CN115059396B - 连续油管钻井井下行星齿轮高精度电控液动转向器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续油管钻井井下行星齿轮高精度电控液动转向器，包括离合机构总成、电控液动总成、转向机构总成和减速机构总成，所述离合机构总成、所述电控液动总成、所述转向机构总成和所述减速机构总成首尾连接成整体式的圆筒结构，在所述圆筒结构中还设置有供钻井高压流体流通的第一中心管和第二中心管。其效果为：通过减速机构总成等比例缩小第一中心管的转动角度，使得第二中心管的转动角度更小，精度更高，从而使钻头沿着目标井眼轨迹钻进，达到准确定向的技术效果。

Description

连续油管钻井井下行星齿轮高精度电控液动转向器

技术领域

本发明属于油气井工程领域，具体地，涉及一种连续油管钻井井下行星齿轮高精度电控液动转向器，用于连续油管井下定向钻井时钻进方向的精确调整。

背景技术

使用常规钻杆进行定向钻井时，操作人员可以通过在井口转动钻杆的方式转动底部定向钻具组合(包括钻头、弯螺杆马达、随钻测量工具等)，从而改变底部定向钻具组合的工具面，实现定向钻进。而使用连续管钻井时，只能依靠螺杆马达给钻头提供动力。钻井过程中除钻头外，螺杆马达、随钻测量工具、单向安全阀等底部钻具组合和连续管本身的工具面都无法通过井口控制。要实现连续管的定向钻井，必须在底部钻具组合中连接转向器。

转向器主要分为电控电动转向器、电控液动转向器、与液控液动转向器。目前市售的转向器主要以液控液动转向器为主。

文献(李猛等.连续管钻井电液定向器结构设计[J].石油机械，2015，11：1-6)提出的一种连续管钻井电液力转向器。该转向器通过控制地面钻井泵的排量改变锁紧套上、下端面的液流压差大小从而实现转向器在锁紧模式、定向模式之间的可控切换。排量增大，锁紧套上下端面的压差作用力克服弹簧弹力，锁紧套进入定向模式；排量减小，上下端面压差作用力减小，锁紧套在弹簧弹力的作用下复位，进入锁紧模式。该转向器最大输出扭矩1kN·m、双向连续旋转定向、定向精度达±2.5°、旋转速度1.0°-1.5°/s，工具面可锁紧等优点，但是设计结构复杂，成本较高，相比于国外转向器精度较低。

文献(贾涛等.液力转向器研制与应用[J].石油矿场机械，47(4):72-75)提出了一种液力转向器，其基本原理：该工具依靠泥浆压力脉冲进行工作，操作人员每启停泥浆泵1次，工具内部的活塞在泥浆压力脉冲的驱动下进行直线往复运动1次。依靠工具内部的转换系统，可将活塞的直线往复运动转变为定向工具输出轴的正向转动，每次可正向转动45°。当定向钻具组合的工具面调整到设计角度后，锁定齿轮可以将定向钻具的工具面锁定在固定的角度，此时可不停泵进行正常钻进。工具本体外径95mm，额定工作压降3-4MPa，额定工作排量8-10L/s，额定输出转矩700-945N·m，单次转动角度45°，最高工作温度150℃，但该转向器精度太低。

有鉴于此，设计一种结构简单，操作方便，且精度更高的转向器已成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种连续油管钻井井下行星齿轮高精度电控液动转向器，以工具内外流体压差为驱动力，采用电控液动总成来控制离合机构总成和转向机构总成的动作，以实现正、反向转动以及转向后的角度锁止，同时，减速机构总成可对角度进行等比缩小，从而实现转向角度的精确调整。

