電動變徑穩定器的制作方法

本發明屬于石油鉆采作業中的一種井下工具，具體涉及一種石油鉆井領域的電動變徑穩定器。

背景技術：

在定向井、水平井和大位移井鉆井過程中，為確保實鉆井眼軌跡滿足設計井眼軌跡的要求，常使用常規穩定器，當需要調整實際井眼軌跡時，則需要通過頻繁的起下鉆來變更井下鉆具組合。起鉆改變鉆具組合造成成本增加，鉆井周期長，并容易造成遇阻和卡鉆。

為了克服上述缺點，而研制和使用的變徑穩定器，主要有三種：機電液一體式、鉆壓式和機液式。其中，機電液一體式制造成本高，價格昂貴。鉆壓式在下鉆遇阻，需要加壓劃眼時，極為不便。

中國專利文獻cn204851096u公開了一種“電控變徑穩定器”，該變徑穩定器電控變徑穩定器由鉆鋌本體、控制模塊、電池模塊、伺服短節、扶正器組成，其控制模塊、電池模塊、伺服短節安裝于鉆鋌本體內部，組成變徑穩定器裝置的控制機構，扶正器安裝于鉆鋌本體下端，組成變徑穩定器裝置的執行機構。可通過地面開停泵來調解扶正器直徑，不需要起鉆就可實現鉆具組合的改變。但是，仍存在一個技術問題，力矩電機啟動帶動絲桿做軸向運動時，由于絲桿一端為常壓，一端為高壓，會產生“活塞效應”，絲桿需要克服強大的推力，才能控制鉆鋌本體上的流道開啟和關閉，這樣對力矩電機的功率、電池的容量、關鍵零部件的強度都提出了極高要求。

中國專利文獻cn101408093a公開一種用于氣體鉆井的變徑穩定器，該穩定器由上接體、穩定體、變徑器、變徑活塞、上卡盤、下卡盤、鎖定套及下接體組成，利用鉆壓實現穩定器外徑切換鉆壓控制是通過將鉆頭下放至井底，加上足夠大的鉆壓從而使變徑穩定器內部機構發生動作,導致外徑發生變化。當鉆壓變小時，變徑穩定器內的相應機構造成鎖位，外徑不會發生變化。每加1次控制鉆壓將產生1次外徑變化。該類變徑穩定器，存在一個問題，其在井下的狀態無法判斷，并且不能采取多次控制次數的方式輔助判斷。

技術實現要素：

本發明的一個目的是解決上述問題，并提供至少后面將說明的優點。

本發明還有一個目的是提供一種電動變徑穩定器，其可通過地面遠程控制穩定器實現變徑，能確保鉆井過程連續、安全、可靠。

為了實現根據本發明的這些目的和其它優點，提供了一種電動變徑穩定器，包括：

殼體，其內同軸設有中心管，所述中心管上至少套設有一個可沿中心管軸線上下移動的圓管狀楔塊，每個楔塊外周面沿其圓周方向至少設有一個向楔塊軸線靠攏的第一斜面，每個第一斜面對應殼體的側壁處設有安裝孔，安裝孔內均設有活塞，活塞對應第一斜面的側壁設有與第一斜面相貼合的第二斜面，所述活塞可沿所述安裝孔徑向移動；

力矩電機，所述力矩電機的轉子下端設有外螺紋，轉子下端伸入一帶有內螺紋的傳動螺母中，所述傳動螺母套設于中心管外且下端抵觸于楔塊上端，所述轉子與傳動螺母螺紋傳動，所述轉子轉動可帶動傳動螺母軸向移動。

優選的是，所述的一種電動變徑穩定器，每個第一斜面沿其傾斜方向設有t形凹槽，每個第一斜面對應的活塞處設有與第一斜面傾斜方向一致的t形凹槽，所述第二斜面上設有卡合于t形凹槽內的t形凸臺且可沿所述t形凹槽滑動。

