專利名稱：機(jī)液一體化自動(dòng)垂直鉆井工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種鉆井設(shè)備，特別是一種能夠防止井斜的機(jī)液一體化自動(dòng)垂直鉆井工具。
在石油及地質(zhì)鉆井中，常常需要垂直鉆井，但是在高陡構(gòu)造，下部鉆具組合受地層造斜力的影響，常常引起井斜，使井眼偏離預(yù)定的垂直軌道。一般在這種高陡構(gòu)造中的鉆井當(dāng)中，為了使井眼軌道不發(fā)生偏斜，常常使用鐘擺鉆具組合，采取吊打的辦法。但是它是一種以犧牲鉆速換取質(zhì)量的消極方法。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種機(jī)液一體化的自動(dòng)垂直鉆井工具，該鉆井工具能夠在井斜時(shí)，使鉆頭上自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)附加的降斜力，同時(shí)該工具還省去了測(cè)斜儀器和測(cè)量環(huán)節(jié)。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種自動(dòng)垂直鉆井裝置，該鉆井裝置在鉆柱的前部設(shè)有測(cè)量穩(wěn)定器，在鉆柱的后部設(shè)有導(dǎo)向穩(wěn)定器，該測(cè)量穩(wěn)定器設(shè)有至少四個(gè)測(cè)量液壓缸，每個(gè)測(cè)量液壓缸的測(cè)量活塞一端伸于鉆柱外壁，測(cè)量液壓缸的缸體設(shè)有開口，連通于相應(yīng)的液控?fù)Q向閥的控制口，液控?fù)Q向閥的入口與鉆柱中間的泥漿連通，液控?fù)Q向閥的出口與導(dǎo)向穩(wěn)定器相應(yīng)的導(dǎo)向液壓缸連通，導(dǎo)向液壓缸的導(dǎo)向活塞的一端與測(cè)量活塞的方向相反伸于鉆柱外壁。所述的測(cè)量穩(wěn)定器的測(cè)量液壓缸與液控?fù)Q向閥可通過管線連通。所述的測(cè)量穩(wěn)定器的測(cè)量液壓缸嵌設(shè)于鉆柱的前部，缸體上測(cè)量活塞的伸出端周圍設(shè)有鎖環(huán)，測(cè)量活塞的另一端與缸體之間設(shè)有彈簧。所述的測(cè)量活塞的伸出端與鎖環(huán)之間設(shè)有密封裝置。所述的液控?fù)Q向閥嵌設(shè)于鉆柱上，該液控?fù)Q向閥的閥體內(nèi)設(shè)有滑閥，液控?fù)Q向閥的控制口設(shè)于與滑閥一端相對(duì)的閥體上，滑閥的另一端與閥體之間設(shè)有彈簧。所述的液控?fù)Q向閥的滑閥中部與閥體內(nèi)壁之間設(shè)有容流區(qū)，該容流區(qū)的長度不小于液控?fù)Q向閥的入口和出口之間的距離。所述的液控?fù)Q向閥的設(shè)有彈簧一端的閥腔的閥體上還設(shè)有平衡口，連通于環(huán)空。所述的導(dǎo)向穩(wěn)定器的導(dǎo)向液壓缸嵌設(shè)于鉆柱的后部，缸體上導(dǎo)向活塞的伸出端周圍設(shè)有鎖緊環(huán)，鎖緊環(huán)的限位止擋可頂靠在導(dǎo)向活塞側(cè)部的臺(tái)階上，導(dǎo)向活塞的后端設(shè)有彈簧座，該彈簧座與鎖緊環(huán)之間設(shè)有彈簧。所述的導(dǎo)向穩(wěn)定器的測(cè)量液壓缸還設(shè)有通路連通于環(huán)空，該通路的出口端設(shè)有節(jié)流噴嘴。所述的導(dǎo)向活塞的伸出端與鎖緊環(huán)之間設(shè)有密封裝置。
