CN116876978B - 一种井下管柱电控钻孔工具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种井下管柱电控钻孔工具，包括钻孔执行短节、下锚定短节、主旋转动力短节、上锚定短节、液压控制短节，所述电机法兰安装在密封连接套的下端，所述电机仓安装在电机法兰的下端，所述转动电机安装在电机仓的内侧电机法兰的下端，所述主旋转轴安装在电机仓的下端，所述进给电机齿轮轴安装在进给中间齿轮的一侧，所述进给电机安装在电机仓的内侧靠近转动电机的一侧。本发明外部压力通过油路F、油路C作用于平衡活塞传递至油腔D内，通过油路H、油路G、油路I通道，对油腔E内液压油体积变化进行补偿以保证液压泵的油泵吸油口处压力始终处于额定工作压力。

Description

一种井下管柱电控钻孔工具

技术领域

本发明涉及石油作业设备技术领域，具体为一种井下管柱电控钻孔工具。

背景技术

目前钻井过程中，完井后的井眼（尤其是裸眼）经常出现缩颈、坍塌、岩屑沉淀等许多问题，会影响下套管作业进程。这些问题如果不能及时通过循环泥浆、旋转套管等措施有效解决，就可能导致套管无法正常下到井底。现有的常规下套管的方法只能够将套管单根连接在一起形成套管柱并下入井内，现有的装置存在以下不足，现有的装置在旋扣时操作复杂、不能精确控制上扣扭矩，并且现有装置需要多个电机分别控制了钻头的转动和进给，实现钻孔目的，操作复杂；同时现有机械不能保证液压泵的油泵吸油口处压力始终处于额定工作压力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种井下管柱电控钻孔工具，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种井下管柱电控钻孔工具，一种井下管柱电控钻孔工具，包括钻孔执行短节、下锚定短节、主旋转动力短节、上锚定短节、液压控制短节，所述钻孔执行短节包括引鞋、钻头座、下钻座、转动蜗杆轴、转动蜗轮轴、钻头、进给蜗杆轴、进给止转方杆、进给蜗轮轴、外螺纹内方孔进给轴、进给轴齿轮、进给中间齿轮、转动轴齿轮、转动电机齿轮轴、密封连接套、电机法兰、转动电机、电机仓、主旋转轴、进给电机齿轮轴、进给电机，所述引鞋位于钻孔执行短节的最上端，所述钻头座安装在引鞋的下端一侧，所述下钻座安装在引鞋的下端远离钻头座的一侧，所述转动蜗杆轴安装在引鞋的下端钻头座与下钻座之间，所述转动蜗轮轴安装在钻头座与下钻头之间转动蜗杆轴的中部，所述钻头安装在转动蜗轮轴的输出轴端，所述进给蜗杆轴安装在引鞋的下端靠近下钻座的一侧，所述进给止转方杆安装在下钻座靠近进给蜗杆轴的一侧，所述进给蜗轮轴安装在下钻座与进给止转方杆之间，所述外螺纹内方孔进给轴安装在钻头所在转轴的内侧与进给止转方杆之间，所述进给轴齿轮安装在进给蜗杆轴的下端，所述进给中间齿轮安装在钻头座的下端转动蜗杆轴与进给蜗杆轴之间，所述转动轴齿轮安装在转动蜗杆轴的下端，所述密封连接套安装在钻头座的下端，所述转动电机齿轮轴安装在密封连接套的上端靠近转动轴齿轮的一侧，所述电机法兰安装在密封连接套的下端，所述电机仓安装在电机法兰的下端，所述转动电机安装在电机仓的内侧电机法兰的下端，所述主旋转轴安装在电机仓的下端，所述进给电机齿轮轴安装在进给中间齿轮的一侧，所述进给电机安装在电机仓的内侧靠近转动电机的一侧；

所述下锚定短节包括近刀头锚爪保持架、近刀头锚定管、第一推力块、第一下连杆、第一上连杆、顶部轴承止动套、动力短节转接头、底部锚定活塞密封筒、半环螺纹接头、第一浮动活塞密封轴、第一浮动活塞、第一锚杆复位弹簧、半环螺纹接头安装套和下锚定短节内所包括的第一油路A、油路B、油腔A，所述近刀头锚爪保持架安装在主旋转轴的下端，所述近刀头锚定管安装在近刀头锚爪保持架的下端外侧，所述第一推力块安装在近刀头锚定管的一侧，所述第一下连杆通过销轴安装在近刀头锚爪保持架的外侧靠近第一推力块的一端，所述第一上连杆通过销轴安装在近刀头锚爪保持架的外侧远离第一下连杆的一端，所述顶部轴承止动套安装在近刀头锚爪保持架的下端主旋转轴的外侧，所述近刀头锚爪保持架的下端外侧安装有主旋转电机安装筒，所述主旋转轴的下端安装有主旋转连接花键，所述主旋转连接花键的外侧安装有电滑环，所述主旋转电机安装筒的内侧主旋转连接花键的下端安装有主旋转电机安装法兰，所述主旋转电机安装法兰的内侧安装有主旋转电机，所述主旋转电机安装筒的内侧主旋转电机的下端安装有主旋转电机悬挂套，所述动力短节转接头安装在主旋转电机悬挂套的下端主旋转电机安装筒的内侧，所述底部锚定活塞密封筒安装在动力短节转接头的内侧下端，所述半环螺纹接头安装在底部锚定活塞密封筒的上端外侧近刀头锚定管的内侧以及半环螺纹接头安装套45的外表面处，所述第一浮动活塞密封轴安装在底部锚定活塞密封筒的内侧，所述第一浮动活塞安装在第一浮动活塞密封轴与底部锚定活塞密封筒之间，所述第一锚杆复位弹簧安装在第一浮动活塞密封轴的外侧第一浮动活塞的下端，所述半环螺纹接头安装套安装在第一浮动活塞密封轴的下端，所述第一浮动活塞密封轴的中部开设有第一油路A，所述油路B设置安装在第一浮动活塞密封轴内侧上端的侧壁处，所述底部锚定活塞密封筒与第一浮动活塞之间设置有油腔A，所述半环螺纹接头的下端安装有顶部锚定活塞密封筒，所述顶部锚定活塞密封筒的下端外侧安装有远刀头锚定管，所述远刀头锚定管的一侧安装有第二推力块，所述远刀头锚定管靠近第二推力块的一侧安装有第二下连杆，所述远刀头锚定管的一侧第二下连杆的下端安装有第二上连杆，所述顶部锚定活塞密封筒的内侧下端安装有第二浮动活塞密封轴，所述顶部锚定活塞密封筒与第二浮动活塞密封轴之间安装有第二浮动活塞，第二浮动活塞密封轴的外侧第二浮动活塞的下端安装有第二锚杆复位弹簧，所述顶部锚定活塞密封筒的下端内侧安装有液力腔转换接头，所述第二浮动活塞密封轴的下端安装在液力腔转换接头的内侧上端，所述液力腔转换接头的中部内侧设置有油路D，所述液力腔转换接头的一侧设置有第一油路C，所述第二浮动活塞密封轴的中部设置有第二油路A，所述顶部锚定活塞密封筒与第二浮动活塞密封轴之间设置有油腔B，所述第二浮动活塞密封轴的内部上端一侧设置有油路E；