为了达到上述目的，采用如下设计方案：

本发明首先公开了一种连续油管钻井井下行星齿轮高精度电控液动转向器，其关键在于，包括离合机构总成(1)、电控液动总成(2)、转向机构总成(3)和减速机构总成(4)，所述离合机构总成(1)、所述电控液动总成(2)、所述转向机构总成(3)和所述减速机构总成(4)首尾连接成整体式的圆筒结构，在所述圆筒结构中还设置有供钻井高压流体流通的第一中心管(5)和第二中心管(6)，其中：所述电控液动总成(2)用于控制所述离合机构总成(1)切断或闭合所述转向机构总成(3)与所述第一中心管(5)间的扭矩传递，以实现所述第一中心管(5)的锁止或放松，且当所述第一中心管(5)处于放松状态时，所述电控液动总成(2)还能够控制所述转向机构总成(3)驱动所述第一中心管(5)按管心线圆周转动角度α₁，从而使所述第二中心管(6)在所述减速机构总成(4)的带动下按管心线圆周转动角度α₂；其中：α₁/α₂＞1。

更进一步地，所述第一中心管(5)为花键管，所述转向机构总成(3)包括转向缸筒(301)，所述转向缸筒(301)中固定设置有花键筒组件(303)，所述花键筒组件(303)间设置有与第一中心管(5)可滑动式套接的花键套筒(302)，当所述花键套筒(302)在所述花键筒组件(303)间轴向移动时能够实现所述第一中心管(5)的正转或反转。

更进一步地，所述花键筒组件(303)包括与转向缸筒(301)筒壁卡接的正转花键筒(304)和反转花键筒(305)，二者通过衬套(306)隔开。

更进一步地，在所述转向缸筒(301)的末端设置有用于连接减速机构总成(4)的中间连接件(402)

更进一步地，所述离合机构总成(1)包括离合缸筒(100)，所述离合缸筒(100)中设置有离合固定件(101)和离合移动件(102)，所述离合移动件(102)可滑动的套接在所述第一中心管(5)上，且当所述离合移动件(102)轴向移动时，所述离合移动件(102)与所述离合固定件(101)能够相互啮合或分离。

更进一步地，在所述转向缸筒(301)与所述第一中心管(5)间形成转向液缸(308)，所述转向液缸(308)靠近所述花键筒组件(303)的一端设置有转向液缸盖(309)，在所述转向液缸盖(309)与所述第一中心管(5)之间设置有与所述花键套筒(302)连接的转向活塞杆(310)；在所述离合缸筒(100)与所述第一中心管(5)间形成离合液缸(104)，所述离合液缸(104)靠近所述电控液动总成(2)的一端设置有离合液缸盖(105)，在所述离合液缸盖(105)与所述第一中心管(5)之间设置有与所述离合移动件(102)连接的离合活塞杆(103)。

更进一步地，所述电控液动总成(2)包括套接在所述第一中心管(5)上的壳体(201)，所述壳体中形成有连通圆筒结构外部及第一中心管(5)管腔的两个流通通道，在两个所述流通通道中分别安装有磁通阀A(202)和磁通阀B(203)，在所述壳体中还安装有离合活塞杆位移传感器(204)、转向活塞杆位移传感器(205)以及电控系统(206)，其中：所述电控系统(206)通过切换所述磁通阀A(202)的阀位，能够利用离合活塞杆(103)活塞两侧的流体压差驱动所述离合移动件(102)朝向或远离所述离合固定件(101)运动；所述电控系统(206)通过切换磁通阀B(203)的阀位，能够利用转向活塞杆(310)活塞两侧的流体压差驱动所述花键套筒(302)在所述花键筒组件(303)间轴向运动。

更进一步地，所述减速机构总成(4)包括定子齿轮缸筒(401)，所述定子齿轮缸筒(401)通过中间连接件(402)与所述转向缸筒(301)相连，在所述定子齿轮缸筒(401)中还设置与第一中心管(5)连接的行星齿轮组件(404)，所述行星齿轮组件(404)的末端通过万向传动轴(403)传动连接所述第二中心管(6)；在所述第一中心管(5)的管壁上开设有第一流通口(501)，在所述第二中心管(6)的管壁上开设有第二流通口(601)；所述第一流通口(501)与所述第二流通口(601)通过流通间隙接通，所述流通间隙由所述第一中心管(5)与所述中间连接件(402)之间预留的第一间隙，所述定子齿轮缸筒(401)与所述行星齿轮组件(404)之间预留的第二间隙，以及所述定子齿轮缸筒(401)与所述万向传动轴(403)之间预留的第三间隙共同组成。

