CN203783462U - 一种旋转导向钻井工具的偏置执行机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种旋转导向钻井工具的偏置执行机构，包括偏置执行部分和集成油路部分，所述偏置执行部分包括翼肋集成块、翼肋、柱塞和复位弹簧，翼肋通过转轴可转动地设置在翼肋集成块上，翼肋一活动端的内侧设置有柱塞缸，柱塞可伸缩地设置在柱塞缸内，复位弹簧设置在翼肋另一活动端的内侧；所述集成油路部分包括油路集成块以及安装在油路集成块内的油囊、柱塞泵和伺服电机，柱塞泵的输入端与油囊连通，输出端通过注油管路与柱塞缸连通，伺服电机的输出轴与柱塞泵连接；油路集成块内设置有阻尼孔，阻尼孔的一端与注油管路连通，另一端与油囊连通。它不仅能够避免高压阀的选型困难，而且还能够使柱塞缸内始终保持备压，提高了翼肋的反应速度。

Description

一种旋转导向钻井工具的偏置执行机构

技术领域

本实用新型属于石油钻探领域，特别是涉及一种能够实现定向钻井、井眼造斜的旋转导向钻井工具，具体是涉及一种旋转导向钻井工具的偏置执行机构。

背景技术

旋转导向钻井技术是20世纪90年代发展起来的一项尖端自动化钻井新技术，它是当今世界上钻井技术发展最高阶段——闭环自动钻井的主要内容，它的出现是世界钻井技术的一次质的飞跃。与传统的滑动导向钻井相比，旋转导向钻井技术由于井下工具一直在旋转状态下工作，因此井眼净化效果更好，井身轨迹控制精度更高，位移延伸能力更强，因此更适合于海洋油气资源开发以及在油田开发后期的复杂油气藏中钻超深井、高难定向井、丛式井、水平井、大位移井、分支井及三维复杂结构井等特殊工艺井。

在国家“863”项目的支持下，由中国石化集团公司胜利石油管理局钻井院和中国海洋石油总公司分别牵头对调制式旋转导向钻井系统和静态偏置推靠式旋转导向钻井系统进行了系统的研究攻关，并在关键技术上取得了突破。旋转导向钻井系统的核心是井下旋转导向钻井工具，其中，静态偏置推靠式旋转导向钻井系统的井下旋转导向钻井工具主要由旋转芯轴和不旋转外套组成，其中，旋转芯轴的上端连接钻柱，下端连接钻头，主要起传递钻压、扭矩和输送钻井液的作用；不旋转外套通过轴承安装在旋转芯轴上，并且不旋转外套上设置有三个沿圆周方向均匀分布的翼肋，翼肋可伸缩地设置在靠近钻头的位置。在旋转导向钻井过程中，不旋转外套相对于井壁静止，旋转芯轴在钻柱的带动下转动，同时旋转芯轴驱动钻头钻进，三个翼肋在油压的作用下伸出，并且三个翼肋以不同的液压力推靠在井壁上，井壁对三个翼肋产生的反作用力的合力使钻头偏移，从而加大钻头的单边切削，实现对钻头钻进方向的控制，进而达到导向的目的。同时还可以通过调整三个翼肋的液压力，实现对合力的调整，以满足不同的导向需求。

公开号为1021622336A的专利文献提出了一种用于电机泵旋转导向钻井工具的定位装置，该定位装置包括控制装置、驱动装置、油源装置、导向装置，驱动装置和油源装置相连，控制装置控制驱动装置中的电动机转速，电动机通过减速机带动液压泵输出有压力的油液，将电信号转化为液压驱动力并最终调节液压泵的输出油液的流量；所述导向装置包括三位四通换向阀和活塞杆，控制装置还控制三位四通换向阀实现活塞的伸出、退回和位置保持。该专利只对旋转导向钻井工具的液压系统进行了介绍，并未对旋转导向钻井工具的偏置执行部分进行说明，在该专利提到的液压系统中，系统进油和系统回油是通过换向阀的换向来实现的，由于油路中的压力较高，因此高压阀的选型非常困难，同时油路中的压力较高还会导致系统的安全性差，对液压泵额定压强的要求较高，对油路的强度要求和密封要求较高。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种旋转导向钻井工具的偏置执行机构，它采用阻尼孔来代替高压阀的进油和回油功能，不仅避免了高压阀的选型困难，而且还能够使柱塞缸内始终保持备压，提高了翼肋的反应速度。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下的技术方案：