所述液压控制短节包括液力筒、液压隔离接头、卡套接头a、液压管线、卡套接头b、阀块下支撑筋、阀块下转换接头、阀块上支撑筋、阀块上转换接头、副阀块、2位3通常闭电磁阀、主阀块、单向阀、液压泵、液压泵驱动电机、电机缓冲套、柱塞泵缓冲弹簧、弹簧座、平衡活塞复位弹簧、平衡活塞、针穿舱接头、常压顶部接头、针连接器底座、针连接器上盖，及短节内所包括的油路F、油腔C、油路G、油腔D、油路H、油路I、油腔E、油泵吸油口、油泵泵油口、油路J、油路K、油路L、油路M、油路N、油路O、第二油路C，所述液力筒安装在液力腔转换接头的下端，所述液压隔离接头安装在液力筒的内侧上端，所述卡套接头a安装在液压隔离接头的下端一侧，所述阀块下转换接头安装在卡套接头a的下端，所述液压管线安装在阀块下转换接头的中部，所述阀块下转换接头的下端一侧安装有阀块上支撑筋，所述阀块下转换接头的下端远离阀块上支撑筋的一侧安装有阀块上转换接头，所述阀块上支撑筋与阀块上转换接头之间安装有卡套接头b，所述阀块下支撑筋安装在卡套接头a的一侧，所述卡套接头b的下端安装有副阀块，所述2位3通常闭电磁阀安装在副阀块的下端，所述主阀块安装在2位3通常闭电磁阀的下端，所述单向阀安装在主阀块的内侧下端，所述液压泵安装在主阀块的下端，所述液压泵驱动电机安装在液压泵的下端，所述电机缓冲套安装在液压泵驱动电机的下端，所述柱塞泵缓冲弹簧安装在电机缓冲套的内侧，所述弹簧座安装在电机缓冲套的下端，所述平衡活塞复位弹簧安装在弹簧座的外侧上端，所述平衡活塞安装在弹簧座的外侧平衡活塞复位弹簧的下端，所述40针穿舱接头安装在弹簧座的下端，所述常压顶部接头安装在40针穿舱接头的内侧下端，所述8针连接器底座安装在40针穿舱接头的下端，所述8针连接器上盖安装在8针连接器底座的下端与常压顶部接头的内侧上端之间，所述油路F设置在液力筒靠近40针穿舱接头的一侧，所述油腔C设置在弹簧座与液力筒之间平衡活塞的下端，所述油路G设置在弹簧座的内侧中部，所述油腔D设置在弹簧座与液力筒之间，所述油路H设置在弹簧座的外侧上端靠近平衡活塞复位弹簧的一侧，所述油路I设置在电机缓冲套的上端一侧，所述油腔E设置在液压泵的外侧与液力筒之间，所述油泵吸油口开设在液压泵的外侧，所述油泵泵油口开设在液压泵的内侧中部，所述油路J设置在主阀块的内侧中部上端，所述油路K设置在2位3通常闭电磁阀与主阀块之间的一侧，所述油路L设置在2位3通常闭电磁阀与主阀块之间远离油路K的一侧，所述油路M设置在副阀块的内部一侧，所述油路N设置在副阀块的内部上端，所述油路O设置在卡套接头b 的内侧中部，所述第二油路C设置在液压隔离接头的内部靠近卡套接头a的一侧。

优选的，所述钻孔执行短节、下锚定短节、主旋转动力短节、上锚定短节、液压控制短节从下至上依次首尾连接，所述主旋转动力短节位于下锚定短节的内侧。

优选的，所述转动轴齿轮与转动电机齿轮轴所在齿轮之间相互啮合，所述进给中间齿轮分别与进给轴齿轮、进给电机齿轮轴所在齿轮相互啮合。

优选的，所述主旋转动力短节包括主旋转电机安装筒、主旋转连接花键、电滑环、主旋转电机、主旋转电机安装法兰、主旋转电机悬挂套和其短节内所包括的第二油路A、第一油路C、油路D、油腔B、油路E。

优选的，所述第一下连杆与第一上连杆之间活动连接且使用时呈空间垂直状态，所述第二下连杆与第二上连杆之间活动连接且使用时呈空间垂直状态。

优选的，所述顶部锚定活塞密封筒、远刀头锚定管、第二推力块、第二下连杆、第二上连杆、第二浮动活塞密封轴、第二浮动活塞、第二锚杆复位弹簧、液力腔转换接头组成上锚定短节。