更进一步地，在所述定子齿轮缸筒(401)的内壁形成有一段齿圈，所述行星齿轮组件(404)包括偏心轴(405)以及连接在偏心轴(405)末端的偏心花键轴(406)，所述偏心花键轴(406)两端分别转动连接有与所述齿圈啮合的支撑齿轮(407)和减速齿轮(408)，在所述偏心轴(405)与所述定子齿轮缸筒(401)间还设置有用于支撑的扶正轴承(409)。

更进一步地，所述第二中心管(6)与定子齿轮缸筒(401)之间设置有推力轴承组(410)，在所述推力轴承组(410)的一侧对应所述第二流通口(601)设置有挡流套(411)，所述推力轴承组(410)的另一侧设置有减速缸端盖(412)。

本发明与现有技术相比，具有如下显著效果：

(1)电控液动转向器以工具内外流体压差为驱动力，采用电控液动总成来同时控制离合机构总成和转向机构总成的动作，以实现转向器的正、反向转动以及转向后的角度锁止，结构简单，无需电力，减小了连续油管内置电缆的负荷，提高了工具的可靠性，方便准确调节钻井工具的作业面，从而使连续油管井下工具更高效的完成钻井、测井等多种井下作业成为可能；

(2)通过减速机构总成等比例缩小第一中心管的转动角度，使得第二中心管的转动角度更小，精度更高，从而使钻头沿着目标井眼轨迹钻进，达到准确定向的技术效果。

附图说明

图1为实施例一的外观示意图；

图2为实施例一的端部结构示意图；

图3为实施例一的内部结构示意图；

图4为图3沿C-C剖开的剖视图；

图5为图3沿D-D剖开的剖视图；

图6为实施例一中减速机构总成的内部结构示意图；

图7为实施例一中电控液动系统的水路分布图；

图8为实施例一中离合固定件的三维图；

图9为实施例一中离合移动件的三维图；

图10为实施例一中正转花键筒的三维图；

图11为实施例一中花键套筒的三维图；

图12为实施例一中反转花键筒的三维图；

图13a和图13b为实施例一中第一中心管的结构示意图；

图14a和图14b为实施例一中第二中心管的结构示意图；

图15a和图15b为实施例一中偏心轴的结构示意图；

图16a和图16b为实施例一中偏心花键轴的结构示意图；

图17为转向器初始状态内部结构示意图；

图18为转向机构正转工作时花键套筒向左移动与正转花键筒接触时的内部结构示意图；

图19为转向机构正转工作时花键套筒左移与正转花键筒接触后停止左移的内部结构图；

图20为转向机构正转工作时离合移动件右移与离合固定件卡齿分开内部结构示意图；

图21为转向机构正转工作时花键套筒继续向左移动，且花键套筒被正转花键筒沿正转方向推动3π/2n的内部结构示意图；

图22为转向机构正转工作时离合移动件左移与离合固定件卡齿斜面接触内部结构示意图；

图23为转向机构正转工作时离合移动件左移与离合固定件齿圈斜面接触后停止左移内部结构示意图；

图24为转向器转向机构正转工作时花键套筒向右移动回到初始位置内部结构示意图；

图25为转向器转向机构正转工作时花键套筒向右移动回到初始位置后停止左移内部结构示意图；

图26为转向器转向机构正转工作时离合移动件继续向左移动，离合移动件被离合固定件沿正转方向推动π/2n的内部结构示意图；

图中标号：1-离合机构总成、2-电控液动总成、3-转向机构总成、4-减速机构总成、5-第一中心管、6-第二中心管、301-转向缸筒、302-花键套筒、303-花键筒组件、304-正转花键筒、305-反转花键筒、306-衬套、100--离合缸筒、101-离合固定件、102-离合移动件、308-转向液缸、309-转向液缸盖、310-转向活塞杆、103-离合活塞杆、104-离合液缸、105-离合液缸盖、201-壳体、202-磁通阀A、203-磁通阀B、204-离合活塞杆位移传感器、205-转向活塞杆位移传感器、206-电控系统、401-定子齿轮缸筒、402-中间连接件、403