一種微型電機驅動下的小直徑靜態推靠垂直鉆井系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及鉆井技術領域，特別是一種微型電機驅動下的小直徑靜態推靠垂直鉆井系統。
【背景技術】
[0002]目前，鉆探工程作為資源和環境勘探的重要手段，其研究領域正從傳統的地表延伸到極地、海洋，以及地球深部、海洋底部。深部鉆探將是地球深部探測的重要手段，也是獲得地球深部實物的唯一方法，然而在深部鉆探過程中，如何保持井眼垂直是一大難題，井斜的問題將直接制約鉆進速度和鉆孔質量，甚至是整個鉆探工程的成敗。像松科二井欲使井深達到6400米，隨著井深的不斷增加，井斜問題將愈加突出，危害愈加嚴重。
[0003]許多鉆探工程如前蘇聯Kola超深井(設計終孔深度15000m、實際終孔深度12262m)和德國KTB主孔(設計終孔深度10000m、實際終孔深度9101m)因孔斜無法控制而被迫提前終孔。為了解決這一難題，國內外進行了大量的理論分析和現場實踐，相繼提出了剛性滿眼鉆具、鐘擺組合鉆具、偏軸鉆具等防斜方法，但這些方法都是以犧牲鉆壓，降低機械鉆速來換取防斜效果的被動防斜方式，效果并不明顯，甚至有些地層完全達不到防斜糾斜的效果。尤其是在深孔及超深孔的鉆探施工中，被動防斜方法成效有限，用于糾斜的施工時間所占比重還很大。
[0004]自動垂直鉆井以及旋轉導向鉆井系統的出現，為防斜糾斜帶來了重大技術突破，是一種集機電液于一體化的井下智能閉環導向鉆井系統，可實現井下主動防斜糾斜，不需要人為干預而自動跟蹤預定的井眼軌跡，可以成功解決高陡構造、大傾角復雜地層的防斜糾斜難題，在保證井眼質量的同時，釋放鉆壓，提高機械鉆速。德國KTB工程主孔達到終孔深度的最重要的先決條件是成功的實施了垂直鉆進戰略，研制的自動垂直鉆井系統(VDS)成功應用至7500m的孔深范圍，使得KTB成為當時世界上最垂直的鉆孔，而且成功限制了研磨負荷和扭矩，為后期實施小間隙鉆進和套管戰略提供了必要的先決條件。自動垂直鉆井系統的發展進一步帶動了旋轉導向技術的進步，國外從20世紀80年代開始進行主動防斜技術研究至今，已經有10余家公司形成了各自的旋轉導向系統，并進行了現場試驗和應用，其無一例外都帶有垂直鉆進功能。目前，具有商業化應用能力的主要還是BakerHughes、Schlumberger 和 Halliburton 三家公司。
[0005]目前的靜態推靠式自動垂直鉆井系統主要包括一個設置在外部相對不轉動的導向套，導向套下部用于外接鉆頭，導向套內設有重力加速度計，用于感應井斜，導向套的下部設有由液壓驅動的導向塊，當感應到井斜時，向導向套內的微處理器發送信號，控制液壓系統，從而使導向塊向外側突出頂在井內壁，以起到糾正井斜的作用。但是，用于驅動導向塊的液壓驅動系統需要獨立的液壓栗等機構，結構復雜，使得導向套的尺寸過大，無法應用于小直徑井口的鉆進。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提供一種微型電機驅動下的小直徑靜態推靠垂直鉆井系統，特別適用于小直徑井口的鉆進作業。
[0007]為了實現上述目的，本發明提供的一種微型電機驅動下的小直徑靜態推靠垂直鉆井系統，包括導向套，導向套下部設有可沿導向套徑向伸縮的導向結構，還包括驅動導向結構的驅動機構，所述驅動機構包括伺服電機，伺服電機的的輸出軸通過減速器驅動連接螺栓，螺栓上螺紋連接有滑塊，滑塊的內外兩側設有限位結構，使螺栓轉動時能夠帶動滑塊沿螺栓的軸向運動，螺栓向一個方向轉動時，滑塊能夠將導向結構推出，螺栓向另一個方向轉動時，能使導向結構在復位機構的作用下收縮。
