推靠式全旋轉導向工具的制作方法

本發明涉及一種用于石油天然氣工程領域的推靠式全旋轉導向工具，其主要應用于鉆井工程。

背景技術：

旋轉導向系統是一個集機、電、液于一體的閉環自動控制系統，并且以旋轉鉆井為其技術特征，因此在減少井下摩阻、提高鉆深能力和控制精度方面具備特有的優勢，所以成為大位移井長穩斜段鉆井作業的常用工具，也適合于水平井水平段(特別是薄油水層水平井)的鉆進與控制作業。自20世紀80年代后期，國際上開始加強對旋轉導向鉆井技術的研究；到90年代初期，旋轉導向鉆井技術已呈現商業化。目前國內也正在研制開發旋轉導向系統，從各個油田和區塊的應用實例看，旋轉導向鉆井工具具有在旋轉鉆進時連續導向的能力，可以提高井眼的清潔度和機械鉆速，減少壓差卡鉆；還具有井眼軌跡自動控制的能力，從而提高井眼軌跡的光滑度，降低扭矩和摩阻，也就相應地增加了水平井的延伸長度。但該系統對設備要求比較高，要求設備、鉆具等能承受高轉速、大扭矩、高泵壓，在某種程度上加大了對設備、鉆具等的損傷，而且該系統造價比較昂貴，一次性投入較大，并不是每個區塊和地層都適用這種鉆井技術。

旋轉導向系統在現在的鉆井作業中應用越來越多，對其的要求液越來越高。因此要不斷的對旋轉導向系統進行技術性改進和突破，才能滿足鉆井的要求，提高油氣采收率。隨著深井、超深井、大位移井和長距離水平井技術的發展，復雜結構井的數量不斷增多。目前通行的滑動鉆井技術已經不能滿足現代鉆井的需要，因此開發新型旋轉導向鉆井工具逐漸成為鉆井技術發展的重要方向。

技術實現要素：

為了探索解決背景技術中所述的旋轉鉆進時連續導向功能，提高井眼軌跡質量，降低扭矩和摩阻，本發明提供了一種推靠式全旋轉導向工具，可應用于水平井、大位移井等復雜結構井。本發明的旋轉導向工具進行導向鉆進時，控制系統控制井下電機在指定位置將大齒輪上的指定孔與導向機構上部主體和導向機構下部主體上的鉆井液通道連通。從而使不旋轉外殼調整到與所需導向的井斜、方位相同的位置上，這時鉆具沿所需的井斜及方位進行鉆進，并由各隨鉆測試儀器隨時監測井眼軌跡。

本發明的技術方案是：推靠式全旋轉導向工具包括扶正器機構、導向執行機構、花鍵萬向軸機構，在導向執行機構前端連接花鍵萬向軸機構，后端連接扶正器機構；所述扶正器機構包括鎖緊環、卡環、變徑塊、扶正器主體，將變徑塊焊接在卡環上后，將其組合體安裝到扶正器主體上，并利用鎖緊環進行鎖緊固定，卡環由左右兩部分組成，通過矩形齒使左右兩部分連接在一起，旋轉導向工具在導向鉆進時，變徑塊與井壁接觸，實現扶正器作用；所述導向執行機構包括上主體、定位環、敲擊環、螺釘、可換式外殼、電機系統、齒輪軸、密封片a、鎖緊螺母、滾針軸承、密封片b、電磁閥、下主體、外殼、小齒輪、大齒輪、平鍵、側推活塞、橡膠彈簧、O形密封圈b、O形密封圈c，將上主體安裝到扶正器主體前端后，安裝定位環，再通過螺釘將敲擊環固定在上主體圓周上，將電機系統固定安裝到上主體圓周上，再將齒輪軸安裝到電機系統前端，在齒輪軸安裝平鍵與小齒輪，再利用鎖緊螺母對其進行鎖緊固定，將密封片a、滾針軸承、密封片b與大齒輪安裝到上主體前端，再安裝下主體進行軸向定位，然后在下主體圓周上的通孔內安裝電磁閥，再在其圓周上的凹槽內安裝側推活塞、橡膠彈簧、O形密封圈b、O形密封圈c，最后將可換式外殼安裝到外殼后端，并將二者安裝到敲擊環前端，當需要進行導向鉆進時，電機系統驅動小齒輪轉動，從而帶動大齒輪轉動，當大齒輪上的通孔與上主體、下主體通孔連通時，鉆井液進入導流通道，作用在橡膠彈簧上，從而推動側推活塞運動，產生側向推力作用在外殼上，從而實現導向鉆進，在導向鉆進過程中，可以實現一個側推活塞與外殼作用，也可以根據需要實現任意兩個側推活塞與外殼作用，從而產生不同的側向推力，實現旋轉導向工具的全旋轉功能，當導向過程結束時，導流通道關閉，電磁閥打開，液壓腔泄壓，側推活塞回到初始位置；所述花鍵萬向軸機構包括球形花鍵軸、花鍵鎖緊環、密封片c、花鍵接頭、O形密封圈a、轉換接頭，將花鍵鎖緊環安裝到球形花鍵軸上后，將密封片c與花鍵接頭安裝到球形花鍵軸前端，并旋緊花鍵鎖緊環，再將球形花鍵軸安裝到下主體前端，在花鍵接頭圓周上安裝O形密封圈a，最后安裝轉換接頭對外殼進行固定，當工具產生導向作用時，通過花鍵鎖緊環與球形花鍵軸的圓弧接觸面，可以實現下部結構的偏轉，從而使鉆頭實現導向鉆進。

