CN111927340A - 一种导向钻井装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种导向钻井装置，包括三个独立控制的推力装置和外壳体，外壳体上周向均匀固定连接三个推力装置；所述外壳体上铰接有分别与三个推力装置配合使用的三个翼肋，三个所述推力装置的推力通过翼肋沿三个不同方向作用在井壁上。三个翼肋打开后推靠在井壁上，作用在三个翼肋上的三个分力，最终会汇总为一个合力作用在导向钻井仪上，且与井壁有一个作用角度。所述推力装置包括推动翼肋打开的活塞机构。通过软件控制，能调整和改变活塞作用在翼肋上力的大小，进而能调整翼肋作用在井壁上的推靠力的大小及方向，使导向钻井仪沿着指定的轨迹钻进，实现精准控制钻井轨迹。
Description
技术领域
本发明涉及油气勘探设备技术领域，特别涉及一种导向钻井装置。
背景技术
随着油气勘探的不断深入，复杂超深定向井和大位移水平井日益增多。在大位移水平井的钻探施工中，随着水平段加长，井下钻具托压及磨阻越来越大，轨迹控制难度大，机械钻速慢。现有技术中的钻井技术主要依靠滑动导向钻井。滑动式导向钻井作业时，钻柱不转，钻柱随钻头向前滑动推进。滑动式导向钻井存在着很多缺点及不足，主要问题有：
(1)钻柱的扭矩和磨阻大；
(2)井眼清洗困难；
(3)机械钻速慢；
(4)钻头选型受限；
(5)定位精度不准；
因此，现有技术中的滑动导向钻井设备难以满足施工要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种导向钻井装置，以解决上述的现有技术中存在的问题至少之一。
本发明采用如下技术方案：
一种导向钻井装置，包括三个独立控制的推力装置和外壳体，外壳体上周向均匀固定连接三个推力装置；所述外壳体上铰接有分别与三个推力装置配合使用的三个翼肋，三个所述推力装置的推力通过翼肋沿三个不同方向作用在井壁上。
进一步的，所述推力装置包括推动翼肋打开的活塞机构。
进一步的，所述活塞机构包括内壳体、活塞安装板、活塞、活塞头和活塞胶套，内壳体上设有安装槽，活塞安装板固定连接在安装槽内，活塞安装板内压接活塞，活塞安装板和安装槽底壁形成油缸，活塞顶部固定连接有活塞头，活塞上部套设有活塞胶套。
进一步的，所述内壳体包括长本体，所述长本体的一侧弯曲延伸有安装部，安装部中部设有安装活塞机构的安装槽；所述长本体内设有平行设置的第一长孔和第二长孔，第一长孔内固定连接有驱动活塞运动的驱动机构，第二长孔内固定连接有与驱动机构配合使用的油箱机构；第一长孔和第二长孔之间、第一长孔与安装槽之间均设有液压油孔道。
进一步的，所述内壳体的外侧壁为圆弧面，圆弧面的切线与活塞的中轴线垂直；所述第一长孔和第二长孔中轴线的垂直连接线与安装槽端面成123°角。。
进一步的，所述驱动机构包括同步电机，同步电机的输出轴连接有微型泵，微型泵的进口与油箱机构连接，微型泵的出口连接有泵头，泵头的出口连接有节流阀和溢流阀，所述泵头上设有高压孔道，所述泵头和油缸通过高压孔道连通；节流阀出口和溢流阀出口设有低压孔道，节流阀出口和油箱机构通过低压孔道连通。
进一步的，所述长本体的一端固定连接有短本体，短本体上设有与第一长孔连通的第一盲孔，所述驱动机构设置在第一长孔和第一盲孔形成的腔体内；所述长本体的一端设有第二盲孔，短本体上设有与第二盲孔连通的第三盲孔，第二盲孔和第三盲孔形成的腔体内设有压力传感器。
进一步的，所述内壳体的外侧壁为圆弧面，圆弧面的切线与活塞的中轴线垂直；所述第一长孔和第二长孔中轴线的垂直连接线与安装槽端面成123°角。。
