CN112855024A - 旋转导向钻井工具 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种旋转导向钻井工具，其包括驱动轴、套筒、偏转机构和推靠机构，其中：驱动轴的下端连接有钻头；套筒套设于驱动轴的外部并与驱动轴之间具有活动间隙；偏转机构套设于驱动轴的外部并位于活动间隙内，偏转机构驱动驱动轴相对套筒偏转；推靠机构连接于套筒的外表面并位于偏转机构的下方，套筒能通过推靠机构抵接于井壁的内表面。本发明的旋转导向钻井工具，通过偏转机构和推靠机构的配合动作，既能够提高导向精度，又能够有效增加旋转导向钻井工具的造斜率。

Description

旋转导向钻井工具

技术领域

本发明涉及钻井技术领域，特别涉及一种旋转导向钻井工具。

背景技术

目前，对于钻井来说，在钻井时，难以方便且准确的对钻井的方向进行导向，而且普通的机械式偏心环等偏心结构的钻井导向装置不仅导向精度低，而且结构复杂，在钻具出井过程中，比较困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种导向精度高且能够提高造斜率的旋转导向钻井工具。

为达到上述目的，本发明提供了一种旋转导向钻井工具，其包括：

驱动轴，其下端连接有钻头；

套筒，其套设于所述驱动轴的外部并与所述驱动轴之间具有活动间隙；

偏转机构，其套设于所述驱动轴的外部并位于所述活动间隙内，所述偏转机构能驱动所述驱动轴相对所述套筒偏转；

推靠机构，其连接于所述套筒的外表面并位于所述偏转机构的下方，所述套筒能通过所述推靠机构抵接于井壁的内表面。

如上所述的旋转导向钻井工具，其中，

所述偏转机构包括套设于所述驱动轴的外部的偏置筒以及沿所述驱动轴的周向间隔设置的至少三个内推组件，所述内推组件能沿所述驱动轴的径向方向伸缩，且所述内推组件的伸缩能驱动所述驱动轴相对所述套筒偏转；

所述推靠机构包括多个分别与各所述内推组件相对应的推靠组件，且相对应的所述内推组件与所述推靠组件分别位于所述驱动轴的中心线的两侧。

如上所述的旋转导向钻井工具，其中，所述内推组件包括至少一个内推活塞。

如上所述的旋转导向钻井工具，其中，所述内推组件连接于所述偏置筒的外表面。

如上所述的旋转导向钻井工具，其中，所述内推组件连接于所述套筒的内表面。

如上所述的旋转导向钻井工具，其中，所述推靠组件包括至少一个驱动液压缸，所述驱动液压缸包括连接于所述套筒的外表面的缸筒和能移动的设置于所述缸筒内的驱动活塞，所述驱动活塞的移动能抵接于所述井壁的内表面。

如上所述的旋转导向钻井工具，其中，所述驱动活塞上连接有推靠件，所述驱动活塞能通过所述推靠件抵接于所述井壁的内表面。

如上所述的旋转导向钻井工具，其中，所述推靠件为翼肋、滚轮或带有滚轮的翼肋。

如上所述的旋转导向钻井工具，其中，所述偏置筒与所述驱动轴之间设有随动扶正轴承。

如上所述的旋转导向钻井工具，其中，所述偏置筒通过防转件与所述套筒相接。

如上所述的旋转导向钻井工具，其中，所述防转件为硬质管，所述硬质管的一端与所述套筒相连，所述硬质管的另一端与所述偏置筒相连，所述硬质管与所述偏置筒的连接处以及所述硬质管与所述套筒的连接处分别设有扭矩锁定结构。

如上所述的旋转导向钻井工具，其中，所述硬质管的两端分别设置有外凸弧面，所述偏置筒的内表面和所述套筒的内表面分别设有与所述外凸弧面相配合的内凹弧面。

如上所述的旋转导向钻井工具，其中，所述防转件为金属杆，所述金属杆的一端与所述套筒相连，所述金属杆的另一端与所述偏置筒相连。

如上所述的旋转导向钻井工具，其中，所述防转件为割缝管，所述割缝管的一端与所述套筒相连，所述割缝管的另一端与所述偏置筒相连。

如上所述的旋转导向钻井工具，其中，所述旋转导向钻井工具包括设置于所述套筒的侧壁上的液压系统，所述液压系统能驱动所述偏转机构和所述推靠机构的动作，所述液压系统包括多组液压组件，一组所述液压组件连接相对应的所述内推组件和所述推靠组件。