优选的，所述油路M设置在副阀块的内部一侧且纵向设置，所述油路N设置在副阀块的内部上端且横向设置，所述油路M与油路N呈空间垂直分布。

优选的，所述油泵泵油口开设在液压泵的中部上端，所述油泵泵油口不贯穿液压泵整体。

优选的，所述油腔E设置在液压泵、液压泵驱动电机、电机缓冲套的外侧与液力筒之间。

优选的，所述油腔D设置在弹簧座与液力筒之间靠近平衡活塞复位弹簧的一侧，所述平衡活塞复位弹簧位于油腔D的内侧。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明钻孔执行短节的钻孔工作具体可分为钻头的转动和进给工作，钻头的转动具体为由控制指令控制转动电机转动通过联轴器带动转动电机齿轮轴、转动轴齿轮、转动蜗杆轴、转动蜗轮轴依次传递至钻头处，钻头的进给具体为由控制指令控制进给电机转动通过联轴器带动进给电机齿轮轴、进给中间齿轮、进给轴齿轮、进给蜗杆轴、进给蜗轮轴、外螺纹内方孔进给轴依次传递至钻头处，需要指出的是进给蜗轮轴通过内螺纹和外螺纹内方孔进给轴的外螺纹相连接，外螺纹内方孔进给轴内孔为方孔，进给止转方杆为方轴，进给止转方杆通过螺钉固定于下钻座上，因此，外螺纹内方孔进给轴被限制了转动能力，当进给蜗轮轴转动时外螺纹内方孔进给轴即转化为轴向伸缩运动，由此两电机即分别控制了钻头的转动和进给，即实现了钻孔目的；

本发明解除锚定后即可收回整个工具，解除锚定具体为控制2位3通常闭电磁阀断电使油路J、油路K断开，油路K、油路L联通，此时在下锚定短节、上锚定短节内第一锚杆复位弹簧、第二锚杆复位弹簧的作用下浮动活塞向钻头方向滑动，将油腔A、油腔B内的液压油通过油路E、油路B、第一油路A、油路D、第一油路C、油路O、油路N、油路M、油路K、油路L回到油腔E内，并上锚定短节内的第二浮动活塞通过螺钉带动远刀头锚定管、第二推力块、第二下连杆、第二上连杆完成解除锚定动作，下锚定短节内的第一浮动活塞通过螺钉带动近刀头锚定管、第一推力块、第一下连杆、第一上连杆完成解除锚定动作，需要解释的是油腔E内的液压油体积会随锚定、解除锚定动作的进行而改变，此时外部压力通过油路F、油路C作用于平衡活塞传递至油腔D 内，通过油路H、油路G、油路I通道，对油腔E内液压油体积变化进行补偿以保证液压泵的油泵吸油口处压力始终处于额定工作压力。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明主旋转动力短节位置整体示意图；

图3为本发明主旋转动力短节位置第一部分放大示意图；

图4为本发明主旋转动力短节位置第二部分放大示意图；

图5为本发明主旋转动力短节位置第三部分放大示意图；

图6为本发明钻孔执行短节结构示意图；

图7为本发明图3中A-A处的结构示意图；

图8为本发明图3中B-B处的结构示意图；

图9为本发明图3中C-C处的结构示意图；

图10为本发明下锚定短节结构示意图；

图11为本发明上锚定短节结构示意图；

图12为本发明液压控制短节结构整体示意图；

图13为本发明液压控制短节结构第一部分示意图；

图14为本发明液压控制短节结构第二部分示意图；

图15为本发明图9中D-D处的结构示意图。

图中：钻孔执行短节1；下锚定短节2；上锚定短节3；液压控制短节4；主旋转动力短节5；引鞋6；钻头座7；下钻座8；转动蜗杆轴9；转动蜗轮轴10；钻头11；进给蜗杆轴12；进给止转方杆13；进给蜗轮轴14；外螺纹内方孔进给轴15；进给轴齿轮16；进给中间齿轮17；转动轴齿轮18；转动电机齿轮轴19；密封连接套20；电机法兰21；转动电机22；电机仓23；主旋转轴24；进给电机齿轮轴25；进给电机26；近刀头锚爪保持架27；近刀头锚定管28；第一推力块29；第二推力块291；第一下连杆30；第二下连杆301；第一上连杆31；第二上连杆311；主旋转电机安装筒32；顶部轴承止动套33；主旋转连接花键34；电滑环35；主旋转电机36；主旋转电机安装法兰37；主旋转电机悬挂套38；动力短节转接头39；底部锚定活塞密封筒40；半环螺纹接头41；第一浮动活塞密封轴42；第二浮动活塞密封轴421；第一浮动活塞43；第二浮动活塞431；第一锚杆复位弹簧44；第二锚杆复位弹簧441；半环螺纹接头安装套45；第一油路A46；第二油路A461；油路B47；油腔A48；顶部锚定活塞密封筒49；远刀头锚定管50；液力腔转换接头51；第一油路C52；第二油路C521；油路D53；油腔B54；油路E55；液力筒56；液压隔离接头57；卡套接头a58；液压管线59；卡套接头b60；阀块下支撑筋61；阀块下转换接头62；阀块上支撑筋63；阀块上转换接头64；副阀块65；2位3通常闭电磁阀66；主阀块67；单向阀68；液压泵69；液压泵驱动电机70；电机缓冲套71；柱塞泵缓冲弹簧72；弹簧座73；平衡活塞复位弹簧74；平衡活塞75；40针穿舱接头76；常压顶部接头77；8针连接器底座78；8针连接器上盖79；油路F80；油腔C81；油路G82；油腔D83；油路H84；油路I85；油腔E86；油泵吸油口87；油泵泵油口88；油路J89；油路K90；油路L91；油路M92；油路N93；油路O94。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图10，本发明提供一种技术方案：一种井下管柱电控钻孔工具，一种井下管柱电控钻孔工具，包括钻孔执行短节1、下锚定短节2、主旋转动力短节5、上锚定短节3、液压控制短节4，钻孔执行短节1包括引鞋6、钻头座7、下钻座8、转动蜗杆轴9、转动蜗轮轴10、钻头11、进给蜗杆轴12、进给止转方杆13、进给蜗轮轴14、外螺纹内方孔进给轴15、进给轴齿轮16、进给中间齿轮17、转动轴齿轮18、转动电机齿轮轴19、密封连接套20、电机法兰21、转动电机22、电机仓23、主旋转轴24、进给电机齿轮轴25、进给电机26，引鞋6位于钻孔执行短节1的最上端，钻头座7安装在引鞋6的下端一侧，下钻座8安装在引鞋6的下端远离钻头座7的一侧，转动蜗杆轴9安装在引鞋6的下端钻头座7与下钻座8之间，转动蜗轮轴10安装在钻头座7与下钻头11之间转动蜗杆轴9的中部，钻头11安装在转动蜗轮轴10的输出轴端，进给蜗杆轴12安装在引鞋6的下端靠近下钻座8的一侧，进给止转方杆13安装在下钻座8靠近进给蜗杆轴12的一侧，进给蜗轮轴14安装在下钻座8与进给止转方杆13之间，外螺纹内方孔进给轴15安装在钻头11所在转轴的内侧与进给止转方杆13之间，进给轴齿轮16安装在进给蜗杆轴12的下端，进给中间齿轮17安装在钻头座7的下端转动蜗杆轴9与进给蜗杆轴12之间，转动轴齿轮18安装在转动蜗杆轴9的下端，密封连接套20安装在钻头座7的下端，转动电机齿轮轴19安装在密封连接套20的上端靠近转动轴齿轮18的一侧，电机法兰21安装在密封连接套20的下端，电机仓23安装在电机法兰21的下端，转动电机22安装在电机仓23的内侧电机法兰21的下端，主旋转轴24安装在电机仓23的下端，进给电机齿轮轴25安装在进给中间齿轮17的一侧，进给电机26安装在电机仓23的内侧靠近转动电机22的一侧；