进一步的，所述油箱机构包括油管、油囊、油囊连接杆、油箱骨架、油囊压座和油箱插座，所述油囊连接杆与油箱骨架固定连接，所述油管套接在油囊连接杆上，所述油囊套设在油管外侧并套接在油箱骨架上，所述油箱骨架的外侧固定连接油囊压座，所述油囊压接在油箱骨架和油囊压座之间，所述油箱插座与油囊压座固定连接。
本发明的有益效果如下：
1、本发明有三块翼肋铰接在外壳体上，同时有三个单独控制的推力装置也安装在外壳体上，推力装置的活塞顶靠在翼肋上，通过活塞运动带动翼肋围绕销轴上下摆动，可根据导向方向翼肋推靠在井壁上或离开井壁。通过外置的地面箱内控制器进行软件控制，压力传感器将油缸内的压力传送到控制器上，可单独控制每个推力装置中活塞的推力，每个推力装置活塞施加在翼肋上的推力是可控的。这样当三个翼肋打开后推靠在井壁上，作用在三个翼肋上的三个分力，最终会汇总为一个合力作用在导向钻井仪上，且与井壁有一个作用角度。通过软件控制，能调整和改变活塞作用在翼肋上力的大小，进而能调整翼肋作用在井壁上的推靠力的大小及方向(角度)，使导向钻井仪沿着指定的轨迹钻进，实现精准控制钻井轨迹。
2、本发明体积小，推力大，动作灵活，在控制器和软件的控制下,可实时变更定向和转向两种工况，连续完成定向造斜、增斜、稳斜、降斜及扭方位操作，而不用起钻变更钻具组合，就能快速钻出高质量的井眼轨迹的钻井方式。
3、本发明能够保证钻具在全旋转的状态下实现指定方向的钻进，即完成旋转导向钻井。同时，可精确控制井眼轨迹，保证井眼轨迹更平滑，井壁质量更好，降低卡钻风险，使井下作业更安全，也大大降低了井下作业的成本。
4、本发明的内壳体外侧壁为圆弧面，安装槽的中轴线与所述圆弧面的切线垂直，第一长孔和第二长孔中轴线的垂直连接线与安装槽端面成123°角，三个推力装置的内壳体可紧密结合成完整的圆柱形，三个内壳体结合后结构合理而紧凑，抗压能力强，工作时具有良好的稳定性。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图；
图2是本发明中活塞机构的结构示意图；
图3是图2中轴向竖直端面剖面图；
图4是图3中A-A面的剖面图；
图5是图4中B处的结构放大示意图；
图6是图3中C处的结构放大示意图；
图7是本发明中内壳体的结构示意图；
图8是图7中长本体的立体结构示意图；
图9是图7中长本体的主视图；
图10是图9中D-D面的剖面图；
图11是图7中短本体的立体结构示意图1；
图12是图7中短本体的立体结构示意图2；
图中所示：1-外壳体，2-翼肋，3-活塞机构，301-活塞头，302- 活塞胶套，303-活塞安装板，304-活塞，305-下部动密封环，306- 上部动密封环，307-油缸，308-O形圈，4-内壳体，401-长本体， 402-短本体，403-安装部，404-安装槽，405-第一长孔，406-第二长孔，407-第二盲孔，408-第一盲孔，409-第三盲孔，410-台阶结构，5-驱动机构，501-同步电机，502-微型泵，503-泵头，504-节流阀，505-溢流阀，506-过滤网，6-油箱机构，601-油囊，602-油管，603-油囊连接杆，604-油箱骨架，605-油箱插座，606-油囊压座，607-O形圈，7-垂直连接线，8-推力装置。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
以下结合附图1至附图12对本发明的技术方案做进一步说明。
