一种静态指向式旋转导向钻井工具执行机构制造技术

一种静态指向式旋转导向钻井工具执行机构，属于旋转导向钻井工具技术领域，该执行机构包括壳体(1)和传动轴(2)，壳体(1)与传动轴(2)通过关节连接单元(4)连接，壳体(1)的前部与传动轴(2)通过密封单元(5)连接，密封单元(5)用于将关节连接单元(4)与钻井液隔离；密封单元(5)包括至少一个密封的球形接触面，球形接触面与关节连接单元(4)具有相同的中心枢点(P)。

【技术实现步骤摘要】
一种静态指向式旋转导向钻井工具执行机构
本专利技术涉及旋转导向钻井工具
，具体一种静态指向式旋转导向钻井工具执行机构。
技术介绍
随着油田开发进程的加快及石油钻井工艺技术的发展，大斜度井、大位移井、“S”型井等高难度定向井越来越多，这些井轨迹复杂，井下摩阻大，常规螺杆钻具由于在定向钻进时本体及钻具都不能旋转，只能滑动钻进，致使定向钻进时工具面不稳定，易发生粘卡等事故。旋转导向钻井工具是目前世界上最先进、高效的石油定向钻井工具，它能够在钻具旋转模式下实现三维复杂井眼轨迹的钻进作业和控制。根据造斜原理分为推靠式和指向式。推靠式利用推靠方式提供钻头侧向力以实现导向，推靠井壁产生的振动影响工具的稳定性和寿命，钻出的井眼不光滑且造斜率受排量及井径扩大等因素影响较大；指向式通过为钻头提供一个与井眼轴线不一致的倾角产生导向作用，造斜能力强，钻出的井眼光滑且造斜率不受排量、井径和地层因素的限制。另外，旋转导向钻井工具根据定向钻进时外筒是否旋转分为静态式和动态式，例如，中国专利技术专利CN201510138306.8公开了一种静态指向式旋转导向钻井工具包括心轴，在外筒内的下部偏置有调心球轴承Ⅰ和调心球轴承Ⅱ，调心球轴承Ⅱ位于调心球轴承Ⅰ的下方，心轴周向转动轴向移动地安装在调心球轴承Ⅰ和调心球轴承Ⅱ内；在外筒和心轴之间形成的环空内充满有液压油，为了将上述的环控与钻井液体隔离，在外筒的前端设置了密封装置；但是，该专利的技术方案中采用的调心球轴承的承载能力和抗冲击能力均较小，影响钻井工具的使用寿命；另外，在心轴和外筒相对转动的情况下密封装置仍然能够承受较高的井底压力，该专利的技术方案中虽然设置了密封装置，但并未公开该密封装置的具体结构。中国专利技术专利CN201220483716.8也公开了一种静态指向式旋转导向钻井工具，在该专利的技术方案中，关节轴承总成包括安装在所述芯轴上的调心轴承，调心轴承的两端各设有一推力轴承；但是，该专利的技术方案中仍然没有具体公开密封装置的可行结构。中国专利技术专利CN99127768.6公开了一种使得钻头转向的方法和旋转式可转向钻井系统，在该专利的技术方案中，在旋转式可转向钻井工具的下端，一波纹管密封件密封连接到滑动工具接箍的下端，并且也连接到一个圆形密封保持件。柔性波纹管密封件在滑动工具接箍和圆形密封保持件之间保持密封，从而防止钻井液侵入到内部储油腔内，但是，柔性波纹管密封件承压能力不足，容易过快失效。综上所述，以上专利文献的技术方案均没有公开利用与关节连接单元具有相同的中心枢点的球形接触面形成密封的技术方案。
技术实现思路
本专利技术提供一种静态指向式旋转导向钻井工具执行机构，包括壳体和传动轴，壳体与传动轴通过关节连接单元连接，壳体的前部与传动轴通过密封单元连接，密封单元用于将关节连接单元与钻井液隔离；密封单元包括至少一个密封的球形接触面，球形接触面与关节连接单元具有相同的中心枢点。优选地，关节连接单元包括内球套与外球套，内球套与传动轴连接，外球套与壳体连接。优选地，内球套为分体式或者一体式。优选地，密封单元还包括：固定球头，与壳体连接；摆动球座，与传动轴密封且可轴向滑动连接，摆动球座与固定球头球面接触连接形成球形接触面；球头调整座，其一端与壳体连接，另一端与摆动球座球面接触且密封连接形成球形接触面。优选地，密封单元还包括：固定球头，与壳体连接，摆动球座，与传动轴密封且可轴向滑动连接，摆动球座与固定球头球面接触且密封连接形成球形接触面。优选地，密封单元还包括弹性构件，弹性构件用于通过预紧力使球形接触面保持连接。优选地，弹性构件为碟簧。优选地，执行机构还包括偏置单元，偏置单元包括：至少三个楔形块，楔形块在壳体的圆周方向均匀分布；液压缸，与楔形块一一对应连接，液压缸用于推/拉楔形块使楔形块沿着壳体的轴线方向移动；角度调整帽，与壳体可径向滑动连接，楔形块的斜面与角度调整帽接触连接推动角度调整帽径向移动；径向滑动块，与角度调整帽枢轴连接，径向滑动块通过径向轴承与传动轴连接。优选地，执行机构还包括挠轴，挠轴的中心设有导流孔，挠轴与传动轴的传动且密封连接。优选地，挠轴的端部穿入传动轴端部的孔内，挠轴与传动轴通过传动键传动连接，传动键朝向挠轴方向的一侧设有弧形部。相对于现有技术，本专利技术的技术方案具有以下有益效果：本专利技术静态指向式旋转导向钻井工具执行机构的关节连接单元的内球套和外球套接触面积大，承载能力强；密封单元通过设置与关节连接单元同心的球形接触面实现球面密封，承压能力高，使用寿命长，传动轴摆动灵活，密封单元的弹性构件一方面可保持关节连接单元的内球套和外球套浮动接触，另一方面可保持球形接触面保持接触；挠轴与传动轴的传动密封结构解决了挠轴弯曲状态下与传动轴实现可轴向滑动且密封和传动连接的技术难题。附图说明图1为本专利技术静态指向式旋转导向钻井工具执行机构第一种优选实施例的结构示意图。图2为图1所示实施例静态指向式旋转导向钻井工具执行机构的关节连接单元和密封单元部分的放大图。图3为图1所示实施例的静态指向式旋转导向钻井工具执行机构的偏置单元部分的放大图。图4为图1所示实施例的静态指向式旋转导向钻井工具执行机构的挠轴与传动轴的连接结构示意图。图5为本专利技术静态指向式旋转导向钻井工具执行机构的第二种优选实施例的结构示意图。图6为本专利技术静态指向式旋转导向钻井工具执行机构的第三种优选实施例的结构示意图。附图标记说明1-壳体；2-传动轴；3-偏置单元，31-液压缸，32-楔形块，33-角度调整帽，34-径向滑动块，35-滑动导块，36-径向轴承；4-关节连接单元，41a、41b-内球套，42-外球套，43-分隔垫，44-背母；5、5a、5b-密封单元，51-弹性构件，52a、52b-固定球头，53a、53b-摆动球座，54-球面密封，55-球头调整座，56-挡环；6-挠轴，61-外键槽，62-密封部，63-导流孔；7-传动键，71-弧形部；8-挡圈；9-垫环；10-伸缩套，101-内键槽，102-挡槽；P-中心枢点，A-第一球形接触面、B-第二球形接触面，C-第三球形接触面。具体实施方式通过解释以下本申请的优选实施方案，本专利技术的其他目的和优点将变得清楚。对于以下描述中的方向，如图1所示，箭头所指示方向为前端，与前端相反的方向为后端，各图均相同。实施例1图1为本专利技术静态指向式旋转导向钻井工具执行机构第一种优选实施例的结构示意图。请参考图1所示，本专利技术静态指向式旋转导向钻井工具执行机构包括壳体1、传动轴2、偏置单元3、关节连接单元4、密封单元5和挠轴6。如图1所示，其中，传动轴2的前端连接钻头，传动轴2的后端与挠轴6传动且密封连接，挠轴6的中心设有导流孔63，传动轴2的设有通孔(图1中未示出)，钻井液经过上述挠轴6的导流孔63、传动轴2的通孔至钻头。如图1所示，传动轴2的后端与壳体1之间设有偏置单元3，传动轴2的前端与壳体1之间设有密封单元5，在偏置单元3和密封单元5之间，设置有关节连接单元4。其中，传动轴2相对于壳体1既可以绕传动轴2的中心轴转动，同时，由于关节连接单元4的作用，传动轴2还可以绕关节连接单元4的中心枢点P作小范围指向式摆动；偏置单元3可以通过推动传动轴2的后端以调整其指向方向的作用；壳体1与传动轴2之间的环空内注本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种静态指向式旋转导向钻井工具执行机构，包括壳体(1)和传动轴(2)，其特征在于，所述壳体(1)与所述传动轴(2)通过关节连接单元(4)连接，所述壳体(1)的前部与所述传动轴(2)通过密封单元(5、5a、5b)连接，所述密封单元(5)用于将所述关节连接单元(4)与钻井液隔离；所述密封单元(5)包括至少一个密封的球形接触面，所述球形接触面与所述关节连接单元(4)具有相同的中心枢点(P)。

