双向承力泥浆轴承装置和利用该轴承装置的旋转导向工具制造方法及图纸

本发明专利技术主要属于旋转导向系统技术领域，具体涉及一种双向承力泥浆轴承装置和利用该轴承装置的旋转导向工具。所述双向承力泥浆轴承装置设置于旋转导向工具下部的不旋转外套与钻头轴之间，用于隔离所述钻头轴的转动运动以使旋转导向工具的所述不旋转外套相对于大地不旋转；并且所述双向承力泥浆轴承装置能够将所述不旋转外套径向和双轴向定位并支撑于所述钻头轴上，进而使所述旋转导向工具能够在恶劣泥浆中工作；且本发明专利技术提供的旋转导向工具采用静态内推靠铰接式的设计，通过将不旋转测控本体与不旋转执行机构本体铰接，而非整体体式结构，钻具在井眼中易于弯曲，对导向工具上部造成的弯曲应力小。

【技术实现步骤摘要】
双向承力泥浆轴承装置和利用该轴承装置的旋转导向工具
本专利技术主要属于旋转导向系统
，具体涉及一种双向承力泥浆轴承装置和利用该轴承装置的旋转导向工具。
技术介绍
旋转导向技术属定向钻井领域，主要用于定向井、水平井、大位移井等三维轨迹井钻井。依靠自身高精度伺服控制机构和高精度姿态测量传感器，能够实时精确控制钻头的钻进方向，从而实现井眼轨迹的控制。前常规低造斜率（6.5°/30m）旋转导向工具已无法满足页岩气定向井钻井以及海洋陆地高曲率井钻井的需求。譬如：贝克休斯公司的AutoTrakCurve旋转导向工具采用三套液压推靠油缸及其附属翼肋推靠井壁，推靠力作用下使得导向工具上部发生整体弯曲变形，使得井眼轨迹轴向与导向工具轴向形成一个固定的角度，从而实现造斜。这种结构的缺点是导向工具上部弯曲消耗推靠力，同时推靠力造成的弯曲加重了上部钻柱的弯曲应力，在高曲率井眼中，上部钻具易发生交变疲劳破坏，对上部钻具金属材料强度要求高。该导向系统由于整套工具系统在井眼中整体发生变形，不易实现更高造斜率。并且贝克休斯的推靠器推靠井壁，磨损较高。斯伦贝谢公司的PDArcher旋转导向工具采用测控本体与万向机构本体铰接结构，位于测控本体下端的4套推靠活塞推靠下部万向机构本体外套的内壁，从而控制钻头的方向。由于采用全旋转的设计理念以及采用泥浆压力差对活塞做功，该工具系统万向机构本体外套承力大，旋转状态下更易磨损，寿命低。此外，含有砂粒的泥浆造成活塞密封难且工作寿命低。因此，该整套旋转导向工具系统总体寿命较低，维修维护成本较高。并且，在含砂的钻井泥浆环境中，常规滚动轴承的工作过程中，存在以下几方面的技术问题：1）常规滚动轴承不能够承受双向的轴向力。2）常规的滚动轴承需要在润滑油中工作，无法在恶劣的含有砂粒的钻井泥浆环境中高寿命工作。3）滚动轴承所在的润滑油需要动密封件密封，否则，润滑油泄露后，滚动轴承寿命大幅降低。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术提供一种双向承力泥浆轴承装置和利用该轴承装置的旋转导向工具；该双向承力泥浆轴承装置能够隔离钻头轴承的转动运动，以使下不旋转外套相对于大地不旋转。同时，该双向承力泥浆轴承装置还需要为下不旋转外套总成提供轴向定位以及在井下发生卡钻事故时，能够承受反向的轴向力，以确保该不旋转外套不至掉落。并且，利用该轴承装置的旋转导向工具采用静态内推靠铰接式的设计理念，通过将不旋转测控本体与不旋转执行机构本体铰接，而非整体体式结构。钻具在井眼中易于弯曲，对导向工具上部造成的弯曲应力小，用于钻具弯曲变形的推靠力消耗达到最低。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种双向承力泥浆轴承装置，所述双向承力泥浆轴承装置设置于旋转导向工具下部的的不旋转外套与钻头轴之间，用于隔离所述钻头轴的转动运动以使旋转导向工具的所述不旋转外套相对于大地不旋转；所述双向承力泥浆轴承装置包括一组径向轴承支撑面结构和两组轴向轴承支撑面结构，以使所述旋转导向工具的不旋转外套承受双向轴向力，并且所述双向承力泥浆轴承装置能够将所述不旋转外套径向和双轴向定位并支撑于所述钻头轴上，进而使所述旋转导向工具能够在恶劣泥浆中工作。