基于空心无刷电机的连续管电控定向装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及石油、天然气钻井领域，具体的讲是一种基于空心无刷电机的连续管钻井电控定向装置。
【背景技术】
[0002]连续管钻井以其钻井成本低和时效高、污染小和自动化程度高等优势，被广泛应用于老井侧钻、浅层定向钻井、小井眼加深等，是目前钻井技术的一个重要发展方向，对国内老油田稳产增效具有非常重要的意义。现有的一种连续管钻井系统井底钻具组合(Bottom Hole Assembly，简称为BHA)由钻头、动力钻具、定向工具、工程/地质参数随钻测量仪器、供电与信息(双向)传输工具、安全丢手接头、其它功能接头和连续管连接器等配套工具组成，其中定向工具是连续管定向钻井的核心工具，该工具下端为可控转动接头，可直接与动力钻具上端连接，通过其转动调整动力钻具工具面以控制井眼轨迹。
[0003]连续管钻井定向工具主要有液控、电液控、电控方式三种。液控定向工具的特点是结构简单、成本较低、精度低、可控性差等；电液控定向工具需要微电机、微型栗、液压阀等部件，结构复杂，更难维护；电控定向工具可实现顺时针和逆时针全范围(360° )无任何限制地对动力钻具工具面进行调节，具有控制精度高、数据实时传输等特点。
[0004]已授权的发明专利(CN102758587B)中公开了一种连续管液控定向工具，主要是通过调节钻井液排量在工具内产生脉冲压力，该压力脉冲沿连续管内钻井液通道推动工具上的换向机构移动来实现旋转的目的。其优点是结构相对简单，主要缺点是每次旋转角度固定，不能实现工具面精确摆放，同时受到钻井液类型的限制，不能应用于两相或气相钻井液钻井和欠平衡钻井中。已公布的发明专利申请(CN103670278A)中公开了一种连续管电液机控定向工具机械系统，采用液压系统经油路通道推动活塞产生直线移动，使得换向机构产生转动，利用芯轴套筒内壁上的花键配合换向套筒实现工具锁紧。其优点是定向工具可以双向转动，工具面调整精度和可控性均较好，但缺点是结构复杂，液压组件较多，需要频繁维护。已公布的发明专利申请(CN102787804A)中公开了一种全电动复合材料连续管钻井装置及方法，提出了利用地面系统通过连续管内置电缆为井下系统提高电力和双向通讯，并控制电动马达驱动钻头转动，其中提及了改变钻头指向的导向工具，但所述的导向工具并不明确是何种类型，其具体结构也不明确。
【发明内容】
[0005]本申请的发明人在深入调研国外连续管定向工具的基础上，提出了一种基于空心无刷电机及减速器的定向工具。
[0006]本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种适用于定向钻井的连续管电控定向装置，其优点是可双向实时调节导向马达工具面、控制精度高、便于维护。克服了现有液控定向工具可控性差、精度低以及电液控定向工具结构复杂、维护较为繁琐等不足。
[0007]本发明专利的创新性之处在于充分利用了井下工具的径向尺寸，并结合压力平衡装置，大幅提高了定向工具的输出扭矩和工作可靠性，并在电机转动轴上集成了电子制动器，以及增加了转角实时跟踪检测功能，保证了定向工具双向转动的控制精度。
[0008]根据本发明的实施例，提供了一种连续管电控定向装置，包括由上到下依次布置的上接头(1)、电路舱体、空心电机及减速器总成、以及下接头(18)，上述部件位于装置本体内，
[0009]其中，上接头⑴的下端与装置本体采用丝扣连接，下接头(18)的下端用于连接导向工具，其中，空心电机及减速器总成为上下贯通的空心结构，其中形成钻井液流道。
[0010]本发明有益效果在于，通过提供一种基于空心无刷电机的连续管电控定向装置，其中电机轴和减速器组件均采用空心结构，最大程度上增加了传动结构的直径，实现了大扭矩，同时利用空心结构保证了外排泥浆的流道，从而克服了现有定向工具中存在的不足。本发明可被广泛用于连续管定向钻井、连续管老井侧钻等领域。
【附图说明】
[0011]图1是根据本发明的实施例的定向装置的原理框图；
[0012]图2是根据本发明的实施例的定向装置的机械结构图；
[0013]图3和4是根据本发明的实施例的定向装置的控制流程图。
【具体实施方式】
[0014]下面，结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述。
[0015]本领域的技术人员能够理解，尽管以下的说明涉及到有关本发明的实施例的很多技术细节，但这仅为用来说明本发明的原理的示例、而不意味着任何限制。本发明能够适用于不同于以下例举的技术细节之外的场合，只要它们不背离本发明的原理和精神即可。
[0016]另外，为了避免使本说明书的描述限于冗繁，在本说明书中的描述中，可能对可在现有技术资料中获得的部分技术细节进行了省略、简化、变通等处理，这对于本领域的技术人员来说是可以理解的，并且这不会影响本说明书的公开充分性。
[0017]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细描述。
[0018]图1是根据本发明的实施例的连续管电控定向装置的原理框图，其中，为了便于阅读，图中的装置方向相对于实际使用时的方向有所调整。如图1所示，该连续管电控定向装置主要包括由上到下(图中是由左到右)依次布置的上接头1、4芯滑环2、流道转换总成
3、电路舱体(包括电池组舱体4、测控电路舱体5)、轴瓦6、压力平衡装置7、电子制动器8、旋转变压器9、空心电机及减速器总成(包括空心无刷电机本体10、空心电机轴11、谐波减速器12、隔离套筒13、行星减速器14、旋转密封15、弹性联轴器16、轴承组17)、下接头18等；上接头1的下端(图1中的右端)与装置本体采用丝扣连接，4芯滑环2通过流道转换总成3与装置本体连接，装置本体中布置了多个电路舱体，包括电池组舱体4、测控电路舱体5，用于安装电池组和测控电路，并通过多个单芯密封插针(图中未示出)连接电机，空心无刷电机及减速器组件与隔离套筒13之间由多个防松螺钉固定，减速器输出轴与下接头18的上端安装了柔性联轴器，下接头18的上端与定向装置本体之间安装有轴承组17用于支撑，并通过丝扣连接到定向装置本体，下接头18的下端则与导向马达(图中未示出)相连。
[0019]如图2所示，本发明提出的电控定向装置的工作原理是:由于连续管在定向钻井过程中不能旋转，井眼方位和井斜的改变只能通过滑动钻进来完成，需要定向装置实现井底钻具方位的调整。通过连续管内置电缆，地面系统一方面向井下工具提供所需电力，另一方面实时下传马达工具面调节指令至定向装置控制电路；电机控制电路驱动无刷电机正转、反动、停转以及电机转动轴的锁紧与解锁，为了提高调节效率，控制电路改变电机绕组通电顺序实现定向装置的双向转动；因定向装置与导向马达之间存在相对转动，需要采用转角检测电路实时跟踪导向马达工具面与初始零点的相对转动角度，在实际调节马达工具面时，根据马达工具面与定向装置初始零点之间的偏差大小对定向装置转动角度进行修正；当马达工具面摆放到预期位置后，无刷电机则停止转动，电子制动器将其锁紧；电机驱动轴