[发明专利]一种机械自动垂直钻井工具

权利要求书

1.机械自动垂直钻井工具主要由上接头(1)、外筒(2)、偏重块(3)、液压端(4)、调节喷嘴(5)、圆形驱动管(6)、扇形圆管(7)、压板(8)、柱塞板(9)和泄压孔(10)组成；

上接头(1)、外筒(2)和液压端(4)通过特殊螺纹连接成一体，其中，上接头(1)上端是石油钻具螺纹，液压端(4)下端是石油钻具螺纹，液压端(4)下端轴孔安装有调节喷嘴(5)；

上接头(1)、外筒(2)和液压端(4)共同组成密闭腔室，用于安装偏重块(3)和圆形驱动管(6)；根据机械加工工艺不同，上接头(1)和外筒(2)可加工成整体结构，或者，外筒(2)和液压端(4)可加工成整体结构；

液压端(4)周向均布加工N(N≥3且为正整数)个扶正棱，每个扶正棱均加工有柱塞缸，钻井液通道自柱塞缸底部沿径向向内延伸到液压端(4)轴孔内壁圆柱面，周向均布且与柱塞缸方向一致；进一步说，为防止液压端(4)轴孔钻井液通道刺坏，可增加硬质轨道缸，硬质轨道缸安装在液压端(4)轴孔内且钻井液通道相连通；

柱塞板(9)是柱塞和推板总称，属整体结构，空间形状近似长方体；柱塞板(9)内侧面设计成微凹陷结构，外侧面设计成圆柱面，其余四个侧面是两对相互平行平面；柱塞板(9)通过压板(8)安装在柱塞缸内，柱塞板(9)上加工有泄压孔(10)；进一步说，柱塞板(9)也可加工成分体结构，即柱塞和推板，柱塞空间形状可为长方体，可为圆柱体，具体形状在设计加工时统筹考虑；

液压端(4)(或硬质轨道缸)轴孔内壁圆柱面中安装有扇形圆管(7)，扇形圆管(7)开口圆心角设计为任意值；扇形圆管(7)上端与圆形驱动管(6)连接在一起，进一步说，为保护扇形圆管(7)在液压端(4)(或硬质轨道缸)轴孔内壁圆柱面中自由旋转，可延长圆形驱动管(6)且在钻井液通道位置被加工成扇形圆管(7)；或者说，扇形圆管(7)和圆形驱动管(6)是整体结构；或者说，扇形圆管(7)是圆形驱动管(6)中的一段；或者说，偏重块(3)、圆形驱动管(6)和扇形圆管(7)可加工成整体结构，并称之为扇形偏重管；

偏重块(3)和圆形驱动管(6)安装在上接头(1)、外筒(2)和液压端(4)共同组成的密闭腔室内；偏重块(3)根据需要可以加工成不同形状，也可选用不同材质或者多种材质组合；圆形驱动管(6)是中空、等壁厚金属管，其上、下端分别安装在上接头(1)下端轴孔和液压端(4)上端轴孔中，配套研磨，密封承压，旋转灵活；偏重块(3)通过轴孔安装在圆形驱动管(6)上，带动圆形驱动管(6)旋转，间接带动扇形圆管(7)旋转，因此，偏重块(3)和圆形驱动管(6)共同组成机械自动垂直钻井工具的井眼重力高边工具面驱动机构；

液压端(4)(或硬质轨道缸)轴孔内壁圆柱面、液压端(4)(或硬质轨道缸)轴孔钻井液通道和扇形圆管(7)共同组成机械自动垂直钻井工具的导向装置，其中，液压端(4)(或硬质轨道缸)轴孔内壁圆柱面相当于圆环轨道面，液压端(4)(或硬质轨道缸)轴孔钻井液通道相当于控制开关，扇形圆管(7)相当于扇形控制环。

2.根据权利要求1所述的一种机械自动垂直钻井工具，其特征在于：对于液压端(4)(或硬质轨道缸)轴孔内壁圆柱面及其N个周向均布钻井液通道导向装置来说，扇形圆管(7)开口圆心角设计为任意值，或者说，无论扇形圆管(7)开口圆心角大小，均可研制出一种机械自动垂直钻井工具，但是，扇形圆管(7)开口圆心角与机械自动垂直钻井工具中导向装置所控制工具面变化范围有关，当扇形圆管(7)开口圆心角或圆心角大于任意相邻两个钻井液通道之间夹角，且开口圆心角等于任意相邻两个钻井液通道之间夹角之半角奇数倍时，工具面变化范围恒为任意相邻两个钻井液通道之间夹角的一半，对应产生井壁反作用力是连续的，不间断的，因此，机械自动垂直钻井工具降斜效率相对较高。

3.根据权利要求1所述的一种机械自动垂直钻井工具，其特征在于：机械自动垂直钻井工具降斜效率与液压端(4)(或硬质轨道缸)轴孔钻井液通道位置钻具内、外压差成正比；

除下钻前调整钻头喷嘴、钻进中更换不同直径泥浆泵缸套和调整泥浆泵冲数来改变钻井液通道位置钻具内、外压差外，还可下钻前调整调节喷嘴(5)、钻进中调整立管旁通阀分流装置来改变钻井液通道位置钻具内、外压差，从而获得满足工程需要降斜效率。

4.根据权利要求1所述的一种机械自动垂直钻井工具，其特征在于：通过调整偏重块(3)和扇形圆管(7)相对位置，机械自动垂直钻井工具还可改变成机械自动增斜、扭方位或特定装置角导向钻井工具。