专利名称：一种随钻纠斜导向钻井工具的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及石油钻井工具，尤其是一种在定向井、水平井、大位移井 和斜井钻井作业中使用的轨迹控制和造斜工具。
技术背景 滑动导向钻井技术是一种在国內外普遍采用的钻井技术，但一方面由于滑 动导向钻进时摩擦阻力大、工具面难以控制、受极限井深的限制；另一方面它在定向井、水 平井的钻井作业中，往往受到地层条件、施工工艺程序等因素的影响，在地面难以控制和改 变其工作特性，只能通过频繁的起下钻来调整井下钻具组合，方能完成复杂的钻井作业。同 时，这种调整的周期较长，滑动导向钻井和正常旋转钻井的交替进行也使井眼轨迹发生改变， 危害井身质量，其精度较低，并产生附加的扭矩和阻力，无法适应目前复杂的定向井、水平 井钻井工艺及技术要求。为此，国外石油公司开发、研制大量随钻纠斜导向钻井工具，并在 大位移水平井施工中起了很好的作用，它有效地降低了特种井钻井工艺技术的难度和成本。 使定向井、水平井钻井工艺及技术跃上了一个新台阶，但是由于这些进口工具，都需要有一 个稳定的技术平台(电子伺服机构、油压系统和井下微电脑等结构复杂、技术先进、价格昂 贵的配套设备和专用测量系统)，使其难于在国内大面积应用和推广。我国科技工作者结合国 内实际，经过多年的攻关，在随钻纠斜导向钻井技术上取得了一定突破，并完成了样机的试 制。但通过现场试验验证，多存在工具设计复杂、制造难度较高、强度较低和井下安全可靠 性低的问题，从而导致推广应用不佳。例如"钻井用旋转导向器"(ZL02114168.4)，由于受 井身结构尺寸的限制和结构设计不合理，至今未能推广应用。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种随钻纠斜导向钻井工具，它是这样实现的 一种随钻纠斜导向钻井工具。它包括负压信号发生器、上部接头、上部芯轴、弹簧、下部芯 轴、中间接头、锁销、导向块、套筒状凸轮、凸轮销、可伸縮活塞、偏心斜面体、下部接头、 偏心壳体以及组合密封和液压平衡总成，负压信号发生器固定在上部接头内，上部接头与中 间接头之间采用螺纹联接，中间接头与下部接头之间采用螺纹联接；上部芯轴安装在上部接 头的空腔中，下部芯轴安装在中间接头和下部接头形成的空腔中；在上部接头的下部加工有 台肩，在上部芯轴的上部也加工有台肩，弹簧一端压在上部芯轴的台肩上，另一端顶在上部 接头的台肩上；上部芯轴与下部芯轴之间通过螺纹相联；在下部芯轴的上端外侧安装有套筒 状凸轮，凸轮销安装在上部接头的壳体上，并与套筒状凸轮相配合；在下部芯轴的中部外侧 安装有导向块，在该导向块上加工有斜面凹槽，该导向块位于下部接头的顶端，介于中间接 头和下部芯轴之间，锁销安装在中间接头上，锁销的底端呈T形接构，并与导向块上的斜面 凹槽相配合；偏心壳体上端与中间接头相连，偏心壳体下端与下部接头相连；在偏心壳体上 加工有活塞孔，可伸縮活塞安装在偏心壳体的活塞孔中，可伸縮活塞底端加工有T形制动爪， 偏心斜面体安装在下部接头的中部，并介于下部接头和偏心壳体之间，在偏心斜面体的外表 面加工有T形槽，并与可伸縮活塞底端的T形制动爪相配合；在上部芯轴、下部芯轴内安装 有活塞密封，上部接头、下部接头和偏心壳体之间采用旋转密封，安装在下部芯轴和下部接 头之间为活塞密封和填料密封组成的组合密封和液压平衡总成。本实用新型用泥浆压力推动的套筒状凸轮推动偏心斜面体作为导向执行机构；用负压信号发 生器作为压力信号形成机构，它与测压仪表配合，形成一个简单、实用而又安全可靠的控制 系统；用专用机械密封、特种填料密封、活塞孔和活塞组成的可充液的、低压差、旋转密封 液压保护器，使所有运动部件和专用轴承全部浸在润滑油中工作，其动作平稳、密封性能可 靠、使用寿命长。通过开泵、停泵时产生的泥浆压差，推动可伸縮活塞，实现地面对随钻纠 斜导向钻井工具的工作状态的遥控改变，并且利用泥浆过流截面积的改变，所引起的压力改 变以在地面判断工具在井下的工作状态。它在随钻工作时，能够控制井斜和方位；能够按预 定设计的井眼轨道钻进，并能通过上传信号，让地面实时跟踪井眼轨迹，从而大大提高了钻 井效率和钻井安全系数，提高了井眼轨迹的平滑程度和控制精度。它可以用于大位移延伸井、 易钻斜地层的垂直钻井和多目标井、定向井和水平井的钻井。本实用新型整体结构简单合理， 强度高、装拆方便。
