一种控制工具面变化范围的导向装置制造方法及图纸
A guiding device for controlling the range of change of the tool surface
The invention provides a guiding device for controlling the range of change of the tool surface, which is mainly composed of a circular ring track surface, a control switch and a fan control ring. For a circular orbit surface and N are uniformly distributed along the circumferential direction control switch guiding device, fan control ring opening angle regardless of size, can be developed a variety of N push plate mineral drilling tool, including vertical drilling tools and drilling tool, but the fan control ring opening angle determines the N push plate guide mineral the drilling tool oriented efficiency, when the fan control ring opening angle or central angle is greater than any adjacent angle between two control switches, and the opening angle is between any two adjacent control switch angle angle odd times, tool face range constant for any two adjacent control switches corresponding to the angle between the half, produced by the wall the reaction is continuous, uninterrupted, therefore, N push plate mineral drilling tool oriented efficiency is relatively high.
【技术实现步骤摘要】
一种控制工具面变化范围的导向装置
本专利技术专利属于矿场钻井机械领域，具体涉及一种控制工具面变化范围的导向装置，主要用于研制地质、石油和煤炭等各种矿藏导向钻井工具，包括垂直钻井工具和旋转导向钻井工具。
技术介绍
钻井是发现或开采地下矿藏资源的必然途径。根据设计井眼轨迹不同，矿藏井可划分成直井、定向井(或斜井)和水平井。为确保实钻井眼轨迹沿着设计井眼轨迹钻进，必须按照设计测斜井深或测斜间距测斜，并计算出实钻井眼空间参数。如果实钻井眼轨迹偏离设计井眼轨迹，那么，就要利用特种钻井工具(例如弯螺杆钻具，旋转导向钻井工具等)调整井眼轨迹或改变井眼空间钻进方向，使其回到设计井眼轨迹控制范围内。在钻井术语中，把利用特种钻井工具调整井眼轨迹的方法称之为定向，井眼轨迹所在平面上倾方向称之为井眼高边，特种钻井工具所在平面上倾方向称之为工具面，二者之间夹角称之为装置角。工具面等于井眼高边与装置角二者之和，装置角不同，定向钻进结果迥异。当装置角0°时，增井斜钻进；当装置角90°时，增方位钻进；当装置角180°时，降井斜钻进；当装置角270°时，减方位钻进；当装置角介于任意二者之间时，增(...
【技术保护点】
一种控制工具面变化范围的导向装置主要由圆环轨道面(1)、控制开关(2)和扇形控制环(3)组成；矿藏导向钻井工具结构不同，圆环轨道面(1)、控制开关(2)和扇形控制环(3)空间形态均不相同，进一步说，导向装置结构不同；矿藏导向钻井工具液压端周向均布N(N≥3且为正整数)个推板，且对应加工安装有柱塞和柱塞缸；当连通柱塞缸和液体腔室的液体通道沿轴向向上延伸到液压端顶部圆环形平面，液体通道周向均布且与推板方向一致时，所述圆环轨道面(1)是矿藏导向钻井工具液压端顶部圆环形平面，所述控制开关(2)是液压端顶部液体通道，所述扇形控制环(3)是放置在圆环形平面上的扇形圆环；进一步说，为确保...