本實(shí)用新型的工作原理為測(cè)量穩(wěn)定器上的至少四個(gè)液壓缸分別通過不同的管路與液控?fù)Q向閥的控制口相連，以控制液控?fù)Q向閥滑閥的位置，當(dāng)可控穩(wěn)定器上的某一個(gè)測(cè)量活塞受到壓縮時(shí)，由于其內(nèi)的液壓油通過管路與液控?fù)Q向閥的控制口相通，當(dāng)壓力到達(dá)一定程度時(shí)，液控?fù)Q向閥內(nèi)的滑閥克服彈簧的支撐力向下移動(dòng)，移動(dòng)到一定的距離后，液控?fù)Q向閥的入口與出口導(dǎo)通，鉆柱內(nèi)的泥漿將可以通過液控?fù)Q向閥進(jìn)入導(dǎo)向液壓缸，再通過導(dǎo)向液壓缸的出口進(jìn)入環(huán)空，由于導(dǎo)向液壓缸的出口裝有節(jié)流嘴，可以在導(dǎo)向液壓缸與環(huán)空之間形成一個(gè)壓力差，導(dǎo)向活塞在這一壓力作用下伸出，頂向井壁，使井下鉆具組合受到一個(gè)反作用力。當(dāng)測(cè)量穩(wěn)定器上這個(gè)測(cè)量活塞上受到的壓縮力消除時(shí)，測(cè)量活塞在彈簧恢復(fù)力的作用下復(fù)位，同時(shí)液控?fù)Q向閥在彈簧力的作用下也復(fù)位，切斷泥漿換向閥入口與出口的聯(lián)系，此時(shí)導(dǎo)向液壓缸只與環(huán)空相通，導(dǎo)向活塞在彈簧作用力下縮回，使導(dǎo)向活塞與井壁之間不發(fā)生作用力。
應(yīng)用本實(shí)用新型的機(jī)液一體化自動(dòng)垂直鉆井工具，由于該鉆井裝置采用機(jī)液一體化結(jié)構(gòu)，在鉆柱的前部設(shè)置測(cè)量穩(wěn)定器，在鉆柱的后部設(shè)置導(dǎo)向穩(wěn)定器，使該鉆井工具能夠在井斜時(shí)，使鉆頭上自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)附加的降斜力，來保持垂直鉆井。而且，該工具在自動(dòng)調(diào)整時(shí)，并不需要測(cè)斜儀器和測(cè)量環(huán)節(jié)。本實(shí)用新型設(shè)有至少四套測(cè)量穩(wěn)定器、液控?fù)Q向閥和導(dǎo)向穩(wěn)定器，可以實(shí)現(xiàn)至少八個(gè)方位的井斜探測(cè)和調(diào)整。
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步詳細(xì)說明本實(shí)用新型


圖1為本實(shí)用新型的機(jī)液一體化自動(dòng)垂直鉆井工具的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本實(shí)用新型的機(jī)液一體化自動(dòng)垂直鉆井工具的原理圖。
圖3為
圖1的A-A向剖視圖。
圖4為
圖1的B-B向剖視圖。
圖5為
圖1的C-C向剖視圖。
請(qǐng)參閱
