CN214035534U - 用于取心的垂直钻井工具的执行机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于取心的垂直钻井工具的执行机构，在执行机构主体中心同轴设置有取心筒放置孔，围绕执行机构主体的中心轴在其外壁上均匀设置有3个翼肋安装槽，推靠翼肋通过转轴连接在所述翼肋安装槽内，围绕所述执行机构主体的中心轴在所述执行机构主体的外壁上均匀设置有3个活塞组合安装槽，活塞组合设置在所述活塞组合安装槽内，所述活塞组合分别将每个活塞组合安装槽分为第一腔室和第二腔室，在所述第一腔室上部设置有钻井液流入孔，所述活塞组合推动所述推靠翼肋转动打开，所述活塞组合安装槽与所述翼肋安装槽的夹角为钝角。本实用新型占用执行机构中心内部空间小，具有安装取心筒的空间，可实现边垂直钻进边取心。

Description

用于取心的垂直钻井工具的执行机构

技术领域

本实用新型涉及地质钻探设备技术领域，更为具体地，涉及一种用于取心的垂直钻井工具的执行机构。

背景技术

钻探工程作为资源和环境勘探的重要手段，其研究领域正从传统的地表延伸到极地、海洋以及地球深部、海洋底部。深部钻探将是地球深部探测的重要手段，也是获得地球深部实物的唯一方法，然而在深部钻探过程中，如何保持井眼垂直是一大难题，井斜的问题将直接制约钻进速度和钻孔质量，甚至是整个钻探工程的成败。

自动垂直钻井工具的出现，为防斜纠斜带来了重大技术突破，可实现井下主动防斜纠斜，不需要人为干预而自动跟踪预定的井眼轨迹，可以成功解决高陡构造、大倾角复杂地层的防斜纠斜难题，在保证井眼质量的同时，释放钻压，提高机械钻速。

执行机构作为自动垂直钻井工具的“四肢”，其作用是对稳定平台的控制信号作出响应，为钻具提供纠斜所需的作用力与转角。执行机构作为钻井取心工具中外径最大的部分，是钻井取心工具系统中唯一与井壁接触的部件，直接影响着钻井工具的纠斜能力与整体尺寸。

执行机构与井壁间的相互作用通过推靠翼肋实现，推靠翼肋在执行机构中相当于“手”的作用，因此被人们俗称为“巴掌”。按照推靠翼肋的结构及打开方式，可分为侧开式、上开式和按钮式。按照执行机构推靠力的来源，可将钻井工具分为电控液压式、钻井液压差式以及电机驱动式。电控液压式采用电控阀门控制液压系统对液压油或经过滤后的钻井液进行加压并以此压力作为执行机构的推靠力来源。钻井液压差式执行机构的推靠力来源于钻柱内外的钻井液压力差，该压力差主要由钻头压降产生。电机驱动式执行机构采用电机带动丝杠旋转产生轴向位移从而带动连杆将推靠翼肋推出。

目前，自动垂直钻井工具的执行机构动力源主要来源于钻井液压差或者液压油压力，执行机构内部设计有缸套与活塞，高压液体推动活塞从而将推靠翼肋顶开。缸套和活塞与推靠翼肋呈垂直方向布置，从而占用执行机构内部大量空间，由于地质钻井井眼尺寸较小，这一问题在地质钻探领域显得更为突出。由于上述原因，当前自动垂直钻井工具执行机构中心没有空间安装取心装置，从而无法实现边钻进边取心的目的。现有垂直钻井工具为了防止翼肋张开角度过大造成机构损坏，需要在执行机构主体单独设置限位机构或紧急泄流通道，从而导致钻井工具结构及加工工序较为复杂。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型的目的是提供一种用于取心的垂直钻井工具的执行机构，占用执行机构中心内部空间小，中心部位具有安装取心筒的空间，可实现边垂直钻进边取心。