下锚定短节2包括近刀头锚爪保持架27、近刀头锚定管28、第一推力块29、第一下连杆30、第一上连杆31、顶部轴承止动套33、动力短节转接头39、底部锚定活塞密封筒40、半环螺纹接头41、第一浮动活塞密封轴42、第一浮动活塞43、第一锚杆复位弹簧44、半环螺纹接头安装套45和下锚定短节2内所包括的第一油路A46、油路B47、油腔A48，近刀头锚爪保持架27安装在主旋转轴24的下端，近刀头锚定管28安装在近刀头锚爪保持架27的下端外侧，第一推力块29安装在近刀头锚定管28的一侧，第一下连杆30通过销轴安装在近刀头锚爪保持架27的外侧靠近第一推力块29的一端，第一上连杆31通过销轴安装在近刀头锚爪保持架27的外侧远离第一下连杆30的一端，顶部轴承止动套33安装在近刀头锚爪保持架27的下端主旋转轴24的外侧，近刀头锚爪保持架27的下端外侧安装有主旋转电机安装筒32，主旋转轴24的下端安装有主旋转连接花键34，主旋转连接花键34的外侧安装有电滑环35，主旋转电机安装筒32的内侧主旋转连接花键34的下端安装有主旋转电机安装法兰37，主旋转电机安装法兰37的内侧安装有主旋转电机36，主旋转电机安装筒32的内侧主旋转电机36的下端安装有主旋转电机悬挂套38，动力短节转接头39安装在主旋转电机悬挂套38的下端主旋转电机安装筒32的内侧，底部锚定活塞密封筒40安装在动力短节转接头39的内侧下端，所述半环螺纹接头41安装在近刀头锚定管28的内侧以及半环螺纹接头安装套45的外表面处，第一浮动活塞密封轴42安装在底部锚定活塞密封筒40的内侧，第一浮动活塞43安装在第一浮动活塞密封轴42与底部锚定活塞密封筒40之间，第一锚杆复位弹簧44安装在第一浮动活塞密封轴42的外侧第一浮动活塞43的下端，半环螺纹接头安装套45安装在第一浮动活塞密封轴42的下端，第一浮动活塞密封轴42的中部开设有第一油路A46，所述油路B47设置安装在第一浮动活塞密封轴42内侧上端的侧壁处，底部锚定活塞密封筒40与第一浮动活塞43之间设置有油腔A48，半环螺纹接头41的下端安装有顶部锚定活塞密封筒49，顶部锚定活塞密封筒49的下端外侧安装有远刀头锚定管50，远刀头锚定管50的一侧安装有第二推力块291，远刀头锚定管50靠近第二推力块291的一侧安装有第二下连杆301，远刀头锚定管50的一侧第二下连杆301的下端安装有第二上连杆311，顶部锚定活塞密封筒49的内侧下端安装有第二浮动活塞密封轴421，顶部锚定活塞密封筒49与第二浮动活塞密封轴421之间安装有第二浮动活塞431，第二浮动活塞密封轴421的外侧第二浮动活塞431的下端安装有第二锚杆复位弹簧441，顶部锚定活塞密封筒49的下端内侧安装有液力腔转换接头51，第二浮动活塞密封轴421的下端安装在液力腔转换接头51的内侧上端，液力腔转换接头51的中部内侧设置有油路D53，液力腔转换接头51的一侧设置有第一油路C52，第二浮动活塞密封轴421的中部设置有第二油路A461，顶部锚定活塞密封筒49与第二浮动活塞密封轴421之间设置有油腔B54，第二浮动活塞密封轴421的内部上端一侧设置有油路E55；