图l是本实用新型的整体结构示意图，图中1-负压信号发生器、2-上部
接头、3-上部芯轴、4-下部芯轴、5-中间接头、6-锁销、7-可伸縮活塞、8-运动控制机构总 成、9-下部接头、10-偏心壳体、11-组合密封和液压平衡总成、12-弹簧、13-凸轮销、14-套筒状凸轮、15-导向块、16-偏心斜面体。
具体实施方式参照附图1，本实用新型一种随钻纠斜导向钻井工具。它包括负压信 号发生器l、上部接头2、上部芯轴3、下部芯轴4、中间接头5、锁销6、可伸縮活塞7、运 动控制机构总成8、下部接头9、偏心壳体IO、组合密封和液压平衡总成ll、弹簧12、凸轮 销13、套筒状凸轮14、导向块15、偏心斜面体16。负压信号发生器1固定在上部接头2内， 上部接头2与中间接头5之间采用螺纹联接，中间接头5与下部接头9之间采用螺纹联接； 上部芯轴3安装在上部接头2的空腔中，下部芯轴4安装在中间接头5和下部接头9形成的 空腔中；在上部接头2的下部加工有台肩，在上部芯轴3的上部也加工有台肩，弹簧12—端 压在上部芯轴3的台肩上，另一端顶在上部接头2的台肩上，弹簧12是复位弹簧；上部芯轴 3与下部芯轴4之间通过螺纹相联；在下部芯轴4的上端外侧安装有套筒状凸轮14，套筒状 凸轮14为空心圆柱凸轮，凸轮销13安装在上部接头2的壳体上，并与套筒状凸轮14相配合， 该套筒状凸轮14的外圆表面上有两组相互连通的曲面轨迹，该曲面轨迹的形状与凸轮销13 的形状相匹配；在下部芯轴4的中部外侧安装有导向块15,在该导向块15上加工有斜面凹 槽，该导向块15位于下部接头9的顶端，介于中间接头5和下部芯轴4之间，锁销6安装在 中间接头5上，锁销6的底端呈T形结构，并与导向块15上的斜面凹槽相配合，导向块15 为带T形槽的圆柱形偏心斜面体；偏心壳体10上端与中间接头5相连，偏心壳体10下端与 下部接头9相连；在偏心壳体10上加工有活塞孔，可伸缩活塞7安装在偏心壳体10的活塞 孔中，可伸縮活塞7底端加工有T形制动爪，偏心斜面体16安装在下部接头9的中部，偏心 斜面体16为圆柱形偏心斜面体，并介于下部接头9和偏心壳体10之间，偏心斜面体16有两 组，每个偏心斜面体16有两个斜面，在偏心斜面体16的外表面加工有T形槽，并与可伸縮 活塞7底端的T形制动爪相配合，偏心斜面体上的两组T形槽相距90 ° ;在上部芯轴3、下 部芯轴4内安装有活塞密封，上部接头2、下部接头9和偏心壳体10之间采用旋转密封，安装在下部芯轴4和下部接头9之间为活塞密封和填料密封组成组合密封和液压平衡总成11。 本实用新型的使用操作过程和工作状态是(一)可伸縮活塞7在钻井液的循环状态下有两种 工作状态，第一种工作状态第一次开泵循环钻井液，在泥浆压力的推动下，上部芯轴3、 下部芯轴4带动套筒状凸轮和偏心斜面体沿第一组曲面轨迹向下移动。可伸缩活塞7向外伸 展到与偏心壳体10的翼片外圆位置齐平。此时，负压信号发生器l不工作。停泵时在复位弹
簧12的推动下，上部芯轴3、下部芯轴4带动套筒状凸轮14和偏心斜面体，沿第一组曲面
轨迹向上移动回到原来的轴向位置。第二种工作状态经过再次开泵，在泥浆压力的推动和
套筒状凸轮14的曲面轨道控制下，上部芯轴3、下部芯轴4带动套筒状凸轮14和偏心斜面 体，沿第二组曲面轨迹向下移动。可伸縮活塞7向外伸展到最大工作位置，此时，负压信号 发生器1工作，向井上传递压力信号，在地面上可以即时了解可伸缩活塞7的工作状态。再 次停泵时在复位弹簧12的推动下，上部芯轴3、下部芯轴4带动套筒状凸轮14和偏心斜面 体，沿第二组曲面轨迹向上移动回到原来的轴向位置。(二)当可伸縮活塞7与偏心壳体10 的翼片外圆位置齐平时，(第一种工作状态)在脱开弹簧12的推动下，锁销6向外伸展，把偏 心壳体10和中间接头5锁定成一体。这时，本实用新型成为普通稳定器，整个系统就是旋转 稳斜结构。