如上所述的旋转导向钻井工具，其中，所述液压组件包括驱动电路和连接有电动机的液压泵，所述驱动电路与所述电动机电连接，所述驱动电路能控制所述电动机的运行，所述液压泵连接于所述套筒上，所述液压泵通过液压管线与相对应的所述内推组件和所述推靠组件相接通。

如上所述的旋转导向钻井工具，其中，所述偏置筒上设有用于所述液压管线穿过的传压管转向节点。

如上所述的旋转导向钻井工具，其中，所述液压组件中连接有压力传感器。

如上所述的旋转导向钻井工具，其中，所述旋转导向钻井工具还包括电气系统，所述电气系统包括能量传输件和控制模块，所述控制模块设置于所述套筒的侧壁上，所述驱动电路与所述电动机电连接，所述能量传输件包括连接于所述驱动轴上的能量输出端、以及连接于所述套筒上的能量接收端，所述能量接收端与所述控制模块和/或所述驱动电路电连接。

如上所述的旋转导向钻井工具，其中，所述驱动轴的上端连接有供电电路，所述能量输出端与所述供电电路电连接。

如上所述的旋转导向钻井工具，其中，所述套筒包括固定连接的液压机构承载骨架和驱动电路承载骨架，所述驱动电路连接于所述驱动电路承载骨架上，所述电动机和所述液压泵连接于所述液压机构承载骨架上。

如上所述的旋转导向钻井工具，其中，所述套筒的下端通过外球面轴承与所述驱动轴相接，所述套筒的上部通过扶正组件与所述驱动轴相接，所述偏转机构位于所述外球面轴承与所述扶正组件之间。

如上所述的旋转导向钻井工具，其中，所述外球面轴承与所述钻头的下端面之间的距离为0.1m～1.5m。

如上所述的旋转导向钻井工具，其中，所述扶正组件的扶正长度为所述套筒的直径的0.8～12倍。

如上所述的旋转导向钻井工具，其中，所述驱动轴的外部套设有扶正器。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

本发明的旋转导向钻井工具，通过液压组件同时驱动相对应的内推组件和推靠组件，使得钻头在改变方向的同时增加侧向切屑力，既提高了导向精度，又提高了该旋转导向工具的造斜率。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1是本发明的旋转导向钻井工具的结构示意图；

图2是图1中A-A截面的结构示意图；

图3是防转件为硬质管的连接结构示意图；

图4是防转件为割缝管的连接结构示意图；

图5是防转件为金属杆的连接结构示意图。

附图标号说明：

100、驱动轴；110、钻头；120、扶正器；

200、套筒；201、液压机构承载骨架；202、驱动电路承载骨架；

210、活动间隙；220、外球面轴承；230、扶正组件；231、第一轴承；232、第二轴承；

300、偏转机构；

310、偏置筒；311、随动扶正轴承；312、防转件；3121、扭矩锁定结构；313、传压管转向节点；

320、内推组件；321、内推活塞；

400、推靠组件；

411、缸筒；412、驱动活塞；413、推靠件；

500、液压组件；

510、电动机；520、液压泵；530、液压管线；540、压力传感器；550、节流阀；560、驱动电路；600、电气系统；

610、能量传输件；611、能量输出端；612、能量接收端；

620、控制模块；

630、供电电路。

具体实施方式

为了对本发明的技术方案、目的和效果有更清楚的理解，现结合附图说明本发明的具体实施方式。其中，形容词性或副词性修饰语“上”和“下”、“顶”和“底”、“内”和“外”的使用仅是为了便于多组术语之间的相对参考，且并非描述对经修饰术语的任何特定的方向限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1所示，本发明提供了一种旋转导向钻井工具，其包括驱动轴100、套筒200、偏转机构300和推靠机构，其中：

