CN112832689B - 一种钻柱旋转式定向控制钻井工具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻柱旋转式定向控制钻井工具，其属于钻井技术领域，包括：上接头；过渡接头，与上接头的下端固定套接；外壳体，与过渡接头的下端固定套接，过渡接头与外壳体同轴设置并形成容置腔；上插头，设于容置腔内，上插头的下端面设有插入凸起，外壳体能够带动上插头同轴转动；下插头，设于容置腔内，下插头的上端面设有与插入凸起配合的插入凹槽，上插头能够往复移动以使得插入凸起插入或者离开插入凹槽，插入凸起插入插入凹槽时，上插头能够带动下插头同轴转动。本发明能够稳定工具面。

Description

一种钻柱旋转式定向控制钻井工具

技术领域

本发明涉及钻井技术领域，尤其涉及一种钻柱旋转式定向控制钻井工具。

背景技术

水平井是开发页岩气等非常规油气资源的重要手段之一。

对一些特殊区块的深层定向井，水平井造斜点深，地层硬度大，可钻性差，螺杆钻具的定向钻速慢，使用PDC钻头工具面难以控制；在这些特殊区块的降斜段定向施工中，由于上段造斜和稳斜段井眼产生较大的静态摩阻力而造成钻头托压。为克服钻具静态摩阻，需要较大钻压推动钻具滑动，由于动、静摩擦力不同，导致传递到钻头钻压不均匀，钻头失速，螺杆钻具的反扭矩不稳定，使得工具面摆动大，导致后续钻井施工存在一定困难。

因此，亟需一种钻柱旋转式定向控制钻井工具来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钻柱旋转式定向控制钻井工具，以解决现有技术中存在的PDC钻头工具面难以控制的技术问题。

如上构思，本发明所采用的技术方案是：

一种钻柱旋转式定向控制钻井工具，包括：

上接头；

过渡接头，与所述上接头的下端固定套接；

外壳体，与所述过渡接头的下端固定套接，所述过渡接头与所述外壳体同轴设置并形成容置腔；

上插头，设于所述容置腔内且套设于所述过渡接头的下端内侧，所述上插头的下端面设有插入凸起，所述外壳体能够带动所述上插头同轴转动；

下插头，设于所述容置腔内，所述下插头的上端面设有与所述插入凸起配合的插入凹槽，所述上插头能够沿所述容置腔的轴线方向往复移动以使得所述插入凸起插入或者离开所述插入凹槽，所述插入凸起插入所述插入凹槽时，所述上插头能够带动所述下插头同轴转动。

可选地，所述上插头内设有上下贯穿的内孔结构，所述下插头的上端同轴连接有对中轴，所述对中轴延伸进入所述内孔结构。

可选地，所述上插头的内壁开设有螺纹件容纳槽，所述螺纹件容纳槽内设置有螺纹件，所述螺纹件与所述螺纹件容纳槽的槽底之间设置有弹性件，所述螺纹件朝向所述对中轴外壁的表面为圆弧面且设置有螺牙，所述对中轴包括依次连接的第一段、第二段和第三段，所述第一段与所述下插头的上端同轴连接，所述第二段为光轴，所述第三段的外周设置有能够与所述螺纹件的螺牙螺接的外螺纹。

可选地，沿所述上插头的内孔结构的周向，于所述上插头的内壁上间隔设置有至少两个所述螺纹件容纳槽，每一所述螺纹件容纳槽内均设置有一个所述螺纹件。

可选地，所述容置腔内还设有限位环，所述限位环相对所述容置腔的轴向位置固定，所述限位环套设于所述上插头的外周，所述限位环上设置有换位销，所述换位销穿过所述限位环的侧壁且轴线沿所述限位环的径向延伸，所述上插头的外周上设置有换位槽，所述换位销能够卡接于所述换位槽内的不同高度。

可选地，所述换位槽包括沿所述上插头的外周周向依次分布的下位槽、上位槽及中位槽，所述上位槽高于所述中位槽，所述中位槽高于所述下位槽，所述换位销能够选择性地与所述下位槽、所述上位槽及所述中位槽中的一个卡接；

