一种高精度、高扭矩井下方位定向器制造技术

本发明专利技术涉及一种高精度、高扭矩井下方位定向器,属油气钻井井下工具技术领域。包括外筒、内筒、井下电机、井下螺杆泵、油箱、液压缸和输出轴；其特征在于：外筒内设置有内筒，内筒内固装有井下电机，井下电机下方的内筒内装有井下螺杆泵和油箱；油箱下方的内筒内固装有液压缸和双螺旋传动机构，外筒的下端端头螺纹安装有外筒接头，外筒接头的下端口内活动安装有输出轴。该井下方位定向器可锁定工作面，故可控性强，双螺旋传动机构故旋转精度高，输出扭矩高，所以定向时不需起下钻，并能够消除鱼尾现象。

A high precision and high torque downhole directional device

【技术实现步骤摘要】
一种高精度、高扭矩井下方位定向器
本专利技术涉及一种高精度、高扭矩井下方位定向器，属油气钻井井下工具

技术介绍
与常规钻井技术相比，连续管钻井技术具有安全、高效、低成本等优势，国外已广泛应用于常规和非常规油气井的开发，而在国内连续管钻井技术的研究则刚处于起步阶段。连续管钻井定向装置是连续管钻井过程中的核心工具，由于连续管属柔性管柱，无法从地面进行旋转定向，需应用定向装置，其通过调整马达工具面来控制井眼方向，决定了连续管钻井过程中轨迹控制的技术水平。定向装置的发展经历了机械控、液控、电控和电液控等几个阶段。目前国外主要采用电液控和电控等高端定向装置，它可以连续旋转，效率高、精度高，并能够消除定向段的“鱼尾现象”，有利于水平段的延伸；能够完成水平井、侧钻水平井、欠平衡钻井等复杂连续管定向钻井施工。国内现有的液压定向器虽然结构简单、操控方便、成本较低，但是其精度差，且可控性差并缺少锁紧装置，扭矩低，每次调整工具面都需要起钻，部分采用棘轮装置每次旋转角度固定且不可连续旋转，而且易受钻井液类型的限制，不能应用于两相或气相钻井液钻井。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：提供一种可连续旋转工具面角度，当工具面角度达到要求时可锁紧工具面，具有定向精确、输出扭矩高、不受钻井液类型限制、调整工具面无需要起钻，有效控制连续管钻进方向与井眼轨迹的特点，以解决现有定向装置调整工具面时精度差、可控性差，以及每次调整工具面都需要起钻问题的高精度、高扭矩井下方位定向器。本专利技术的技术方案是：一种高精度、高扭矩井下方位定向器，包括外筒、内筒、井下电机、井下螺杆泵、油箱、液压缸和输出轴；其特征在于：外筒内设置有内筒，内筒的上端端口内螺纹安装有上接头；上接头下方内筒内固装有井下电机，井下电机上方的上接头中心孔内装有电缆，电缆与井下电机连接，井下电机下方的内筒内装有井下螺杆泵，井下电机和井下螺杆泵的转动轴之间通过联轴器相互连接；井下螺杆泵下方的内筒内设置有油箱；油箱与井下螺杆泵连通；油箱下方的内筒内固装有液压缸，井下螺杆泵和油箱分别与液压缸连通；液压缸下方的内筒内设置有双螺旋传动机构，液压缸通过推力轴承组与双螺旋传动机构连接；外筒的下端端头螺纹安装有外筒接头，外筒接头的下端口内活动安装有输出轴，输出轴上方装有下接头，下接头下方的输出轴内通过止推轴承和超越离合器装有空心轴，空心轴的一端穿过下接头与双螺旋传动机构连接，输出轴与外筒接头之间装有环形液压缸，环形液压缸的活塞杆端头装有锁紧滑动块，锁紧滑动块对应的输出轴外表面固装有锁紧固定块，锁紧滑动块与锁紧固定块活动连接。所述的超越离合器分别与输出轴和空心轴固定连接。所述的下接头上方的空心轴圆周上均布有通孔。所述的锁紧滑动块与锁紧固定块分别为环状体，锁紧滑动块的内表面和锁紧固定块的外表面分别对应状设置有键槽和键齿，锁紧滑动块与锁紧固定块之间通过键槽和键齿的配合滑动连接。所述的输出轴为管状体，输出轴圆周上设置有装配环槽，外筒接头上设置有连接销钉，输出轴与外筒接头之间通过装配环槽和连接销钉的配合滑动连接，所述的输出轴与外筒接头之间装有耐磨垫圈。所述的外筒通过固紧销钉与外筒接头和下接头固定连接。所述的双螺旋传动机构由套筒、中间螺杆、输出螺杆、固定螺母和固定筒构成，固定筒内通过上挡块和下挡块固装有固定螺母，固定螺母为管状体，固定螺母内活动安装有中间螺杆;中间螺杆的一端延伸至固定螺母外端，延伸至固定螺母外端的中间螺杆上设置有套筒，套筒与中间螺杆滑动连接。所述的中间螺杆为圆柱体，中间螺杆的一端设置有装配凹，装配凹内装有推力轴承，液压缸的活塞杆通过推力轴承与中间螺杆连接；中间螺杆的另一端设置有装配盲孔，输出螺杆的一端活动安装在装配盲孔内，输出螺杆的另一端延伸至固定筒外端，所述的输出螺杆为变径体，临近下挡块的输出螺杆上通过变径台肩装有限位轴承。所述的固定螺母内壁上设置有螺母螺旋齿，中间螺杆下端的外表圆周上设置有螺杆外螺旋齿，与螺杆外螺旋齿对应的装配盲孔内壁上设置有螺杆内螺旋齿，所述的输出螺杆的外表圆周上设置有输出螺杆螺旋齿；中间螺杆通过螺杆外螺旋齿与螺母螺旋齿的配合与固定螺母啮合连接，中间螺杆通过螺杆内螺旋齿与输出螺杆螺旋齿的配合与输出螺杆啮合连接，输出螺杆与空心轴连接。所述的空心轴上方的输出螺杆上装有固定块，固定块与固定筒固定连接，固定块与输出螺杆和空心轴活动连接。所述的液压缸由活塞、活塞杆、缸体和复位弹簧构成，缸体下端口上装有缓冲块；缸体内装有活塞，由此将活塞缸缸体内腔分割形成液压缸上油腔和液压缸下油腔，活塞底部装有活塞杆，活塞与缓冲块之间的活塞杆上装有复位弹簧。活塞杆一端延伸至缓冲块下方。所述的井下螺杆泵与内筒内壁之间设置有油箱出油道；油箱与内筒内壁之间设置有上油腔油道，油箱由油箱出油口和油箱出油道与井下螺杆泵的入油口连通。