【技术特征摘要】
1.一种静态指向式旋转导向钻井工具执行机构，包括壳体(1)和传动轴(2)，其特征在于，所述壳体(1)与所述传动轴(2)通过关节连接单元(4)连接，所述壳体(1)的前部与所述传动轴(2)通过密封单元(5、5a、5b)连接，所述密封单元(5)用于将所述关节连接单元(4)与钻井液隔离；所述密封单元(5)包括至少一个密封的球形接触面，所述球形接触面与所述关节连接单元(4)具有相同的中心枢点(P)。2.根据权利要求1所述的执行机构，其特征在于，所述关节连接单元(4)包括内球套(41a、41b)与外球套(42)，所述内球套(41a、41b)与所述传动轴(2)连接，所述外球套(42)与所述壳体(1)连接。3.根据权利要求2所述的执行机构，其特征在于，所述内球套(41a、41b)为分体式或者一体式。4.根据权利要求1所述的执行机构，其特征在于，所述密封单元(5a)还包括：固定球头(52a)，与所述壳体(1)连接；摆动球座(53a)，与所述传动轴(2)密封且可轴向滑动连接，所述摆动球座(53a)与所述固定球头(52a)球面接触连接形成所述球形接触面；球头调整座(55)，其一端与所述壳体(1)连接，另一端与所述摆动球座(53a)球面接触且密封连接形成所述球形接触面。5.根据权利要求1所述的执行机构，其特征在于，所述密封单元(5b)还包括：固定球头(52b)，与所述壳体(1)连接，摆动球座(53b)，与所述传动轴(2)密封且可轴向滑动连接，所述摆动球座(53b)与所述固定球头(52b)球面接触且密封连接形成所述球形接...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨成永，张桂昌，程贵华，薛庆华，张浩谦，王继平，魏岳，
申请(专利权)人：德州联合石油科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37