进一步地，所述双向承力泥浆轴承装置包括套装在所述钻头轴上的钻头轴用端面支撑轴承本体、第一轴承外瓦本体、套装于所述钻头轴外圆上的钻头轴用支撑轴承内瓦本体、第二轴承外瓦本体；所述第一轴承外瓦本体包括相互垂直连接的第一径向支撑部和第一轴向支撑部；所述第二轴承外瓦本体包括相互垂直连接的第二径向支撑部和第二轴向支撑部；所述钻头轴用支撑轴承内瓦本体包括相互垂直连接的第三径向支撑部和第三轴向支撑部；所述第一轴向支撑部设置于所述不旋转外套的下端部，并与所述钻头轴用端面支撑轴承本体构成所述双向承力泥浆轴承装置的第一组轴向轴承支撑面结构；所述第二轴向支撑部固定设置于所述不旋转外套的内孔的轴向；所述第二轴向支撑部与所述第三轴向支撑部构成所述双向承力泥浆轴承装置的第二组轴向轴承支撑面结构；所述第一径向支撑部和所述第二径向支撑部均设置于所述下不旋转外套的内孔表面，所述第三径向支撑部套装于所述钻头轴外圆上，所述第一径向支撑部和所述第二径向支撑部均与所述第三径向支撑部相对设置；且所述第一径向支撑部、所述第二径向支撑部和所述第三径向支撑部构成所述双向承力泥浆轴承装置的所述径向轴承支撑面结构。进一步地，所述钻头轴用端面支撑轴承本体套装在所述钻头轴上，通过第一定位销与钻头轴固定，以防止所述钻头轴用端面支撑轴承本体在轴承摩擦力作用下发生转动；所述第一轴承外瓦本体通过第二固定销固定于不旋转外套上；所述钻头轴用支撑轴承内瓦本体的内孔套装在钻头轴外圆上，通过第三固定销固定于钻头轴；所述第二轴承外瓦本体通过第四固定销固定于所述不旋转外套的内孔。进一步地，所述钻头轴用端面支撑轴承本体和所述第一轴向支撑部相对的端面上均烧结有硬质合金轴承面或均镶嵌有金刚石轴承面；所述第二轴向支撑部和第三轴向支撑部相对的端面上均烧结有硬质合金轴承面或均镶嵌有金刚石轴承面；所述第一径向支撑部、所述第二径向支撑部和所述第三径向支撑部相对的端面上均烧结有硬质合金轴承面或均镶嵌有金刚石轴承面。进一步地，所述钻头轴用端面支撑轴承本体端面上烧结有硬质合金轴承面，沿所述钻头轴用端面支撑轴承本体的径向，在硬质合金轴承面上分布有凹槽，用于端面轴承润滑及排砂；进一步地，所述第一轴承外瓦本体第一轴向支撑部端面上烧结有硬质合金轴承面；所述第二轴承外瓦本体的第三轴向支撑部上烧结有硬质合金轴承面，沿所述第三轴向支撑部径向，在硬质合金轴承面上分布有凹槽，用于端面轴承润滑及排砂；所述第一轴承外瓦本体第一轴向支撑部端面上烧结的硬质合金轴承面在弹簧预紧条件下与所述钻头轴用端面支撑轴承本体端面上烧结的硬质合金轴承面配合进行第一组轴向轴承支撑面结构的轴向定位；所述钻头轴用支撑轴承内瓦本体第三轴向支撑部上烧结的硬质合金轴承面与所述第二轴承外瓦本体的第二轴向支撑部上烧结的硬质合金轴承面配合，构成第二组轴向轴承支撑面结构的轴向定位；当不旋转外套受到轴向摩擦力时，该为第二组轴向轴承支撑面结构的轴向定位为主要轴向承力面。进一步地，所述钻头轴用支撑轴承内瓦本体第三径向支撑部上烧结的硬质合金轴承面，且沿轴向分布有半圆形凹槽，该半圆形凹槽为螺旋形结构，螺旋升角为30°，沿所述钻头轴用支撑轴承内瓦本体的轴向表面贯穿；所述钻头轴用支撑轴承内瓦本体第三径向支撑部上烧结的硬质合金轴承面与所述第一轴承外瓦本体的第一径向支撑部上烧结的硬质合金轴承面径向配合实现不旋转外套径向支撑，隔离轴转动运动；并且，所述钻头轴用支撑轴承内瓦本体第三径向支撑部上烧结的硬质合金轴承面与所述第二轴承外瓦本体的第二径向支撑部上烧结的硬质合金轴承面径向配合支撑不旋转外套，增大不旋转套的径向支撑长度，实现更高的承载能力。进一步地，所述钻头轴用端面支撑轴承本体端面上镶嵌有金刚石轴承面，为26组直径为15mm的金刚石复合片；所述第一轴承外瓦本体第一轴向支撑部端面上镶嵌有金刚石轴承面，为27组直径为15mm的金刚石复合片；所述钻头轴用支撑轴承内瓦本体第三轴向支撑部上镶嵌有金刚石轴承面，为35组直径为12mm的金刚石复合片，所述第二轴承外瓦本体的第二轴向支撑部上镶嵌有金刚石轴承面，为34组直径本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双向承力泥浆轴承装置，其特征在于，所述双向承力泥浆轴承装置设置于旋转导向工具下部的的不旋转外套与钻头轴（15）之间，用于隔离所述钻头轴（15）的转动运动以使旋转导向工具的所述不旋转外套相对于大地不旋转；所述双向承力泥浆轴承装置包括一组径向轴承支撑面结构和两组轴向轴承支撑面结构，以使所述旋转导向工具的不旋转外套承受双向轴向力，并且所述双向承力泥浆轴承装置能够将所述不旋转外套径向和双轴向定位并支撑于所述钻头轴上，进而使所述旋转导向工具能够在恶劣泥浆中工作。

