CN112211557B - 一种双偏心环驱动的推靠式旋转导向工具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种双偏心环驱动的推靠式旋转导向工具,属石油天然气钻探工具技术领域。包括上壳体、芯轴、下壳体和钻头；芯轴的一端螺纹安装有上壳体，芯轴的另一端螺纹安装有钻头，钻头一侧的芯轴上装有下壳体，下壳体与上壳体之间的芯轴上装有扶正器，扶正器与芯轴之间套装有外偏心筒，外偏心筒延伸至上壳体内的外偏心筒端头通过连接控制组件A与芯轴连接；外偏心筒与芯轴之间套装有内偏心筒，内偏心筒延伸至下壳体内的内偏心筒端头通过连接控制组件B与芯轴连接。该旋转导向工具通过牙嵌式电磁离合器分别控制内偏心筒和外偏心筒的启停，从而改变钻头的钻进方向，导向时不需要额外的装置提供动力，对井壁破坏较小，能保证较好的井眼质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种双偏心环驱动的推靠式旋转导向工具,属石油天然气钻探工具技术领域。
背景技术
旋转导向钻井工具是20世纪末发展起来的一种先进的智能石油钻井设备。其主要优点在于钻井阻力小、钻速高、效率高，钻井过程中方向可以调节和寿命长等，被广泛应用于各种复杂结构井的开发，是目前钻井技术发展的最高水平。旋转导向钻井工具根据其导向方式分为推靠式、指向式以及结合了推靠式和指向式的复合式。前两种类型的钻井工具已经广泛运用于生产实际中，指向式工具虽然井眼质量好，但是造斜率较低。推靠式工具由于依靠翼肋支撑井壁，由于与井壁接触面积较小，对井壁破坏较大，使得井眼质量往往不理想。因此，有必要对其进行改进。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种对井壁破坏较小，能保证较好的井眼质量，并且还具有造斜率大的优点，适用于水平井、大位移井等复杂井的双偏心环驱动的推靠式旋转导向工具。
本发明的技术方案是：
一种双偏心环驱动的推靠式旋转导向工具；包括上壳体、芯轴、下壳体和钻头；其特征在于：芯轴的一端螺纹安装有上壳体，芯轴的另一端螺纹安装有钻头，钻头一侧的芯轴上装有下壳体，下壳体与上壳体之间的芯轴上装有扶正器，扶正器与芯轴之间套装有外偏心筒，外偏心筒的一端延伸至上壳体内，延伸至上壳体内的外偏心筒端头通过连接控制组件A与芯轴连接，外偏心筒分别与上壳体和扶正器滑动接触连接；外偏心筒与芯轴之间套装有内偏心筒，内偏心筒的一端延伸至下壳体内，延伸至下壳体内的内偏心筒端头通过连接控制组件B与芯轴连接，内偏心筒分别与下壳体和扶正器滑动接触连接；外偏心筒与内偏心筒之间装有定位组件，定位组件分别与外偏心筒与内偏心筒抵触连接。
所述的外偏心筒和内偏心筒分别为变径筒状结构。
所述的外偏心筒的一端内壁上设置有内凸台，外偏心筒的内凸台上通过定位套筒A安装有轴承A，轴承A与定位组件抵触连接。
所述的内偏心筒的一端内壁上设置有内凸台，内偏心筒的内凸台上通过定位套筒B安装有轴承B，定位套筒B与连接控制组件B抵触连接。
所述的外偏心筒与扶正器之间设置有环空层，环空层内装有中间套筒，中间套筒分别与外偏心筒与扶正器接触连接。
所述的定位组件由第一定位套筒、第二定位套筒、第三定位套筒、限位套筒和轴承C构成，第一定位套筒、第二定位套筒和第三定位套筒由左至右依次套装在内偏心筒上，第一定位套筒与外偏心筒的内凸台之间设置有限位套筒，限位套筒与第一定位套筒和外偏心筒的内凸台抵触连接，第一定位套筒、第二定位套筒和第三定位套筒之间分别设置有轴承C，轴承C分别与外偏心筒和内偏心筒接触连接。
所述的连接控制组件A和连接控制组件B结构相同，分别由联轴器、牙嵌式电磁离合器、谐波齿轮减速器和连接件构成，牙嵌式电磁离合器套装在芯轴上，牙嵌式电磁离合器一端通过联轴器与芯轴固定连接，牙嵌式电磁离合器的另一端上装有谐波齿轮减速器，谐波齿轮减速器通过连接件与偏心筒固定连接。