本实用新型提供的一种用于取心的垂直钻井工具的执行机构，包括执行机构主体、推靠翼肋和活塞组合，其中，所述执行机构主体为圆柱形，在所述执行机构主体的中心同轴设置有取心筒放置孔，围绕所述执行机构主体的中心轴在所述执行机构主体的外壁上均匀设置有3个翼肋安装槽，所述翼肋安装槽的高度方向平行于所述中心轴，所述推靠翼肋通过转轴连接在所述翼肋安装槽内，所述转轴与所述中心轴平行，围绕所述执行机构主体的中心轴在所述执行机构主体的外壁上均匀设置有3个活塞组合安装槽，所述活塞组合设置在所述活塞组合安装槽内，所述活塞组合分别将每个活塞组合安装槽分为第一腔室和第二腔室，在所述第一腔室的上部设置有钻井液流入孔，所述活塞组合推动所述推靠翼肋转动打开，所述活塞组合安装槽与所述翼肋安装槽的夹角为钝角。

在所述推靠翼肋上设置有圆柱形安装部，在所述翼肋安装槽上设置有圆柱形安装槽，所述圆柱形安装部与所述圆柱形安装槽通过所述转轴连接。

所述圆柱形安装部与所述圆柱形安装槽通过所述转轴连接后，所述推靠翼肋未张开时，所述推靠翼肋的第一面和所述翼肋安装槽的第一面之间具有设定的夹角，所述推靠翼肋的第一面的两端分别与所述圆柱形安装部和所述推靠翼肋的外侧面相连，所述翼肋安装槽的第一面的两端分别与圆柱形安装槽和所述执行机构主体的外侧面相连。

所述活塞组合包括活塞底部和设置在所述活塞底部上的活塞推杆，在所述活塞底部的外周设置有活塞环槽，在所述活塞环槽内设置有活塞环，在所述活塞底部上设置有泄流孔。

所述活塞组合安装槽包括由所述执行机构主体的外壁钻入的圆柱形空间，在所述圆柱形空间与所述翼肋安装槽之间具有通孔，在所述圆柱形空间内安装有丝堵，所述活塞底部设置在所述圆柱形空间内，所述活塞推杆设置在所述通孔内，所述活塞底部与所述丝堵之间形成所述第一腔室，所述活塞底部与所述圆柱形空间靠近通孔的一侧形成所述第二腔室。

在所述第一腔室的内壁设置有挡环，所述通孔的直径小于所述第二腔室的直径。

所述活塞组合推动所述推靠翼肋的高度方向的中部。

从上面的描述可知，本实用新型提供的用于取心的垂直钻井工具的执行机构，活塞组合与推靠翼肋呈大于90度的夹角布置，占用垂直钻井工具内部空间小，垂直钻井工具中心部位具有安装取心筒的空间，可实现边垂直钻进边取心；活塞组合安装槽内具有圆柱形空间，可以限制活塞底部的运动行程，从而限制推靠翼肋的开闭角度，不需要单独设置限位机构，结构简单。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本实用新型的更全面理解，本实用新型的其它目的及结果将更加明白及易于理解。

在附图中：

图1为根据本实用新型实施例的用于取心的垂直钻井工具的执行机构的剖面图；

图2为根据本实用新型实施例的活塞推杆的剖面图；

其中，1-执行机构主体、2-推靠翼肋、3-活塞组合、4-取心筒放置孔、5-翼肋安装槽、6-活塞组合安装槽、7-第一腔室、8-第二腔室、9-圆柱形安装部、10-圆柱形安装槽、11-推靠翼肋的第一面、12-翼肋安装槽的第一面、13-活塞底部、14-活塞推杆、15-活塞环槽、16-活塞环、17-泄流孔、18-圆柱形空间、19-通孔、20-丝堵、21-挡环。

在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型的具体实施例进行详细描述。

图1为根据本实用新型实施例的用于取心的垂直钻井工具的执行机构的剖面图；图2为根据本实用新型实施例的活塞推杆的剖面图；

如图1、图2所示，本实施例提出的用于取心的垂直钻井工具的执行机构，适用于钻探工程中取心用垂直钻井工具，垂直钻进过程中的纠斜机构。

包括执行机构主体1、推靠翼肋2和活塞组合3，推靠翼肋2和活塞组合3均设置在执行机构主体1内，通过活塞组合3调节推靠翼肋2张开的角度，推靠翼肋2张开后靠在井壁上，保持执行机构主体1垂直。

