机械式自动垂直钻井工具制造技术

本发明专利技术属于石油钻井技术领域，具体涉及一种机械式自动垂直钻井工具。具体技术方案为：一种机械式自动垂直钻井工具，机械式自动垂直钻井工具两端分别与上部钻具和钻头可拆卸螺纹连接；机械式自动垂直钻井工具包括控制装置、执行机构和辅助部分；控制装置检测井身状态，井身发生倾斜时控制执行机构工作；执行机构在井身发生倾斜时推块伸出，推靠井壁，产生推靠钻头的径向力，实现纠斜、防斜；辅助部分传递钻井必须的钻压和扭矩，协助控制装置和执行机构实现功能；本发明专利技术为纯机械结构实现自动纠斜，在井下复杂多变的环境中不易失效，无需人为操作，简单、稳定可靠。稳定可靠。稳定可靠。

【技术实现步骤摘要】
机械式自动垂直钻井工具


[0001]本专利技术属于石油钻井
，具体涉及一种机械式自动垂直钻井工具。

技术介绍

[0002]在石油与天然气钻井过程中，随着钻探深度不断的加深，岩石硬度更高，岩层软硬分布更加不均匀，地层可钻性更差等环境因素会给油气钻采带来巨大麻烦。在竖直井钻井作业以及定向井的竖直井段钻井作业中，当遇到粗粒不均的坚硬岩层时会发生井眼偏差的情况，即产生井斜问题。由于地质深度的增加和钻井难度的加大，井眼角度和机械钻速对钻井效率的影响更加显著；现有的纠斜钻井系统都非常昂贵，并且由于存在电子设备，可靠性不高。
[0003]因此，如何实现高陡高斜地层的防斜快打，是本领域渴望解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种通过纯机械式结构、自动控制打竖直井的机械式自动垂直钻井工具。
[0005]为实现上述专利技术目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种机械式自动垂直钻井工具，所述机械式自动垂直钻井工具两端分别与上部钻具和钻头可拆卸螺纹连接，所述机械式自动垂直钻井工具包括测试短节、控制装置、执行机构和辅助部分；所述测试短节同时作为机械式自动垂直钻井工具的上接头，内部与芯轴通过螺纹连接；所述测试短节具有测试方位角、工具面角、井斜角等功能，同时能将测试到的相关数据传到地面；所述控制装置包括位于上壳体内部的偏心块开关，以及限制偏心块开关轴向运动和径向运动的平面轴承和扶正轴承；所述控制装置在井身倾斜时，能够自动检测并控制执行机构工作；所述执行机构包括与母体间隙配合的推块A和推块B，装配在推块A上与推块B的槽道配合的推块螺钉，以及允许单向导通的喷嘴；所述执行机构在井身倾斜时，能产生推靠钻头的径向力，实现纠斜；所述辅助部分包括与钻头可拆卸连接的下接头，承受控制装置以及执行部分轴向力的串轴承，以及承受径向力的TC轴承等。
[0006]优选的，所述偏心块开关由平面轴承和扶正轴承支撑在上壳体内，能相对于芯轴和上壳体自由转动；所述偏心块开关分偏心块和开关两段。
[0007]优选的，所述偏心块段相对于偏心块开关的中心线，一侧为完整的圆柱筒，另一侧去除，两侧不对称；偏心块段上端和下端分别设计有装配扶正轴承和平面轴承的台阶；所述开关段在偏心块段完整圆柱筒的对边开有100
°
的孔c和孔d，在孔c和孔d周围，开关段外圆柱面上设计有装配密封圈的凹槽。
[0008]优选的，所述推块A和推块B为“匚”形结构，推块A内部一段与母体间隙配合，另一
段与推块B外部间隙配合，推块B内部与母体间隙配合；所述推块A和推块B上设计有单向喷嘴。