所述换位销卡接于所述下位槽时，所述插入凸起插入所述插入凹槽；

所述换位销卡接于所述中位槽时，所述插入凸起离开所述插入凹槽。

可选地，所述容置腔内还设置有复位弹簧，所述复位弹簧套设于所述上插头的外周，所述复位弹簧的上端与所述上插头外周上的第一限位凸缘抵接，所述复位弹簧的下端固设于所述容置腔内。

可选地，所述钻柱旋转式定向控制钻井工具还包括防反转棘轮机构，所述防反转棘轮机构包括：

传动轴，上端与所述下插头固定连接，沿所述传动轴的周向于所述传动轴的外壁设置有多个容置槽；

棘轮套，套设于所述传动轴的外侧，所述棘轮套的内壁设有多个齿槽，沿第一时针方向，所述齿槽的深度逐渐增大，所述齿槽与所述容置槽一一对应设置；

滑块，所述滑块能够部分位于所述齿槽内且所述滑块位于所述齿槽内的一端的端面为与所述齿槽的底面相适配的弧面，所述棘轮套沿所述第一时针方向转动时，所述齿槽的底面能够将所述齿槽内的所述滑块完全压入与所述齿槽对应的所述容置槽内；

滑块弹簧，一端与所述容置槽的槽底抵接或者连接，另一端与所述滑块抵接或者连接。

可选地，所述防反转棘轮机构还包括滑块销钉，所述滑块销钉的一端与所述滑块连接，另一端朝向所述容置槽的槽底延伸，所述滑块弹簧套设于所述滑块销钉的外侧，所述容置槽的槽底设置有滑块销钉容纳槽，所述滑块被压入所述容置槽内时，所述滑块销钉的自由端位于所述滑块销钉容纳槽内。

可选地，所述传动轴的输出端还连接有增阻接头。

本发明提出的钻柱旋转式定向控制钻井工具在使用时，将钻柱旋转式定向控制钻井工具安装在距离钻头设定距离处的钻柱中，将上接头与上部管柱连接，将下插头与下部管柱连接。

当入井时，插入凸起插入插入凹槽内；当定向困难、出现工具面不稳定、托压等情况时，上移外壳体，并使得上插头上移，使得插入凸起离开插入凹槽，此时上插头与下插头脱离。

上插头插入下插头后能够带动下部管柱一同旋转，从而将扭矩钻压传递到下部钻具组合，实现复合旋转钻井。当上插头离开下插头时，上插头和上部管柱的运动状态与下插头和下部管柱的运动状态是分离的，避免下部管柱的反扭矩传递给上部管柱，此时，钻柱旋转式定向控制钻井工具到井口部分的钻具在转盘的驱动下旋转，但是并不向钻柱旋转式定向控制钻井工具的下方传递扭矩，使得井底的下部管柱不旋转，从而实现上部管柱能够旋转送钻、下部管柱能够滑动定向钻进，稳定钻头工具面。

附图说明

图1是本发明实施例提供的钻柱旋转式定向控制钻井工具的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的插入凸起插入插入凹槽时的示意图；

图3是本发明实施例提供的对中轴的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的插入凸起离开插入凹槽时的示意图；

图5是本发明实施例提供的限位环在钻柱旋转式定向控制钻井工具内安装的示意图；

图6是本发明实施例提供的换位销位于下位槽内时的示意图；

图7是本发明实施例提供的换位销位于中位槽内时的示意图；

图8是本发明实施例提供的换位销位于上位槽内时的示意图；

图9是本发明实施例提供的防反转棘轮机构的示意图；

图10是图9中A-A截面的剖视图。

图中：

1、上接头；2、过渡接头；3、外壳体；4、上插头；5、复位弹簧；6、弹簧挡圈；7、节流阀；8、对中轴；9、换位销；10、限位环；11、限位销钉；12、活塞密封圈；13、钢球；14、螺纹件；15、弹性件；16、对中轴密封圈；17、下插头；171、插入凹槽；18、盘根组合；19、轴承组；

20、棘轮套；201、齿槽；21、传动轴；211、容置槽；212、滑块销钉容纳槽；22、防转螺钉；23、增阻接头；24、注油孔；25、滑块销钉；26、滑块；27、滑块弹簧；28、出油孔；