圖1，本實(shí)用新型的自動(dòng)垂直鉆井裝置是由測(cè)量穩(wěn)定器Ⅰ、連接管路Ⅱ，液控?fù)Q向閥Ⅲ及導(dǎo)向穩(wěn)定器Ⅳ組成。該鉆井裝置在鉆柱的前部設(shè)有測(cè)量穩(wěn)定器，在鉆柱的后部設(shè)有導(dǎo)向穩(wěn)定器，該測(cè)量穩(wěn)定器設(shè)有至少四個(gè)測(cè)量液壓缸，每個(gè)測(cè)量液壓缸的測(cè)量活塞2一端伸于鉆柱外壁，測(cè)量液壓缸的缸體1設(shè)有開口，連通于相應(yīng)的液控?fù)Q向閥的控制口12，液控?fù)Q向閥的入口13與鉆柱中間的泥漿連通，液控?fù)Q向閥的出口14與導(dǎo)向穩(wěn)定器相應(yīng)的導(dǎo)向液壓缸連通，導(dǎo)向液壓缸的導(dǎo)向活塞17的一端與測(cè)量活塞2的方向相反伸于鉆柱外壁。
所述的測(cè)量穩(wěn)定器的測(cè)量液壓缸與液控?fù)Q向閥可通過管線連通。
所述的測(cè)量穩(wěn)定器的測(cè)量液壓缸嵌設(shè)于鉆柱的前部，缸體上測(cè)量活塞2的伸出端周圍設(shè)有鎖環(huán)3，測(cè)量活塞2的另一端與缸體1之間設(shè)有彈簧4。
所述的測(cè)量活塞2的伸出端與鎖環(huán)3之間設(shè)有密封裝置。
所述的液控?fù)Q向閥嵌設(shè)于鉆柱上，該液控?fù)Q向閥的閥體8內(nèi)設(shè)有滑閥9，液控?fù)Q向閥的控制口12設(shè)于與滑閥8一端相對(duì)的閥體8上，滑閥9的另一端與閥體8之間設(shè)有彈簧10。
所述的液控?fù)Q向閥的滑閥9中部與閥體8內(nèi)壁之間設(shè)有容流區(qū)，該容流區(qū)的長度不小于液控?fù)Q向閥的入口13和出口14之間的距離。
所述的液控?fù)Q向閥的設(shè)有彈簧10一端的閥腔的閥體8上還設(shè)有平衡口15，連通于環(huán)空。
所述的導(dǎo)向穩(wěn)定器的導(dǎo)向液壓缸嵌設(shè)于鉆柱的后部，缸體上導(dǎo)向活塞17的伸出端周圍設(shè)有鎖緊環(huán)16，鎖緊環(huán)16的限位止擋可頂靠在導(dǎo)向活塞17側(cè)部的臺(tái)階上，導(dǎo)向活塞17的后端設(shè)有彈簧座，該彈簧座與鎖緊環(huán)16之間設(shè)有彈簧18。
所述的導(dǎo)向穩(wěn)定器的測(cè)量液壓缸還設(shè)有通路21連通于環(huán)空，該通路21的出口端設(shè)有節(jié)流噴嘴22。
所述的導(dǎo)向活塞17的伸出端與鎖緊環(huán)16之間設(shè)有密封裝置。
該測(cè)量穩(wěn)定器由四個(gè)測(cè)量液壓缸組成，如圖3所示，為
圖1中的A-A剖面圖。每個(gè)測(cè)量液壓缸由缸體1，測(cè)量活塞2，鎖環(huán)3，彈簧4及密封圈5組成。整個(gè)缸體放在上穩(wěn)定器的凹槽內(nèi)，通過螺栓6與測(cè)量穩(wěn)定器連接。鎖環(huán)3把活塞壓在液壓缸內(nèi)，液壓缸內(nèi)充滿液壓油，當(dāng)測(cè)量活塞不受到外部壓縮時(shí)，它在彈簧力的作用力下要高出測(cè)量穩(wěn)定器少許，缸體上開有一小孔7，通過管路把這個(gè)小孔與液控?fù)Q向閥的控制口連接起來。
測(cè)量穩(wěn)定器由四個(gè)測(cè)量液壓缸組成，如