驱动轴100的下端连接有钻头110，钻头110的具体结构以及钻头110与驱动轴100的具体连接方式为现有技术，在此不再详述；

套筒200套设于驱动轴100的外部并与驱动轴100之间具有活动间隙210，以使得驱动轴100能够相对于套筒200偏转一定角度并能相对套筒200转动，具体的，驱动轴100上下两端均延伸至套筒200的外部，即套筒200位于驱动轴100的中部，且套筒200的外表面能通过推靠机构与井壁相接触，以使得套筒200与井壁之间能处于相对静止状态；

偏转机构300套设于驱动轴100的外部并位于活动间隙210内，偏转机构300能驱动驱动轴100相对套筒200偏转，具体的，偏转机构300能够对驱动轴100施加使驱动轴100产生挠曲的力，以使驱动轴100发生挠曲变形，最终达到改变钻头110指向方向的目的，其中，偏转机构300施加的力可以是向内(指向驱动轴100的轴线方向的)的推力或者是向外(背离驱动轴100的轴线方向)的拉力；

推靠机构连接于套筒200的外表面并位于偏转机构300的下方，套筒200能通过推靠机构抵接于井壁的内表面，具体的，推靠机构能够抵接井壁的内表面并能向井壁施加推力，井壁能通过旋转导向工具向钻头110施加反作用力，该反作用力能增加钻头110的侧向切削力，以增加旋转导向工具的造斜率。

具体的，在使用时，偏转机构300向驱动轴100施加力，使钻头110朝向导向方向偏转一定角度，同时，推靠机构抵接井壁的内表面并向井壁施加推力，该推力方向与导向方向相反，此时，井壁通过旋转导向工具向钻头110施加反作用力，该反作用力与导向方向相同并作用于钻头110的侧向切削，从而能够较大幅度增加钻头110向导向方向的侧向切斜力，进而增大了该式旋转导向工具的造斜率。

需要说明的是，偏转机构300施加于驱动轴100的力大于推靠机构能产生的最大推力的30％，且小于推靠机构能产生的最大推力的4倍，较佳的，偏转机构300施加于驱动轴100的力大于推靠机构能产生的推力的60％，且小于推靠机构能产生的推力的2.5倍，以使得钻头110能顺利的按照导向方向进行钻井作业。

本发明的旋转导向钻井工具，通过偏转机构300和推靠机构的配合使用，既能够改变钻头110方向，又能够增加钻头110向导向方向的侧向切屑力，从而提高了该旋转导向工具的导向精度和造斜率。

进一步，如图1所示，驱动轴100的外部套设有扶正器120，扶正器120能够保证驱动轴100的上部与井壁之间相对稳定，扶正器120的具体结构以及扶正器120与驱动轴100的具体连接方式为现有技术，在此不再详述。

进一步，如图1所示，套筒200的下端通过外球面轴承220与驱动轴100相接，以使驱动轴100能带动钻头110以外球面轴承220为中心相对于套筒200转动，此外，外球面轴承220还能对驱动轴100起到扶正作用，使得驱动轴100能顺畅地相对套筒200转动，套筒200的上部通过扶正组件230与驱动轴100相接，扶正组件230能够传递钻压、扭矩和弯矩，偏转机构300位于外球面轴承220与扶正组件230之间，以使得偏转机构300向驱动轴100施力后，驱动轴100能够顺利的发生挠曲变形，位于偏转机构300下部的驱动轴100相对于套筒200偏转一定角度，并改变钻头110指向方向，使钻头110朝向导向方向偏转一定角度，位于偏转机构300上部的驱动轴100则在扶正组件230的作用下能够保持与套筒200处于同一轴线上。

当然，套筒200的下端也可以通过其他可转向结构与驱动轴100相接，例如万向节与轴承的配合或者轴承与球面的配合等，在此不再详述。

再进一步，外球面轴承220与钻头110的下端面之间的距离为0.1m～1.5m，以便于驱动轴100带动钻头110相对于套筒200偏转一定角度。

再进一步，扶正组件230的扶正长度为套筒200的直径的0.8～12倍，以使套筒200与驱动轴100的上部连接的钻具之间保持同轴，具体的，扶正组件230的扶正长度可以根据驱动轴100的实际长度调整，扶正组件230包括至少一个轴承，当扶正组件230仅包括一个轴承时，扶正组件230的扶正长度为该轴承本身的长度，此时，扶正组件230的扶正长度可以是套筒200的直径的0.8倍、1倍、1.5倍、2倍或者2.5倍等，在此不再赘述，当扶正组件230包括多个轴承时，多个轴承间隔设置，扶正组件230的扶正长度，为多个轴承的总长度，此时，扶正组件230的扶正长度可以是套筒200的直径的8倍、10倍、11.5倍或者12倍等，在此不再赘述，在图1所示的实施例中，设有两个轴承，分别为第一轴承231和第二轴承232。