液压控制短节4包括液力筒56、液压隔离接头57、卡套接头a58、液压管线59、卡套接头b60、阀块下支撑筋61、阀块下转换接头62、阀块上支撑筋63、阀块上转换接头64、副阀块65、2位3通常闭电磁阀66、主阀块67、单向阀68、液压泵69、液压泵驱动电机70、电机缓冲套71、柱塞泵缓冲弹簧72、弹簧座73、平衡活塞复位弹簧74、平衡活塞75、40针穿舱接头76、常压顶部接头77、8针连接器底座78、8针连接器上盖79和短节内所包括的油路F80、油腔C81、油路G82、油腔D83、油路H84、油路I85、油腔E86、油泵吸油口87、油泵泵油口88、油路J89、油路K90、油路L91、油路M92、油路N93、油路O94、第二油路C521，液力筒56安装在液力腔转换接头51的下端，液压隔离接头57安装在液力筒56的内侧上端，卡套接头a58安装在液压隔离接头57的下端一侧，阀块下转换接头62安装在卡套接头a58的下端，液压管线59安装在阀块下转换接头62的中部，阀块下转换接头62的下端一侧安装有阀块上支撑筋63，阀块下转换接头62的下端远离阀块上支撑筋63的一侧安装有阀块上转换接头64，阀块上支撑筋63与阀块上转换接头64之间安装有卡套接头b60，阀块下支撑筋61安装在卡套接头a58的一侧，卡套接头b60的下端安装有副阀块65，2位3通常闭电磁阀66安装在副阀块65的下端，主阀块67安装在2位3通常闭电磁阀66的下端，单向阀68安装在主阀块67的内侧下端，液压泵69安装在主阀块67的下端，液压泵驱动电机70安装在液压泵69的下端，电机缓冲套71安装在液压泵驱动电机70的下端，柱塞泵缓冲弹簧72安装在电机缓冲套71的内侧，弹簧座73安装在电机缓冲套71的下端，平衡活塞复位弹簧74安装在弹簧座73的外侧上端，平衡活塞75安装在弹簧座73的外侧平衡活塞复位弹簧74的下端，40针穿舱接头76安装在弹簧座73的下端，常压顶部接头77安装在40针穿舱接头76的外侧下端，8针连接器底座78安装在40针穿舱接头76的下端，8针连接器上盖79安装在8针连接器底座78的下端与常压顶部接头77的内侧上端之间，油路F80设置在液力筒56靠近40针穿舱接头76的一侧，油腔C81设置在弹簧座73与液力筒56之间平衡活塞75的下端，油路G82设置在弹簧座73的内侧中部，油腔D83设置在弹簧座73与液力筒56之间，油路H84设置在弹簧座73的外侧上端靠近平衡活塞复位弹簧74的一侧，油路I85设置在电机缓冲套71的上端一侧，油腔E86设置在液压泵69的外侧与液力筒56之间，油泵吸油口87开设在液压泵69的外侧，油泵泵油口88开设在液压泵69的内侧中部，油路J89设置在主阀块67的内侧中部上端，油路K90设置在2位3通常闭电磁阀66与主阀块67之间的一侧，油路L91设置在2位3通常闭电磁阀66与主阀块67之间远离油路K90的一侧，油路M92设置在副阀块65的内部一侧，油路N93设置在副阀块65的内部上端，油路O94设置在卡套接头b60 的内侧中部，第二油路C521设置在液压隔离接头57的内部靠近卡套接头a58的一侧。

本发明中钻孔执行短节1、下锚定短节2、主旋转动力短节5、上锚定短节3、液压控制短节4从下至上依次首尾连接，主旋转动力短节5位于下锚定短节2的内侧。

本发明中转动轴齿轮18与转动电机齿轮轴19所在齿轮之间相互啮合，进给中间齿轮17分别与进给轴齿轮16、进给电机齿轮轴25所在齿轮相互啮合。

本发明中主旋转动力短节5包括主旋转电机安装筒32、主旋转连接花键34、电滑环35、主旋转电机36、主旋转电机安装法兰37、主旋转电机悬挂套38和其短节内所包括的第二油路A461、第一油路C52、油路D53、油腔B54、油路E55。

本发明中第一下连杆30与第一上连杆31之间活动连接且使用时呈空间垂直状态，第二下连杆301与第二上连杆311之间活动连接且使用时呈空间垂直状态。

本发明中顶部锚定活塞密封筒49、远刀头锚定管50、第二推力块291、第二下连杆301、第二上连杆311、第二浮动活塞密封轴421、第二浮动活塞、第二锚杆复位弹簧441、液力腔转换接头51组成上锚定短节3。

本发明中油路M92设置在副阀块65的内部一侧且纵向设置，油路N93设置在副阀块65的内部上端且横向设置，油路M92与油路N93呈空间垂直分布。

本发明中油泵泵油口88开设在液压泵69的中部上端，油泵泵油口88不贯穿液压泵69整体。

本发明中油腔E86设置在液压泵69、液压泵驱动电机70、电机缓冲套71的外侧与液力筒56之间。

本发明中油腔D83设置在弹簧座73与液力筒56之间靠近平衡活塞复位弹簧74的一侧，平衡活塞复位弹簧74位于油腔D83的内侧。

工作原理：开始钻孔工作首先需要将钻孔工具锚定于待钻孔管柱内部，此时井口方向发出控制命令，控制液压泵驱动电机70驱动液压泵69开始工作，将油腔E86内液压油通过油泵吸油口87吸入油泵泵油口88泵出到油路J89内需要指出的是在井口端未发出工作命令时2位3通常闭电磁阀66状态为油路K90、油路L91联通，油路J89、油路K90断开，且整个液压系统充满液压油，同时2位3通常闭电磁阀66通电工作将油路J89、油路K90联通油路K90、油路L91断开，此时液压油压力变化通过油路J89、油路K90、油路M92、油路N93、油路O94、第二油路C521、油路D53传递至第二油路A461内，又分别通过油路E55、油路B47传递至油腔B54、油腔A48内，作用于下锚定短节2、上锚定短节3内的第一浮动活塞43、第二浮动活塞的截面积上，第二浮动活塞活塞向井口方向滑动，上锚定短节3内的第二浮动活塞通过螺钉带动远刀头锚定管50、第二推力块291、第二下连杆301、第二上连杆311完成锚定动作，下锚定短节2内的浮动活塞通过螺钉带动近刀头锚定管28、第一推力块29、第一下连杆30、第一上连杆31完成锚定动作。