優選的是，所述的一種電動變徑穩定器，殼體內還設有控制模塊，所述控制模塊包括壓力傳感器、控制單元，其中壓力傳感器可檢測穩定器內鉆井液的在一段時間內的壓力平均值，控制單元預設有第一范圍、第二范圍，第一范圍大于第二范圍，控制單元可接收壓力平均值并將其與第一范圍、第二范圍進行比較，當壓力平均值大于第一范圍則控制單元控制力矩電機的轉子正轉，驅動傳動螺母向下運動；當壓力平均值位于第二范圍，則控制單元控制力矩電機的轉子反轉，驅動傳動螺母向上運動；當壓力平均值位于第一范圍內、當壓力平均值大于第二范圍小于第一范圍、當壓力平均值小于第二范圍，則力矩電機的轉子不轉。

優選的是，所述的一種電動變徑穩定器，楔塊下端面抵接于一套設于中心管外的復位彈簧上，所述復位彈簧下端抵觸于套設于中心管外的彈簧座上，所述殼體上開設有通孔，所述彈簧座上開設有與所述通孔連通的導槽，一插銷可插入所述通孔與導槽中。

優選的是，所述的一種電動變徑穩定器，所述中心管上套設有截面為圓環形平衡活塞，所述平衡活塞位于彈簧座下方，所述平衡活塞內周面與中心管外周面密封連接，所述平衡活塞外周面于所述殼體內周面密封連接。

優選的是，所述的一種電動變徑穩定器，殼體包括上殼體、中殼體、下殼體，所述中殼體的兩端分別與上殼體、下殼體端部螺紋連接，所述中心管同軸設于中殼體內且向下延伸至所述下殼體內，所述控制模塊設置在上殼體內，所述力矩電機設置在中殼體內，所述轉子上端通過滾動軸承與上殼體軸向固定，下端通過滾動軸承與下殼體軸向固定，所述轉子與中殼體內壁之間設有止推軸承。

優選的是，所述的一種電動變徑穩定器，所述中心管下端螺紋連接有一端蓋，所述端蓋上對應中心管處開設有一流出孔，所述流出孔與所述中心管連通，所述端蓋與所述殼體側壁均開設有相互連通的銷孔，一端蓋銷可插入所述銷孔中。

優選的是，所述的一種電動變徑穩定器，所述殼體位于端蓋與平衡活塞之間的側壁沿周向至少開設有一導通孔，所述導通孔內設有過濾板。

優選的是，所述的一種電動變徑穩定器，所述傳動螺母外壁與所述殼體內壁花鍵聯接，活塞上下端面均設有一凸塊，所述凸塊與殼體內壁之間固連有一彈簧。

優選的是，所述的一種電動變徑穩定器，所述楔塊位于第一斜面上方設有一平面，所述平面上沿其寬度方向依次設有多個高度依次增大的豎直槽，高度最大的豎直槽其高度略小于活塞徑向移動的最大距離，任意相鄰兩個豎直槽間設有向下傾斜的第一導通槽、第二導通槽，第一導通槽的一端與長度小的豎直槽下端連通、另一端向下傾斜且于長度大的豎直槽連通且與長度大的豎直槽的下端相隔一段距離，第二導通槽的一端與長度大的豎直槽上端連通、另一端與向下傾斜且與長度小的豎直槽的下端相隔一段距離，第一導通槽、第二導通槽與豎直槽的連接處均弧形過渡，所述殼體上對應平面的中部處沿周向開設有一條狀穿孔，一定位銷的一端伸入豎直槽且可沿豎直槽、第一導通槽、第二導通槽滑動，另一端穿出穿孔且于穿孔活動連接。

本發明至少包括以下有益效果：

1、本發明的電動變徑穩定器通過力矩電機傳動螺帶動傳動螺母軸向移動，進而使活塞變徑，結構簡單，所需力矩電機功率小，避免傳統方法通過電機啟動帶動絲桿做軸向運動時，由于絲桿一端為常壓，一端為高壓，會產生“活塞效應”，絲桿需要克服強大的推力，才能控制鉆鋌本體上的流道開啟和關閉，這樣對需要高功率的力矩電機和高強度的零部件。

2、本發明采用控制模塊控制力矩電機轉動，控制模塊包括壓力傳感器、控制單元，通過控制模塊可檢測穩定器內鉆井液壓力平均值，控制單元預設有第一范圍、第二范圍而且第一范圍、第二范圍不連續，對應鉆井液內壓力的高值和低值，控制單元根據壓力傳感器檢測到的壓力平均值并將其與預設的第一范圍、第二范圍進行比較，可控制力矩電機是否轉動，通過設置控制模塊可準確控制力矩電機轉動，當需要變徑時可通過改變穩定器內鉆井液壓力，且可以連續幾次改變鉆井液壓力，通過控制模塊能夠更加可靠的實現變徑而不需判斷變徑穩定器狀態。