其中扶正组件230的轴承可以是滚珠轴承、滚柱轴承、深沟球轴承、硬质合金轴承或者PDC轴承，当扶正组件230包括多个轴承时，多个轴承可以是上述轴承中的一种或者几种的组合。

在本发明的一种实施方式中，如图1和图2所示，偏转机构300包括套设于驱动轴100的外部的偏置筒310以及沿驱动轴100的周向间隔设置的至少两个内推组件320，具体的，驱动轴100能相对偏置筒310以驱动轴100自身为轴线自传，优选的，沿驱动轴100的周向间隔设置有3～4个内推组件320，当然，内推组件320的数量也可以是6个或者6个以上，优选的，各内推组件320等间隔设置，内推组件320能沿驱动轴100的径向方向伸缩，即内推组件320能够朝向驱动轴100或朝向套筒200伸缩，且内推组件320的伸缩能驱动驱动轴100相对套筒200偏转，具体的，若内推组件320能朝向驱动轴100伸缩，则内推组件320向驱动轴100施加的力为向内(指向驱动轴100的轴线方向的)的推力，若内推组件320能朝向套筒200伸缩，则内推组件320向驱动轴100施加的力为向外(背离驱动轴100的轴线方向)的拉力，全部内推组件320的合力会作用于驱动轴100上，且该合力能使驱动轴100的下部朝向导向方向偏转；

推靠机构包括多个分别与各内推组件320相对应的推靠组件400，即推靠组件400的数量与内推组件320的数量相同，且相对应的内推组件320与推靠组件400分别位于驱动轴100的中心线的两侧，且全部推靠组件400的合力方向为导向方向的反方向，具体的，相对应的内推组件320和推靠组件400在驱动轴100的径向方向的投影相差150°～210°，优选的，相对应的内推组件320和推靠组件400在驱动轴100的径向方向的投影相差180°，即相对应的内推组件320和推靠组件400在驱动轴100的径向方向的投影位于驱动轴100的直径的延长线上，这样的结构，解决了指向式旋转导向必须用长保径钻头弊病，降低了对钻头的保径段长度的要求，以使得钻头110能在对应的内推组件320和推靠组件400的共同作用下，顺利改变方向，以有效提高旋转导向工具的造斜率。

进一步，如图2所示，内推组件320包括至少一个内推活塞321，具体的，内推活塞321能够朝向驱动轴100伸缩或者朝向套筒200伸缩，当内推组件320包括多个内推活塞321时，多个内推活塞321沿驱动轴100的轴向排列，设置多个内推活塞321能够增加内推组件320与驱动轴100或者套筒200的接触面积，从而使得内推组件320能向驱动轴100或者套筒200施加较大的作用力。

在本实施方式的一种示例中，如图1所示，内推组件320连接于偏置筒310的外表面，具体的，偏置筒310的外表面嵌设有活塞筒，内推活塞321能伸缩的设置于活塞筒内，内推活塞321伸出后能抵接套筒200的内表面，通过调节内推活塞321的伸出长度，改变内推组件320向套筒200施加的作用力的大小，全部的内推活塞321作用于套筒200上的合力方向与导向方向相反，套筒200会向偏置筒310产生一个反作用力，该反作用力的方向与导向方向相同，该反作用力能施加给驱动轴100，使驱动轴100朝向导向方向发生挠性变形，驱动轴100的变形带动钻头110以外球面轴承220为中心相对套筒200发生转动，从而改变钻头110方向。