41、插入凸起；42、螺纹件容纳槽；43、换位槽；431、下位槽；432、上位槽；433、中位槽；44、第一限位凸缘；

81、第一段；82、第二段；83、第三段。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参见图1-图10，本实施例提供一种钻柱旋转式定向控制钻井工具，其能够避免因螺杆钻具反扭矩不稳定而导致的工具面摆动大的技术问题。

参见图1-图4，具体地，本实施例中，钻柱旋转式定向控制钻井工具包括上接头1、过渡接头2、外壳体3、上插头4和下插头17。上接头1、过渡接头2、外壳体3、上插头4均为中空结构。

其中，过渡接头2与上接头1的下端固定套接；外壳体3与过渡接头2的下端固定套接，过渡接头2与外壳体3同轴设置并形成容置腔；上插头4设于容置腔内且套设于过渡接头2的下端内侧，上插头4的下端面设有插入凸起41，外壳体3能够带动上插头4同轴转动；下插头17设于容置腔内，下插头17的上端面设有与插入凸起41配合的插入凹槽171，上插头4能够沿容置腔的轴线方向往复移动以使得插入凸起41插入或者离开插入凹槽171，以使得钻柱旋转式定向控制钻井工具在接合状态和分离状态间切换。插入凸起41插入插入凹槽171时，上插头4能够带动下插头17同轴转动。

进一步地，上插头4的上端外侧与过渡接头2的下端内侧之间还设置有活塞密封圈12，活塞密封圈12套设于上插头4的外侧且与过渡接头2的内侧抵接。

参见图9，具体地，下插头17位于外壳体3内且外壳体3的内壁设置有与下插头17的外壁配合的盘根组合18。

本实施例提供的钻柱旋转式定向控制钻井工具在使用时，将钻柱旋转式定向控制钻井工具安装在距离钻头设定距离处的钻柱中，将上接头1与上部管柱连接，将下插头17与下部管柱连接。

当入井时，插入凸起41插入插入凹槽171内；当定向困难、出现工具面不稳定、托压等情况时，上移外壳体3，并使得上插头4上移，使得插入凸起41离开插入凹槽171，此时上插头4与下插头17脱离，上部管柱与下部管柱也分离，此时上部管柱能够旋转送钻、下部管柱能够滑动定向钻进，避免下部管柱的反扭矩传递给上部管柱，从而避免因螺杆钻具反扭矩不稳定而导致的工具面摆动大的技术问题。

上插头4插入下插头17后能够带动下部管柱一同旋转，从而将扭矩钻压传递到下部钻具组合，实现复合旋转钻井。当上插头4离开下插头17时，上插头4和上部管柱的运动状态与下插头17和下部管柱的运动状态是分离的，此时，钻柱旋转式定向控制钻井工具到井口部分的钻具在转盘的驱动下旋转，但是并不向钻柱旋转式定向控制钻井工具的下方传递扭矩，使得井底的下部管柱不旋转，从而实现上部管柱能够旋转送钻、下部管柱能够滑动定向钻进，从而稳定钻头工具面。

通过插入凸起41插入插入凹槽171，能够保证上插头4与下插头17稳定接合，进而保证上插头4带动下插头17同时转动。

进一步地，上插头4内设有上下贯穿的内孔结构，下插头17的上端同轴连接有对中轴8，对中轴8延伸进入内孔结构。通过设置对中轴8，当上插头4上移时，对中轴8能够对上插头4的上移起到导向作用，防止上插头4上移时出现偏斜。同时对中轴8能够保证上插头4与下插头17同轴设置，进而保证插入凸起41插入插入凹槽171内时工作面受载均匀。

具体地，插入凸起41为凸设于上插头4下端面的凸起结构，具体地，上插头4下端面设置有至少两个插入凸起41。插入凹槽171为凹陷于下插头17上端面的凹陷结构；具体地，插入凹槽171与插入凸起41一一对应设置。

优选地，插入凸起41的截面呈方形，易于加工，且能够使得上插头4带动下插头17同时转动。相应地，插入凹槽171也为方形槽，保证上插头4带动下插头17同时转动。

具体地，本实施例中，上插头4与外壳体3通过花键啮合在一起。

参见图2和图3，进一步地，本实施例中，上插头4的内壁开设有螺纹件容纳槽42，螺纹件容纳槽42内设置有螺纹件14，即螺纹件14通过螺纹件容纳槽42嵌设于上插头4的内壁；螺纹件14与螺纹件容纳槽42的槽底之间设置有弹性件15，螺纹件14朝向对中轴8外壁的表面为圆弧面且设置有螺牙，对中轴8包括依次连接的第一段81、第二段82和第三段83，第一段81与下插头17的上端同轴连接，第二段82为光轴，第三段83的外周设置有能够与螺纹件14的螺牙螺接的外螺纹。