所述的液压缸缸体上端设置有液压缸上油腔进口，液压缸缸体下端设置有液压缸下油腔进口；油箱底部设置有油箱连通孔，油箱连通孔由下油腔油道与液压缸下油腔进口连通；所述的井下螺杆泵底部设置有螺杆泵出油口，液压缸螺杆泵出油口经上油腔油道与液压缸上油腔进口连通。所述的固定块、固定筒和下接头上分别设置环形液压缸回油道，固定块和下接头上的环形液压缸回油道通过连通管连通，环形液压缸回油道一端与环形液压缸连通，环形液压缸回油道另一端与下油腔油道连通。所述的内筒与外筒内壁之间设置有泥浆流道。本专利技术与现有技术相比的有益效果在于：1）本专利技术通过控制液压油的通断，进而控制液压缸的活塞杆轴向往复移动，并通过双螺旋传动机构将平动变为旋转，从而能够控制工具面角度的单向旋转，在到达预定工具面后或中间螺杆到达行程极限时，通过锁紧机构锁紧工具面，同时中间螺杆回程为下次定向做准备。与同类型装置相比，本专利技术因含有双螺旋传动机构故旋转精度高，输出扭矩高，所以定向时不需起下钻，能够消除鱼尾现象。2）本专利技术通过单向传扭机构，使双螺旋传动机构的输出螺杆能单向传递扭矩给输出轴，使得工具能回程，进而可使工具连续向同一方向旋转工作。3）本专利技术含有锁紧机构可锁定工作面，故可控性强，同时本专利技术不受钻井液类型的限制，可随时锁紧工具面，锁紧效率高，定向精度高，便于控制。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2为图1中的A处放大结构示意图；图3为图1中的B处放大结构示意图；图4为图1中的C处放大结构示意图；图5为图1中的D处放大结构示意图。图中：1、外筒，2、内筒，3、井下电机，4、井下螺杆泵，5、油箱，6、液压缸，7、推力轴承，8、输出轴，9、装配块，10、上接头，11、电缆，12、联轴器，13、油箱出油口，14、油箱出油道，15、液压缸套筒，16、缓冲块，17、活塞，18、活塞杆，19、复位弹簧，20、液压缸上油腔，21、液压缸下油腔，22、液压缸上油腔进口，23、上油腔油道，24、液压缸下油腔进口，25、液压缸下油道，26、下油道进口，27、下油腔油道，28、套筒，2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高精度、高扭矩井下方位定向器，包括外筒（1）、内筒（2）、井下电机（3）、井下螺杆泵（4）、油箱（5）、液压缸（6）和输出轴（8）；其特征在于：外筒（1）内设置有内筒（2），内筒（2）的上端端口内螺纹安装有上接头（10）；上接头（10）下方的内筒（2）内固装有井下电机（3），井下电机（3）上方的上接头（10）的中心孔内装有电缆（11），电缆（11）与井下电机（3）连接，井下电机（3）下方的内筒（2）内装有井下螺杆泵（4），井下电机（3）和井下螺杆泵（4）的转动轴之间通过联轴器（12）相互连接；井下螺杆泵（4）下方的内筒（2）内设置有油箱（5）；油箱（5）与井下螺杆泵（4）连通；油箱（5）下方的内筒（2）内固装有液压缸（6），井下螺杆泵（4）和油箱（5）分别与液压缸（6）连通；液压缸（6）下方的内筒（2）内设置有双螺旋传动机构，液压缸（6）通过推力轴承组与双螺旋传动机构连接；外筒（1）的下端端头螺纹安装有外筒接头（40），外筒接头（40）的下端口内活动安装有输出轴（8），输出轴（8）上方装有下接头（41），下接头（41）下方的输出轴（8）内通过止推轴承（43）和超越离合器（44）装有空心轴（45），空心轴（45）的一端穿过下接头（41）与双螺旋传动机构连接，输出轴（8）与外筒接头（40）之间装有环形液压缸（49），环形液压缸（49）的活塞杆端头装有锁紧滑动块（50），锁紧滑动块（50）对应的输出轴（8）外表面固装有锁紧固定块（51），锁紧滑动（50）与锁紧固定块（51）活动连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种高精度、高扭矩井下方位定向器，包括外筒（1）、内筒（2）、井下电机（3）、井下螺杆泵（4）、油箱（5）、液压缸（6）和输出轴（8）；其特征在于：外筒（1）内设置有内筒（2），内筒（2）的上端端口内螺纹安装有上接头（10）；上接头（10）下方的内筒（2）内固装有井下电机（3），井下电机（3）上方的上接头（10）的中心孔内装有电缆（11），电缆（11）与井下电机（3）连接，井下电机（3）下方的内筒（2）内装有井下螺杆泵（4），井下电机（3）和井下螺杆泵（4）的转动轴之间通过联轴器（12）相互连接；井下螺杆泵（4）下方的内筒（2）内设置有油箱（5）；油箱（5）与井下螺杆泵（4）连通；油箱（5）下方的内筒（2）内固装有液压缸（6），井下螺杆泵（4）和油箱（5）分别与液压缸（6）连通；液压缸（6）下方的内筒（2）内设置有双螺旋传动机构，液压缸（6）通过推力轴承组与双螺旋传动机构连接；外筒（1）的下端端头螺纹安装有外筒接头（40），外筒接头（40）的下端口内活动安装有输出轴（8），输出轴（8）上方装有下接头（41），下接头（41）下方的输出轴（8）内通过止推轴承（43）和超越离合器（44）装有空心轴（45），空心轴（45）的一端穿过下接头（41）与双螺旋传动机构连接，输出轴（8）与外筒接头（40）之间装有环形液压缸（49），环形液压缸（49）的活塞杆端头装有锁紧滑动块（50），锁紧滑动块（50）对应的输出轴（8）外表面固装有锁紧固定块（51），锁紧滑动（50）与锁紧固定块（51）活动连接。


