[发明专利]一种静态、推靠式液压旋转导向钻井工具

摘要

本发明专利提供了一种静态、推靠式液压旋转导向钻井工具，主要由下接头、调节喷嘴、传动轴、液压端壳体、外筒、油腔弹簧、油腔活塞环、密封筒、花键筒、锁紧筒、导向锁紧座、非导向锁紧座、锁紧套、锁紧挡环、上接头、液压端柱塞、液压端翼板、液压端压板、锁紧弹簧、锁紧钢珠和锁紧活塞组成。非导向钻进时，密封筒关闭钻井液通道，高压钻井液无法进入钻井液腔室，液压端柱塞和液压端翼板未伸出，液压端壳体随传动轴旋转。导向钻进时，密封筒打开钻井液通道，高压钻井液进入钻井液腔室，将钻井液压差转换成液压油压力，液压端柱塞和液压端翼板伸出，液压端壳体不随传动轴旋转，而是侧向挤压井壁推动钻头导向钻进。另外，该工具还可简化成一种静态、推靠式机械旋转导向钻井工具。

主权项

1.静态、推靠式液压旋转导向钻井工具主要由下接头(1)、调节喷嘴(2)、传动轴(3)、液压端壳体(4)、外筒(5)、油腔弹簧(6)、油腔活塞环(7)、密封筒(8)、花键筒(9)、锁紧筒(10)、导向锁紧座(11)、非导向锁紧座(12)、锁紧套(13)、锁紧挡环(14)、上接头(15)、液压端柱塞(16)、液压端翼板(17)、液压端压板(18)、锁紧弹簧(19)、锁紧钢珠(20)和锁紧活塞(21)组成；下接头(1)为中孔、厚壁金属管；下端螺纹与钻头螺纹相匹配，上端螺纹与传动轴(3)下端螺纹相匹配，中孔内安装调节喷嘴(2)；附图中下端螺纹是内螺纹，具体应用中，可为内螺纹，可为外螺纹，具体在设计加工时统筹考虑；调节喷嘴(2)为硬质合金圆环，厚度相对较薄；外部是螺纹，内部是等直径圆孔，底端加工开口槽；附图中通过螺纹固定安装，具体应用中，调节喷嘴(2)可通过螺纹固定安装，可通过卡簧固定安装，具体在设计加工时统筹考虑；附图中调节喷嘴(2)外部没有密封，具体应用中，可涂抹密封脂密封，可优化外部结构，安装密封圈密封，具体在设计加工时统筹考虑；附图中内部是等直径圆孔，具体应用中，可加工成等直径圆孔，可加工成不等径圆锥孔，具体在设计加工时统筹考虑；附图中调节喷嘴(2)是整体结构，具体应用中，可分体加工成调节喷嘴座和喷嘴两种部件，不同规格喷嘴外径相同，内径不同；传动轴(3)为中孔、厚壁金属管；下端螺纹与下接头(1)上端螺纹相匹配，下部外径相对较小，中下部外径相对较大，同时，油腔活塞环(7)上面管壁加工有钻井液通道，中上部外径相对更大且加工成六直边方管柱，技术规范与花键筒(9)相匹配，上部外径相对较小且与中下部外径相同，管壁上加工有锁紧孔，上端螺纹与锁紧挡环(14)螺纹相匹配，中孔下部内径相对较小，中孔上部内径相对较大；附图中加工一个钻井液通道，具体应用中，中下部管壁可加工两个钻井液通道，或三个钻井液通道，或多个钻井液通道，且在同一横截面上周向均布，具体在设计加工时统筹考虑；附图中加工成六直边方管柱，具体应用中，中上部管壁可加工成双直边方管柱，或三直边方管柱，或多直边方管柱，或花键轴状管柱，具体在设计加工时统筹考虑；附图中加工两个锁紧孔，具体应用中，上部管壁可加工三个锁紧孔，或四个锁紧孔，或多个锁紧孔，同一横截面上多个锁紧孔称为一排锁紧孔且周向均布，同时，可加工两排锁紧孔，或三排锁紧孔，或多排锁紧孔，相邻排锁紧孔须相互错开，具体在设计加工时统筹考虑；液压端壳体(4)为中孔、直扶正棱状、厚壁金属管；下端是扶正棱，扶正棱直径略小于井眼直径，顶部镶嵌硬质合金块，两端加工成倒角，扶正棱中部自内向外依次加工成柱塞缸、翼板仓和压板轨道，上端螺纹与外筒(5)下端螺纹相匹配，中孔内径与传动轴(3)下部外径相匹配，中孔下部加工密封槽，安装密封圈；附图中加工三个扶正棱，具体应用中，根据不同井眼规范可周向均布加工四个扶正棱，或五个扶正棱，或多个扶正棱，其中一个扶正棱代表导向工具面方向，称为导向扶正棱，不加工柱塞缸、翼板仓和压板轨道，具体在设计加