【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于旋转导向钻井，特别是涉及一种具有辅助推出功能的复合式旋转导向钻井偏置装置。
技术介绍
1、旋转导向钻井系统(rotary steerable system，简称rss)是在传统滑动导向钻井系统的基础上发展而来的，其主要是通过底部导向执行机构使钻柱在旋转的同时对其方位和井斜进行改变，从而达到自动导向的目的。
2、旋转导向钻井系统采用随钻测量技术，通过井下安装的微处理器可对井底状况进行实时采集，通过钻井液传递到地面，与地面和井底形成双向闭环控制，从而实现自动导向。
3、由于旋转导向钻井工具是旋转钻进的，与传统滑动导向钻具相比，其克服了钻井时摩擦阻力大的缺点，也减少了下钻次数，井眼质量较为光滑，可有效提高油气井开发效率和经济效益。
4、目前，常规旋转导向钻井工具可分为静态偏置推靠式旋转导向钻井工具、动态偏置推靠式旋转导向钻井工具、静态偏置指向式旋转导向钻井工具及动态偏置指向式旋转导向钻井工具。
5、常规静态偏置推靠式旋转导向钻井工具，依靠近钻头处的伸缩翼肋推靠井壁，从而使钻头发生偏移改变钻进方向，具有钻井眼轨迹精确、摩擦阻力较低的特点。但是，其还存在结构非常复杂、液压控制精度较低、延伸能力较差、会导致螺旋井眼等缺点。
6、常规动态偏置推靠式旋转导向钻井工具，依靠偏置执行机构产生偏置力，直接或间接使芯轴弯曲，进而使钻头发生偏置改变钻进方向，具有钻井眼轨迹精确、摩擦阻力较低、井眼光滑、清洁效果较好的特点。但是，其还存在导向推板会造成冲击和振动、工具磨损严重、密封困难
7、常规静态偏置指向式旋转导向钻井工具，在钻进过程中，其导向执行机构不随钻柱一起旋转，在需要导向时，由偏置执行机构在某一固定方向上提供导向力，具有摩擦阻力小、效率高、有利于消除井眼螺旋、振动小、井眼清洁效果好的特点。但是，其控制芯轴会受到高负荷的交变应力，因此容易发生疲劳断裂，对工具的寿命影响较大。
8、常规动态偏置指向式旋转导向钻井工具，在钻进过程中，其导向执行机构随钻柱一起旋转，在需要导向时，通过控制系统使偏置执行机构在某一位置定向支出提供导向力，具有摩擦阻力小、效率高、有利于消除井眼螺旋、不依赖于钻头压降、稳定性强、可靠性高的特点。但是，工具中的球轴承磨损比较严重，对工具的寿命影响较大。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种具有辅助推出功能的复合式旋转导向钻井偏置装置，能够满足多种复杂工况下的造斜需要，采用外推井壁、内推主轴的工作方式，使造斜能力大幅度提高，有效减少对井壁的依赖，井眼质量得到进一步提升；辅助推出机构安装在不旋转的套筒壳体上，避免辅助推出机构随主轴旋转，降低辅助推出机构的磨损，提高了辅助推出机构的使用寿命；辅助推出机构采用纯机械式结构，仅利用上行钻井液作为动力源，不需要外来供电，适应能力更强。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种具有辅助推出功能的复合式旋转导向钻井偏置装置，包括前钻头轴、后钻头轴、中空万向节、钻柱轴、内套筒壳体、外套筒壳体及辅助推出机构；所述前钻头轴、后钻头轴、中空万向节及钻柱轴顺序串联螺接在一起形成旋转组件，旋转组件中心形成钻井液主流道；所述前钻头轴下端设有扩径段，所述钻柱轴上端设有扩径段；所述内套筒壳体同轴套装在旋转组件外侧，内套筒壳体位于前钻头轴与钻柱轴的扩径段之间，内套筒壳体上端与钻柱轴之间设有止推轴承，在止推轴承下方的内套筒壳体与钻柱轴之间设有深沟球轴承组；所述内套筒壳体下端面与前钻头轴的扩径段阶梯面之间接触面设为球面；所述外套筒壳体同轴固定套装在内套筒壳体外侧，在外套筒壳体与内套筒壳体之间形成钻井液副流道，钻井液副流道下端与钻井液主流道相连通，钻井液副流道上端与外套筒壳体外部空间相连通；在所述钻井液副流道内顺序设有外推机构和内推机构；所述外推机构向外伸出外套筒壳体，所述辅助推出机构设置在外推机构上，外推机构通过辅助推出机构与井壁顶推配合；所述内推机构向内伸出内套筒壳体，内推机构与后钻头轴顶推配合；所述内套筒壳体、外套筒壳体、辅助推出机构、外推机构及内推机构共同形成非旋转组件。