在本实施方式的另一种示例中，内推组件320连接于套筒200的内表面，具体的，套筒200的外表面嵌设有活塞筒，内推活塞321能伸缩的设置于活塞筒内，内推活塞321伸出后能抵接偏置筒310的外表面，通过调节内推活塞321的伸出长度，改变内推组件320向驱动轴100施加的作用力的大小，全部的内推活塞321作用于套筒200上的合力方向与导向方向相同，使驱动轴100朝向导向方向发生挠性变形，驱动轴100的变形带动钻头110以外球面轴承220为中心相对套筒200发生转动，从而改变钻头110方向。

进一步，如图1所示，推靠组件400包括至少一个驱动液压缸，驱动液压缸包括连接于套筒200的外表面的缸筒411和能移动的设置于缸筒411内的驱动活塞412，驱动活塞412的移动能抵接于井壁的内表面并能向井壁施加推力，该推力方向与导向方向相反，此时，井壁通过旋转导向工具向钻头110施加反作用力，该反作用力与导向方向相同并作用于钻头110的侧向切削，从而能够较大幅度增加钻头110向导向方向的侧向切斜力。

具体的，在图1所示的旋转导向钻井工具中，推靠组件400包括两个驱动液压缸，当推靠组件400包括多个驱动液压缸时，多个驱动液压缸沿驱动轴100的轴向排布。

再进一步，驱动活塞412上连接有推靠件413，驱动活塞412能通过推靠件413抵接于井壁的内表面，即推靠件413能在驱动活塞412的作用下抵接于井壁的内表面，推靠件413能增加驱动活塞412与井壁的内表面之间的接触面积，从而使得力能更加稳定地传递，具体的，当推靠组件400包括多个驱动液压缸时，优选的，如图1所示，多个驱动活塞412连接同一个推靠件413，当然，多个驱动活塞412也可以分别连接一推靠件413。

其中，推靠件413为翼肋、滚轮或带有滚轮的翼肋。

进一步，如图1所示，偏置筒310与驱动轴100之间设有随动扶正轴承311，驱动轴100能通过随动扶正轴承311相对偏置筒310转动，内推组件320施加的作用力或者套筒200施加的反作用力能够通过随动扶正轴承311传递给驱动轴100，使驱动轴100发生挠曲变形。

再进一步，偏置筒310的下部通过防转件312与套筒200相接，防转件312能够限制偏置筒310相对套筒200转动。

具体的，如图3所示，防转件312为硬质管，硬质管的一端与套筒200相连，硬质管的另一端与偏置筒310相连，硬质管与偏置筒310以及硬质管与套筒200的连接处分别设有扭矩锁定结构，扭矩锁定结构3121为锁球结构、插销结构或螺纹结构，通过扭矩锁定结构3121有效限制了偏置筒310相对于套筒200转动。

进一步，硬质管312的一端与套筒200铰接，硬质管312的另一端与偏置筒310铰接。

具体的，硬质管312的两端分别设置有外凸弧面，偏置筒310的内表面和套筒200的内表面分别设有与外凸弧面相配合的内凹弧面，通过外凸弧面与内凹弧面的接触(铰接)配合，有效限制了偏置筒310相对于套筒200转动。

或者，硬质管312的一端设置有外凸弧面，硬质管312的另一端设有内凹弧面，套筒200的内表面与外凸弧面相配合的内凹弧面，偏置筒310的外表面设有与内凹弧面相配合的外凸弧面，通过外凸弧面与内凹弧面的接触(铰接)配合，有效限制了偏置筒310相对于套筒200转动。

或者，如图4所示，防转件312为割缝管，割缝管的一端与套筒200相连，割缝管的另一端与偏置筒310相连，具体的，割缝管的两端分别通过销钉或者键与偏置筒310和套筒200相连，割缝管能使偏置筒310与套筒200之间形成具有一定柔性的防转连接。

或者，如图5所示，防转件312为金属杆，金属杆的一端与套筒200相连，金属杆的另一端与偏置筒310相连，具体的，金属杆的两端分别通过销钉或者键与偏置筒310和套筒200相连。