[0009]优选的，所述推块A上有六颗推块螺钉，推块B上对应、配套设置有六条槽道，推块螺钉和槽道配合限制推块A和推块B的径向伸缩行程。
[0010]优选的，所述推块A和推块B在母体轴向上相互垂直的分布两层，分别对应四个错开90
°
的方向。
[0011]优选的，所述单向喷嘴通过喷嘴外壳外部的螺纹与推块A或者推块B连接；喷嘴外壳内部一段为螺纹，与喷嘴内挡板对应、配套设置，另一段为内花键槽，最小内径为喷嘴阀芯的外径；所述喷嘴内挡板外部为螺纹，中间开小于喷嘴阀芯外径的内六角通孔；所述单向喷嘴只允许流体流出空腔，限制流体流入空腔。
[0012]优选的，所述母体设置有两层装配推块A和推块B的空腔；所述母体正对单向喷嘴的面开有对称的孔e；两层开孔e的轴线相互垂直；所述母体与上壳体通过螺纹连接。
[0013]优选的，所述芯轴开有进入空腔的对称的孔a和对称的孔b，且孔a和孔b的轴线相互垂直，沿芯轴轴线位置与母体开孔e对应；芯轴开孔a和孔b的位置的外柱面开有环槽；芯轴上端、下端分别与作为工具上接头的测试短节和下接头通过螺纹相连。
[0014]优选的，所述TC轴承分别位于串轴承靠近工具两端的位置，TC轴承动圈与芯轴通过连接，TC轴承静圈与上壳体或者母体通过螺纹连接；所述TC轴承动圈对串轴承内圈轴向限位，TC轴承静圈对串轴承外圈轴向限位；所述串轴承挡圈A同时对串轴承外圈和扶正轴承外圈轴向限位；串轴承内圈与芯轴连接，串轴承外圈与上壳体和母体连接。
[0015]本专利技术具有以下有益效果：本专利技术为纯机械结构控制执行纠斜，在井下复杂多变的环境中不易失效。井身倾斜时，机械式自动垂直钻井工具能自动纠斜，无需人员额外操作。不存在电子设备，稳定可靠，制造成本低。
附图说明
[0016]图1是根据本专利技术的一个实施方案的机械式自动垂直钻井工具的示意图；图2是图1的A-A剖面视图，显示了根据本专利技术的控制装置的截面示意图；图3是图1的B-B剖面视图，显示了根据本专利技术的执行机构的截面示意图；图4是图1的扶正轴承放大结构示意图；图5是图1的平面轴承放大结构示意图；图6是图1的喷嘴放大结构示意图；图7是图1的串轴承放大结构示意图。
[0017]在附图中，相同的部件使用相同的附图标记，仅用于说明本专利技术的原理，并未按照实际的比例绘制。
[0018]在附图中各附图标记的含义如下：1、测试短节，2、TC轴承垫圈，3、TC轴承，31、TC轴承动圈，32、TC轴承静圈，4、芯轴，41、孔a，42、孔b，410、环槽，5、隔套，6、串轴承挡圈A，7、串轴承挡圈B，8、扶正轴承，81、扶正轴承外圈，82、滚珠a，83、扶正轴承内圈，9、上壳体，10、偏心块开关，101、孔c，102、孔d，103、偏心块段，104、开关段，11、平面轴承，111、平面轴承上挡圈，112、滚珠b，113、平面轴承下挡圈，12、母体，120、空腔，121、孔e，13、喷嘴，131、喷嘴内挡板，132、喷嘴外壳，133、喷嘴阀芯，134、喷嘴弹簧，14、推块A，15、推块螺钉，16、推块B，161、
槽道，17、串轴承，171、串轴承外圈，172、滚珠c，173、串轴承内圈，18、下接头，19、密封圈。
具体实施方式
[0019]下面将结合附图对本专利技术作进一步说明。
[0020]图1示意性地显示了根据本专利技术的一个实施例机械式自动垂直钻井工具。需要说明的是，所述机械式自动垂直钻井工具可用于多种需要保证竖直井的钻井情况。本专利技术附图将其应用于石油钻井中，并非限定其只能应用于此。下面以应用于石油钻井为例。