工时统筹考虑；由于导向扶正棱不加工柱塞缸、翼板仓和压板轨道，因此，导向扶正棱可去掉不要，但是，相应位置须加工划痕代表导向工具面方向；附图中加工一个柱塞缸，具体应用中，每个扶正棱均可设计加工两个柱塞缸，或三个柱塞缸，或多个柱塞缸，具体在设计加工时统筹考虑；附图中柱塞缸直接加工在液压端壳体(4)上，具体应用中，可先在液压端壳体(4)上加工出大直径柱塞缸座，再安装柱塞缸套和液压端柱塞(16)，具体在设计加工时统筹考虑；附图中未加工液压油通道，具体应用中，可利用液压端壳体(4)和传动轴(3)间缝隙作为液压油通道，可在液压端壳体(4)中孔对应柱塞缸位置加工液压油凹槽，具体在设计加工时统筹考虑；外筒(5)为中孔、厚壁金属管；下端螺纹与液压端壳体(4)上端螺纹相匹配，中孔下部内径相对较大，且与液压端壳体(4)上端面、传动轴(3)外表面和油腔活塞环(7)下端面共同组成液压油腔室，中孔中下部内径相对较小，且与油腔活塞环(7)上端面、传动轴(3)外表面和密封筒(8)下端面共同组成钻井液腔室，钻井液通道连通传动轴(3)中孔和钻井液腔室，中孔中上部加工成马蹄型导向槽和导向键双导向机构，槽口朝上，且与密封筒(8)外部导向键和马蹄型导向槽相匹配，中孔上部内径相对较大且与密封筒(8)中上部外径相匹配；附图中外筒(5)和马蹄型导向槽、导向键是整体结构，具体应用中，外筒(5)和马蹄型导向槽、导向键可为整体结构，可为分体结构，如果为分体结构，马蹄型导向槽和导向键通过螺钉固定安装到外筒(5)中孔，具体在设计加工时统筹考虑；油腔活塞环(7)为金属圆环，厚度相对较薄；附图中油腔活塞环(7)与外筒(5)、传动轴(3)间均无密封，具体应用中，油腔活塞环(7)外部和内部均可加工多道和多种密封槽，安装密封圈或密封圈组合，具体在设计加工时统筹考虑；密封筒(8)为中孔、厚壁金属管；下部外径相对较小，中下部外径相对较大且加工成导向键和马蹄型导向槽双导向机构，槽口朝下，与外筒(5)内部马蹄型导向槽和导向键相匹配，中上部是密封面且与外筒(5)相匹配，加工密封槽，安装密封圈，上端螺纹与花键筒(9)下端螺纹相匹配，中孔下部内径相对较小，且上端和下端均加工密封槽，安装密封圈，中孔上部内径相对较大且与传动轴(3)相匹配；附图中密封筒(8)和导向键、马蹄型导向槽是整体结构，具体应用中，密封筒(8)和导向键、马蹄型导向槽可为整体结构，可为分体结构，如果为分体结构，导向键和马蹄型导向槽通过螺钉固定安装到密封筒(8)外部，具体在设计加工时统筹考虑；花键筒(9)为中孔、厚壁金属管；下端螺纹与密封筒(8)上端螺纹相匹配，上端螺纹与锁紧筒(10)下端螺纹相匹配，中孔加工成六直边方圆孔，技术规范与传动轴(3)相匹配；附图中加工成六直边方圆孔，具体应用中，可加工成双直边方圆孔，或三直边方圆孔，或多直边方圆孔，或花键形状圆孔，具体在设计加工时统筹考虑；锁紧筒(10)为中孔、厚壁金属管；下端螺纹与花键筒(9)上端螺纹相匹配，上端螺纹与上接头(15)下端螺纹相匹配，中孔下部内径相对较大且与传动轴(3)相匹配，中孔中部内径相对较小且长度较短，中孔上部内径相对更大；导向锁紧座(11)和非导向锁紧座(12)均为金属圆环，内壁居中加工锁紧槽；附图中均加工一道锁紧槽，具体应用中，导向锁紧座(11)和非导向锁紧座(12)内壁均可同时加工两道锁紧槽，或三道锁紧槽，或多道锁紧槽，且锁紧槽道数均与传动轴(3)锁紧孔排数相同；或者，把加工一道锁紧槽的锁紧座称为锁紧座单元，导向锁紧座(11)和非导向锁紧座(12)均可由一个锁紧座单元组成，或两个锁紧座单元组成，或三个锁紧座单元组成，或多个锁紧座单元组成，且锁紧座单元数均与传动轴(3)锁紧孔排数相同，具体在设计加工时统筹考虑；附图中为圆弧形锁紧槽，具体应用中，锁紧槽可为圆弧形锁紧槽，可为方框形锁紧槽，可为方框‑圆弧组合形锁紧槽，锁紧槽规范与锁紧钢珠(20