-万向传动轴、404-行星齿轮组件、405-偏心轴、406-偏心花键轴、407-支撑齿轮、408-减速齿轮、409-扶正轴承、410-推力轴承组、411-挡流套、412-减速缸端盖、3021-第一台阶花键、3022-转向花键、3023-正向楔槽、3024-反向楔槽、3041-第二台阶花键、3042-正向楔齿、3051-第三台阶花键、3052-反向楔齿、1011-连接件、1012-第一卡齿、1021-第二卡齿、1022-第四台阶花键、7-第一接头、8-第二接头、207-离合液缸左端水道、208-离合液缸右端水道、209-低压钻井液流出水道、210-高压钻井液流入水道、211-钻井液过滤器、212-转向液缸左端水道、213-转向液缸右端水道。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

图1至图3示出了本发明的第一种实施例：一种连续油管钻井井下行星齿轮高精度电控液动转向器，包括离合机构总成1、电控液动总成2、转向机构总成3和减速机构总成4，所述离合机构总成1、所述电控液动总成2、所述转向机构总成3和所述减速机构总成4首尾连接成整体式的圆筒结构，在所述圆筒结构中还设置有供钻井高压流体流通的第一中心管5和第二中心管6，其中：所述电控液动总成2用于控制所述离合机构总成1切断或闭合所述转向机构总成3与所述第一中心管5间的扭矩传递，以实现所述第一中心管5的锁止或放松，且当所述第一中心管5处于放松状态时，所述电控液动总成2还能够控制所述转向机构总成3驱动所述第一中心管5按管心线圆周转动角度α1，从而使所述第二中心管6在所述减速机构总成4的带动下按管心线圆周转动角度α2；其中：α₁/α₂＞1。

如图3所示，具体实施时，所述第一中心管5为花键管，所述转向机构总成3包括转向缸筒301，所述转向缸筒301中固定设置有花键筒组件303，所述花键筒组件303间设置有与第一中心管5可滑动式套接的花键套筒302，当所述花键套筒302在所述花键筒组件303间轴向移动时能够实现所述第一中心管5的正转或反转。所述花键筒组件303包括与转向缸筒301筒壁卡接的正转花键筒304和反转花键筒305，二者通过衬套306隔开。在所述转向缸筒301的末端设置有用于连接减速机构总成4的中间连接件402。本实施方式中，第一中心管5为圆筒形，其外圆面从左到右形成有一至五级台阶，一级台阶即为圆筒面，上面加工有三道环形密封槽，二级台阶为加工有花键的圆筒面，二级台阶外径大于一级台阶，三级台阶为圆筒面，圆筒面中间加工有一通孔，用于转向器内流体进入电控液动总成2，三级台阶外径等于二级台阶，四级台阶为加工有花键的圆筒面，四级台阶外径等于三级台阶，五级台阶为圆柱面，五级台阶加工有沿圆周均匀分布的几个流道，五级台阶外径小于四级台阶；第一中心管从左到右有一、二、三、四级台阶，一级台阶为圆筒面，二级台阶为左小右大的圆锥面，三级台阶为圆筒面，三级台阶内径大于一级台阶，四级台阶为圆锥面，四级台阶内径大于一级台阶小于二级台阶。

如图11所示，所述花键套筒302的内圆周面均匀分布有若干用于卡合第一中心管5的第一台阶花键3021，第一台阶花键3021一方面能够确保花键套筒302在转动时带动第一中心管5转动，另一方面能够使花键套筒302在第一中心管5上轴向运动。在花键套筒302的外圆周面均匀分布有若干转向花键3022，相邻两个转向花键3022间的间隙一端作为正向楔槽3023，另一端作为反向楔槽3024。

如图10所示，所述正转花键筒304的外圆周面均匀分布有若干用于卡合转向缸筒301的第二台阶花键3041，第二台阶花键3041能够限制所述正转花键筒304转动。所述正转花键筒304的内圆周面具有若干与正向楔槽3023配合的正向楔齿3042，在正向楔齿3042与正向楔槽3023的啮合过程中，所述花键套筒302能够带动第一中心管5正转。