待确定锚定成功后，应驱动钻孔执行短节1转动至特定角度，具体为井口方向发出控制命令控制主旋转电机36转动，主旋转电机36通过联轴器带动主旋转连接花键34、主旋转轴24、电机仓23、密封连接套20、钻头座7、引鞋6从而带动整个钻孔执行短节1转动至特定角度，通过控制命令控制主旋转电机36保持不转，此时钻孔执行短节1即可开始钻孔工作。

钻孔执行短节1的钻孔工作具体可分为钻头11的转动和进给工作，钻头11的转动具体为由控制指令控制转动电机22转动通过联轴器带动转动电机齿轮轴19、转动轴齿轮18、转动蜗杆轴9、转动蜗轮轴10依次传递至钻头11处，钻头11的进给具体为由控制指令控制进给电机26转动通过联轴器带动进给电机齿轮轴25、进给中间齿轮17、进给轴齿轮16、进给蜗杆轴12、进给蜗轮轴14、外螺纹内方孔进给轴15依次传递至钻头11处，需要指出的是进给蜗轮轴14通过内螺纹和外螺纹内方孔进给轴15的外螺纹相连接，外螺纹内方孔进给轴15内孔为方孔，进给止转方杆13为方轴，进给止转方杆13通过螺钉固定于下钻座8上，因此，外螺纹内方孔进给轴15被限制了转动能力，当进给蜗轮轴14转动时外螺纹内方孔进给轴15即转化为轴向伸缩运动，由此两电机即分别控制了钻头11的转动和进给，即实现了钻孔目的。

当钻孔完毕后即可通过命令控制进给电机26反转，完成钻孔的钻头11即可缩回钻孔执行短节1内部。

解除锚定后即可收回整个工具，解除锚定具体为控制2位3通常闭电磁阀66断电使油路J89、油路K90断开，油路K90、油路L91联通，此时在下锚定短节2、上锚定短节3内第一锚杆复位弹簧44、第二锚杆复位弹簧441的作用下浮动活塞向钻头11方向滑动，将油腔A48、油腔B54内的液压油通过油路E55、油路B47、第一油路A46、油路D53、第一油路C52、油路O94、油路N93、油路M92、油路K90、油路L91回到油腔E86内，并上锚定短节3内的第二浮动活塞通过螺钉带动远刀头锚定管50、第二推力块291、第二下连杆301、第二上连杆311完成解除锚定动作，下锚定短节2内的第一浮动活塞43通过螺钉带动近刀头锚定管28、第一推力块29、第一下连杆30、第一上连杆31完成解除锚定动作，需要解释的是油腔E86内的液压油体积会随锚定、解除锚定动作的进行而改变，此时外部压力通过油路F80、油路C作用于平衡活塞75传递至油腔D83 内，通过油路H84、油路G82、油路I85通道，对油腔E86内液压油体积变化进行补偿以保证液压泵69的油泵吸油口87处压力始终处于额定工作压力。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种井下管柱电控钻孔工具，包括钻孔执行短节（1）、下锚定短节（2）、主旋转动力短节（5）、上锚定短节（3）、液压控制短节（4），所述钻孔执行短节（1）包括引鞋（6）、钻头座（7）、下钻座（8）、转动蜗杆轴（9）、转动蜗轮轴（10）、钻头（11）、进给蜗杆轴（12）、进给止转方杆（13）、进给蜗轮轴（14）、外螺纹内方孔进给轴（15）、进给轴齿轮（16）、进给中间齿轮（17）、转动轴齿轮（18）、转动电机齿轮轴（19）、密封连接套（20）、电机法兰（21）、转动电机（22）、电机仓（23）、主旋转轴（24）、进给电机齿轮轴（25）、进给电机（26），其特征在于：

所述引鞋（6）位于钻孔执行短节（1）的最上端，所述钻头座（7）安装在引鞋（6）的下端一侧，所述下钻座（8）安装在引鞋（6）的下端远离钻头座（7）的一侧，所述转动蜗杆轴（9）安装在引鞋（6）的下端钻头座（7）与下钻座（8）之间，所述转动蜗轮轴（10）安装在钻头座（7）与下钻头（11）之间转动蜗杆轴（9）的中部，所述钻头（11）安装在转动蜗轮轴（10）的输出轴端，所述进给蜗杆轴（12）安装在引鞋（6）的下端靠近下钻座（8）的一侧，所述进给止转方杆（13）安装在下钻座（8）靠近进给蜗杆轴（12）的一侧，所述进给蜗轮轴（14）安装在下钻座（8）与进给止转方杆（13）之间，所述外螺纹内方孔进给轴（15）安装在钻头（11）所在转轴的内侧与进给止转方杆（13）之间，所述进给轴齿轮（16）安装在进给蜗杆轴（12）的下端，所述进给中间齿轮（17）安装在钻头座（7）的下端转动蜗杆轴（9）与进给蜗杆轴（12）之间，所述转动轴齿轮（18）安装在转动蜗杆轴（9）的下端，所述密封连接套（20）安装在钻头座（7）的下端，所述转动电机齿轮轴（19）安装在密封连接套（20）的上端靠近转动轴齿轮（18）的一侧，所述电机法兰（21）安装在密封连接套（20）的下端，所述电机仓（23）安装在电机法兰（21）的下端，所述转动电机（22）安装在电机仓（23）的内侧电机法兰（21）的下端，所述主旋转轴（24）安装在电机仓（23）的下端，所述进给电机齿轮轴（25）安装在进给中间齿轮（17）的一侧，所述进给电机（26）安装在电机仓（23）的内侧靠近转动电机（22）的一侧；