具体地，螺纹件14的圆弧面对应的圆心角小于90°。可选地，螺纹件14的圆弧面对应的圆心角可以为30°或者45°。

参见图2，当上插头4插入下插头17时，螺纹件14与第二段82相对设置；当螺纹件14与第三段83螺接时，上部管柱带动上插头4正转，此时螺纹件14表面的螺牙与第三段83的外螺纹螺接，随着上插头4的转动，上插头4带动螺纹件14绕上插头4的轴线转动，由于螺纹件14表面的螺牙与第三段83的外螺纹螺接，对中轴8的下端与下插头17的上端同轴连接，螺纹件14螺旋上升，进而带动上插头4螺旋上升，使得上插头4离开下插头17。当上插头4离开下插头17时，螺纹件14与对中轴8的状态如4所示。

进一步地，第一段81上套设有对中轴密封圈16，上插头4的内壁设置有与对中轴密封圈16配合的对中轴密封圈容置槽。

通过设置螺纹件14和对中轴8，使得上部管柱正转即可实现上插头4离开下插头17。

优选地，沿上插头4的内孔结构的周向，于上插头4的内壁上间隔设置有至少两个螺纹件容纳槽42，每一螺纹件容纳槽42内均设置有一个螺纹件14。

具体地，本实施例中，沿上插头4的内孔结构的周向，于上插头4的内壁上间隔设置有多个螺纹件容纳槽42，例如可以为四个或者六个，每一螺纹件容纳槽42内均设置有一个螺纹件14。通过设置多个螺纹件14，使得上插头4的上升更加稳定。

通过设置弹性件15，弹性件15能够对螺纹件14施加压力，进而能够保证多个螺纹件14稳定环抱对中轴8，进而能够保证螺纹件14表面的螺牙与第三段83的外螺纹旋紧。

可选地，弹性件15为压缩弹簧。

参见图5-图8，进一步地，容置腔内还设有限位环10，限位环10相对容置腔的轴向位置固定，限位环10套设于上插头4的外周，限位环10上设置有换位销9，换位销9穿过限位环10的侧壁且轴线沿限位环10的径向延伸，上插头4的外周上设置有换位槽43，换位销9能够卡接于换位槽43内的不同高度。

进一步地，外壳体3上设置有用于对限位环10进行轴向限位的限位销钉11。具体地，限位销钉11固定穿设于外壳体3且沿外壳体3的径向延伸，限位环10的上表面与限位销钉11的下侧抵接。

具体地，当上插头4插入下插头17时，换位销9卡接于换位槽43的下位；上插头4离开下插头17时，换位销9卡接于换位槽43的上位。通过设置换位销9和换位槽43，能够保证上插头4与下插头17分离状态或者接合状态的稳定性。

具体地，上插头4的外周上的换位槽43通过刻蚀形成。

具体地，参见图6-图8，本实施例中，换位槽43包括沿上插头4的外周周向依次分布的下位槽431、上位槽432及中位槽433，上位槽432高于中位槽433，中位槽433高于下位槽431，换位销9能够选择性地与下位槽431、上位槽432及中位槽433中的一个卡接。

换位销9卡接于下位槽431时，插入凸起41插入插入凹槽171；换位销9卡接于中位槽433时，插入凸起41离开插入凹槽171。

具体地，换位销9能够与下位槽431和中位槽433的下侧抵接，能够与上位槽432的上侧抵接；即下位槽431和中位槽433限制换位销9的下行；上位槽432限制换位销9的上行。

进一步地，容置腔内还设置有复位弹簧5，复位弹簧5套设于上插头4的外周，复位弹簧5的上端与上插头4外周上的第一限位凸缘44抵接，复位弹簧5的下端固设于容置腔内。具体地，容置腔内固定设置有弹簧挡圈6，复位弹簧5的下端固设于弹簧挡圈6。