3、所述钻井液副流道共设置四条，四条钻井液副流道沿圆周方向均布分布，每条钻井液副流道内均设有外推机构和内推机构，每个外推机构上均设有辅助推出机构；所述外套筒壳体采用四瓣式组合拼接结构，外套筒壳体的每个单瓣体与内套筒壳体之间均设有一条钻井液副流道。
4、所述钻井液主流道与钻井液副流道之间通过钻井液排入孔相导通，钻井液副流道与外套筒壳体外部空间通过钻井液排出孔相导通。
5、在所述钻井液排入孔处设有阀块，阀块下方的内套筒壳体与外套筒壳体之间设有动力室，在动力室内设置有阀块执行机构和动力电池；所述阀块执行机构包括伺服电机、联轴器、滚珠丝杠、丝母滑块及轴承座；所述伺服电机固定嵌装在动力室内，伺服电机的电机轴通过联轴器与滚珠丝杠一端同轴固连，所述丝母滑块套装在滚珠丝杠另一端，所述阀块与丝母滑块固定连接在一起；所述滚珠丝杠与动力室之间通过轴承座相连；所述伺服电机由动力电池供电。
6、所述外推机构包括活塞腔及外推活塞，所述活塞腔内置于外套筒壳体上，所述外推活塞位于活塞腔，活塞腔的无杆腔与钻井液副流道相导通，活塞腔的有杆腔与外套筒壳体外部空间相导通；所述外推活塞的活塞杆延伸至外套筒壳体外部空间，所述辅助推出机构安装在外推活塞的活塞杆端部。
7、所述内推机构包括主动楔块、从动楔块及缓冲弹簧；在所述外套筒壳体上内置有主动楔块限位滑槽，所述主动楔块位于主动楔块限位滑槽中，所述缓冲弹簧设置在主动楔块与主动楔块限位滑槽之间；在所述内套筒壳体上开设有从动楔块穿行孔，所述从动楔块穿装在从动楔块穿行孔中；所述从动楔块与主动楔块垂直分布，从动楔块的外端斜面与主动楔块的下端斜面顶靠接触，与从动楔块的内端正对的后钻头轴上固定套装有缓冲垫，从动楔块的内端通过缓冲垫与后钻头轴顶靠接触配合。
8、所述辅助推出机构包括支撑底盖、外推顶盖、主动齿轮、第一中间齿轮、第二中间齿轮、第一从动齿轮、第二从动齿轮、第一螺柱、第二螺柱、单向阀、第一电磁进液阀及第二电磁进液阀；所述支撑底盖与外推顶盖扣合装配在一起；所述主动齿轮位于支撑底盖内侧中心处，在主动齿轮的轴端配置有转速传感器；所述第一中间齿轮和第二中间齿轮镜像对称分布在主动齿轮两侧，第一中间齿轮和第二中间齿轮与主动齿轮同时啮合；所述第一螺柱位于第一中间齿轮正上方，所述第一从动齿轮同轴固装在第一螺柱下部，第一从动齿轮与第一中间齿轮相啮合；所述第二螺柱位于第二中间齿轮正上方，所述第二从动齿轮同轴固装在第二螺柱下部，第二从动齿轮与第二中间齿轮相啮合；所述主动齿轮、第一中间齿轮、第二中间齿轮、第一螺柱及第二螺柱相对于支撑底盖仅具有回转自由度；在所述第一中间齿轮下方的支撑底盖上设有第一上行钻井液进入孔，所述第一电磁进液阀安装在第一上行钻井液进入孔处；在所述第二中间齿轮下方的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有辅助推出功能的复合式旋转导向钻井偏置装置，其特征在于：包括前钻头轴、后钻头轴、中空万向节、钻柱轴、内套筒壳体、外套筒壳体及辅助推出机构；所述前钻头轴、后钻头轴、中空万向节及钻柱轴顺序串联螺接在一起形成旋转组件，旋转组件中心形成钻井液主流道；所述前钻头轴下端设有扩径段，所述钻柱轴上端设有扩径段；所述内套筒壳体同轴套装在旋转组件外侧，内套筒壳体位于前钻头轴与钻柱轴的扩径段之间，内套筒壳体上端与钻柱轴之间设有止推轴承，在止推轴承下方的内套筒壳体与钻柱轴之间设有深沟球轴承组；所述内套筒壳体下端面与前钻头轴的扩径段阶梯面之间接触面设为球面；所述外套筒壳体同轴固定套装在内套筒壳体外侧，在外套筒壳体与内套筒壳体之间形成钻井液副流道，钻井液副流道下端与钻井液主流道相连通，钻井液副流道上端与外套筒壳体外部空间相连通；在所述钻井液副流道内顺序设有外推机构和内推机构；所述外推机构向外伸出外套筒壳体，所述辅助推出机构设置在外推机构上，外推机构通过辅助推出机构与井壁顶推配合；所述内推机构向内伸出内套筒壳体，内推机构与后钻头轴顶推配合；所述内套筒壳体、外套筒壳体、辅助推出机构、外推机构及内推机构