[0021]如图1所示，本实施例的机械式自动垂直钻井工具包括测试短节1；该测试短节1同时作为机械式自动垂直钻井工具的上接头，内部与芯轴4通过螺纹连接；所述测试短节1具有测试方位角、工具面角、井斜角等功能，同时能将测试到的相关数据传到地面。本实施例的机械式自动垂直钻井工具还包括控制装置；该控制装置能够自动检测并控制执行机构工作。本实施例的机械式自动垂直钻井工具还包括执行机构；该执行机构能够在井身倾斜时产生推靠钻头的侧向力，实现纠斜。本实施例的机械式自动垂直钻井工具还包括辅助部分；该辅助部分传递钻井必须的钻压和扭矩，以及辅助控制装置和执行机构工作。
[0022]在使用时，将机械式自动垂直钻井工具通过测试短节1和下接头18连本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机械式自动垂直钻井工具，其特征在于：所述机械式自动垂直钻井工具两端分别与上部钻具和钻头可拆卸螺纹连接，所述机械式自动垂直钻井工具包括测试短节（1）、控制装置、执行机构和辅助部分；所述测试短节（1）同时作为机械式自动垂直钻井工具的上接头，内部与芯轴（4）通过螺纹连接；所述测试短节（1）具有测试方位角、工具面角、井斜角等功能，同时能将测试到的相关数据传到地面；所述控制装置包括位于上壳体（9）内部的偏心块开关（10），以及限制偏心块开关（10）轴向运动和径向运动的平面轴承（11）和扶正轴承（8）；所述控制装置在井身倾斜时，能够自动检测并控制执行机构工作；所述执行机构包括与母体（12）间隙配合的推块A（14）和推块B（16），装配在推块A（14）上与推块B（16）的槽道（161）配合的推块螺钉（15），以及允许单向导通的喷嘴（13）；所述执行机构在井身倾斜时，能产生推靠钻头的径向力，实现纠斜；所述辅助部分包括与钻头可拆卸连接的下接头（18），承受控制装置以及执行部分轴向力的串轴承（17），以及承受径向力的TC轴承（3）等。2.根据权利要求1所述的机械式自动垂直钻井工具，其特征在于：所述偏心块开关（10）由平面轴承（11）和扶正轴承（8）支撑在上壳体（9）内，能相对于芯轴（4）和上壳体（9）自由转动；所述偏心块开关（10）分偏心块（103）和开关（104）两段。3.根据权利要求2所述的机械式自动垂直钻井工具，其特征在于：所述偏心块（103）段相对于偏心块开关（10）的中心线，一侧为完整的圆柱筒，另一侧去除，两侧不对称；偏心块（103）段上端和下端分别设计有装配扶正轴承（8）和平面轴承（11）的台阶；所述开关（104）段在偏心块（103）段完整圆柱筒的对边开有100
°
的孔c（101）和孔d（102），在孔c（101）和孔d（102）周围，开关（104）段外圆柱面上设计有装配密封圈（19）的凹槽。4. 根据权利要求1所述的机械式自动垂直钻井工具，其特征在于： 所述推块A（14）和推块B（16）为“匚”形结构，推块A（14）内部一段与母体（12）间隙配合，另一段与推块B（16）外部间隙配合，推块B（16）内部与母体（12）间隙配合；所述推块A（14）和推块B（16）上设计有单向喷嘴（13）。5.根据权利要求4所述的机械式自动垂直钻井工具，其特征在于：所述推块A（...

【专利技术属性】
技术研发人员：田家林，葛桐旭，胡志超，杨琳，邢春雨，唐磊，
申请(专利权)人：四川聚烃造科技有限公司，
类型：发明
国别省市：