执行机构主体1为圆柱形，在执行机构主体中心同轴设置有取心筒放置孔4，取心筒放置孔4为圆柱形通孔用于放置取心筒，这样执行机构主体1的横截面为圆环形。围绕执行机构主体1的中心轴在执行机构主体的圆环形外壁上均匀设置有3个翼肋安装槽5，翼肋安装槽5的高度方向平行于中心轴，翼肋安装槽5的高度可小于或等于执行机构主体1的高度，推靠翼肋2通过转轴连接在翼肋安装槽5内，转轴与中心轴平行，推靠翼肋2的横截面与翼肋安装槽5的横截面基本相同，推靠翼肋2可通过转轴在翼肋安装槽5内转动。

围绕执行机构主体1的中心轴在执行机构主体的圆环形外壁上均匀设置有3个活塞组合安装槽6，活塞组合3设置在活塞组合安装槽6内，活塞组合3将活塞组合安装槽分为第一腔室7和第二腔室8，在第一腔室7上部设置有钻井液流入孔，第一腔室7和第二腔室8通过泄流孔17相通。高压钻井液从钻井液流入孔流入第一腔室7，推动活塞组合3运动，活塞组合3推动推靠翼肋2转动打开，纠斜完成后，关闭钻井液流入孔，钻井液通过泄流孔17泄流，使第一腔室7和第二腔室8的钻井液压力平衡，推靠翼肋2不再用力推靠井壁，只是与井壁接触。

活塞组合安装槽6与翼肋安装槽5的夹角为钝角，活塞组合3与推靠翼肋2之间在水平方向的夹角也为钝角，相比直角，可以留出安装取心筒的空间，实现边钻井边取心，提高了工作效率。

具体的，推靠翼肋2与翼肋安装槽5的连接方式为，在推靠翼肋2的一侧设置有圆柱形安装部9，在翼肋安装槽5的一侧设置有圆柱形安装槽10，圆柱形安装部9与圆柱形安装槽10通过转轴连接。圆柱形安装部9与圆柱形安装槽10通过转轴连接后，推靠翼肋2未张开时，推靠翼肋2的第一面和翼肋安装槽5的第一面之间具有设定的夹角，推靠翼肋2完全张开后，推靠翼肋2的第一面与翼肋安装槽5的第一面重合，推靠翼肋2的第一面的两端分别与圆柱形安装部9和推靠翼肋2的外侧面相连，翼肋安装槽5的第一面的两端分别与圆柱形安装槽10和执行机构主体1的外侧面相连。推靠翼肋2的第一面和翼肋安装槽5的第一面之间设定的夹角，便于推靠翼肋2张开。

活塞组合3包括活塞底部13和设置在活塞底部13上的活塞推杆14，活塞组合安装槽6包括由执行机构主体1的外壁钻入的圆柱形空间18，在圆柱形空间18与翼肋安装槽5靠近取心筒放置孔4的内壁之间具有通孔19。活塞底部13的外周上设置有一圈活塞环槽15，在活塞环槽15内设置有活塞环16，活塞底部13在圆柱形空间18内运动，活塞环16紧贴在圆柱形空间18的内壁上，在圆柱形空间18的外端拧有丝堵20，丝堵20将圆柱形空间18与执行机构主体1的外部封闭，活塞底部13与丝堵20之间形成第一腔室7，活塞底部13与圆柱形空间18靠近通孔19的一侧形成第二腔室8。第一腔室7内壁设置有挡环21，挡环21挡在丝堵20和活塞底部13之间，便于钻井液流入第一腔室7。通孔19的直径小于第二腔室8的直径，第二腔室8与通孔19的连接处具有环形台阶，即活塞底部13运动到第二腔室8的末端时，环形台阶挡住了活塞底部13的运动，限制了活塞底部13在第二腔室8的行程，从而形成推靠翼肋2限位机构。当井壁出现掉块坍塌或扩径时，环形台阶可限制活塞组合3的最大位移量，从而限制推靠翼肋2的张开角度，防止推靠翼肋2张开角度过大造成损坏。

活塞推杆14设置在通孔19内推动推靠翼肋2，通孔19的直径可略大于活塞推杆14的直径。在活塞底部13上设置有两个泄流孔17，便于钻井液泄流，稳定活塞组合3的位置。