当然，防转件312还可以是打孔管、波纹管或金属板，其连接方式与割缝管相同，在此不再赘述。

进一步，如图1所示，旋转导向钻井工具包括设置于套筒200的侧壁上的液压系统，液压系统能驱动偏转机构300和推靠机构的动作，液压系统包括多组液压组件500，一组液压组件500连通相应的内推组件320和推靠组件400，也即，相对应的内推组件320和推靠组件400通过一组液压组件500同时驱动，这样，在需要实现旋转导向钻井时，驱动偏转机构300与推靠机构能够同时动作，全部推靠组件400向井壁施加与导向方向相反的力，全部内推组件320使驱动轴100偏转一定角度，以使得在改变钻头110方向的同时，增加钻头110向导向方向的侧向切屑力，从而增强了旋转导向钻井工具的造斜能力；

具体的，驱动偏转机构300向驱动轴100或推靠机构向井壁施加的偏置合力矢量的幅值越大，驱动轴100总成相对于套筒200发生挠性变形量就越大，驱动轴100带动钻头110以球面轴承结构为中心相对套筒200发生转动的角度越大，与此同时，钻头110向导向方向的侧向切削力也越大，造斜能力就越强，通过调节各组液压组件500输出的液压力的大小，即可实现控制偏置合力的大小和方向，驱动轴100为抵抗该偏置力会发生扭曲变形，从而带动钻头110以外球面轴承220为中心向导向方向发生一定角度的转动，并且，钻头110能以较大的侧向切削力向导向方向切削，进而达到导向钻井的目的。

需要说明的是，通过液压力的幅度值调节内推活塞321的伸出长度，改变内推组件320向驱动轴100施加的作用力的大小；

在液压组件的液压压力处于任意值时，偏转机构300施加于驱动轴100的力大于推靠机构能产生的推力的30％，且小于推靠机构能产生的推力的4倍。

再进一步，如图1所示，液压组件500包括驱动电路560和连接有电动机510的液压泵520，驱动电路560与电动机510电连接，驱动电路560能控制电动机510的运行，即驱动电路560能控制电动机510开启或关闭，并能调整电动机510的运行速度液压泵520连接于套筒200上，电动机510能驱动液压泵520产生液压动力液，液压泵520通过液压管线530与相对应的内推组件320和推靠组件400相接通，具体的，液压管线530上设有节流阀550，节流阀550能够使得压力液回流时受到阻尼，以保证液压管线530中具有足够的驱动压力，节流阀550的具体设置为现有技术，在此不再赘述。

其中，液压管线530采用挠性管或软管，或者在套筒200的侧壁上打孔，所述孔即为液压管线。

再进一步，如图1所示，由于相对应的内推组件320和推靠组件400在径向方向上相差大致180°，为了便于液压管线530的排布，在偏置筒310上设有用于液压管线530穿过的传压管转向节点313，液压管线530能穿过传压管转向节点313与对应的内推组件320或者推靠组件400相接通。

再进一步，如图1所示，液压系统中连接有压力传感器540，压力传感器540能够实时检测液压管线530内的压力，以便于根据所需偏置合力，调节输出的压力值大小，以控制液压组件500产生准确的液压力。

进一步，如图1所示，旋转导向钻井工具还包括电气系统600，电气系统600包括能量传输件610和控制模块620，控制模块620设置于套筒200的侧壁上，控制模块620与驱动电路560电连接，控制模块620能够向驱动电路560下达导向方向的控制指令，驱动电路560可以根据接收到的控制指令驱动各电动机510动作，以控制所布置的各液压泵520分别输出设定的液压力；能量传输件610包括套设于驱动轴100的外周面上的能量输出端611以及连接于套筒200的内壁面上的能量接收端612，能量接收端612与控制模块620和/或驱动电路560电连接，能量传输件610用于传输电气，以使得控制模块620能够驱动各液压泵520输出设定的液压力，其中，传输电气的方式可以是滑环接触输电的方式传输电能，也可以是非接触无线能量传递的方式传输电能。

再进一步，驱动轴100的上端连接有供电电路630，能量输出端611与供电电路630电连接，供电电路630通过能量传输件610向各液压组件500传输电能。

更进一步，套筒200包括固定连接的液压机构承载骨架201和驱动电路承载骨架202，即液压机构承载骨架201和驱动电路承载骨架202之间既不能相对移动，也不能相对转动，驱动电路630连接于驱动电路承载骨架202上，电动机510和液压泵520连接于液压机构承载骨架上201。

