[发明专利]一种提高定向造斜段机械钻速的装置与方法

权利要求书

1.定向造斜提速装置由扭力调整短节、卡臂短节和消扭短节组成；扭力调整短节包括扭力短节壳体（1）、圆柱销（2）、上传动件（3）、下传动件（12）、扭力锁止件（6）、球座（4）、双向推力球轴承（9）、螺钉销（5）、卡销（11）、卡销孔塞（10）、卡销弹簧（7）、上复位弹簧（8）、安装接头（13）和安装孔塞（23）；圆柱销（2）一端与上传动件（3）采用过盈配合安装，另一端安装在扭力短节壳体（1）对应的圆柱销（2）安装孔中；上传动件（3）和下传动件（12）为内花键结构，扭力锁止件（6）为外花键结构并在上复位弹簧（8）的作用下，实现对上传动件（3）与下传动件（12）的相对锁止；下传动件（12）与上传动件（3）之间安装有双向推力球轴承（9）；下传动件（12）内部设有扭力锁止件（6）限位台阶和上复位弹簧（8）安装台阶，上端安装有用以对扭力锁止件（6）进行限位的卡销组件，下端设有安装槽（23），安装接头（13）在对应位置处设有安装孔与安装孔塞（24）；卡销组件包括卡销（11）、卡销弹簧（7）、卡销孔塞（10）；扭力锁止件（6）与球座（4）通过螺钉销（5）实现安装定位；下传动件（12）与安装接头（13）之间安装有双向推力球轴承（9）；卡臂短节包括心轴（17）、心轴帽（14）、导向滑块（15）、径向卡臂（16）、卡臂短节壳体（18）、下复位弹簧（19）、弹簧座（20）、上接头短节（21）和调整套（37）；心轴帽（14）通过螺纹与心轴（17）连接，导向滑块（15）安装在心轴（17）上，通过心轴帽（14）、调整套（37）和心轴台阶实现定位；径向卡臂（16）通过梯形导向滑槽（22）与导向滑块（15）连接并实现相对运动；心轴（17）下端安装有弹簧，弹簧下端紧压在弹簧座（20）上；上接头短节（21）通过螺纹与卡臂短节壳体（18）连接；消扭短节包括碟簧（25）、垫片（26）、推力球轴承（27）、换向器外壳（28）、换向器内轴（29）、滚珠（30）、底封（31）和下接头短节（32）和液力锁止销组件；液力锁止销组件包括封盖（33）、液动锁销（35）、液力锁止销组件弹簧（34）；换向器外壳（28）通过螺纹与上接头短节（21）连接；碟簧（25）、推力球轴承（27）紧压在换向器内轴（29）上；换向器内轴（29）与换向器外壳（28）通过台阶实现安装限位；消扭短节周向上均布有3个液力锁止销组件，液动锁销（35）在液力锁止销组件弹簧（34）回复力的作用下，伸入到换向器内轴（29）的对应的键槽中；封盖（33）通过螺纹安装在换向器外壳（28）上，并开设有呼吸孔（36）；底封（31）通过螺纹安装在换向器外壳（28）下端；下接头短节（32）通过螺纹安装在换向器内轴（29）上；换向器内轴（29）下端设有安装槽（23），底封（31）在对应位置处设有安装孔与安装孔塞（24）。

2.根据权利要求1所述的定向造斜提速装置，其特征是：上传动件（3）和下传动件（12）采用内花键结构，扭力锁止件（6）采用外花键结构并在上复位弹簧（8）的作用下实现对上传动件（3）与下传动件（12）的锁止。

3.根据权利要求1所述的定向造斜提速装置，其特征是：球座（4）与扭力锁止件（6）通过螺钉销（5）安装定位；投球后，球座（4）在液力作用下向下移动，并向下推动扭力锁止件（6）实现上传动件（3）与下传动件（12）之间扭矩传递的断开。

4.根据权利要求1所述的定向造斜提速装置，其特征是：上传动件（3）与下传动件（12）之间安装有双向推力球轴承（9）；下传动件（12）与安装接头（13）之间安装有双向推力球轴承（9）。

5.根据权利要求1所述的定向造斜提速装置，其特征是：径向卡臂（16）后端设计有梯形导向凸块，安装在导向滑块（15）上的梯形导向滑槽（22）内，实现与导向滑块（15）的连接和相对运动；径向卡臂外端设计为沿工具轴向方向的3凸棱结构；每组径向卡臂（16）周向均布在卡臂短节圆周上。

6.根据权利要求1所述的定向造斜提速装置，其特征是：消扭短节借鉴滚珠丝杠原理设计换向器结构；在换向器内轴（29）与碟簧（25）之间安装有推力球轴承（27）。

7.根据权利要求1所述的定向造斜提速装置，其特征是：消扭短节换向器外壳（28）与换向器内轴（29）之间安装液力锁止销组件；液力锁止销组件的封盖（33）上开设有呼吸孔（36）。

8.根据权利要求1所述的定向造斜提速装置的使用方法，其特征是：开展定向段造斜作业时，将定向造斜提速装置加装在动力钻具组合中钻铤的上方；钻具组合在下入井眼和调整井斜方位角的过程中不开泵建立钻井液的循环；待调整好井斜方位角后，开泵建立钻井液的循环；采用投球憋压启动提速装置的扭力调整短节，调整扭力锁止件（6），切断转盘扭矩向钻头的传递；同时，双向推力球轴承（9）组合将继续保持钻压向钻头的传递；增大泵压，卡臂短节向外伸出径向卡臂（16）卡住井壁，使卡臂短节及其下部钻具组合形成对井壁的相对固定，保证造斜钻进过程中井斜方位角不变化；液动锁销（35）在内环空高压钻井液与由呼吸孔（36）流入液力锁止销组件的外环空低压钻井液的联合作用下，缩回至换向器外壳（28）内，切断换向器外壳（28）与换向器内轴（29）之间的扭矩传递。