【技术特征摘要】
1.一种控制工具面变化范围的导向装置主要由圆环轨道面(1)、控制开关(2)和扇形控制环(3)组成；矿藏导向钻井工具结构不同，圆环轨道面(1)、控制开关(2)和扇形控制环(3)空间形态均不相同，进一步说，导向装置结构不同；矿藏导向钻井工具液压端周向均布N(N≥3且为正整数)个推板，且对应加工安装有柱塞和柱塞缸；当连通柱塞缸和液体腔室的液体通道沿轴向向上延伸到液压端顶部圆环形平面，液体通道周向均布且与推板方向一致时，所述圆环轨道面(1)是矿藏导向钻井工具液压端顶部圆环形平面，所述控制开关(2)是液压端顶部液体通道，所述扇形控制环(3)是放置在圆环形平面上的扇形圆环；进一步说，为确保扇形圆环在圆环形平面上自由移动，可增加U型轨道槽和圆形驱动环，U型轨道槽安装在液压端顶部且液体通道相连通，因此，圆环轨道面(1)演变成U型轨道槽底部圆环形平面，控制开关(2)演变成U型轨道槽底部液体通道；矿藏导向钻井工具液压端周向均布N(N≥3且为正整数)个推板，且对应加工安装有柱塞和柱塞缸；当连通柱塞缸和液体腔室的液体通道沿径向向内延伸到液压端轴孔内壁圆柱面，液体通道周向均布且与推板方向一致时，所述圆环轨道面(1)是矿藏导向钻井工具液压端轴孔内壁圆柱面，所述控制开关(2)是液压端轴孔液体通道，所述扇形控制环(3)是放置在内壁圆柱面中的扇形圆管；进一步说，为防止液压端轴孔液体通道刺坏，可增加硬质轨道缸，硬质轨道缸安装在液压端轴孔且液体通道相连通，为确保扇形圆管在内壁圆柱面中自由旋转，可延长圆形驱动管且在液体通道位置被加工成扇形圆管，因此，圆环轨道面(1)演变成硬质轨道缸轴孔内壁圆柱面，控制开关(2)演变成硬质轨道缸轴孔液体通道，扇形控制环(3)演变成圆形驱动管中的扇形圆管；矿藏导向钻井工具液压端周向均布N(N≥3且为正整数)个推板，且对应加工安装有柱塞、柱塞缸、液体通道、液压油泵、伺服电机、溢流阀和液体腔室，伺服电机和溢流阀由控制端电子控制开关通过导线连接；当电子控制开关安装在矿藏导向钻井工具控制端某部件圆环形平面(或内壁圆柱面)，周向均布且与推板方向一致时，所述圆环轨道面(1)是矿藏导向钻井工具控制端某部件圆环形平面(或内壁圆柱面)，所述控制开关(2)是电子控制开关，所述扇形控制环(3)是安装在可打开(或关闭)电子控制开关位置的镶嵌在金属圆环(或金属圆管)上的扇形绝缘环(或扇形绝缘管)。2.根据权利要求1所述的一种控制工具面变化范围的导向装置，其特征在于：无论何种空间形态，圆环轨道面(包括圆环形平面和内壁圆柱面)均可看作“圆”，控制开关(包括液体通道和电子控制开关)均可看作“圆”上周向均布“点”，扇形控制环(包括扇形圆环和扇形圆管)均可看作“圆”上等直径“弧”，简化后数学模型相同，因此，不同结构导向装置的导向机理相同；在导向装置中，N个推板对应N个控制开关(2)，N个控制开关(2)在圆环轨道面(1)上周向均布且与推板方向一致，因此，任意相邻两个控制开关(2)之间夹角等于360°/N，即Φ＝360°/N，同时，假设扇形控制环(3)开口圆心角为任意值给定工具面为任意值θ，那么，给定工具面就是扇形控制环(3)所在方位，在扇形控制环(3)对称线上且朝向扇形控制环(3)方向，用扇形控制环(3)与工具面驱动机构联接点G表示；对于圆环轨道面(1)及其N个周向均布控制开关(2)导向装置来说，当扇形控制环(3)开口圆心角时，工具面变化范围恒为对应所产生井壁反作用力是间断的，不连续的，因此，矿藏导向钻井工具导向效率相对较低；当扇形控制环(3)开口圆心角时，工具面变化范围恒为对应所产生井壁反作用力是间断的，不连续的，因此，矿藏导向钻井工具导向效率相对较低；