一种旋转导向钻井工具的偏置执行机构，所述偏置执行机构包括偏置执行部分和集成油路部分，所述偏置执行部分包括翼肋集成块、翼肋、柱塞和复位弹簧，所述翼肋通过转轴可转动地设置在翼肋集成块上，所述翼肋集成块上具有一柱塞缸，所述柱塞缸位于翼肋一活动端的内侧，所述柱塞可伸缩地设置在柱塞缸内，并能够推动翼肋向外伸出，所述复位弹簧设置在翼肋另一活动端的内侧；所述集成油路部分包括油路集成块以及设置在油路集成块内的油囊、柱塞泵和伺服电机，所述油囊用于存储液压油，所述柱塞泵的输入端与油囊连通，柱塞泵的输出端通过注油管路与柱塞缸连通，所述伺服电机的动力输出端与柱塞泵连接，用于带动柱塞泵工作；所述油路集成块内设置有阻尼孔，所述阻尼孔的一端与注油管路连通，另一端与油囊连通。

进一步，所述翼肋集成块上还设置有限位块，所述翼肋的伸出端端部向内弯折，所述限位块位于弯折部的外围，用于限制翼肋的最大伸出行程。

进一步，所述油路集成块的端部设置有接头，所述接头内部芯线与伺服电机相连。

进一步，所述注油管路内设置有压力传感器，所述接头的内部芯线与压力传感器相连。

进一步，所述油路集成块内设置有溢流阀，所述溢流阀的输入端与注油管路连通，输出端与油囊连通。

进一步，所述油路集成块上具有若干个用于使油囊表面与外部环境相接触的小孔。

进一步，所述翼肋集成块与油路集成块之间通过定位销连接起来。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

（1）本实用新型通过伺服电机带动柱塞泵工作，柱塞泵将油囊中的液压油抽出并输送到注油管路中，当液压油流经阻尼孔时，由于阻尼孔的截流效应，因此会在柱塞缸内形成备压，当需要翼肋伸出时，控制系统发出控制指令调节伺服电机的转速，使注油管路中的压力增大，从而向柱塞缸内注入液压油，使柱塞缸内的压力达到所需值，此时翼肋克服复位弹簧和外部钻井液的压力伸出，并推靠在井壁上，井壁对翼肋产生的反作用力用于使钻头发生偏移，从而加大钻头的单边切削，实现对钻井方向的控制；当需要翼肋复位时，控制系统发出控制指令调节伺服电机的转速，使注油管路中的压力降低，此时柱塞缸内的压力高于注油管路中的压力，因此柱塞缸内的部分液压油通过阻尼孔回流到油囊中，此时复位弹簧驱动翼肋复位。本实用新型采用阻尼孔来代替高压阀的进油和回油功能，不仅避免了高压阀的选型困难，而且还能够使柱塞缸内始终保持备压，提高了翼肋的反应速度。

（2）由于翼肋的推出行程与柱塞缸内的油压呈正比关系，因此本实用新型在注油管路中增加了压力传感器，压力传感器用于检测注油管路中的油压，并将检测信号反馈到控制系统，控制系统根据检测信号发出控制指令调节伺服电机的转速，实现闭环控制，这样就更有利于实现对翼肋推出行程的精确控制。

（3）本实用新型在翼肋伸出端的端部外围设置了限位块，限位块用以限制翼肋的最大推出行程，避免翼肋推出行程过大而损坏复位弹簧。

（4）本实用新型在注油管路中增加了溢流阀，溢流阀用于限制油路中的最大工作压力，保证油路系统的安全性。

（5）由于油囊表面与外部环境相接触，因此油囊表面与外部环境的压强保持平衡，这样就可降低对柱塞泵额定压强的要求，同时降低对注油管路的强度要求以及密封要求。

（6）本实用新型的翼肋集成块与油路集成块之间通过定位销连接起来，这样不仅安装更加方便，而且可以避免翼肋集成块与油路集成块之间发生相对转动。

附图说明    

图1为本实用新型的一种旋转导向钻井工具的偏置执行机构的主视图，其中，偏置执行部分被剖开；

图2为本实用新型的一种旋转导向钻井工具的偏置执行机构的俯视图，其中，集成油路部分被剖开。

图中，1—翼肋集成块，2—柱塞，3—翼肋，4—转轴，5—复位弹簧，6—定位销，7—油路集成块，8—接头，9—电机座，10—油囊，11—伺服电机，12—联结器，13—柱塞泵，14—油囊头，15—压力传感器，16—泵安装座，17—注油管路，18—限位块。

