальное проектно-конструкторское и технологическое бюро по погружному электрооборудованию для бурения скважин и добычи нефти Всесоюзного научно-производственного объединения "Потенциал" | Отклонитель дл бурени наклонно направленных скважин забойным двигателем |
| US5273123A (en) * | 1988-12-30 | 1993-12-28 | Institut Francais Du Petrole | Fitting for controlled trajectory drilling, comprising a variable angle elbow element and use of this fitting |
| CN101443527A (zh) * | 2006-05-11 | 2009-05-27 | 普拉德研究及开发股份有限公司 | 用于连续油管钻井的导向系统 |
| CN102536192A (zh) * | 2012-03-15 | 2012-07-04 | 中国海洋石油总公司 | 一种井下定向动力钻具工具面动态控制系统及其控制方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 马卫国等: "连续管钻井电液双螺旋传动定向器的设计", 《石油机械》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114439398A (zh) * | 2020-10-19 | 2022-05-06 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种油水井井下液控压力分配装置 |
| CN114439398B (zh) * | 2020-10-19 | 2024-03-22 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种油水井井下液控压力分配装置 |
| CN114508520A (zh) * | 2020-11-16 | 2022-05-17 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种用于连续管的定向器液压集成系统 |
| CN113062698A (zh) * | 2021-05-07 | 2021-07-02 | 苗芷芃 | 一种钻井作业用的连续管钻井定向机构及其定向方法 |
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