如图12所示，所述反转花键筒305的外圆周面均匀分布有若干用于卡合转向缸筒301的第三台阶花键3051，第三台阶花键3051能够限制所述反转花键筒305转动。所述反转花键筒305的内圆周面具有若干与反向楔槽3024配合的反向楔齿3052，在反向楔齿3052与反向楔槽3024的啮合过程中，所述花键套筒302能够带动第一中心管5反转。

具体地，所述离合机构总成1包括离合缸筒100，所述离合缸筒100中设置有离合固定件101和离合移动件102，所述离合移动件102可滑动的套接在所述第一中心管5上，且当所述离合移动件102轴向移动时，所述离合移动件102与所述离合固定件101能够相互啮合或分离。作为优选，离合移动件102与所述离合固定件101在啮合时，所述离合移动件102能够带动第一中心管按管心线圆周转动角度β₁，从而使所述第二中心管6按管心线圆周转动角度β₂，其中：β₁/β₂＝α₁/α₂。

从图8可以看出，离合固定件101一端作为用于固定相应结构的固定端设置有连接件1011，另一端设置有第一卡齿1012。在本实施方式中连接件1011为限位花键，在其他一些实施例中连接件1011可以为螺纹、销孔、卡齿、卡槽或它们的组合。

从图9可以看出，离合移动件102的一端设置有与第一卡齿1012配合的第二卡齿1021，在所述离合移动件102的内圆周面均匀分布有若干用于卡合第一中心管5的第四台阶花键1022，第四台阶花键1022一方面能够限制所述离合移动件102与第一中心管5发生相对转动，另一方面能够确保所述离合移动件102在第一中心管5上轴向移动。

请参阅图3，具体实施时，在所述转向缸筒301与所述第一中心管5间形成转向液缸308，所述转向液缸308靠近所述花键筒组件303的一端设置有转向液缸盖309，在所述转向液缸盖309与所述第一中心管5之间设置有与所述花键套筒302连接的转向活塞杆310；在所述离合缸筒100与所述第一中心管5间形成离合液缸104，所述离合液缸104靠近所述电控液动总成2的一端设置有离合液缸盖105，在所述离合液缸盖105与所述第一中心管5之间设置有与所述离合移动件102连接的离合活塞杆103。

本实施方式中，离合活塞杆303的末端通过螺纹与离合移动件302连接，花键套筒302的一端穿过正转花键筒304与第一中心管5的间隙，并与所述转向活塞杆310螺纹连接。

请参阅图3和图4，所述电控液动总成2包括套接在所述第一中心管5上的壳体201，所述壳体中形成有连通圆筒结构外部及第一中心管5管腔的两个流通通道，在两个所述流通通道中分别安装有磁通阀A202和磁通阀B203，在所述壳体中还安装有离合活塞杆位移传感器204、转向活塞杆位移传感器205以及电控系统206，其中：所述电控系统206通过切换所述磁通阀A202的阀位，能够利用离合活塞杆103活塞两侧的流体压差驱动所述离合移动件102朝向或远离所述离合固定件101运动；所述电控系统206通过切换磁通阀B203的阀位，能够利用转向活塞杆310活塞两侧的流体压差驱动所述花键套筒302在所述花键筒组件303间轴向运动。

如图3和图5所示，具体实施时，所述减速机构总成4包括定子齿轮缸筒401，所述定子齿轮缸筒401通过中间连接件402与所述转向缸筒301相连，在所述定子齿轮缸筒401中还设置与第一中心管5连接的行星齿轮组件404，所述行星齿轮组件404的末端通过万向传动轴403传动连接所述第二中心管6；从图13和图14可以看出，在所述第一中心管5的管壁上开设有第一流通口501，在所述第二中心管6的管壁上开设有第二流通口601；所述第一流通口501与所述第二流通口601通过流通间隙接通，所述流通间隙由所述第一中心管5与所述中间连接件402之间预留的第一间隙，所述定子齿轮缸筒401与所述行星齿轮组件404之间预留的第二间隙，以及所述定子齿轮缸筒401与所述万向传动轴403之间预留的第三间隙共同组成。