圖1中的A-A剖面圖所示。每個(gè)測(cè)量液壓缸由缸體1，測(cè)量活塞2，鎖環(huán)3，彈簧4及密封圈5組成。整個(gè)缸體放在上穩(wěn)定器的凹槽內(nèi)，通過螺栓6與測(cè)量穩(wěn)定器連接。鎖環(huán)3把活塞壓在液壓缸內(nèi)，液壓缸內(nèi)充滿液壓油，當(dāng)測(cè)量活塞不受到外部壓縮時(shí)，它在彈簧力的作用力下要高出測(cè)量穩(wěn)定器少許，缸體上開有一小孔7，通過管路把這個(gè)小孔與液控?fù)Q向閥的控制口連接起來。
該鉆井裝置設(shè)有四個(gè)液壓換向閥，均勻的布置在鉆柱的四周，如圖4所示，為
圖1中的B-B剖面圖。液控?fù)Q向閥由閥體8，滑閥9，彈簧10等組成，閥體通過螺栓11與鉆柱連接。閥體上開有控制口12，測(cè)量液壓缸內(nèi)的控制液壓油可以從控制口進(jìn)入換向閥，以控制滑閥的位置，閥體上還開有泥漿入口13，鉆柱中間泥漿可以通過此孔進(jìn)入換向閥，同時(shí)開有泥漿出口14，它與導(dǎo)向液壓缸的進(jìn)口相通，當(dāng)換向閥經(jīng)過換位使入口與出口相通時(shí)，鉆柱內(nèi)的泥漿可以從此進(jìn)入導(dǎo)向液壓缸。另外還開有平衡口15，它使滑閥的彈簧腔與環(huán)空相通，在測(cè)量活塞不受壓縮時(shí)，它使滑閥兩端的壓力保持平衡。
導(dǎo)向穩(wěn)定器主要四個(gè)導(dǎo)向液壓缸組成，如圖5所示，為
圖1中的C-C剖面圖。導(dǎo)向液壓缸由鎖緊環(huán)16，導(dǎo)向活塞17，彈簧18及密封圈19等組成。導(dǎo)向活塞的后端有彈簧座，彈簧被壓在鎖緊環(huán)與彈簧座之間，在內(nèi)外壓力平衡時(shí)，彈簧迫使導(dǎo)向活塞縮回。導(dǎo)向活塞的前端有一臺(tái)階，鎖緊環(huán)前端也有一凸臺(tái)，當(dāng)液壓缸通入壓力時(shí)，導(dǎo)向活塞伸出，但在伸出一段距離后，導(dǎo)向活塞的臺(tái)階將頂?shù)芥i緊環(huán)的凸臺(tái)上，這樣鎖緊環(huán)將對(duì)導(dǎo)向活塞起到限位的作用。每個(gè)導(dǎo)向液壓缸上開有泥漿入口20及出口21，其入口20與液控?fù)Q向閥的出口14相連，其出口處裝有節(jié)流噴嘴22，與環(huán)空相通。
在工作時(shí)，測(cè)量穩(wěn)定器上的四個(gè)液壓缸分別通過四條不同的管路與四個(gè)液控?fù)Q向閥的控制口相連，以控制液控?fù)Q向閥滑閥的位置，當(dāng)可控穩(wěn)定器上的某一個(gè)測(cè)量活塞受到壓縮時(shí)，由于其內(nèi)的液壓油通過管路與液控?fù)Q向閥的控制口相通，當(dāng)壓力到達(dá)一定程度時(shí)，液控?fù)Q向閥內(nèi)的滑閥克服彈簧的支撐力向下移動(dòng)，移動(dòng)到一定的距離后，液控?fù)Q向閥的入口與出口導(dǎo)通，鉆柱內(nèi)的泥漿將可以通過液控?fù)Q向閥進(jìn)入導(dǎo)向液壓缸，再通過導(dǎo)向液壓缸的出口進(jìn)入環(huán)空，由于導(dǎo)向液壓缸的出口裝有節(jié)流嘴，可以在導(dǎo)向液壓缸與環(huán)空之間形成一個(gè)壓力差，導(dǎo)向活塞在這一壓力作用下伸出，頂向井壁，使井下鉆具組合受到一個(gè)反作用力。當(dāng)測(cè)量穩(wěn)定器上這個(gè)測(cè)量活塞上受到的壓縮力消除時(shí)，測(cè)量活塞在彈簧恢復(fù)力的作用下復(fù)位，同時(shí)液控?fù)Q向閥在彈簧力的作用下也復(fù)位，切斷泥漿換向閥入口與出口的聯(lián)系，此時(shí)導(dǎo)向液壓缸只與環(huán)空相通，導(dǎo)向活塞在彈簧作用力下縮回，使導(dǎo)向活塞與井壁之間不發(fā)生作用力。