【技术特征摘要】
1.一种双向承力泥浆轴承装置，其特征在于，所述双向承力泥浆轴承装置设置于旋转导向工具下部的的不旋转外套与钻头轴（15）之间，用于隔离所述钻头轴（15）的转动运动以使旋转导向工具的所述不旋转外套相对于大地不旋转；所述双向承力泥浆轴承装置包括一组径向轴承支撑面结构和两组轴向轴承支撑面结构，以使所述旋转导向工具的不旋转外套承受双向轴向力，并且所述双向承力泥浆轴承装置能够将所述不旋转外套径向和双轴向定位并支撑于所述钻头轴上，进而使所述旋转导向工具能够在恶劣泥浆中工作。2.根据权利1所述一种双向承力泥浆轴承装置，其特征在于，所述双向承力泥浆轴承装置包括套装在所述钻头轴上的钻头轴用端面支撑轴承本体（14.1）、第一轴承外瓦本体（14.2）、套装于所述钻头轴外圆上的钻头轴用支撑轴承内瓦本体（14.3）、第二轴承外瓦本体（14.4）；所述第一轴承外瓦本体（14.2）包括相互垂直连接的第一径向支撑部和第一轴向支撑部；所述第二轴承外瓦本体（14.4）包括相互垂直连接的第二径向支撑部和第二轴向支撑部；所述钻头轴用支撑轴承内瓦本体（14.3）包括相互垂直连接的第三径向支撑部和第三轴向支撑部；所述第一轴向支撑部设置于所述不旋转外套的下端部，并与所述钻头轴用端面支撑轴承本体（14.1）构成所述双向承力泥浆轴承装置的第一组轴向轴承支撑面结构；所述第二轴向支撑部固定设置于所述不旋转外套的内孔的轴向；所述第二轴向支撑部与所述第三轴向支撑部构成所述双向承力泥浆轴承装置的第二组轴向轴承支撑面结构；所述第一径向支撑部和所述第二径向支撑部均设置于所述下不旋转外套的内孔表面，所述第三径向支撑部套装于所述钻头轴外圆上，所述第一径向支撑部和所述第二径向支撑部均与所述第三径向支撑部相对设置；且所述第一径向支撑部、所述第二径向支撑部和所述第三径向支撑部构成所述双向承力泥浆轴承装置的所述径向轴承支撑面结构。3.根据权利2所述一种双向承力泥浆轴承装置，其特征在于，所述钻头轴用端面支撑轴承本体（14.1）套装在所述钻头轴（15）上，通过第一定位销（14.5）与钻头轴（15）固定，以防止所述钻头轴用端面支撑轴承本体（14.1）在轴承摩擦力作用下发生转动；所述第一轴承外瓦本体（14.2）通过第二固定销（14.6）固定于不旋转外套上；所述钻头轴用支撑轴承内瓦本体（14.3）的内孔套装在钻头轴外圆上，通过第三固定销（14.7）固定于钻头轴；所述第二轴承外瓦本体（14.4）通过第四固定销（14.8）固定于所述不旋转外套的内孔。4.根据权利2所述一种双向承力泥浆轴承装置，其特征在于，所述钻头轴用端面支撑轴承本体（14.1）和所述第一轴向支撑部相对的端面上均烧结有硬质合金轴承面（14.9）或均镶嵌有金刚石轴承面（14.10）；所述第二轴向支撑部和第三轴向支撑部相对的端面上均烧结有硬质合金轴承面（14.9）或均镶嵌有金刚石轴承面（14.10）；所述第一径向支撑部、所述第二径向支撑部和所述第三径向支撑部相对的端面上均烧结有硬质合金轴承面（14.9）或均镶嵌有金刚石轴承面（14.10）。5.根据权利4所述一种双向承力泥浆轴承装置，其特征在于，所述钻头轴用端面支撑轴承本体（14.1）端面上烧结有硬质合金轴承面，沿所述钻头轴用端面支撑轴承本体（14.1）的径向，在硬质合金轴承面上分布有凹槽，用于端面轴承润滑及排砂；所述第一轴承外瓦本体（14.2）第一轴向支撑部端面上烧结有硬质合金轴承面；所述第二轴承外瓦本体（14.4）的第三轴向支撑部上烧结有硬质合金轴承面，沿所述第三轴向支...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜建生，底青云，王自力，陈文轩，何新振，
申请(专利权)人：中国科学院地质与地球物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11