如图3、图4、图15和图16所示，作为优选，在所述定子齿轮缸筒401的内壁形成有一段齿圈，所述行星齿轮组件404包括偏心轴405以及连接在偏心轴405末端的偏心花键轴406，所述偏心花键轴406两端分别转动连接有与所述齿圈啮合的支撑齿轮407和减速齿轮408，在所述偏心轴405与所述定子齿轮缸筒401间还设置有用于支撑的扶正轴承409。

从图3可以看出，所述第二中心管6与定子齿轮缸筒401之间设置有推力轴承组410，在所述推力轴承组410的一侧对应所述第二流通口601设置有挡流套411，所述推力轴承组410的另一侧设置有减速缸端盖412。

本实施方式中，所述花键套筒302的花键齿数为n个，转向机构总成3一次可驱动第一中心管5转动的角度为α₁＝±2π/n，设减速机构总成的减速比1：m[m＞1]，则第二中心管6一次可转动的角度为α₂＝±2π/nm[当n＝24、m＝5时，精度可达到±1.5°]，具有结构简单、操作方便的特点。从而使连续油管井下工具完成钻井、测井等多种井下作业成为可能。

可以理解的是，在实际的应用场景中所述离合固定件101远离离合移动件102的一端固接有第一接头7，所述第一接头7用于连接连续油管或钻井工具，在所述第二中心管6远离所述万向传动轴403的一端固接有第二接头8，所述第二接头8用于连接钻井工具。

下面结合实施例一对本发明的原理进行解释：

当用连续油管进行深井、超深井或定向钻井作业时，由于连续油管钢度较低，钻井产生的反扭矩使工具面发生偏移，改变了钻井的方向。在井下测量工具检测的数据进行分析，得出所需转向的角度后，井下钻井工具停止钻进但不停止工作，井下钻井工具进行上下刮眼工作的同时，转向系统进行转向工作，以图17一级电控液动总成进行正向转向为例，此时离合液缸104三位四通磁通阀A202与转向液缸308三位四通磁通阀B203不通电，磁通阀A202与磁通阀B203处在初始位置，磁通阀A202的中阀位和磁通阀B203的中阀位均与水路接通，离合固定件101与离合移动件102相互啮合，花键套筒302处在正转花键筒304与反转花键筒305中间。其工作流程分以下几步：

第一步，如图18所示，当需要转向机构总成3正向转动时，此时电控液动总成2对磁通阀B203通正向电流，磁通阀B203上阀位与流通通道水路接通，转向液缸308右端水道213与高压钻井液流入水道210连通，转向液缸308左端水道212与低压钻井液流出水道209连通，转向活塞杆310向左移动，带动花键套筒302的正向楔槽3023左移；

第二步，如图19所示，电控液动总成2对磁通阀B203断开电源，磁通阀B203中阀位与水路接通，转向液缸308右端水道213与前端高压钻井液流入水道210断开，转向液缸308左端水道212与低压钻井液流出水道209断开，花键套筒302停止向左移动；

第三步，如图20所示，电控液动总成2对磁通阀A202通正向电流，磁通阀A202上阀位与水路接通，离合液缸104左端水道207与高压钻井液流入水道210连通，离合液缸104右端水道208与低压钻井液流出水道209连通，离合活塞杆103带动离合移动件102向右移动，使离合固定件101与离合移动件102分离；

第四步，如图21所示，电控液动总成2对磁通阀B203通正向电流，磁通阀B203上阀位与水路接通，转向液缸308右端水道213与高压钻井液流入水道210连通，转向液缸308左端水道212与低压钻井液流出水道209连通，转向活塞杆310带动前端花键套筒302键齿向左移动，在正转花键筒304正向楔齿1042的推动下，使花键套筒302正向转动角度为3π/2n，并带动第一中心管5正向转动3π/2n。