)和传动轴(3)相匹配，具体在设计加工时统筹考虑；锁紧套(13)为中孔、薄壁金属管；外径与传动轴(3)锁紧孔直径相同，内径略大于锁紧钢珠(20)直径，朝向传动轴(3)中孔端面为平面，朝向传动轴(3)外部端面为凸圆弧面且与传动轴(3)相匹配；锁紧挡环(14)为金属圆环；外部螺纹与传动轴(3)上端螺纹相匹配，通过螺纹安装在传动轴(3)上端，内孔直径与锁紧活塞(21)上部内径相同，顶端加工开口槽；上接头(15)为中孔、厚壁金属管；下端螺纹与锁紧筒(10)上端螺纹相匹配，上端螺纹与上部钻具螺纹相匹配；附图中上端螺纹是内螺纹，具体应用中，可为内螺纹，可为外螺纹，具体在设计加工时统筹考虑；液压端柱塞(16)为实心、金属圆柱体，直径和高度均与柱塞缸相同；附图中液压端柱塞(16)和柱塞缸间无密封槽，未安装密封圈，具体应用中，液压端柱塞(16)和柱塞缸可按照偶件配套研磨密封，可在液压端柱塞(16)或柱塞缸上加工密封槽，安装密封圈，具体在设计加工时统筹考虑；液压端翼板(17)为两端较薄、中间较厚、长方形金属板；两端薄板呈圆弧角，顶部和底部均是平面，且顶面与液压端压板(18)底面距离等于液压端翼板(17)伸出距；中间厚板顶部是沿长度方向凸圆弧面，圆弧面直径与扶正棱直径相同，镶嵌硬质合金块；附图中圆弧面直径与扶正棱直径相同，具体应用中，圆弧面直径略小于扶正棱直径，顶部堆焊硬质合金或耐磨合金，沿长度方向加工成板牙，板牙高度等于扶正棱半径和液压端翼板(17)顶部圆弧面半径差值，板牙顶面是宽度极窄长方形平面，形似刀刃；液压端压板(18)为带燕尾状侧翼、顶部微凸、长方形金属板；顶部是沿长度方向凸圆弧面，镶嵌硬质合金块，圆弧面直径与扶正棱直径相同，底部是平面，两侧加工成燕尾状侧翼，且技术规范与扶正棱压板轨道相同，前端是平面，后端是倒角，且技术规范与扶正棱倒角相同；附图中液压端压板(18)上无螺钉孔，未安装螺钉，具体应用中，液压端压板(18)首先通过燕尾状侧翼插进扶正棱压板轨道，再利用螺钉固定安装，螺钉孔可为圆柱状阶梯孔，可为圆柱状通孔，具体在设计加工时统筹考虑；锁紧活塞(21)为中孔、厚壁金属管；上部外径相对较大，加工有锁紧槽，下部外径相对较小，内部是钻井液流道，上部内径相对较大，下部内径相对较小；附图中加工一道锁紧槽，具体应用中，可设计加工两道锁紧槽，或三道锁紧槽，或多道锁紧槽，且锁紧槽道数与传动轴(3)锁紧孔排数相同，具体道数在设计加工时统筹考虑；附图中为圆弧形锁紧槽，具体应用中，锁紧槽可为圆弧形锁紧槽，可为方框形锁紧槽，可为方框‑圆弧组合形锁紧槽，锁紧槽规范与锁紧钢珠(20)和传动轴(3)相匹配，具体在设计加工时统筹考虑；组装顺序和方法：一是将锁紧套(13)安装进传动轴(3)锁紧孔，锁紧弹簧(19)和锁紧活塞(21)安装进传动轴(3)中孔上部，然后，将锁紧挡环(14)安装到传动轴(3)上端；二是将花键筒(9)安装到传动轴(3)六直边方管柱位置，密封筒(8)从传动轴(3)下端安装，连接密封筒(8)和花键筒(9)间螺纹；三是将导向锁紧座(11)和非导向锁紧座(12)安装进锁紧筒(10)，连接锁紧筒(10)和上接头(15)间螺纹；四是将锁紧钢珠(20)安装进锁紧套(13)，锁紧筒(10)和上接头(15)从传动轴(3)上端安装，连接锁紧筒(10)和花键筒(9)间螺纹；五是将油腔活塞环(7)和油腔弹簧(6)安装进外筒(5)，连接外筒(5)和液压端壳体(4)间螺纹，然后，将液压端壳体(4)和外筒(5)安装到传动轴(3)上；六是连接下接头(1)和传动轴(3)间螺纹，把调节喷嘴(2)安装进下接头(1)；七是自柱塞缸向液压油腔室注满液压油，然后，安装液压端柱塞(16)和液压端翼板(17)；八是将液压端压板(18)自扶正棱两端插进压板轨道，通过螺钉固定液压端压板(18)；组装环境和条件不同，组装顺序和方法可能不同，具体在组装时统筹考虑。