具体的，液压机构承载骨架201和驱动电路承载骨架202之间可以采用螺纹连接、金属杆连接、金属板连接、焊接或螺栓连接，也可以采用上述连接方式中的多种组合。

下面结合图1所示旋转导向钻井工具的结构，说明该旋转导向钻井工具的使用过程：

如图1所示，控制模块620向驱动电路560下达偏转指令，驱动电路560控制各驱动电机动作，使与各驱动电机相接的各液压泵520输出设定的液压力，各液压泵520输出的液压力通过液压管线530输送至对应的内推组件320和推靠组件400处，内推组件320的内推活塞321在液压力的作用下伸出抵接于套筒200的内表面，同时，推靠组件400的驱动活塞412在液压力的作用下伸出抵接于井壁的内表面，且全部的内推活塞321作用于套筒200上的合力方向与导向方向相反，全部的驱动活塞412作用于井壁上的合力方向也与导向方向相反，此时，套筒200会向偏置筒310产生一个反作用力，该反作用力的方向与导向方向相同，该反作用力通过随动扶正轴承311施加给驱动轴100，使驱动轴100朝向导向方向发生挠性变形，驱动轴100的变形带动钻头110以外球面轴承220为中心相对套筒200发生转动，从而改变钻头110方向，于此同时，井壁也会向旋转导向钻井工具产生一个反作用力，井壁产生的反作用力与与导向方向相同，且井壁产生的反作用力用于增加钻头110向导向方向的侧向切屑力，进一步的增加了该式旋转导向工具的造斜率；

其中，所有液压组件500产生的液压力均大于环空压力，使所有内推活塞321以不小于其最大推力3％的推力顶推套筒200。

综上所述，本发明的旋转导向钻井工具，通过液压组件同时驱动相对应的内推组件和推靠组件，使得钻头在改变方向的同时增加侧向切屑力，既提高了导向精度，又提高了该旋转导向工具的造斜率。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。而且需要说明的是，本发明的各组成部分并不仅限于上述整体应用，本发明的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用，因此，本发明理所当然地涵盖了与本案发明点有关的其它组合及具体应用。

Claims (26)

1.一种旋转导向钻井工具，其特征在于，所述旋转导向钻井工具包括：

驱动轴，其下端连接有钻头；

套筒，其套设于所述驱动轴的外部并与所述驱动轴之间具有活动间隙；

偏转机构，其套设于所述驱动轴的外部并位于所述活动间隙内，所述偏转机构能驱动所述驱动轴相对所述套筒偏转；

推靠机构，其连接于所述套筒的外表面并位于所述偏转机构的下方，所述套筒能通过所述推靠机构抵接于井壁的内表面。

2.根据权利要求1所述的旋转导向钻井工具，其特征在于，

所述偏转机构包括套设于所述驱动轴的外部的偏置筒以及沿所述驱动轴的周向间隔设置的至少三个内推组件，所述内推组件能沿所述驱动轴的径向方向伸缩，且所述内推组件的伸缩能驱动所述驱动轴相对所述套筒偏转；

所述推靠机构包括多个分别与各所述内推组件相对应的推靠组件，且相对应的所述内推组件与所述推靠组件分别位于所述驱动轴的中心线的两侧。

3.根据权利要求2所述的旋转导向钻井工具，其特征在于，

所述内推组件包括至少一个内推活塞。

4.根据权利要求2所述的旋转导向钻井工具，其特征在于，

所述内推组件连接于所述偏置筒的外表面。

5.根据权利要求2所述的旋转导向钻井工具，其特征在于，

所述内推组件连接于所述套筒的内表面。

6.根据权利要求2所述的旋转导向钻井工具，其特征在于，

所述推靠组件包括至少一个驱动液压缸，所述驱动液压缸包括连接于所述套筒的外表面的缸筒和能移动的设置于所述缸筒内的驱动活塞，所述驱动活塞的移动能抵接于所述井壁的内表面。