具体地，本实施例中，钻柱旋转式定向控制钻井工具在工作时，如需进行上插头4插入或者离开下插头17的状态切换，其动作指令是采用停泵-井口正转钻具-开泵的方式进行状态切换的。

以初始状态为开泵、泥浆压差作用推动上插头4插入下插头17为例，在工作过程中如需使得上插头4离开下插头17，则先进行停泵操作。初始状态中，上插头4插入下插头17，复位弹簧5处于被压缩的状态，开泵时螺纹件14在第二段82相对设置，换位销9与下位槽431卡接。此时停泵，复位弹簧5复位并带动上插头4上移至螺纹件14与第三段83螺接。

随后进行井口正转钻具操作。井口正转上部管柱时，外壳体3带动上插头4一起正向旋转，在螺纹件14与第三段83的配合下，上插头4继续上移并逐渐离开下插头17。螺纹件14随上插头4的上移离开第三段83，此时即使井口正转上部管柱，上插头4也不会继续上升；此时可停止正转管柱，此时换位销9行走至上位槽432。

接着进行开泵操作。开泵后，在泥浆压力作用下螺纹件14被压入螺纹件容纳槽42内，此时螺纹件14在泥浆压力作用下压缩弹性件15。当螺纹件14被压入螺纹件容纳槽42内后，螺纹件14无法与对中轴8螺接，此时解除了螺纹件14与对中轴8对上插头4的锁定，解锁后的上插头4在泵压的作用下向下移动，使得换位销9行走至中位槽433内，此时上插头4离开下插头17且换位销9行走至中位槽433内，保证上插头4离开下插头17状态的稳定性。

若需要再次使得上插头4插入下插头17，则进行停泵-井口正转钻具-开泵，使得换位销9由中位槽433切换至下位槽431内即可。

具体地，钻柱旋转式定向控制钻井工具的工作状态可以通过泵压的高低进行判断；在上插头4内内置节流阀7，节流阀7的开度由上插头4与对中轴8的相对位置决定。上插头4与对中轴8的位置对应着钻柱旋转式定向控制钻井工具的结合和分离两种工作状态。因此可通过地面泥浆泵的压降来判断工具的工作状态。

参见图1、图9和图10，进一步地，为了平衡动力钻具的反扭矩，本实施例中，钻柱旋转式定向控制钻井工具还包括防反转棘轮机构，防反转棘轮机构包括传动轴21、棘轮套20、滑块26和滑块弹簧27。

其中，传动轴21上端与下插头17的下端固定连接，沿传动轴21的周向于传动轴21的外壁设置有多个容置槽211；棘轮套20套设于传动轴21的外侧，棘轮套20的内壁设有多个齿槽201，沿第一时针方向，齿槽201的深度逐渐增大，齿槽201与容置槽211一一对应设置；即本实施例中，齿槽201的形状与棘轮轮齿的形状相同。

滑块26能够部分位于齿槽201内且滑块26位于齿槽201内的一端的端面为与齿槽201的底面相适配的弧面，棘轮套20沿第一时针方向转动时齿槽201的底面能够将齿槽201内的滑块26完全压入与齿槽201对应的容置槽211内；滑块弹簧27一端与容置槽211的槽底抵接或者连接，另一端与滑块26抵接或者连接。

当滑块26完全压入与齿槽201对应的容置槽211内时，滑块26不干涉棘轮套20的转动。

具体地，第一时针方向为钻具的正转方向。

进一步地，传动轴21的外周还设置有轴承组19。

由于沿第一时针方向，齿槽201的深度逐渐增大，滑块26位于齿槽201内的一端的端面为与齿槽201的底面相适配的弧面，当棘轮套20沿第一时针方向转动时，齿槽201的底面能够将齿槽201内的滑块26压入与齿槽201对应的容置槽211内，此时滑块26不干涉传动轴21的转动；当传动轴21受到反扭矩有反转趋势时，滑块26与齿槽201的侧部抵接使得传动轴21无法反转，进而起到平衡动力钻具的反扭矩的作用。

进一步地，防反转棘轮机构还包括滑块销钉25，滑块销钉25的一端与滑块26连接，另一端朝向容置槽211的槽底延伸，滑块弹簧27套设于滑块销钉25的外侧，容置槽211的槽底设置有滑块销钉容纳槽212，滑块26被压入容置槽211内时，滑块销钉25的自由端位于滑块销钉容纳槽212内。