一种导向钻井装置，包括三个独立控制的推力装置和外壳体1，外壳体1上周向均匀固定连接三个推力装置；外壳体1上铰接有分别与三个推力装置配合使用的三个翼肋2，三个所述推力装置的推力通过翼肋2沿三个不同方向作用在井壁上。
推力装置包括推动翼肋2打开的活塞机构3。活塞机构3包括内壳体4、活塞安装板303、活塞304、活塞头301和活塞胶套302，内壳体4上设有安装槽404，活塞安装板303固定连接在安装槽 404内，活塞安装板303内压接活塞304，活塞安装板303和安装槽404底壁形成油缸307，活塞304顶部固定连接有活塞头301，活塞304上部套设有活塞胶套302。活塞304外侧壁设有两个环形凹槽，环形凹槽内分别设有下部动密封环305和上部动密封环306。活塞头301为T型，活塞304与活塞头301接触面压接有O形圈 308。
内壳体4包括长本体401，长本体401的一侧弯曲延伸有安装部403，安装部403中部设有安装活塞机构3的安装槽404；长本体401内设有平行设置的第一长孔405和第二长孔406，第一长孔 405内固定连接有驱动活塞运动的驱动机构5，第二长孔406内固定连接有与驱动机构406配合使用的油箱机构6；第一长孔405和第二长孔406之间、第一长孔405与安装槽404之间均设有液压油孔道。
内壳体4的外侧壁为圆弧面，圆弧面的切线与活塞304的中轴线垂直；第一长孔405和第二长孔406中轴线的垂直连接线与安装槽404端面成123°角。。
驱动机构5包括同步电机501，同步电机501的输出轴连接有微型泵502，微型泵502的进口与油箱机构6连接，微型泵502的出口连接有泵头503，泵头503内腔设有过滤网506，泵头503的出口连接有节流阀504和溢流阀505，泵头503上设有高压孔道，泵头503和油缸307通过高压孔道连通；节流阀504出口和溢流阀505出口设有低压孔道，节流阀504出口和油箱机构6通过低压孔道连通。
长本体401的一端固定连接有短本体402，短本体402的端部为台阶结构410，短本体402上设有与第一长孔405连通的第一盲孔408，驱动机构5设置在第一长孔405和第一盲孔408形成的腔体内；长本体401的一端设有第二盲孔407，短本体402上设有与第二盲孔407连通的第三盲孔409，第二盲孔407和第三盲孔409 形成的腔体内设有压力传感器。
内壳体4的外侧壁为圆弧面，圆弧面的切线与活塞的中轴线垂直；所述第一长孔和第二长孔中轴线的垂直连接线7与安装槽 404端面成123°角。
油箱机构6包括油管602、油囊601、油囊连接杆603、油箱骨架604、油囊压座606和油箱插座605，油囊连接杆603与油箱骨架604固定连接，油管602套接在油囊连接杆603上，油囊601 套设在油管602外侧并套接在油箱骨架604上，油箱骨架604的外侧固定连接油囊压座606，油囊601压接在油箱骨架604和油囊压座606之间，油箱插座605与油囊压座606固定连接。
本发明的工作原理如下：
同步电机启动，同步电机带动微型泵运转，油囊中的低压油通过微型泵的进口进入微型泵中，微型泵运转产生的高压油通过微型泵的出口进入过滤网过滤，过滤后的高压油经过高压孔道，一部分进入活塞机构的油缸，推动活塞运动，多余部分通过节流阀经过低压孔道流回油囊。而油压一旦超出推力装置的额定压力，则高压油会经过溢流阀溢流，使油压低于额定压力，而溢流出来的油液经过低压孔道流回油囊内。通过调节同步电机转速，可以改变油压，进而改变活塞的推力。每个推力装置的油压通过压力传感器实时传送到外置控制器。