3、本發明的第一斜面設有t形凹槽，第二斜面上設有卡合于t形凹槽內的t形凸臺且可沿所述t形凹槽滑動，當第一斜面向下運動時t形凹槽可擠壓t形凸臺使活塞向外運動直徑變大，當第一斜面向上運動時t形凹槽向上運動，由于t形凸臺卡合于t形凹槽中，進而使t形凸臺向上運動從而使活塞縮回，直徑變小，同時由于活塞上下端面設有凸塊，凸塊與殼體內壁之間設有彈簧，該彈簧在第一斜面向下運動時被壓縮，在第一斜面向上運動時，彈簧恢復原狀，有利于活塞的向穩定器內運動，進而使活塞直徑減小，這樣設置結構簡單。

4、本發明在楔塊上設有一平面，平面上設有多個高度依次增大的豎直槽，任意相鄰兩個豎直槽間設有向下傾斜的第一導通槽、第二導通槽，殼體上對應平面開設有一條狀穿孔，一定位銷的一端伸入豎直槽且可沿豎直槽、第一導通槽、第二導通槽滑動，另一端與穿孔活動連接，這樣當定位銷處于不同高度的豎直槽中時對應可以調節活塞不同的徑向移動大小以滿足不同的需求。

附圖說明

圖1為本發明的電動變徑穩定器的結構示意圖。

圖2為本發明的圖1中a處放大圖；

圖3為本發明的活塞結構示意圖；

圖4為本發明的豎直槽、第一導通槽、第二導通槽的結構示意圖

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據以實施。

需要說明的是，在本發明的描述中，術語“橫向”、“縱向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，并不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。

如圖1、圖2、圖3、圖4所示，一種電動變徑穩定器，包括：

殼體，其內同軸設有中心管11，所述中心管11上至少套設有一個可沿中心管11軸線上下移動的圓管狀楔塊12，每個楔塊12外周面沿其圓周方向至少設有一個向楔塊12軸線靠攏的第一斜面121，每個第一斜面121對應殼體的側壁處設有安裝孔，安裝孔內均設有活塞14，活塞14對應第一斜面121的側壁設有與第一斜面121相貼合的第二斜面141，所述活塞14可沿所述安裝孔徑向移動；

力矩電機22，所述力矩電機的轉子6下端設有外螺紋，轉子6下端伸入一帶有內螺紋的傳動螺母10中，所述傳動螺母套10設于中心管11外且下端抵觸于楔塊12上端，所述轉子6與傳動螺母10螺紋傳動，所述轉子6轉動可帶動傳動螺母軸向移動。

本發明的電動變徑穩定器，包括：殼體，殼體內同軸設有中心管11，中心管11上至少套設有一個可沿中心管11軸線上下移動的圓管狀楔塊12，每個楔塊12外周面沿其圓周方向至少設有一個第一斜面121，每個第一斜面121對應殼體的側壁處設有安裝孔，安裝孔內均設有活塞14，活塞14對應第一斜面121的側壁設有與第二斜面141，通過第一斜面121與第二斜面141的擠壓可推動活塞14可沿所述安裝孔徑向移動；力矩電機22，力矩電機22包括轉子6、電機繞組7、電機轉子8，轉子6下端設有外螺紋，轉子6下端伸入一帶有內螺紋的傳動螺母10中，傳動螺母套10設于中心管11外且下端抵觸于楔塊12上端，轉子6與傳動螺母10螺紋傳動，轉子6轉動可帶動傳動螺母10軸向移動，傳動螺母10上下軸向移動時可推動楔塊12上下移動進而推動活塞14徑向移動實現變徑。