2.根据权利要求1所述的一种具有辅助推出功能的复合式旋转导向钻井偏置装置，其特征在于：所述钻井液副流道共设置四条，四条钻井液副流道沿圆周方向均布分布，每条钻井液副流道内均设有外推机构和内推机构，每个外推机构上均设有辅助推出机构；所述外套筒壳体采用四瓣式组合拼接结构，外套筒壳体的每个单瓣体与内套筒壳体之间均设有一条钻井液副流道。
3.根据权利要求1所述的一种具有辅助推出功能的复合式旋转导向钻井偏置装置，其特征在于：所述钻井液主流道与钻井液副流道之间通过钻井液排入孔相导通，钻井液副流道与外套筒壳体外部空间通过钻井液排出孔相导通。
4.根据权利要求1所述的一种具有辅助推出功能的复合式旋转导向钻井偏置装置，其特征在于：在所述钻井液排入孔处设有阀块，阀块下方的内套筒壳体与外套筒壳体之间设有动力室，在动力室内设置有阀块执行机构和动力电池；所述阀块执行机构包括伺服电机、联轴器、滚珠丝杠、丝母滑块及轴承座；所述伺服电机固定嵌装在动力室内，伺服电机的电机轴通过联轴器与滚珠丝杠一端同轴固连，所述丝母滑块套装在滚珠丝杠另一端，所述阀块与丝母滑块固定连接在一起；所述滚珠丝杠与动力室之间通过轴承座相连；所述伺服电机由动力电池供电。
5.根据权利要求1所述的一种具有辅助推出功能的复合式旋转导向钻井偏置装置，其特征在于：所述外推机构包括活塞腔及外推活塞，所述活塞腔内置于外套筒壳体上，所述外推活塞位于活塞腔，活塞腔的无杆腔与钻井液副流道相导通，活塞腔的有杆腔与外套筒壳体外部空间相导通；所述外推活塞的活塞杆延伸至外套筒壳体外部空间，所述辅助推出机构安装在外推活塞的活塞杆端部。
6.根据权利要求1所述的一种具有辅助推出功能的复合式旋转导向钻井偏置装置，其特征在于：所述内推机构包括主动楔块、从动楔块及缓冲弹簧；在所述外套筒壳体上内置有主动楔块限位滑槽，所述主动楔块位于主动楔块限位滑槽中，所述缓冲弹簧设置在主动楔块与主动楔块限位滑槽之间；在所述内套筒壳体上开设有从动楔块穿行孔，所述从动楔块穿装在从动楔块穿行孔中；所述从动楔块与主动楔块垂直分布，从动楔块的外端斜面与主动楔块的下端斜面顶靠接触，与从动楔块的内端正对的后钻头轴上固定套装有缓冲垫，从动楔块的内端通过缓冲垫与后钻头轴顶靠接触配合。
7.根据权利要求1所述的一种具有辅助推出功能的复合式旋转导向钻井偏置装置，其特征在于：所述辅助推出机构包括支撑底盖、外推顶盖、主动齿轮、第一中间齿轮、第二中间齿轮、第一从动齿轮、第二从动齿轮、第一螺柱、第二螺柱、单向阀、第一电磁进液阀及第二电磁进液阀；所述支撑底盖与外推顶盖扣合装配在一起；所述主动齿轮位于支撑底盖内侧中心处，在主动齿轮的轴端配置有转速传感器；所述第一中间齿轮和第二中间齿轮镜像对称分布在主动齿轮两侧，第一中间齿轮和第二中间齿轮与主动齿轮同时啮合；所述第一螺柱位于第一中间齿轮正上方，所述第一从动齿轮同轴固装在第一螺柱下部，第一从动齿轮与第一中间齿轮相啮合；所述第二螺柱位于第二中间齿轮正上方，所述第二从动齿轮同轴固装在第二螺柱下部，第二从动齿轮与第二中间齿轮相啮合；所述主动齿轮、第一中间齿轮、第二中间齿轮、第一螺柱及第二螺柱相对于支撑底盖仅具有回转自由度；在所述第一中间齿轮下方的支撑底盖上设有第一上行钻井液进入孔，所述第一电磁进液阀安装在第一上行钻井液进入孔处；在所述第二中间齿轮下方的支撑底盖上设有第二上行钻井液进入孔，所述第二电磁进液阀安装在第二上行钻井液进入孔处；在所述第一电磁进液阀与第二电磁进...