2.根据权利要求1所述的一种高精度、高扭矩井下方位定向器，其特征在于：所述的超越离合器（44）分别与输出轴（8）和空心轴（45）固定连接；所述的下接头（41）上方的空心轴（45）圆周上均布有通孔（47）；所述的液压缸（6）由活塞（17）、活塞杆（18）、缸体和复位弹簧（19）构成，缸体下端口上装有缓冲块（16）；缸体内装有活塞（17），活塞（17）将活塞缸（6）缸体内腔分割形成液压缸上油腔（20）和液压缸下油腔（21），活塞（17）上固装有活塞杆（18），活塞（17）与缓冲块（16）之间的活塞杆（18）上装有复位弹簧（19）；活塞杆（18）一端延伸至缓冲块（16）下方；所述的井下螺杆泵（4）与内筒（2）内壁之间设置有油箱出油道（14）；油箱（6）与内筒（2）内壁之间设置有上油腔油道（23），油箱（6）由油箱出油口（13）和油箱出油道（14）与井下螺杆泵（4）的入油口连通。


3.根据权利要求1所述的一种高精度、高扭矩井下方位定向器，其特征在于：所述的锁紧滑动块（50）与锁紧固定块（51）分别为环状体，锁紧滑动块（50）的内表面和锁紧固定块（51）的外表面分别对应状设置有键槽和键齿，锁紧滑动块（50）与锁紧固定块（51）之间通过键槽和键齿的配合滑动连接。


4.根据权利要求2所述的一种高精度、高扭矩井下方位定向器，其特征在于：所述的输出轴（8）为管状体，输出轴（8）圆周上设置有装配环槽，外筒接头（40）上设置有连接销钉（42），输出轴（8）与外筒接头（40）之间通过装配环槽和连接销钉（42）的配合滑动连接，所述的输出轴（8）与...

【专利技术属性】
技术研发人员：马卫国，王力，王程飞，刘少胡，阳婷，陈婷，
申请(专利权)人：长江大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42