[0008]優選地，所述限位結構為:導向結構的內側相抵于滑塊的外側，所述導向套內設置限位面相抵于滑塊的內側。
[0009]更優選地，所述導向結構為導向塊，導向塊的內表面上設有斜面，使導向塊與螺栓之間形成由寬到窄的空間。
[0010]進一步地，所述斜面包括第一斜面以及設置在第一斜面下方的第二斜面，第一斜面與螺栓之間形成的空間自上而下逐漸變窄，第二斜面與螺栓之間形成的空間自上而下逐漸變寬；所述滑塊包括第一滑塊，設置在第一斜面的內側；以及第二滑塊，設置在第二斜面的內側；第一滑塊與第二滑塊的內螺紋方向相反。
[0011]更進一步地，第一斜面與第二斜面的數量各為兩個，兩個第一斜面的傾斜程度相同且兩個第二斜面的傾斜程度也相同；第一滑塊兩端凸起，中部凹陷，使第一滑塊兩端的凸起各與一個第一斜面相抵；第二滑塊兩端凸起，中部凹陷，使第二滑塊兩端的凸起各與一個第二斜面相抵。
[0012]優選地，所述螺栓與減速器之間通過六方桿連接。
[0013]優選地，所述復位機構為設置在導向結構內側的復位彈簧。
[0014]優選地，鉆井系統的控制系統包括陀螺儀、加速度計和磁通門，陀螺儀、加速度計和磁通門的輸出端連接模數轉換器，模數轉換器的輸出端連接控制器，控制器控制連接所述伺服電機。
[0015]更優選地，所述陀螺儀為MEMS陀螺儀，所述加速度計為MEMS加速度計。
[0016]優選地，還包括以可拆卸的方式連接在導向套上的壓板，用于壓住所述導向結構。
[0017]本發明提供的一種微型電機驅動下的小直徑靜態推靠垂直鉆井系統，通過伺服電機驅動螺栓轉動，進而帶動滑塊來推動導向結構，避免使用復雜的液壓機構，節省空間，也無需考慮液壓系統中各種密封問題，簡化了驅動機構的結構，作業更加穩定。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明所提供的一種微型電機驅動下的小直徑靜態推靠垂直鉆井系統的剖視圖。
[0019]圖2為導向結構部分的俯視結構示意圖；
[0020]圖3為鉆井系統的控制系統結構示意圖。
[0021]圖中:
[0022]1.導向套2.導向塊3.伺服電機4.減速器5.螺栓6.第一滑塊7.第二滑塊8.限位面9.壓板10.六方桿21.第一斜面22.第二斜面
【具體實施方式】
[0023]為了使本技術領域的人員更好地理解本發明方案，下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步的詳細說明。
[0024]為了方便描述，本發明中所述的上、下、內、外等詞用于描述各部件的相對位置關系，由于鉆井系統在工作過程中是鉆頭朝下的，因此本文中的“上”指的是遠離鉆頭的方向，“下”指的是靠近鉆頭的方向。“內”指的是靠近鉆井系統中心軸的方向，“外”指的遠離鉆井系統中心軸的方向。
[0025]請參考圖1，微型電機驅動下的小直徑靜態推靠垂直鉆井系統，包括一個不隨鉆桿轉動的外部導向套1，導向套I內中部為鉆桿，鉆桿下端用于連接鉆頭。導向套I內的下部設有導向塊2，導向塊2在驅動機構的驅動下，能夠從導向套I內伸出，用于支持井壁。當驅動機構的驅動作用消失，導向塊2通過設置在其內側的復位彈簧(圖中未標