本发明的有益效果在于：
该双偏心环驱动的推靠式旋转导向工具结构简单，零部件加工方便，导向时不需要额外的装置提供动力，工作时，通过连接控制组件A的牙嵌式电磁离合器和连接控制组件B的牙嵌式电磁离合器控制内偏心筒和外偏心筒转动的启停，操作方便，利用内偏心筒和外偏心筒转动时相互之间的偏移量实现推靠式功能，既保证了较高的精度，也保证了较高的造斜率，能对水平井、大位移井、定向井等钻井过程中进行有效导向，同时对井壁破坏较小，能保证较好的井眼质量，适用于水平井、大位移井等复杂井的双偏心环驱动的推靠式旋转导向工具。
附图说明
图1为本发明的剖视结构示意图；
图2为图1中A处放大结构示意图；
图3为本发明中外偏心筒的结构示意图；
图4为本发明中内偏心筒的结构示意图；
图5为本发明中扶正器的结构示意图；
图6为图1中B-B向的剖视结构示意图；
图7为图6工作状态中偏置距离最大时的剖视结构示意图；
图8为本发明工作状态的结构示意图。
图中：1、上壳体；2、芯轴；3、下壳体；4、钻头；5、扶正器；6、外偏心筒；7、密封圈；8、联轴器；9、牙嵌式电磁离合器；10、谐波齿轮减速器；11、连接件；12、中间套筒；13、内偏心筒；14、第一定位套筒；15、第二定位套筒；16、第三定位套筒；17、限位套筒；18、轴承A；19、轴承B；20、轴承C；21、定位套筒A；22、定位套筒B；23、井壁。
具体实施方式
该双偏心环驱动的推靠式旋转导向工具；包括上壳体1、芯轴2、下壳体3和钻头4；芯轴2的一端螺纹安装有上壳体1，芯轴2的另一端螺纹安装有钻头4，钻头4一侧的芯轴2上装有下壳体3。
下壳体3与上壳体1之间的芯轴2上安装有扶正器5，扶正器5分别与下壳体3和上壳体1接触连接，扶正器5与芯轴2之间套装有外偏心筒6，外偏心筒6为变径筒状结构，外偏心筒6的一端延伸至上壳体1内，延伸至上壳体1内的外偏心筒6分别与上壳体1和扶正器5滑动接触连接，外偏心筒6分别与上壳体1和扶正器5之间设置有密封圈7，以防止钻井液渗入该旋转导向工具内部。
延伸至上壳体1内的外偏心筒6端头通过连接控制组件A与芯轴2连接；连接控制组件A由联轴器8、牙嵌式电磁离合器9、谐波齿轮减速器10和连接件11构成，牙嵌式电磁离合器9套装在芯轴2上，牙嵌式电磁离合器9一端通过螺栓与联轴器8固定连接，联轴器8与芯轴2之间通过键和键槽配合连接，牙嵌式电磁离合器9另一端上通过螺栓固定安装有谐波齿轮减速器10，谐波齿轮减速器10通过连接件11与外偏心筒6固定连接，连接件11为筒状结构，连接件11的两端上分别设置有直径大小不等的法兰盘，大直径的法兰盘通过螺栓与外偏心筒6固定连接，小直径的法兰盘通过螺栓与谐波齿轮减速器10固定连接。
牙嵌式电磁离合器9的作用是：控制芯轴2与外偏心筒6之间传递动力的供给或者断开。
谐波齿轮减速器10的作用是：使芯轴2的高速运动减速成外偏心筒6需要的低速转动。
外偏心筒6与扶正器5之间设置有环空层，环空层内装有中间套筒12，中间套筒12分别与外偏心筒6与扶正器5接触连接，中间套筒12的作用是：使外偏心筒6与扶正器5之间进行径向限位。
外偏心筒6与芯轴2之间套装有内偏心筒13，内偏心筒13为变径筒状，内偏心筒13的一端延伸至下壳体3内，延伸至下壳体3内的内偏心筒13分别与下壳体3和扶正器5滑动接触连接，内偏心筒13分别与下壳体3和扶正器5之间设置有密封圈7，以防止钻井液渗入该旋转导向工具内部。