当可伸縮活塞7向外完全伸展(第二种工作状态)时，上部芯轴3、下部芯轴4下 行，锁销6縮回去，偏心壳体10与中间接头5脱离开，这时偏心壳体10就被伸出的可伸縮 活塞7支撑在井壁上静止不转动，但它可以随钻头的钻进下行而沿井壁向下滑动。此时也正 是地面通过钻具控制本实用新型工作面位置的状态。由于偏心壳体10和可伸縮活塞7的侧向 推力作用，使其下方的钻头对井壁产生侧向力和偏角，从而使井眼轨迹改变方向，通过随钻 测量系统(丽D)传输的数据信号，进行地面定向控制和对轨迹进行计算和预测，在不需要起下 钻的情况下，可以起到稳斜、增斜、降斜和调整井斜方位的作用，从而实现随钻纠斜导向钻 井的目的。
权利要求1、一种随钻纠斜导向钻井工具，它包括上部接头(2)、下部接头(9)、负压信号发生器(1)、偏心壳体(10)，其特征是负压信号发生器(1)固定在上部接头(2)内，上部接头(2)与中间接头(5)之间采用螺纹联接，中间接头(5)与下部接头(9)之间采用螺纹联接；上部芯轴(3)安装在上部接头(2)的空腔中，下部芯轴(4)安装在中间接头(5)和下部接头(9)形成的空腔中；在上部接头(2)的下部加工有台肩，在上部芯轴(3)的上部也加工有台肩，弹簧(12)一端压在上部芯轴(3)的台肩上，另一端顶在上部接头(2)的台肩上；上部芯轴(3)与下部芯轴(4)之间通过螺纹相联；在下部芯轴(4)的上端外侧安装有套筒状凸轮(14)，凸轮销(13)安装在上部接头(2)的壳体上，并与套筒状凸轮(14)相配合；在下部芯轴(4)的中部外侧安装有导向块(15)，在该导向块(15)上加工有斜面凹槽，该导向块(15)位于下部接头(9)的顶端，介于中间接头(5)和下部芯轴(4)之间，锁销(6)安装在中间接头(5)上，锁销(6)的底端呈T形结构，并与导向块(15)上的斜面凹槽相配合；偏心壳体(10)上端与中间接头(5)相连，偏心壳体(10)下端与下部接头(9)相连；在偏心壳体(10)上加工活塞孔，可伸缩活塞(7)安装在偏心壳体(10)的活塞孔中，可伸缩活塞(7)底端加工有T形制动爪，偏心斜面体(16)安装在下部接头(9)的中部，并介于下部接头(9)和偏心壳体(10)之间，偏心斜面体(16)的外表面加工有T形槽，并与可伸缩活塞(7)底端的T形制动爪相配合；在上部芯轴(3)内的安装有活塞密封，上部接头(2)、下部接头(9)和偏心壳体(10)之间采用旋转密封，安装在下部芯轴(4)和下部接头(9)之间为活塞密封和填料密封组成的组合密封和液压平衡总成(11)。
2、 根据权利要求l所述的一种随钻纠斜导向钻井工具，其特征是所述的导向块(15)为 带T形槽的圆柱形偏心斜面体。
3、 根据权利要求1所述的一种随钻纠斜导向钻井工具，其特征是所述的偏心斜面体(16) 为圆柱形偏心斜面体，偏心斜面体(16)有两个，每个偏心斜面体(16)有两个斜面，偏心 斜面体(16)上的两组T形槽相距90 ° 。
4、 根据权利要求1所述的一种随钻纠斜导向钻井工具，其特征是所述的套筒状凸轮(14) 为空心圆柱凸轮，套筒状凸轮(14)的外圆表面上有两组相互连通的曲面轨迹，该曲面轨迹 的形状与凸轮销(13)的形状相匹配。
专利摘要本实用新型公开了一种随钻纠斜导向钻井工具。它包括负压信号发生器、上部接头、上部芯轴、弹簧、下部芯轴、中间接头、锁销、导向块、套筒状凸轮、凸轮销、可伸缩活塞、偏心斜面体、下部接头、偏心壳体以及组合密封和液压平衡总成，凸轮销与套筒状凸轮相配合；在下部芯轴的中部外侧安装有导向块，锁销安装在中间接头上，并与导向块上的斜面凹槽相配合；可伸缩活塞安装在偏心壳体的活塞孔中，可伸缩活塞底端加工有T形制动爪，偏心斜面体安装在下部接头的中部，在偏心斜面体的外表面加工有T形槽，该T形槽与可伸缩活塞底端的T形制动爪相配合；本实用新型可起到稳斜、增斜、降斜和调整井斜方位的作用，从而实现随钻纠斜导向钻井的目的。
文档编号E21B7/10GK201288505SQ20082017368
公开日2009年8月12日 申请日期2008年10月24日 优先权日2008年10月24日
发明者刘天科, 岳 王, 裴建忠, 郭书岗, 马天立 申请人:中国石化集团胜利石油管理局黄河钻井总公司;山东伟创石油技术有限公司