所述下锚定短节（2）包括近刀头锚爪保持架（27）、近刀头锚定管（28）、第一推力块（29）、第一下连杆（30）、第一上连杆（31）、顶部轴承止动套（33）、动力短节转接头（39）、底部锚定活塞密封筒（40）、半环螺纹接头（41）、第一浮动活塞密封轴（42）、第一浮动活塞（43）、第一锚杆复位弹簧（44）、半环螺纹接头安装套（45）和下锚定短节（2）内所包括的第一油路A（46）、油路B（47）、油腔A（48），所述近刀头锚爪保持架（27）安装在主旋转轴（24）的下端，所述近刀头锚定管（28）安装在近刀头锚爪保持架（27）的下端外侧，所述第一推力块（29）安装在近刀头锚定管（28）的一侧，所述第一下连杆（30）通过销轴安装在近刀头锚爪保持架（27）的外侧靠近第一推力块（29）的一端，所述第一上连杆（31）通过销轴安装在近刀头锚爪保持架（27）的外侧远离第一下连杆（30）的一端，所述顶部轴承止动套（33）安装在近刀头锚爪保持架（27）的下端主旋转轴（24）的外侧，所述近刀头锚爪保持架（27）的下端外侧安装有主旋转电机安装筒（32），所述主旋转轴（24）的下端安装有主旋转连接花键（34），所述主旋转连接花键（34）的外侧安装有电滑环（35），所述主旋转电机安装筒（32）的内侧主旋转连接花键（34）的下端安装有主旋转电机安装法兰（37），所述主旋转电机安装法兰（37）的内侧安装有主旋转电机（36），所述主旋转电机安装筒（32）的内侧主旋转电机（36）的下端安装有主旋转电机悬挂套（38），所述动力短节转接头（39）安装在主旋转电机悬挂套（38）的下端主旋转电机安装筒（32）的内侧，所述底部锚定活塞密封筒（40）安装在动力短节转接头（39）的内侧下端，所述半环螺纹接头（41）安装在近刀头锚定管（28）的内侧以及半环螺纹接头安装套（45）的外表面处，所述第一浮动活塞密封轴（42）安装在底部锚定活塞密封筒（40）的内侧，所述第一浮动活塞（43）安装在第一浮动活塞密封轴（42）与底部锚定活塞密封筒（40）之间，所述第一锚杆复位弹簧（44）安装在第一浮动活塞密封轴（42）的外侧第一浮动活塞（43）的下端，所述半环螺纹接头安装套（45）安装在第一浮动活塞密封轴（42）的下端，所述第一浮动活塞密封轴（42）的中部开设有第一油路A（46），所述油路B（47）设置安装在第一浮动活塞密封轴（42）内侧上端的侧壁处，所述底部锚定活塞密封筒（40）与第一浮动活塞（43）之间设置有油腔A（48），所述半环螺纹接头（41）的下端安装有顶部锚定活塞密封筒（49），所述顶部锚定活塞密封筒（49）的下端外侧安装有远刀头锚定管（50），所述远刀头锚定管（50）的一侧安装有第二推力块（291），所述远刀头锚定管（50）靠近第二推力块（291）的一侧安装有第二下连杆（301），所述远刀头锚定管（50）的一侧第二下连杆（301）的下端安装有第二上连杆（311），所述顶部锚定活塞密封筒（49）的内侧下端安装有第二浮动活塞密封轴（421），所述顶部锚定活塞密封筒（49）与第二浮动活塞密封轴（421）之间安装有第二浮动活塞（431），第二浮动活塞密封轴（421）的外侧第二浮动活塞（431）的下端安装有第二锚杆复位弹簧（441），所述顶部锚定活塞密封筒（49）的下端内侧安装有液力腔转换接头（51），所述第二浮动活塞密封轴（421）的下端安装在液力腔转换接头（51）的内侧上端，所述液力腔转换接头（51）的中部内侧设置有油路D（53），所述液力腔转换接头（51）的一侧设置有第一油路C（52），所述第二浮动活塞密封轴（421）的中部设置有第二油路A（461），所述顶部锚定活塞密封筒（49）与第二浮动活塞密封轴（421）之间设置有油腔B（54），所述第二浮动活塞密封轴（421）的内部上端一侧设置有油路E（55）。