本發明的有益效果是：(1)造斜率較高，側向力大,通過三個側推活塞推動不旋轉外殼來實現導向，其側向力直接由側推活塞的推力來決定,而側推活塞的推力可以控制，能夠達到較大的側向力，從而使造斜率提高；(2)能鉆出較平滑的井眼、摩阻和扭矩較小,推靠式全旋轉導向工具推塊與井壁不直接接觸，其摩阻和扭矩都可以達到較小值；(3)設計新型組合扶正器,結構簡單,拆卸、安裝方便；(4)工具結構簡單，能夠實現鉆進過程中的連續導向功能。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖。

圖2是本發明圖1中的Ⅰ部分放大視圖。

圖3是本發明圖1中的A-A截面圖。

圖4是本發明圖1中的B-B截面圖。

圖5是本發明圖1中的C-C截面圖。

圖6是本發明圖1中的D-D截面圖。

圖7是本發明圖1中的E-E截面圖。

圖8是變徑塊組合體的結構示意圖。

圖9是球形花鍵軸的結構示意圖。

圖10是花鍵接頭的結構示意圖。

圖中1.鎖緊環，2.卡環，3.變徑塊，4.扶正器主體，5.上主體，6.定位環，7.敲擊環，8.螺釘，9.可換式外殼，10.電機系統，11.齒輪軸，12.密封片a，13.鎖緊螺母，14.滾針軸承，15.密封片b，16.電磁閥，17.下主體，18.外殼，19.球形花鍵軸，20.花鍵鎖緊環，21.密封片c，22.花鍵接頭，23.O形密封圈a，24.轉換接頭，25.小齒輪，26.大齒輪，27.平鍵，28.側推活塞，29.橡膠彈簧，30.O形密封圈b，31.O形密封圈c。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步說明：

參見附圖1，推靠式全旋轉導向工具由扶正器機構、導向執行機構、花鍵萬向軸機構組成，所述的導向執行機構前端連接花鍵萬向軸機構，后端連接扶正器機構；所述扶正器機構包括鎖緊環1、卡環2、變徑塊3、扶正器主體4，將變徑塊3焊接在卡環2上后，將其組合體安裝到扶正器主體4上，并利用鎖緊環1進行鎖緊固定，卡環2由左右兩部分組成，通過矩形齒使左右兩部分連接在一起，旋轉導向工具在導向鉆進時，變徑塊3與井壁接觸，實現扶正器作用。

所述導向執行機構包括上主體5、定位環6、敲擊環7、螺釘8、可換式外殼9、電機系統10、齒輪軸11、密封片a12、鎖緊螺母13、滾針軸承14、密封片b15、電磁閥16、下主體17、外殼18、小齒輪25、大齒輪26、平鍵27、側推活塞28、橡膠彈簧29、O形密封圈b30、O形密封圈c31，將上主體5安裝到扶正器主體4前端后，安裝定位環6，再通過螺釘8將敲擊環7固定在上主體5圓周上，將電機系統10固定安裝到上主體5圓周上，再將齒輪軸11安裝到電機系統10前端，在齒輪軸11安裝平鍵27與小齒輪25，再利用鎖緊螺母13對其進行鎖緊固定，將密封片a12、滾針軸承14、密封片b15與大齒輪26安裝到上主體5前端，再安裝下主體17進行軸向定位，然后在下主體17圓周上的通孔內安裝電磁閥16，再在其圓周上的凹槽內安裝側推活塞28、橡膠彈簧29、O形密封圈b30、O形密封圈c31，最后將可換式外殼9安裝到外殼18后端，并將二者安裝到敲擊環7前端，當需要進行導向鉆進時，電機系統10驅動小齒輪25轉動，從而帶動大齒輪26轉動，當大齒輪26上的通孔與上主體5、下主體17通孔連通時，鉆井液進入導流通道，作用在橡膠彈簧29上，從而推動側推活塞28運動，產生側向推力作用在外殼18上，從而實現導向鉆進，在導向鉆進過程中，可以實現一個側推活塞28與外殼18作用，也可以根據需要實現任意兩個側推活塞28與外殼18作用，從而產生不同的側向推力，實現旋轉導向工具的全旋轉功能，當導向過程結束時，導流通道關閉，電磁閥16打開，液壓腔泄壓，側推活塞28回到初始位置。

所述花鍵萬向軸機構包括球形花鍵軸19、花鍵鎖緊環20、密封片c21、花鍵接頭22、O形密封圈a23、轉換接頭14，將花鍵鎖緊環20安裝到球形花鍵軸19上后，將密封片c21與花鍵接頭22安裝到球形花鍵軸19前端，并旋緊花鍵鎖緊環20，再將球形花鍵軸19安裝到下主體17前端，在花鍵接頭22圓周上安裝O形密封圈a23，最后安裝轉換接頭14對外殼18進行固定，當工具產生導向作用時，通過花鍵鎖緊環20與球形花鍵軸19的圓弧接觸面，可以實現下部結構的偏轉，從而使鉆頭實現導向鉆進。