当扇形控制环(3)开口圆心角且等于Φ/2偶数倍时，工具面变化范围恒为Φ，对应所产生井壁反作用力是连续的，不间断的，因此，矿藏导向钻井工具导向效率相对较低；当扇形控制环(3)开口圆心角且由Φ/2偶数倍逐渐趋近Φ/2奇数倍时，工具面变化范围由Φ逐渐趋近Φ/2，对应所产生井壁反作用力是连续的，不间断的，因此，矿藏导向钻井工具导向效率逐渐提高；当扇形控制环(3)开口圆心角且等于Φ/2奇数倍时，工具面变化范围恒为Φ/2，对应所产生井壁反作用力是连续的，不间断的，因此，矿藏导向钻井工具导向效率相对较高；进一步说，无论扇形控制环(3)开口圆心角大小，利用该导向装置均可研制出多种N个推板矿藏导向钻井工具，但是，扇形控制环(3)开口圆心角直接决定着工具面变化范围，进而决定着N个推板矿藏导向钻井工具导向效率；当扇形控制环(3)开口圆心角或圆心角大于任意相邻两个控制开关(2)之间夹角，且开口圆心角等于任意相邻两个控制开关(2)之间夹角之半角奇数倍时，工具面变化范围恒为任意相邻两个控制开关(2)之间夹角一半，对应所产生井壁反作用力是连续的，不间断的，因此，N个推板矿藏导向钻井工具导向效率相对较高。3.根据权利要求1或2所述的一种控制工具面变化范围的导向装置，其特征在于：利用控制工具面变化范围的导向装置可研制出一种N个推板液压自动垂直钻井工具；对于矿藏导向钻井工具来说，液压端通过轴孔安装在传动轴上，传动轴旋转驱动钻头破岩钻进，液压端相对井眼不旋转；液压端顶部圆环形平面与传动轴垂直，且与传动轴和外筒共同组成液体腔室；液压端周向均布N个推板，且对应加工安装有柱塞和柱塞缸；连通柱塞缸和液体腔室的液体通道沿轴向向上延伸到液压端顶部圆环形平面(或液压端顶部安装U型轨道槽且液体通道相连通)，液体通道周向均布且与推板方向一致，液压端顶部(或U型轨道槽底部)圆环形平面上放置着由钢珠(或圆形驱动环和钢珠)驱动的扇形圆环，因此，圆环形平面、液体通道、扇形圆环、钢珠(或圆形驱动环和钢珠)共同组成导向装置，其中，液压端顶部(或U型轨道槽底部)圆环形平面相当于圆环轨道面(1)，液压端顶部(或U型轨道槽底部)液体通道相当于控制开关(2)，扇形圆环相当于扇形控制环(3)，钢珠(或圆形驱动环和钢珠)相当于井眼重力高边工具面驱动机构；对于圆环形平面及其N个周向均布液体通道导向装置来说，无论扇形圆环开口圆心角大小，均可研制出一种N个推板液压自动垂直钻井工具，但是，扇形圆环开口圆心角与N个推板液压自动垂直钻井工具降斜效率有关，当扇形圆环开口圆心角且开口圆心角等于Φ/2奇数倍时，工具面变化范围恒为Φ/2，对应所产生井壁反作用力是连续的，不间断的，因此，N个推板液压自动垂直钻井工具降斜效率相对较高。4.根据权利要求1或2所述的一种控制工具面变化范围的导向装置，其特征在于：利用控制工具面变化范围的导向装置可研制出一种N个推板液压电动旋转导向钻井工具；对于矿藏导向钻井工具来说，液压端通过轴孔安装在传动轴上，传动轴旋转驱动钻头破岩钻进，液压端相对井眼不旋转；液压端顶部圆环形平面与传动轴垂直，且与传动轴和外筒共同组成液体腔室；液压端周向均布N个推板，且对应加工安装有柱塞和柱塞缸；连通柱塞缸和液体腔室的液体通道沿轴向向上延伸到液压端顶部圆环形平面(或液压端顶部安装U型轨道槽且液体通道相连通)，液体通道周向均布且与推板方向一致，液压端顶部(或U型轨道槽底部)圆环形平面上放置着由扇形补环、齿轮、伺服电机、电磁阀、井眼高边测量装置、地面指令信号接收及反馈装置、工具面控制集成电路、电池组和密闭容器驱...
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