第五步，如图22所示，电控液动总成2对磁通阀A202通反向电流，磁通阀A202下阀位与水路接通，离合液缸104左端水道207与低压钻井液流出水道209连通，离合液缸104右端水道208与高压钻井液流入水道210连通，离合活塞杆103带动离合移动件102向左移动，使离合固定件101与离合移动件102卡齿接触；

第六步，如图23所示，电控液动总成2对磁通阀A202不通电，磁通阀A202中阀位与水路接通，离合液缸104左端水道107和离合液缸104右端水道108与钻井液均不连通，离合固定件101与离合移动件102卡齿接触后，离合移动件102不再向左移动。

第七步，如图24所示，电控液动总成2对磁通阀B203通反向电流，磁通阀B203下阀位与水路接通，转向液缸308左端水道212与高压钻井液流入水道210连通，转向液缸308右端水道213与低压钻井液流出水道209连通，转向活塞杆310带动花键套筒302键齿向右移动到正转花键筒304与反转花键筒305中间位置。

第八步，如图25所示，电控液动总成2对磁通阀B203不通电，磁通阀B203中阀位与水路接通，转向液缸308左端水道212和转向液缸308右端水道213不与钻井液连通，花键套筒302向右移动到正转花键筒304与反转花键筒305中间位置后停止向右移动。

第九步，如图26所示，电控液动总成2对磁通阀A202通反向电流，磁通阀A202下阀位与水路接通，离合液缸104左端水道207与低压钻井液流出水道209连通，离合液缸104右端水道208与高压钻井液流入水道110连通，离合活塞杆103带动离合移动件102向左移动，使离合固定件101与离合移动件102完全啮合，离合固定件101推动离合移动件102正转角度为π/2n，离合移动件102带动第一中心管5正转π/2n。

综上所述，电控液动转向器以工具内外流体压差为驱动力，采用电控液动总成2来同时控制离合机构总成1和转向机构总成3的动作，以实现转向器的正、反向转动以及转向后的角度锁止，结构简单，无需电力，减小了连续油管内置电缆的负荷，提高了工具的可靠性，方便准确调节钻井工具的作业面，从而使连续油管井下工具更高效的完成钻井、测井等多种井下作业成为可能；通过减速机构总成4等比例缩小第一中心管5的转动角度，使得第二中心管6的转动角度更小，精度更高，从而使钻头沿着目标井眼轨迹钻进，达到准确定向的技术效果。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种连续油管钻井井下行星齿轮高精度电控液动转向器，其特征在于，包括离合机构总成（1）、电控液动总成（2）、转向机构总成（3）和减速机构总成（4），所述离合机构总成（1）、所述电控液动总成（2）、所述转向机构总成（3）和所述减速机构总成（4）首尾连接成整体式的圆筒结构，在所述圆筒结构中还设置有供钻井高压流体流通的第一中心管（5）和第二中心管（6），其中：所述电控液动总成（2）用于控制所述离合机构总成（1）切断或闭合所述转向机构总成（3）与所述第一中心管（5）间的扭矩传递，以实现所述第一中心管（5）的锁止或放松，且当所述第一中心管（5）处于放松状态时，所述电控液动总成（2）还能够控制所述转向机构总成（3）驱动所述第一中心管（5）按管心线圆周转动角度α₁，从而使所述第二中心管（6）在所述减速机构总成（4）的带动下按管心线圆周转动角度α₂；其中：α₁/α₂＞1；

所述第一中心管（5）为花键管，所述转向机构总成（3）包括转向缸筒（301），所述转向缸筒（301）中固定设置有花键筒组件（303），所述花键筒组件（303）间设置有与第一中心管（5）可滑动式套接的花键套筒（302），当所述花键套筒（302）在所述花键筒组件（303）间轴向移动时能够实现所述第一中心管（5）的正转或反转；

所述花键筒组件（303）包括与转向缸筒（301）筒壁卡接的正转花键筒（304）和反转花键筒（305），二者通过衬套（306）隔开；

所述离合机构总成（1）包括离合缸筒（100），所述离合缸筒（100）中设置有离合固定件（101）和离合移动件（102），所述离合移动件（102）可滑动的套接在所述第一中心管（5）上，且当所述离合移动件（102）轴向移动时，所述离合移动件（102）与所述离合固定件（101）能够相互啮合或分离。