活塞组合3可推动推靠翼肋2的高度方向的中部，保持推力均衡。

丝堵20通过螺纹与圆柱形空间18的内壁连接，丝堵20底部中心具有内六角沉孔，便于安装。

井斜发生时，经本执行机构上部稳定平台配流的高压钻井液通过上部钻井液流入孔进入执行机构主体1内部第一腔室7，在内外压差的作用下推动活塞推杆14向推靠翼肋2平移，从而驱动推靠翼肋2向外张开推靠井壁产生纠斜力。纠斜完成后，控制上部钻井液流入孔关闭，高压钻井液通过活塞泄流孔17泄压，活塞组合3内外压差平衡，活塞推杆14不再平移推动推靠翼肋2，推靠翼肋2不再推靠井壁产生纠斜力。

上参照附图以示例的方式描述根据本实用新型的用于取心的垂直钻井工具的执行机构。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本实用新型所提出的用于取心的垂直钻井工具的执行机构，还可以在不脱离本实用新型内容的基础上做出各种改进。因此，本实用新型的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims (7)

1.一种用于取心的垂直钻井工具的执行机构，其特征在于，包括执行机构主体、推靠翼肋和活塞组合，其中，

所述执行机构主体为圆柱形，在所述执行机构主体的中心同轴设置有取心筒放置孔，围绕所述执行机构主体的中心轴在所述执行机构主体的外壁上均匀设置有3个翼肋安装槽，所述翼肋安装槽的高度方向平行于所述中心轴，所述推靠翼肋通过转轴连接在所述翼肋安装槽内，所述转轴与所述中心轴平行，

围绕所述执行机构主体的中心轴在所述执行机构主体的外壁上均匀设置有3个活塞组合安装槽，所述活塞组合设置在所述活塞组合安装槽内，所述活塞组合分别将每个活塞组合安装槽分为第一腔室和第二腔室，在所述第一腔室的上部设置有钻井液流入孔，

所述活塞组合推动所述推靠翼肋转动打开，所述活塞组合安装槽与所述翼肋安装槽的夹角为钝角。

2.如权利要求1所述的用于取心的垂直钻井工具的执行机构，其特征在于，在所述推靠翼肋上设置有圆柱形安装部，在所述翼肋安装槽上设置有圆柱形安装槽，所述圆柱形安装部与所述圆柱形安装槽通过所述转轴连接。

3.如权利要求2所述的用于取心的垂直钻井工具的执行机构，其特征在于，所述圆柱形安装部与所述圆柱形安装槽通过所述转轴连接后，所述推靠翼肋未张开时，所述推靠翼肋的第一面和所述翼肋安装槽的第一面之间具有设定的夹角，所述推靠翼肋的第一面的两端分别与所述圆柱形安装部和所述推靠翼肋的外侧面相连，所述翼肋安装槽的第一面的两端分别与圆柱形安装槽和所述执行机构主体的外侧面相连。

4.如权利要求1所述的用于取心的垂直钻井工具的执行机构，其特征在于，所述活塞组合包括活塞底部和设置在所述活塞底部上的活塞推杆，在所述活塞底部的外周设置有活塞环槽，在所述活塞环槽内设置有活塞环，在所述活塞底部上设置有泄流孔。

5.如权利要求4所述的用于取心的垂直钻井工具的执行机构，其特征在于，所述活塞组合安装槽包括由所述执行机构主体的外壁钻入的圆柱形空间，在所述圆柱形空间与所述翼肋安装槽之间具有通孔，在所述圆柱形空间内安装有丝堵，

所述活塞底部设置在所述圆柱形空间内，所述活塞推杆设置在所述通孔内，所述活塞底部与所述丝堵之间形成所述第一腔室，所述活塞底部与所述圆柱形空间靠近通孔的一侧形成所述第二腔室。

6.如权利要求5所述的用于取心的垂直钻井工具的执行机构，其特征在于，在所述第一腔室的内壁设置有挡环，所述通孔的直径小于所述第二腔室的直径。

7.如权利要求1所述的用于取心的垂直钻井工具的执行机构，其特征在于，所述活塞组合推动所述推靠翼肋的高度方向的中部。

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