延伸至下壳体3内的内偏心筒13端头通过连接控制组件B与芯轴2连接，连接控制组件B与连接控制组件A结构相同，连接控制组件B由联轴器8、牙嵌式电磁离合器9、谐波齿轮减速器10和连接件11构成，牙嵌式电磁离合器9套装在芯轴2上，牙嵌式电磁离合器9一端通过螺栓与联轴器8固定连接，联轴器8与芯轴2之间通过键和键槽配合连接，牙嵌式电磁离合器9另一端上通过螺栓固定安装有谐波齿轮减速器10，谐波齿轮减速器10通过连接件11与内偏心筒13固定连接，连接件11为筒状结构，连接件11的两端上分别设置有直径大小不等的法兰盘，大直径的法兰盘通过螺栓与内偏心筒13固定连接，小直径的法兰盘通过螺栓与谐波齿轮减速器10固定连接。
外偏心筒6一端的内壁上和内偏心筒13一端的内壁上分别设置有内凸台，外偏心筒6的内凸台与内偏心筒13的外凸台之间装有定位组件，定位组件由第一定位套筒14、第二定位套筒15、第三定位套筒16、限位套筒17和轴承C20构成，第一定位套筒14、第二定位套筒15和第三定位套筒16由左至右依次套装在内偏心筒13上，第一定位套筒14、第二定位套筒15和第三定位套筒16之间分别设置有轴承C20，轴承C20分别与外偏心筒6和内偏心筒13接触连接，第三定位套筒16与内偏心筒13的外凸台抵触连接。
第一定位套筒14与外偏心筒6的内凸台之间设置有限位套筒17，限位套筒17为变径筒，限位套筒17与第一定位套筒14和外偏心筒6的内凸台抵触连接；工作中，通过第一定位套筒14、第二定位套筒15和第三定位套筒16能对限位套筒17和轴承C20形成轴向限位。
外偏心筒6的内凸台上套装有定位套筒A21，定位套筒A21与定位组件的限位套筒17之间装有轴承A18，工作中，定位套筒A21与定位组件的限位套筒17配合对轴承A18形成轴向限位。
内偏心筒13一端的内壁上设置有内凸台，内偏心筒13的内凸台上通过定位套筒B22安装有轴承B19，轴承B19与定位套筒B22抵触连接，轴承B19分别与芯轴2、内偏心筒13的内凸台滑动接触连接，定位套筒B22与连接控制组件B的连接件11抵触连接，工作中，连接控制组件B的连接件11对定位套筒B22形成轴向限位。
该双偏心环驱动的推靠式旋转导向工具工作时，首先将该旋转导向工具的上壳体1与钻柱连接，然后随转钻柱一起进入井内；钻柱通过上壳体1将动力传递给芯轴2，使芯轴2发生转动，芯轴2的运动带动下端钻头4旋转，开始钻进作业。
当该双偏心环驱动的推靠式旋转导向工具需要稳定钻进时，关闭连接控制组件A中的牙嵌式电磁离合器9和连接控制组件B中的牙嵌式电磁离合器9，外偏心筒6和内偏心筒13均不发生转动，此时芯轴2带动下端钻头4稳定钻进。
当需要该双偏心环驱动的推靠式旋转导向工具进行导向作业时，通过该旋转导向工具的扶正器5上的防旋转推块支撑于井壁23上，起到支撑该旋转导向工具的作用；开启该旋转导向工具的连接控制组件A和连接控制组件B中的牙嵌式电磁离合器9，由于牙嵌式电磁离合器9通过联轴器8与芯轴2固定连接，芯轴2通过联轴器8带动牙嵌式电磁离合器9发生转动，牙嵌式电磁离合器9开启后，芯轴2带动谐波齿轮减速器10发生转动，谐波齿轮减速器10将芯轴2高速转动转变为低速转动继续进行传递。
连接控制组件A通过连接件11将通过谐波齿轮减速器10减速后的转动力传递给外偏心筒6，外偏心筒6相对于上壳体1、扶正器5、芯轴2和内偏心筒13发生转动；与此同时，连接控制组件B通过连接件11将通过谐波齿轮减速器10减速后的转动力传递给内偏心筒13，内偏心筒13相对于上壳体1、扶正器5、芯轴2和内偏心筒13发生转动。
工作人员分别控制连接控制组件A的牙嵌式电磁离合器9和连接控制组件B的牙嵌式电磁离合器9开启或关闭，使内偏心筒13和外偏心筒6独立或同步转动，芯轴2在内偏心筒13和外偏心筒6的偏心作用下，芯轴的一端带动上壳体1相对于扶正器5发生偏移，芯轴的另一端带动下壳体3和钻头4相对于扶正器5发生偏移，芯轴2的轴线与原来的轴线发生一定的偏移，由此使钻头4改变钻进的方向；当内偏心筒13的最厚内壁与外偏心筒6的最厚内壁处于重叠状态时，此时芯轴产生最大的偏移量，偏置距离在0到两倍偏心距之间可调；即，完成该双偏心环驱动的推靠式旋转导向工具中钻头4的导向作业。