本发明通过三个推力装置将推力作用在三块翼肋，推力装置的活塞顶靠在翼肋的推槽上，通过活塞运动带动翼肋围绕销轴上下摆动，翼肋将推力作用在井壁上。当三个翼肋张启后推靠在井壁上，作用在三个翼肋上的三个分力，最终会汇总为一个合力作用在导向钻井仪上，且与井壁有一个作用角度。通过外置控制器和软件控制调整和改变每个推力装置作用在翼肋上的推力的大小，进而能调整翼肋作用在井壁上的推靠力的大小及方向(角度)，使导向钻井仪沿着指定的轨迹钻进，实现精准控制钻井轨迹。
本发明的控制器、液压控制方法及轨迹计算和控制方法不在本发明的保护范围内。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，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 (9)
1.一种导向钻井装置，其特征在于，包括三个独立控制的推力装置和外壳体，外壳体上周向均匀固定连接三个推力装置；所述外壳体上铰接有分别与三个推力装置配合使用的三个翼肋，三个所述推力装置的推力通过翼肋沿三个不同方向作用在井壁上。
2.根据权利要求1所述的一种导向钻井装置，其特征在于，所述推力装置包括推动翼肋打开的活塞机构。
3.根据权利要求1所述的一种导向钻井装置，其特征在于，所述活塞机构包括内壳体、活塞安装板、活塞、活塞头和活塞胶套，内壳体上设有安装槽，活塞安装板固定连接在安装槽内，活塞安装板内压接活塞，活塞安装板和安装槽底壁形成油缸，活塞顶部固定连接有活塞头，活塞上部套设有活塞胶套。
4.根据权利要求3所述的一种导向钻井装置，其特征在于，所述内壳体包括长本体，所述长本体的一侧弯曲延伸有安装部，安装部中部设有安装活塞机构的安装槽；所述长本体内设有平行设置的第一长孔和第二长孔，第一长孔内固定连接有驱动活塞运动的驱动机构，第二长孔内固定连接有与驱动机构配合使用的油箱机构；第一长孔和第二长孔之间、第一长孔与安装槽之间均设有液压油孔道。
5.根据权利要求4所述的一种导向钻井装置，其特征在于，所述内壳体的外侧壁为圆弧面，圆弧面的切线与活塞的中轴线垂直；所述第一长孔和第二长孔中轴线的垂直连接线与安装槽端面成123°角。
6.根据权利要求4所述的一种导向钻井装置，其特征在于，所述驱动机构包括同步电机，同步电机的输出轴连接有微型泵，微型泵的进口与油箱机构连接，微型泵的出口连接有泵头，泵头的出口连接有节流阀和溢流阀，所述泵头上设有高压孔道，所述泵头和油缸通过高压孔道连通；节流阀出口和溢流阀出口设有低压孔道，节流阀出口和油箱机构通过低压孔道连通。
7.根据权利要求4所述的一种导向钻井装置，其特征在于，所述长本体的一端固定连接有短本体，短本体上设有与第一长孔连通的第一盲孔，所述驱动机构设置在第一长孔和第一盲孔形成的腔体内；所述长本体的一端设有第二盲孔，短本体上设有与第二盲孔连通的第三盲孔，第二盲孔和第三盲孔形成的腔体内设有压力传感器。
8.根据权利要求4所述的一种导向钻井装置，其特征在于，所述内壳体的外侧壁为圆弧面，圆弧面的切线与活塞的中轴线垂直；所述第一长孔和第二长孔中轴线的垂直连接线与安装槽端面成123°角。
9.根据权利要求4-8中任意一条所述的一种导向钻井装置，其特征在于，所述油箱机构包括油管、油囊、油囊连接杆、油箱骨架、油囊压座和油箱插座，所述油囊连接杆与油箱骨架固定连接，所述油管套接在油囊连接杆上，所述油囊套设在油管外侧并套接在油箱骨架上，所述油箱骨架的外侧固定连接油囊压座，所述油囊压接在油箱骨架和油囊压座之间，所述油箱插座与油囊压座固定连接。
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