在另一種技術方案中，所述的一種電動變徑穩定器，每個第一斜面121沿其傾斜方向設有t形凹槽，每個第一斜面121對應的活塞處設有與第一斜面121傾斜方向一致的t形凹槽，所述第二斜面141上設有卡合于t形凹槽內的t形凸臺144且可沿所述t形凹槽滑動。當第一斜面121與第二斜面141相互擠壓時，t形凸臺144且可沿所述t形凹槽相互滑動可推動活塞14徑向移動，當第一斜面121向上移動時，t形凹槽可向上移動在t形凹槽的作用下可使t形凸臺144向穩定器內移動從而使活塞向內移動。

在另一種技術方案中，所述的一種電動變徑穩定器，殼體內還設有控制模塊2，所述控制模塊包括壓力傳感器、控制單元，其中壓力傳感器可檢測穩定器內鉆井液的在一段時間內的壓力平均值，控制單元預設有第一范圍、第二范圍，第一范圍大于第二范圍，控制單元可接收壓力平均值并將其與第一范圍、第二范圍進行比較，當壓力平均值大于第一范圍則控制單元控制力矩電機22的轉子6正轉，驅動傳動螺母10向下運動；當壓力平均值位于第二范圍，則控制單元控制力矩電機22的轉子6反轉，驅動傳動螺母10向上運動；當壓力平均值位于第一范圍內、當壓力平均值大于第二范圍小于第一范圍、當壓力平均值小于第二范圍，則力矩電機22的轉子6不轉。

在實際過程中可以設置控制單元的兩個范圍，其中一個范圍用于確定力矩電機22是否正轉，另一個范圍用于確定力矩電機22是否反轉，比如大于32-35mpa正轉，在25-28mpa之間反轉，鉆進過程中，當需要改變井底鉆柱組合而增大穩定器的直徑時，地面通過開關泵控從而使管柱內鉆井液壓力發生波動，壓力傳感器監測到壓力波動，并于預設范圍進行比較，控制單元進行分析判斷為外徑變大信號時，向力矩電機22發送啟動指令，轉子6正轉，帶動傳動螺母10向下滑動，從而推動楔塊12向下移動，楔塊12向下運動時，活塞14伸出直徑變大，直至完全伸出，此時轉子6堵轉，控制模塊2監測到電流變大信號，即向力矩電機22發送停止轉動信號，力矩電機停止工作，活塞14和楔塊12被鎖定。

在另一種技術方案中，所述的一種電動變徑穩定器，楔塊12下端面抵接于一套設于中心管11外的復位彈簧15上，所述復位彈簧15下端抵觸于套設于中心管11外的彈簧座17上，所述殼體上開設有通孔，所述彈簧座17上開設有與所述通孔連通的導槽，一插銷16可插入所述通孔與導槽中。

當需要改變井底鉆柱組合而減小穩定器的直徑時，地面通過開關泵控從而使管柱內鉆井液壓力發生波動，控制模塊2的壓力傳感器監測到壓力波動，并進行分析判斷為外徑變小信號時，向力矩電機22發送啟動指令，轉子6反轉，帶動傳動螺母10向上滑動，楔塊12在彈簧恢復力的作用下向上滑動，活塞14縮回直至完全縮回，當傳動螺母10上端面和電機轉子6臺階面接觸時，力矩電機22堵轉，控制模塊2監測到電流變大信號，即向力矩電機22發送停止轉動信號，力矩電機停止工作，楔塊12在復位彈簧15的恢復力作用向上運動，從而帶動活塞14縮回。

在另一種技術方案中，所述的一種電動變徑穩定器，所述中心管11上套設有截面為圓環形平衡活塞18，所述平衡活塞18位于彈簧座17下方，所述平衡活塞18內周面與中心管11外周面密封連接，所述平衡活塞18外周面于所述殼體內周面密封連接。

在另一種技術方案中，所述的一種電動變徑穩定器，殼體包括上殼體1、中殼體4、下殼體13，所述中殼體4的兩端分別與上殼體1、下殼體13端部螺紋連接，所述中心管11同軸設于中殼體4內且向下延伸至所述下殼體13內，所述控制模塊2設置在上殼體內，所述力矩電機22設置在中殼體4內，所述轉子6上端通過滾動軸承5與上殼體1軸向固定，下端通過滾動軸承5與下殼體13軸向固定，所述轉子6與中殼體4內壁之間設有止推軸承9。殼體內位于控制模塊2下方還設有電池模塊3，其包含有驅動力矩電機22的鎳鎘電池組以及供應所述控制模塊2的鋰電池。