具体实施方式

一种静态偏置推靠式旋转导向钻井工具，包括旋转芯轴以及安装在旋转芯轴上的不旋转外套段、电路安装段和耦合器安装段，其中，旋转芯轴为中空结构，旋转芯轴的上端连接钻柱，下端通过下接头连接钻头，主要起传递钻矩、钻压和输送钻井液的作用；不旋转外套段、电路安装段和耦合器安装段由下至上依次连接起来，不旋转外套段包括不旋转外套，不旋转外套上靠近钻头的位置设置有三个沿圆周方向均匀的偏置执行机构，每个偏置执行机构均具有能够向外伸出并推靠在井壁上的翼肋；电路安装段上设置有控制系统，控制系统用于控制三个翼肋的伸出量，三个翼肋以不同的液压力推靠在井壁上，井壁对三个翼肋产生的反作用力的合力使钻头偏移，从而加大钻头的单边切削，实现对钻头钻进方向的控制；耦合器安装段上设置有耦合器，耦合器包括能够相对转动并产生电流的内层线圈和外层线圈，内层线圈紧固在旋转芯轴上，当旋转芯轴转动时，旋转芯轴带动内层线圈转动，从而使内层线圈与外层线圈之间产生相对转动，进而产生电流，产生的电流用于为控制电路板供电。下面结合图1和图2对偏置执行机构进行详细说明。

一种旋转导向钻井工具的偏置执行机构，包括安装在不旋转外套上的偏置执行部分和集成油路部分，偏置执行部分包括翼肋集成块1、翼肋3、柱塞2和复位弹簧5，其中，翼肋3通过转轴4可转动地设置在翼肋集成块1上，翼肋集成块1上具有一柱塞缸，柱塞缸位于翼肋3一活动端的内侧，柱塞2可伸缩地设置在柱塞缸内，并能够推动翼肋3向外伸出，复位弹簧5安装在翼肋3另一活动端的内侧，用于使翼肋3复位；集成油路部分包括油路集成块7以及安装在油路集成块7内的油囊10、柱塞泵13和伺服电机11，其中，油囊10用于存储液压油，油囊10的端部采用油囊头14进行密封，油路集成块7内设置有泵安装座16，柱塞泵13安装在泵安装座16上，柱塞泵13的输入端与油囊10连通，柱塞泵13的输出端通过注油管路17与柱塞缸连通，柱塞泵13用于将油囊10中的液压油抽出并注入注油管路17中，再经注油管路17注入到柱塞缸中；油路集成块7内还设置有电机座9，伺服电机11安装在电机座9上，伺服电机11的输出轴通过联结器12与柱塞泵13连接，用于带动柱塞泵13工作；油路集成块7内设置有阻尼孔（图中未显示），阻尼孔的一端与注油管路17连通，另一端与油囊10连通。

作为优选，翼肋集成块1与油路集成块7之间通过定位销6连接起来，这样不仅安装更加方便，而且可以避免翼肋集成块1与油路集成块7之间发生相对转动。

作为优选，翼肋集成块1和油路集成块7通过螺钉固定在不旋转外套上，这样不仅方便安装和拆卸，而且还方便后期维护。

本实用新型在工作时，首先通过伺服电机11带动柱塞泵13工作，柱塞泵13将油囊10中的液压油抽出并输送到注油管路17中，当液压油流经阻尼孔时，由于阻尼孔的截流效应，因此会在柱塞缸内形成备压，当需要翼肋3伸出时，控制系统发出控制指令调节伺服电机11的转速（油路集成块7的端部设置有用于与控制系统相连的接头8，接头8的内部芯线与伺服电机11相连），使注油管路17中的压力增大，从而向柱塞缸内注入液压油，使柱塞缸内的压力达到所需值，此时翼肋3克服复位弹簧5和外部钻井液的压力伸出，并推靠在井壁上，井壁对翼肋产生的反作用力用于使钻头发生偏移，从而加大钻头的单边切削，实现对钻井方向的控制；当需要翼肋3复位时，控制系统发出控制指令调节伺服电机11的转速，使注油管路17中的压力降低，此时柱塞缸内的压力高于注油管路17中的压力，因此柱塞缸内的部分液压油通过阻尼孔回流到油囊10中，此时复位弹簧5驱动翼肋3复位。本实用新型采用阻尼孔来代替高压阀的进油和回油功能，不仅避免了高压阀的选型困难，而且还能够使柱塞缸内始终保持备压，提高了翼肋的反应速度。