2.根据权利要求1所述的连续油管钻井井下行星齿轮高精度电控液动转向器，其特征在于，在所述转向缸筒（301）的末端设置有用于连接减速机构总成（4）的中间连接件（402）。

3.根据权利要求1所述的连续油管钻井井下行星齿轮高精度电控液动转向器，其特征在于，在所述转向缸筒（301）与所述第一中心管（5）间形成转向液缸（308），所述转向液缸（308）靠近所述花键筒组件（303）的一端设置有转向液缸盖（309），在所述转向液缸盖（309）与所述第一中心管（5）之间设置有与所述花键套筒（302）连接的转向活塞杆（310）；在所述离合缸筒（100）与所述第一中心管（5）间形成离合液缸（104），所述离合液缸（104）靠近所述电控液动总成（2）的一端设置有离合液缸盖（105），在所述离合液缸盖（105）与所述第一中心管（5）之间设置有与所述离合移动件（102）连接的离合活塞杆（103）。

4.根据权利要求3所述的连续油管钻井井下行星齿轮高精度电控液动转向器，其特征在于，所述电控液动总成（2）包括套接在所述第一中心管（5）上的壳体（201），所述壳体中形成有连通圆筒结构外部及第一中心管（5）管腔的两个流通通道，在两个所述流通通道中分别安装有磁通阀A（202）和磁通阀B（203），在所述壳体中还安装有离合活塞杆位移传感器（204）、转向活塞杆位移传感器（205）以及电控系统（206），其中：所述电控系统（206）通过切换所述磁通阀A（202）的阀位，能够利用离合活塞杆（103）活塞两侧的流体压差驱动所述离合移动件（102）朝向或远离所述离合固定件（101）运动；所述电控系统（206）通过切换磁通阀B（203）的阀位，能够利用转向活塞杆（310）活塞两侧的流体压差驱动所述花键套筒（302）在所述花键筒组件（303）间轴向运动。

5.根据权利要求1或3或4任一所述的连续油管钻井井下行星齿轮高精度电控液动转向器，其特征在于，所述减速机构总成（4）包括定子齿轮缸筒（401），所述定子齿轮缸筒（401）通过中间连接件（402）与所述转向缸筒（301）相连，在所述定子齿轮缸筒（401）中还设置与第一中心管（5）连接的行星齿轮组件（404），所述行星齿轮组件（404）的末端通过万向传动轴（403）传动连接所述第二中心管（6）；在所述第一中心管（5）的管壁上开设有第一流通口（501），在所述第二中心管（6）的管壁上开设有第二流通口（601）；所述第一流通口（501）与所述第二流通口（601）通过流通间隙接通，所述流通间隙由所述第一中心管（5）与所述中间连接件（402）之间预留的第一间隙，所述定子齿轮缸筒（401）与所述行星齿轮组件（404）之间预留的第二间隙，以及所述定子齿轮缸筒（401）与所述万向传动轴（403）之间预留的第三间隙共同组成。

6.根据权利要求5所述的连续油管钻井井下行星齿轮高精度电控液动转向器，其特征在于，在所述定子齿轮缸筒（401）的内壁形成有一段齿圈，所述行星齿轮组件（404）包括偏心轴（405）以及连接在偏心轴（405）末端的偏心花键轴（406），所述偏心花键轴（406）两端分别转动连接有与所述齿圈啮合的支撑齿轮（407）和减速齿轮（408），在所述偏心轴（405）与所述定子齿轮缸筒（401）间还设置有用于支撑的扶正轴承（409）。

7.根据权利要求6所述的连续油管钻井井下行星齿轮高精度电控液动转向器，其特征在于，所述第二中心管（6）与定子齿轮缸筒（401）之间设置有推力轴承组（410），在所述推力轴承组（410）的一侧对应所述第二流通口（601）设置有挡流套（411），所述推力轴承组（410）的另一侧设置有减速缸端盖（412）。

Images