2.根据权利要求1所述的一种井下管柱电控钻孔工具，其特征在于：所述液压控制短节（4）包括液力筒（56）、液压隔离接头（57）、卡套接头a（58）、液压管线（59）、卡套接头b（60）、阀块下支撑筋（61）、阀块下转换接头（62）、阀块上支撑筋（63）、阀块上转换接头（64）、副阀块（65）、2位3通常闭电磁阀（66）、主阀块（67）、单向阀（68）、液压泵（69）、液压泵驱动电机（70）、电机缓冲套（71）、柱塞泵缓冲弹簧（72）、弹簧座（73）、平衡活塞复位弹簧（74）、平衡活塞（75）、40针穿舱接头（76）、常压顶部接头（77）、8针连接器底座（78）、8针连接器上盖（79）和短节内所包括的油路F（80）、油腔C（81）、油路G（82）、油腔D（83）、油路H（84）、油路I（85）、油腔E（86）、油泵吸油口（87）、油泵泵油口（88）、油路J（89）、油路K（90）、油路L（91）、油路M（92）、油路N（93）、油路O（94）、第二油路C（521），所述液力筒（56）安装在液力腔转换接头（51）的下端，所述液压隔离接头（57）安装在液力筒（56）的内侧上端，所述卡套接头a（58）安装在液压隔离接头（57）的下端一侧，所述阀块下转换接头（62）安装在卡套接头a（58）的下端，所述液压管线（59）安装在阀块下转换接头（62）的中部，所述阀块下转换接头（62）的下端一侧安装有阀块上支撑筋（63），所述阀块下转换接头（62）的下端远离阀块上支撑筋（63）的一侧安装有阀块上转换接头（64），所述阀块上支撑筋（63）与阀块上转换接头（64）之间安装有卡套接头b（60），所述阀块下支撑筋（61）安装在卡套接头a（58）的一侧，所述卡套接头b（60）的下端安装有副阀块（65），所述2位3通常闭电磁阀（66）安装在副阀块（65）的下端，所述主阀块（67）安装在2位3通常闭电磁阀（66）的下端，所述单向阀（68）安装在主阀块（67）的内侧下端，所述液压泵（69）安装在主阀块（67）的下端，所述液压泵驱动电机（70）安装在液压泵（69）的下端，所述电机缓冲套（71）安装在液压泵驱动电机（70）的下端，所述柱塞泵缓冲弹簧（72）安装在电机缓冲套（71）的内侧，所述弹簧座（73）安装在电机缓冲套（71）的下端，所述平衡活塞复位弹簧（74）安装在弹簧座（73）的外侧上端，所述平衡活塞（75）安装在弹簧座（73）的外侧平衡活塞复位弹簧（74）的下端，所述40针穿舱接头（76）安装在弹簧座（73）的下端，所述常压顶部接头（77）安装在40针穿舱接头（76）的外侧下端，所述8针连接器底座（78）安装在40针穿舱接头（76）的下端，所述8针连接器上盖（79）安装在8针连接器底座（78）的下端与常压顶部接头（77）的内侧上端之间，所述油路F（80）设置在液力筒（56）靠近40针穿舱接头（76）的一侧，所述油腔C（81）设置在弹簧座（73）与液力筒（56）之间平衡活塞（75）的下端，所述油路G（82）设置在弹簧座（73）的内侧中部，所述油腔D（83）设置在弹簧座（73）与液力筒（56）之间，所述油路H（84）设置在弹簧座（73）的外侧上端靠近平衡活塞复位弹簧（74）的一侧，所述油路I（85）设置在电机缓冲套（71）的上端一侧，所述油腔E（86）设置在液压泵（69）的外侧与液力筒（56）之间，所述油泵吸油口（87）开设在液压泵（69）的外侧，所述油泵泵油口（88）开设在液压泵（69）的内侧中部，所述油路J（89）设置在主阀块（67）的内侧中部上端，所述油路K（90）设置在2位3通常闭电磁阀（66）与主阀块（67）之间的一侧，所述油路L（91）设置在2位3通常闭电磁阀（66）与主阀块（67）之间远离油路K（90）的一侧，所述油路M（92）设置在副阀块（65）的内部一侧，所述油路N（93）设置在副阀块（65）的内部上端，所述油路O（94）设置在卡套接头b（60） 的内侧中部，所述第二油路C（521）设置在液压隔离接头（57）的内部靠近卡套接头a（58）的一侧。

3.根据权利要求2所述的一种井下管柱电控钻孔工具，其特征在于：所述钻孔执行短节（1）、下锚定短节（2）、主旋转动力短节（5）、上锚定短节（3）、液压控制短节（4）从下至上依次首尾连接，所述主旋转动力短节（5）位于下锚定短节（2）的内侧。

4.根据权利要求3所述的一种井下管柱电控钻孔工具，其特征在于：所述转动轴齿轮（18）与转动电机齿轮轴（19）所在齿轮之间相互啮合，所述进给中间齿轮（17）分别与进给轴齿轮（16）、进给电机齿轮轴（25）所在齿轮相互啮合。

5.根据权利要求4所述的一种井下管柱电控钻孔工具，其特征在于：所述主旋转动力短节（5）包括主旋转电机安装筒（32）、主旋转连接花键（34）、电滑环（35）、主旋转电机（36）、主旋转电机安装法兰（37）、主旋转电机悬挂套（38）和其短节内所包括的第二油路A（461）、第一油路C（52）、油路D（53）、油腔B（54）、油路E（55）。

6.根据权利要求5所述的一种井下管柱电控钻孔工具，其特征在于：所述第一下连杆（30）与第一上连杆（31）之间活动连接且使用时呈空间垂直状态，所述第二下连杆（301）与第二上连杆（311）之间活动连接且使用时呈空间垂直状态。

7.根据权利要求6所述的一种井下管柱电控钻孔工具，其特征在于：所述顶部锚定活塞密封筒（49）、远刀头锚定管（50）、第二推力块（291）、第二下连杆（301）、第二上连杆（311）、第二浮动活塞密封轴（421）、第二浮动活塞、第二锚杆复位弹簧（441）、液力腔转换接头（51）组成上锚定短节（3）。

8.根据权利要求7所述的一种井下管柱电控钻孔工具，其特征在于：所述油路M（92）设置在副阀块（65）的内部一侧且纵向设置，所述油路N（93）设置在副阀块（65）的内部上端且横向设置，所述油路M（92）与油路N（93）呈空间垂直分布。

9.根据权利要求8所述的一种井下管柱电控钻孔工具，其特征在于：所述油泵泵油口（88）开设在液压泵（69）的中部上端，所述油泵泵油口（88）不贯穿液压泵（69）整体，所述油腔E（86）设置在液压泵（69）、液压泵驱动电机（70）、电机缓冲套（71）的外侧与液力筒（56）之间，所述油腔D（83）设置在弹簧座（73）与液力筒（56）之间靠近平衡活塞复位弹簧（74）的一侧，所述平衡活塞复位弹簧（74）位于油腔D（83）的内侧。