從上所述可以看出，每個(gè)導(dǎo)向活塞的伸縮都受到測(cè)量活塞伸縮的控制，合理配置測(cè)量活塞與導(dǎo)向活塞的控制關(guān)系，就可以在發(fā)生井斜時(shí)，利用導(dǎo)向活塞使下部鉆具組合產(chǎn)生降斜力。因此對(duì)其控制關(guān)系進(jìn)行了設(shè)計(jì)，其控制關(guān)系如圖2所示，其中，Ⅰ為測(cè)量穩(wěn)定器，Ⅲ為液控?fù)Q向閥，Ⅳ為導(dǎo)向穩(wěn)定器，Ⅴ為鉆頭噴嘴，Ⅵ為鉆井液，Ⅶ為節(jié)流噴嘴。每個(gè)測(cè)量活塞都控制與之正好相對(duì)的導(dǎo)向活塞，因此當(dāng)發(fā)生井斜時(shí)，測(cè)量穩(wěn)定器將躺在下井壁，當(dāng)某個(gè)測(cè)量活塞正好隨測(cè)量穩(wěn)定器旋轉(zhuǎn)到下井壁時(shí)，這個(gè)測(cè)量活塞將受到壓縮，控制與之相連導(dǎo)向液壓缸，使泥漿進(jìn)入與這個(gè)測(cè)量液壓缸相對(duì)的導(dǎo)向液壓缸內(nèi)，使此導(dǎo)向液壓缸內(nèi)的導(dǎo)向活塞伸出頂向井眼的上井壁，上井壁將給下部鉆具組合施加一個(gè)降斜力，使井眼回到垂直軌道。液控?fù)Q向閥當(dāng)然，本實(shí)用新型的測(cè)量穩(wěn)定器、液控?fù)Q向閥和導(dǎo)向穩(wěn)定器的個(gè)數(shù)可以在4套的基礎(chǔ)上進(jìn)行增減，如可減為3套，但其調(diào)整的方位受到相應(yīng)的限制，也可增加為5套、6套或更多，其調(diào)整的方位增加，但其設(shè)置的空間受到限制。雖然如此，本實(shí)用新型并不限制測(cè)量穩(wěn)定器、液控?fù)Q向閥和導(dǎo)向穩(wěn)定器的個(gè)數(shù)。
權(quán)利要求1.一種機(jī)液一體化自動(dòng)垂直鉆井工具，其特征在于該鉆井裝置在鉆柱的前部設(shè)有測(cè)量穩(wěn)定器，在鉆柱的后部設(shè)有導(dǎo)向穩(wěn)定器，該測(cè)量穩(wěn)定器設(shè)有至少四個(gè)測(cè)量液壓缸，每個(gè)測(cè)量液壓缸的測(cè)量活塞一端伸于鉆柱外壁，測(cè)量液壓缸的缸體設(shè)有開口，連通于相應(yīng)的液控?fù)Q向閥的控制口，液控?fù)Q向閥的入口與鉆柱中間的泥漿連通，液控?fù)Q向閥的出口與導(dǎo)向穩(wěn)定器相應(yīng)的導(dǎo)向液壓缸連通，導(dǎo)向液壓缸的導(dǎo)向活塞的一端與測(cè)量活塞的方向相反伸于鉆柱外壁。
2.如權(quán)利要求1所述的一種機(jī)液一體化自動(dòng)垂直鉆井工具，其特征在于所述的測(cè)量穩(wěn)定器的測(cè)量液壓缸與液控?fù)Q向閥可通過管線連通。
3.如權(quán)利要求1所述的一種機(jī)液一體化自動(dòng)垂直鉆井工具，其特征在于所述的測(cè)量穩(wěn)定器的測(cè)量液壓缸嵌設(shè)于鉆柱的前部，缸體上測(cè)量活塞的伸出端周圍設(shè)有鎖環(huán)，測(cè)量活塞的另一端與缸體之間設(shè)有彈簧。