【技术特征摘要】
1.一种具有辅助推出功能的复合式旋转导向钻井偏置装置，其特征在于：包括前钻头轴、后钻头轴、中空万向节、钻柱轴、内套筒壳体、外套筒壳体及辅助推出机构；所述前钻头轴、后钻头轴、中空万向节及钻柱轴顺序串联螺接在一起形成旋转组件，旋转组件中心形成钻井液主流道；所述前钻头轴下端设有扩径段，所述钻柱轴上端设有扩径段；所述内套筒壳体同轴套装在旋转组件外侧，内套筒壳体位于前钻头轴与钻柱轴的扩径段之间，内套筒壳体上端与钻柱轴之间设有止推轴承，在止推轴承下方的内套筒壳体与钻柱轴之间设有深沟球轴承组；所述内套筒壳体下端面与前钻头轴的扩径段阶梯面之间接触面设为球面；所述外套筒壳体同轴固定套装在内套筒壳体外侧，在外套筒壳体与内套筒壳体之间形成钻井液副流道，钻井液副流道下端与钻井液主流道相连通，钻井液副流道上端与外套筒壳体外部空间相连通；在所述钻井液副流道内顺序设有外推机构和内推机构；所述外推机构向外伸出外套筒壳体，所述辅助推出机构设置在外推机构上，外推机构通过辅助推出机构与井壁顶推配合；所述内推机构向内伸出内套筒壳体，内推机构与后钻头轴顶推配合；所述内套筒壳体、外套筒壳体、辅助推出机构、外推机构及内推机构共同形成非旋转组件。
2.根据权利要求1所述的一种具有辅助推出功能的复合式旋转导向钻井偏置装置，其特征在于：所述钻井液副流道共设置四条，四条钻井液副流道沿圆周方向均布分布，每条钻井液副流道内均设有外推机构和内推机构，每个外推机构上均设有辅助推出机构；所述外套筒壳体采用四瓣式组合拼接结构，外套筒壳体的每个单瓣体与内套筒壳体之间均设有一条钻井液副流道。
3.根据权利要求1所述的一种具有辅助推出功能的复合式旋转导向钻井偏置装置，其特征在于：所述钻井液主流道与钻井液副流道之间通过钻井液排入孔相导通，钻井液副流道与外套筒壳体外部空间通过钻井液排出孔相导通。
4.根据权利要求1所述的一种具有辅助推出功能的复合式旋转导向钻井偏置装置，其特征在于：在所述钻井液排入孔处设有阀块，阀块下方的内套筒壳体与外套筒壳体之间设有动力室，在动力室内设置有阀块执行机构和动力电池；所述阀块执行机构包括伺服电机、联轴器、滚珠丝杠、丝母滑块及轴承座；所述伺服电机固定嵌装在动力室内，伺服电机的电机轴通过联轴器与滚珠丝杠一端同轴固连，所述丝母滑块套装在滚珠丝杠另一端，所述阀块与丝母滑块固定连接在一起；所述滚珠丝杠与动力室之间通过轴承座相连；所述伺服电机由动力电池供电。
5.根据权利要求1所述的一种具有辅助推出功能的复合式旋转导向钻井偏置装置，其特征在于：所述外推机构包括活塞腔及外推活塞，所述活塞腔内置于外套筒壳体上，所述外推活塞位于活塞腔，活塞腔的无杆腔与钻井液副流道相导通，活塞腔的有杆腔与外套筒壳体外部空间相导通；所述外推活塞的活塞杆延伸至外套筒壳体外部空间，所述辅助推出机构安装在外推活塞的活塞杆端部。
6.根据权利要求1所述的一种具有辅助推出功能的复合式旋转导向钻井偏置装置，其特征在于：所述内推机构包括主动楔块、从动楔块及缓冲弹簧...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭禾阳，刘长福，李博，王志强，张明雷，陈雅娟，
申请(专利权)人：辽宁石油化工大学，
类型：发明
国别省市：
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