作为对上述实施方式的进一步改进，翼肋集成块1上还设置有限位块18，限位块18可与翼肋集成块1为一体结构，也可通过焊接等方式连接在翼肋集成块1上；翼肋3的伸出端端部向内弯折，限位块18位于弯折部的外围，用于限制翼肋的最大伸出行程，避免翼肋推出行程过大而损坏复位弹簧5。

作为对上述实施方式的进一步改进，油路集成块7内设置有溢流阀，溢流阀的输入端与注油管路17连通，输出端与油囊10连通。溢流阀用于限制油路中的最大工作压力，当油路中的压力高于最大工作压力时，溢流阀打开卸压，保证了系统的安全性。

作为对上述实施方式的进一步改进，注油管路17内设置有压力传感器15，接头8的内部芯线与压力传感器15相连，压力传感器15用于检测注油管路17中的油压，并通过接头8将检测信号反馈到控制系统，控制系统根据检测信号发出控制指令调节伺服电机11的转速，实现闭环控制，这样就更有利于实现对翼肋推出行程的精确控制。

作为对上述实施方式的进一步改进，油路集成块7上具有若干个用于使油囊表面与外部环境相接触的小孔，这样就可以使油囊表面与外部环境的压强保持平衡，降低对柱塞泵额定压强的要求，同时降低对注油管路的强度要求以及密封要求。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制技术方案，尽管申请人参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种旋转导向钻井工具的偏置执行机构，其特征在于，所述偏置执行机构包括偏置执行部分和集成油路部分，所述偏置执行部分包括翼肋集成块、翼肋、柱塞和复位弹簧，所述翼肋通过转轴可转动地设置在翼肋集成块上，所述翼肋集成块上具有一柱塞缸，所述柱塞缸位于翼肋一活动端的内侧，所述柱塞可伸缩地设置在柱塞缸内，并能够推动翼肋向外伸出，所述复位弹簧设置在翼肋另一活动端的内侧；所述集成油路部分包括油路集成块以及设置在油路集成块内的油囊、柱塞泵和伺服电机，所述油囊用于存储液压油，所述柱塞泵的输入端与油囊连通，柱塞泵的输出端通过注油管路与柱塞缸连通，所述伺服电机的动力输出端与柱塞泵连接，用于带动柱塞泵工作；所述油路集成块内设置有阻尼孔，所述阻尼孔的一端与注油管路连通，另一端与油囊连通。

2.根据权利要求1所述的一种旋转导向钻井工具的偏置执行机构，其特征在于，所述翼肋集成块上还设置有限位块，所述翼肋的伸出端端部向内弯折，所述限位块位于弯折部的外围，用于限制翼肋的最大伸出行程。

3.根据权利要求1所述的一种旋转导向钻井工具的偏置执行机构，其特征在于，所述油路集成块的端部设置有接头，所述接头内部芯线与伺服电机相连。

4.根据权利要求3所述的一种旋转导向钻井工具的偏置执行机构，其特征在于，所述注油管路内设置有压力传感器，所述接头的内部芯线与压力传感器相连。

5.根据权利要求1所述的一种旋转导向钻井工具的偏置执行机构，其特征在于，所述油路集成块内设置有溢流阀，所述溢流阀的输入端与注油管路连通，输出端与油囊连通。

6.根据权利要求1所述的一种旋转导向钻井工具的偏置执行机构，其特征在于，所述油路集成块上具有若干个用于使油囊表面与外部环境相接触的小孔。

7.根据权利要求1所述的一种旋转导向钻井工具的偏置执行机构，其特征在于，所述翼肋集成块与油路集成块之间通过定位销连接起来。