4.如權(quán)利要求3所述的一種機(jī)液一體化自動(dòng)垂直鉆井工具，其特征在于所述的測(cè)量活塞的伸出端與鎖環(huán)之間設(shè)有密封裝置。
5.如權(quán)利要求1所述的一種機(jī)液一體化自動(dòng)垂直鉆井工具，其特征在于所述的液控?fù)Q向閥嵌設(shè)于鉆柱上，該液控?fù)Q向閥的閥體內(nèi)設(shè)有滑閥，液控?fù)Q向閥的控制口設(shè)于與滑閥一端相對(duì)的閥體上，滑閥的另一端與閥體之間設(shè)有彈簧。
6.如權(quán)利要求5所述的一種機(jī)液一體化自動(dòng)垂直鉆井工具，其特征在于所述的液控?fù)Q向閥的滑閥中部與閥體內(nèi)壁之間設(shè)有容流區(qū)，該容流區(qū)的長度不小于液控?fù)Q向閥的入口和出口之間的距離。
7.如權(quán)利要求5所述的一種機(jī)液一體化自動(dòng)垂直鉆井工具，其特征在于所述的液控?fù)Q向閥的設(shè)有彈簧一端的閥腔的閥體上還設(shè)有平衡口，連通于環(huán)空。
8.如權(quán)利要求1所述的一種機(jī)液一體化自動(dòng)垂直鉆井工具，其特征在于所述的導(dǎo)向穩(wěn)定器的導(dǎo)向液壓缸嵌設(shè)于鉆柱的后部，缸體上導(dǎo)向活塞的伸出端周圍設(shè)有鎖緊環(huán)，鎖緊環(huán)的限位止擋可頂靠在導(dǎo)向活塞側(cè)部的臺(tái)階上，導(dǎo)向活塞的后端設(shè)有彈簧座，該彈簧座與鎖緊環(huán)之間設(shè)有彈簧。
9.如權(quán)利要求1或8所述的一種機(jī)液一體化自動(dòng)垂直鉆井工具，其特征在于所述的導(dǎo)向穩(wěn)定器的測(cè)量液壓缸還設(shè)有通路連通于環(huán)空，該通路的出口端設(shè)有節(jié)流噴嘴。
10.如權(quán)利要求8所述的一種機(jī)液一體化自動(dòng)垂直鉆井工具，其特征在于所述的導(dǎo)向活塞的伸出端與鎖緊環(huán)之間設(shè)有密封裝置。
專利摘要一種機(jī)液一體化的自動(dòng)垂直鉆井工具,能夠在井斜時(shí),使鉆頭上自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)附加的降斜力。該鉆井裝置在鉆柱的前部設(shè)有測(cè)量穩(wěn)定器,該測(cè)量穩(wěn)定器設(shè)有測(cè)量液壓缸,每個(gè)測(cè)量液壓缸的測(cè)量活塞一端伸于鉆柱外壁,測(cè)量液壓缸的缸體設(shè)有開口,連通于相應(yīng)的液控?fù)Q向閥的控制口,液控?fù)Q向閥的入口與鉆柱中間的泥漿連通,液控?fù)Q向閥的出口與導(dǎo)向穩(wěn)定器相應(yīng)的導(dǎo)向液壓缸連通,導(dǎo)向液壓缸的導(dǎo)向活塞的一端與測(cè)量活塞的方向相反伸于鉆柱外壁。
文檔編號(hào)E21B7/04GK2431392SQ00243589
公開日2001年5月23日 申請(qǐng)日期2000年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月14日
發(fā)明者蘇義腦, 李松林 申請(qǐng)人:石油勘探開發(fā)科學(xué)研究院鉆井工藝研究所