在另一種技術方案中，所述的一種電動變徑穩定器，所述中心管11下端螺紋連接有一端蓋21，所述端蓋21上對應中心管11處開設有一流出孔，所述流出孔與所述中心管11連通，所述端蓋21與所述殼體側壁均開設有相互連通的銷孔，一端蓋銷20可插入所述銷孔中。

在另一種技術方案中，所述的一種電動變徑穩定器，所述殼體位于端蓋21與平衡活塞18之間的側壁沿周向至少開設有一導通孔，所述導通孔內設有過濾板19。

在平衡活塞18楔塊12以下的空腔內充滿硅油其壓力為p1，殼體位于端蓋21與平衡活塞18之間的側壁沿周向至少開設有一導通孔，所述導通孔內設有過濾板19，井壁環空壓力為p2，導通孔將井壁環空和平衡活塞、中心管、端蓋、殼體組成的環空連通，由于平衡活塞18可以自由移動，且硅油為可壓縮液體，因此平衡活塞上下的壓力相同，p1＝p2，則活塞14兩端的壓力相同，也為p2，因此活塞14上下兩端的壓力相同其可在水平徑向上可移動。

在另一種技術方案中，所述的一種電動變徑穩定器，所述傳動螺母10外壁與所述殼體內壁花鍵聯接，活塞14上下端面均設有一凸塊142，所述凸塊142與殼體內壁之間固連有一彈簧143。通過彈簧143當活塞14被擠壓向外移動時，可在彈簧143的彈力作用下縮回。

在另一種技術方案中，所述的一種電動變徑穩定器，所述楔塊12位于第一斜面121上方設有一平面，所述平面上沿其寬度方向依次設有多個高度依次增大的豎直槽122，高度最大的豎直槽122其高度略小于活塞徑向移動的最大距離，任意相鄰兩個豎直槽122間設有向下傾斜的第一導通槽123、第二導通槽124，第一導通槽123的一端與長度小的豎直槽122下端連通、另一端向下傾斜且于長度大的豎直槽122連通且與長度大的豎直槽122的下端相隔一段距離，第二導通槽124的一端與長度大的豎直槽122上端連通、另一端與向下傾斜且與長度小的豎直槽122的下端相隔一段距離，第一導通槽123、第二導通槽124與豎直槽122的連接處均弧形過渡，所述殼體上對應平面的中部處沿周向開設有一條狀穿孔，一定位銷的一端伸入豎直槽且可沿豎直槽122、第一導通槽123、第二導通槽124滑動，另一端穿出穿孔且于穿孔活動連接。

在楔塊12側壁上設置一平面，該平面位于第一斜面上方，平面上開設有多個高度依次增大的豎直槽122，任意相鄰兩個豎直槽122間設有向下傾斜的第一導通槽123、第二導通槽124，在實際過程中可以將第一導通槽123傾斜角度為20～30°，第二導通槽124傾斜角度設置為45～60°，第一導通槽123傾斜角度小，第二導通槽124傾斜角度大，一定位銷的一端伸入豎直槽122且可沿豎直槽122、第一導通槽123、第二導通槽124滑動，可以通過力矩電機22的轉動驅動楔塊12移動使定位銷處于不同高度的豎直槽122中，而豎直槽122的高度決定了活塞14的可徑向移動的距離，避免以往活塞只可以調節兩個大小即最大直徑和最小直徑，擴大了穩定器的使用范圍，而且當定位銷處于高度小的豎直槽122中可沿著第一導通槽123滑進進入高度大的豎直槽122中，即通過楔塊12向下運動使豎直槽122向下運動，進而使定位銷可沿第一導通槽123滑動進入相鄰的高度大的豎直槽122中，當定位銷位于高度高的豎直槽122中，可通過電機使楔塊12向上運動使豎直槽122向上運動，進而使定位銷可沿第二導通槽124滑動進入相鄰的高度小的豎直槽122中。

盡管本發明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用于各種適合本發明的領域，對于熟悉本領域的人員而言，可容易地實現另外的修改，因此在不背離權利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發明并不限于特定的細節和這里示出與描述的圖例。