通过设置滑块销钉25和滑块销钉容纳槽212，能够对滑块26的运动起到导向和限位作用，防止滑块26发生移位。

具体地，滑块26内设置有滑块销钉安装槽，滑块销钉25包括限位帽和与限位帽同轴设置的销钉本体，限位帽的直径大于销钉本体的直径；滑块销钉安装槽包括同轴连通的第一槽部和第二槽部，第一槽部的内径大于第二槽部的内径，第二槽部的内径小于限位帽的直径；限位帽安装于第一槽部内，销钉本体自第二槽部朝向滑块销钉容纳槽212延伸。

进一步地，传动轴21的输出端还连接有增阻接头23。增阻接头23也能够起到防止反扭矩的作用。

具体地，增阻接头23上设置有防转螺钉22，防转螺钉22沿增阻接头23的径向延伸，一端位于增阻接头23内，另一端伸入传动轴21的侧部。

具体地，下部管柱与增阻接头23连接。

进一步地，钻柱旋转式定向控制钻井工具上还设置有注油孔24和出油孔28。具体地，注油孔24穿设于棘轮套20的侧壁，出油孔28穿设于外壳体3的侧壁。由注油孔24注入液压油保证轴承组19与防反转棘轮机构工作顺畅。

本实施例提出的钻柱旋转式定向控制钻井工具在现场使用方便，操作性较强，纯机械式控制，无电子元器件，可靠性高，一次入井工作时间长，工作性能稳定，能满足不同钻井作业的需要，大大减少钻井作业辅助时间，提高钻井效率，降低钻井成本，与减扭阻工具，水力振荡器等工具配合使用可更好缓解钻柱托压，起到大幅度降摩减阻，稳定工具面的积极作用。

示例性地，一口8 1/2″井眼，水平段采用PDC钻头+单弯螺杆钻具+定向仪器等的钻具组合进行水平段的常规滑动定向钻进，将钻柱旋转式定向控制钻井工具安装在距钻头100米距离处的钻柱中。钻柱旋转式定向控制钻井工具在入井时的状态为接合状态，此时该钻柱旋转式定向控制钻井工具可看作一个钻杆短接。当定向困难，出现工具面不稳定、托压等情况时，司钻将钻头提离井底，通过停泵—井口正转钻具—开泵的操作，根据井深综合判断正转圈数，将钻柱旋转式定向控制钻井工具转换为分离状态定方位后加低钻压钻进，转盘可按60r/min转速旋转送钻，随时观察方位是否稳定。打完定向单根后如需复合钻进，司钻活动钻具后将钻头提离井底，再通过停泵—井口正转钻具—开泵的操作，将钻柱旋转式定向控制钻井工具由分离状态转换至接合状态，可进行复合钻进。作业过程中根据现场实际情况可随时调整定向控制钻井工具的工作状态。

进一步地，钻柱旋转式定向控制钻井工具还包括保险结构。具体地，保险结构包括钢球13。当钻柱旋转式定向控制钻井工具在进行状态切换时若出现上插头4不动作、无法下压切换状态，此时，可从地面向钻杆内投放一个钢球13，钢球13落入上插头4的上端的球座后将上插头4的上端开口堵住并憋压，进而将换位销9破坏性剪断，强制将上插头4插入下插头17，之后不再动作，此时钻柱旋转式定向控制钻井工具可看作为一个钻杆短节，不影响常规定向钻进。起钻之后可更换钻柱旋转式定向控制钻井工具。

以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施方式限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种钻柱旋转式定向控制钻井工具，其特征在于，包括：

上接头（1）；

过渡接头（2），与所述上接头（1）的下端固定套接；

外壳体（3），与所述过渡接头（2）的下端固定套接，所述过渡接头（2）与所述外壳体（3）同轴设置并形成容置腔；

上插头（4），设于所述容置腔内且套设于所述过渡接头（2）的下端内侧，所述上插头（4）的下端面设有插入凸起（41），所述外壳体（3）能够带动所述上插头（4）同轴转动；

