[发明专利]一种机械自动垂直钻井工具

摘要

本发明提供了一种机械自动垂直钻井工具，主要由上接头、外筒、偏重块、液压端、调节喷嘴、圆形驱动管、扇形圆管、压板、柱塞板和泄压孔组成。在钻进过程中，偏重块利用自身重力作用带动扇形圆管始终处在液压端(或硬质轨道缸)轴孔内壁圆柱面底侧扇形柱面且左右对称，钻具水眼内高压钻井液经液压端(或硬质轨道缸)轴孔内壁圆柱面顶侧扇形柱面区域内钻井液通道进入对应柱塞缸，柱塞板伸出挤压井壁，井壁反作用力推动钻头侧向切削地层自动降斜钻进，机械自动垂直钻井工具工具面恒为180°。

主权项

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。