7.根据权利要求6所述的旋转导向钻井工具，其特征在于，

所述驱动活塞上连接有推靠件，所述驱动活塞能通过所述推靠件抵接于所述井壁的内表面。

8.根据权利要求7所述的旋转导向钻井工具，其特征在于，

所述推靠件为翼肋、滚轮或带有滚轮的翼肋。

9.根据权利要求2所述的旋转导向钻井工具，其特征在于，

所述偏置筒与所述驱动轴之间设有随动扶正轴承。

10.根据权利要求9所述的旋转导向钻井工具，其特征在于，

所述偏置筒通过防转件与所述套筒相接。

11.根据权利要求10所述的旋转导向钻井工具，其特征在于，

所述防转件为硬质管，所述硬质管的一端与所述套筒相连，所述硬质管的另一端与所述偏置筒相连，所述硬质管与所述偏置筒的连接处以及所述硬质管与所述套筒的连接处分别设有扭矩锁定结构。

12.根据权利要求11所述的旋转导向钻井工具，其特征在于，

所述硬质管的一端与所述套筒铰接，所述硬质管的另一端与所述偏置筒铰接。

13.根据权利要求10所述的旋转导向钻井工具，其特征在于，

所述防转件为金属杆，所述金属杆的一端与所述套筒相连，所述金属杆的另一端与所述偏置筒相连。

14.根据权利要求10所述的旋转导向钻井工具，其特征在于，

所述防转件为割缝管，所述割缝管的一端与所述套筒相连，所述割缝管的另一端与所述偏置筒相连。

15.根据权利要求2所述的旋转导向钻井工具，其特征在于，

所述旋转导向钻井工具包括设置于所述套筒的侧壁上的液压系统，所述液压系统能驱动所述偏转机构和所述推靠机构的动作，所述液压系统包括多组液压组件，一组所述液压组件连接相对应的所述内推组件和所述推靠组件。

16.根据权利要求15所述的旋转导向钻井工具，其特征在于，

所述液压组件包括驱动电路和连接有电动机的液压泵，所述驱动电路与所述电动机电连接，所述驱动电路能控制所述电动机的运行，所述液压泵连接于所述套筒上，所述液压泵通过液压管线与相对应的所述内推组件和所述推靠组件相接通。

17.根据权利要求16所述的旋转导向钻井工具，其特征在于，

所述偏置筒上设有用于所述液压管线穿过的传压管转向节点。

18.根据权利要求16所述的旋转导向钻井工具，其特征在于，

所述液压组件中连接有压力传感器。

19.根据权利要求16所述的旋转导向钻井工具，其特征在于，

所述旋转导向钻井工具还包括电气系统，所述电气系统包括能量传输件和控制模块，所述控制模块设置于所述套筒的侧壁上，所述控制模块与所述驱动电路电连接，所述能量传输件包括连接于所述驱动轴上的能量输出端、以及连接于所述套筒上的能量接收端，所述能量接收端与所述控制模块和/或所述驱动电路电连接。

20.根据权利要求19所述的旋转导向钻井工具，其特征在于，

所述驱动轴的上端连接有供电电路，所述能量输出端与所述供电电路电连接。

21.根据权利要求16所述的旋转导向钻井工具，其特征在于，

所述套筒包括固定连接的液压机构承载骨架和驱动电路承载骨架，所述驱动电路连接于所述驱动电路承载骨架上，所述电动机和所述液压泵连接于所述液压机构承载骨架上。

22.根据权利要求21所述的旋转导向钻井工具，其特征在于，

所述固定连接为螺纹连接、金属杆连接、金属板连接、焊接和螺栓连接中的任意一种或多种组合。

23.根据权利要求1所述的旋转导向钻井工具，其特征在于，

所述套筒的下端通过外球面轴承与所述驱动轴相接，所述套筒的上部通过扶正组件与所述驱动轴相接，所述偏转机构位于所述外球面轴承与所述扶正组件之间。

24.根据权利要求23所述的旋转导向钻井工具，其特征在于，

所述外球面轴承与所述钻头的下端面之间的距离为0.1m～1.5m。

25.根据权利要求23所述的旋转导向钻井工具，其特征在于，

所述扶正组件的扶正长度为所述套筒的直径的0.8～12倍。

26.根据权利要求1至25中任一项所述的旋转导向钻井工具，其特征在于，

所述驱动轴的外部套设有扶正器。

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