下插头（17），设于所述容置腔内，所述下插头（17）的上端面设有与所述插入凸起（41）配合的插入凹槽（171），所述上插头（4）能够沿所述容置腔的轴线方向往复移动以使得所述插入凸起（41）插入或者离开所述插入凹槽（171），所述插入凸起（41）插入所述插入凹槽（171）时，所述上插头（4）能够带动所述下插头（17）同轴转动；

所述上插头（4）内设有上下贯穿的内孔结构，所述下插头（17）的上端同轴连接有对中轴（8），所述对中轴（8）延伸进入所述内孔结构；

所述上插头（4）的内壁开设有螺纹件容纳槽（42），所述螺纹件容纳槽（42）内设置有螺纹件（14），所述螺纹件（14）与所述螺纹件容纳槽（42）的槽底之间设置有弹性件（15），所述螺纹件（14）朝向所述对中轴（8）外壁的表面为圆弧面且设置有螺牙，所述对中轴（8）包括依次连接的第一段（81）、第二段（82）和第三段（83），所述第一段（81）与所述下插头（17）的上端同轴连接，所述第二段（82）为光轴，所述第三段（83）的外周设置有能够与所述螺纹件（14）的螺牙螺接的外螺纹。

2.根据权利要求1所述的钻柱旋转式定向控制钻井工具，其特征在于，沿所述上插头（4）的内孔结构的周向，于所述上插头（4）的内壁上间隔设置有至少两个所述螺纹件容纳槽（42），每一所述螺纹件容纳槽（42）内均设置有一个所述螺纹件（14）。

3.根据权利要求1所述的钻柱旋转式定向控制钻井工具，其特征在于，所述容置腔内还设有限位环（10），所述限位环（10）相对所述容置腔的轴向位置固定，所述限位环（10）套设于所述上插头（4）的外周，所述限位环（10）上设置有换位销（9），所述换位销（9）穿过所述限位环（10）的侧壁且轴线沿所述限位环（10）的径向延伸，所述上插头（4）的外周上设置有换位槽（43），所述换位销（9）能够卡接于所述换位槽（43）内的不同高度。

4.根据权利要求1所述的钻柱旋转式定向控制钻井工具，其特征在于，所述容置腔内还设置有复位弹簧（5），所述复位弹簧（5）套设于所述上插头（4）的外周，所述复位弹簧（5）的上端与所述上插头（4）外周上的第一限位凸缘（44）抵接，所述复位弹簧（5）的下端固设于所述容置腔内。

5.根据权利要求1-4任一项所述的钻柱旋转式定向控制钻井工具，其特征在于，所述钻柱旋转式定向控制钻井工具还包括防反转棘轮机构，所述防反转棘轮机构包括：

传动轴（21），上端与所述下插头（17）固定连接，沿所述传动轴（21）的周向于所述传动轴（21）的外壁设置有多个容置槽（211）；

棘轮套（20），套设于所述传动轴（21）的外侧，所述棘轮套（20）的内壁设有多个齿槽（201），沿第一时针方向，所述齿槽（201）的深度逐渐增大，所述齿槽（201）与所述容置槽（211）一一对应设置；

滑块（26），所述滑块（26）能够部分位于所述齿槽（201）内且所述滑块（26）位于所述齿槽（201）内的一端的端面为与所述齿槽（201）的底面相适配的弧面，所述棘轮套（20）沿所述第一时针方向转动时，所述齿槽（201）的底面能够将所述滑块（26）完全压入与所述齿槽（201）对应的所述容置槽（211）内；

滑块弹簧（27），一端与所述容置槽（211）的槽底抵接或者连接，另一端与所述滑块（26）抵接或者连接。

6.根据权利要求5所述的钻柱旋转式定向控制钻井工具，其特征在于，所述防反转棘轮机构还包括滑块销钉（25），所述滑块销钉（25）的一端与所述滑块（26）连接，另一端朝向所述容置槽（211）的槽底延伸，所述滑块弹簧（27）套设于所述滑块销钉（25）的外侧，所述容置槽（211）的槽底设置有滑块销钉容纳槽（212），所述滑块（26）被压入所述容置槽（211）内时，所述滑块销钉（25）的自由端位于所述滑块销钉容纳槽（212）内。

7.根据权利要求5所述的钻柱旋转式定向控制钻井工具，其特征在于，所述传动轴（21）的输出端还连接有增阻接头（23）。

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