该双偏心环驱动的推靠式旋转导向工具结构简单，零部件加工方便，导向时不需要额外的装置提供动力，工作时，通过连接控制组件A的牙嵌式电磁离合器9和连接控制组件B的牙嵌式电磁离合器9控制内偏心筒13和外偏心筒6的启停，控制方便，利用指向式中的内外偏心环结构实现推靠式功能，既保证了较高的精度，也保证了较高的造斜率，能对水平井、大位移井、定向井等钻井过程中进行有效导向。
Claims (3)
1.一种双偏心环驱动的推靠式旋转导向工具；包括上壳体（1）、芯轴（2）、下壳体（3）和钻头（4）；芯轴（2）的一端螺纹安装有上壳体（1），芯轴（2）的另一端螺纹安装有钻头（4），钻头（4）一侧的芯轴（2）上装有下壳体（3），下壳体（3）与上壳体（1）之间的芯轴（2）上装有扶正器（5），扶正器（5）与芯轴（2）之间套装有外偏心筒（6），其特征在于：外偏心筒（6）的一端延伸至上壳体（1）内，延伸至上壳体（1）内的外偏心筒（6）端头通过连接控制组件A与芯轴（2）连接，外偏心筒（6）分别与上壳体（1）和扶正器（5）滑动接触连接；外偏心筒（6）与芯轴（2）之间套装有内偏心筒（13），内偏心筒（13）的一端延伸至下壳体（3）内，延伸至下壳体（3）内的内偏心筒（13）端头通过连接控制组件B与芯轴（2）连接，内偏心筒（13）分别与下壳体（3）和扶正器（5）滑动接触连接；外偏心筒（6）与内偏心筒（13）之间装有定位组件，定位组件分别与外偏心筒（6）与内偏心筒（13）抵触连接；外偏心筒（6）的一端内壁上设置有内凸台，外偏心筒（6）的内凸台上通过定位套筒A（21）安装有轴承A（18），轴承A（18）与定位组件抵触连接；内偏心筒（13）的一端内壁上设置有内凸台，内偏心筒（13）的内凸台上通过定位套筒B（22）安装有轴承B（19），定位套筒B（22）与连接控制组件B抵触连接；工作中，连接控制组件B的连接件（11）对定位套筒B（22）形成轴向限位；
所述的定位组件由第一定位套筒（14）、第二定位套筒（15）、第三定位套筒（16）、限位套筒（17）和轴承C（20）构成，第一定位套筒（14）、第二定位套筒（15）和第三定位套筒（16）由左至右依次套装在内偏心筒（13）上，第一定位套筒（14）与外偏心筒（6）的内凸台之间设置有限位套筒（17），限位套筒（17）与第一定位套筒（14）和外偏心筒（6）的内凸台抵触连接，第一定位套筒（14）、第二定位套筒（15）和第三定位套筒（16）之间分别设置有轴承C（20），轴承C（20）分别与外偏心筒（6）和内偏心筒（13）接触连接；
所述的连接控制组件A和连接控制组件B结构相同，分别由联轴器（8）、牙嵌式电磁离合器（9）、谐波齿轮减速器（10）和连接件（11）构成，牙嵌式电磁离合器（9）套装在芯轴（2）上，牙嵌式电磁离合器（9）一端通过联轴器（8）与芯轴（2）固定连接，牙嵌式电磁离合器（9）的另一端上装有谐波齿轮减速器（10），谐波齿轮减速器（10）通过连接件（11）与偏心筒固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种双偏心环驱动的推靠式旋转导向工具，其特征在于：所述的外偏心筒（6）和内偏心筒（13）分别为变径筒状结构。
3.根据权利要求1所述的一种双偏心环驱动的推靠式旋转导向工具，其特征在于：所述的外偏心筒（6）与扶正器（5）之间设置有环空层，环空层内装有中间套筒（12），中间套筒（12）分别与外偏心筒（6）与扶正器（5）接触连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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