[发明专利]一种液压自动垂直钻井工具

权利要求书

1.液压自动垂直钻井工具主要由上接头(1)、密封端(2)、外筒(3)、扇形圆环(4)、金属球(5)、液压端(6)、传动轴(7)、下接头(8)、活塞环(9)、大弹簧(10)、小弹簧(11)、柱塞(12)、推板(13)和调节喷嘴(14)组成；

上接头(1)、传动轴(7)和下接头(8)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，下接头(8)下端是石油钻具螺纹，下接头(8)下端轴孔安装有调节喷嘴(14)；

密封端(2)、外筒(3)和液压端(6)通过特殊螺纹连接成一体，且通过密封端(2)、液压端(6)轴孔安装在传动轴(7)上，轴孔内安装有多道密封圈；

外筒(3)是加工有内隔板的金属管，内隔板把外筒(3)与传动轴(7)环形空间分割成上部钻井液腔室和下部液压油腔室；

液压端(6)周向均布加工有N(N≥3且为正整数)个扶正棱，每个扶正棱均加工安装有柱塞(12)和推板(13)；柱塞(12)安装在柱塞缸内，液压油通道自柱塞缸底部沿轴向向上延伸到液压端(6)顶部圆环形平面，周向均布且与推板(13)方向一致；

传动轴(7)、密封端(2)、活塞环(9)、外筒(3)共同组成钻井液腔室；活塞环(9)与传动轴(7)、外筒(3)、外筒(3)内隔板之间均安装有多道密封圈，使其相互液动密封；传动轴(7)周向均布加工三个钻井液通道，连通钻具水眼与钻井液腔室；活塞环(9)横剖面呈倒“L”状，活塞环(9)和外筒(3)内隔板之间安装有大弹簧(10)；

传动轴(7)、液压端(6)、活塞环(9)、外筒(3)共同组成液压油腔室；外筒(3)内隔板下部管壁加工有注油孔；活塞环(9)下端安装有可调小弹簧(11)；

在液压端(6)顶部圆环形平面上，放置有金属球(5)和扇形圆环(4)；扇形圆环(4)开口圆心角设计为任意值，扇形圆环(4)中部加工有凹槽且左右对称，金属球(5)放置在扇形圆环(4)凹槽内，带动扇形圆环(4)在液压端(6)顶部圆环形平面上移动；进一步说，为确保金属球(5)和扇形圆环(4)自由游动，可在液压端(6)顶部圆环形平面上安装U型轨道槽和圆形驱动环，U型轨道槽底部与液压端(6)顶部液压油通道相连通，扇形圆环(4)敷着在圆形驱动环底面，因此，金属球(5)带动圆形驱动环移动，间接带动扇形圆环(4)移动；或者，在液压端(6)顶部圆环形平面上安装U型轨道槽和轨道盖，U型轨道槽底部与液压端(6)顶部液压油通道相连通，扇形圆环(4)和金属球(5)被保护在U型轨道槽和轨道盖环形空间内，金属球(5)直接带动扇形圆环(4)移动；或者，在液压端(6)顶部圆环形平面上安装U型轨道槽、圆形驱动环和轨道盖，U型轨道槽底部与液压端(6)顶部液压油通道相连通，圆形驱动环、扇形圆环(4)和金属球(5)被保护在U型轨道槽和轨道盖环形空间内，金属球(5)带动圆形驱动环移动，间接带动扇形圆环(4)移动；因此，金属球(5)或金属球(5)和圆形驱动环构成了液压自动垂直钻井工具中的井眼重力高边工具面驱动机构；

在液压自动垂直钻井工具中，液压端(6)顶部(或U型轨道槽底部)圆环形平面、液压端(6)顶部(或U型轨道槽底部)液压油通道和扇形圆环(4)共同组成液压自动垂直钻井工具的导向装置，其中，液压端(6)顶部(或U型轨道槽底部)圆环形平面相当于圆环轨道面，液压端(6)顶部(或U型轨道槽底部)液压油通道相当于控制开关，扇形圆环(4)相当于扇形控制环。

2.根据权利要求1所述的一种液压自动垂直钻井工具，其特征在于：对于液压端(6)顶部(或U型轨道槽底部)圆环形平面及其N个周向均布液压油通道导向装置来说，扇形圆环(4)开口圆心角设计为任意值，或者说，无论扇形圆环(4)开口圆心角大小，均可研制出一种液压自动垂直钻井工具，但是，扇形圆环(4)开口圆心角与液压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，当扇形圆环(4)开口圆心角或圆心角大于任意相邻两个液压油通道之间夹角，且开口圆心角等于任意相邻两个液压油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液压油通道之间夹角的一半，对应所产生井壁反作用力是连续的，不间断的，因此，液压自动垂直钻井工具降斜效率相对较高。