一種井下鉆柱自動定位機構(gòu)所屬技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明屬于鉆井鉆桿定位技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種井下鉆柱自動定位機構(gòu)。

背景技術(shù)：
目前鉆深井的鉆頭井下定位使用雷達波或者其他無線定位技術(shù)，但是往往還是具有一定的誤差，特別是鉆井達到一定的深度時，即使簡單的鉆直井，其鉆頭的走向還是不容易精確控制的。在鉆頭鉆井過程中，鉆頭的旋轉(zhuǎn)軸線與鉆井井面軸線可能不共線或者成一定的角度，此時所鉆出的井是斜的，即使使用上無線定位設(shè)備，當(dāng)出現(xiàn)鉆井鉆斜時即使修正鉆頭的走向，能夠在一定程度上補償，但是在鉆斜和補正過程中，井面是成階梯形的，鉆井的井面精度低，甚至還需要二次加工，費時費力。本發(fā)明設(shè)計一種井下鉆柱自動定位機構(gòu)解決如上問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
為解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，本發(fā)明公開一種井下鉆柱自動定位機構(gòu)，它是采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。一種井下鉆柱自動定位機構(gòu)，其特征在于：它包括定位機構(gòu)驅(qū)動齒端面、半圓卡盤轉(zhuǎn)動副、第一半圓卡盤、第二半圓卡盤、鉆桿桿身、伸出桿機構(gòu)，其中第一半圓卡盤和第二半圓卡盤通過半圓卡盤轉(zhuǎn)動副連接且組成一個中間有孔的圓卡盤；鉆桿桿身首端偏中間位置處加工有定位機構(gòu)驅(qū)動齒端面；在兩個半圓卡盤組成的圓卡盤上均勻安裝有三組伸出桿機構(gòu)，在三組伸出桿機構(gòu)上安裝有另外一組由第一半圓卡盤和第二半圓卡盤組成的圓卡盤，三層結(jié)構(gòu)組成的機構(gòu)的中間孔與定位機構(gòu)驅(qū)動齒端面正對配合。上述三組伸出桿機構(gòu)通過布置保證有且僅有一組伸出桿機構(gòu)跨過半圓卡盤接縫；對于未跨過半圓卡盤接縫的兩組伸出桿機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)完全相同，對于其中任意一個，伸出桿機構(gòu)包括柔性壓輪、伸出桿導(dǎo)軌頂板、壓輪彈簧第一支撐、伸出桿行止板、壓輪支撐行止板、壓輪彈簧、壓輪彈簧第二支撐、壓輪第一支撐、伸出桿齒、伸出桿第一齒輪、伸出桿第二齒輪、伸出桿導(dǎo)軌第一側(cè)板、伸出桿彈簧、伸出桿彈簧第二支撐、伸出桿導(dǎo)軌第二側(cè)板、壓輪轉(zhuǎn)軸、壓輪偏距結(jié)構(gòu)、偏距結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)軸、壓輪第二支撐、伸出桿、伸出桿彈簧第一支撐、伸出桿彈簧支撐滑孔、伸出桿齒孔、壓輪第一支撐轉(zhuǎn)軸、導(dǎo)軌合成間隙，其中伸出桿導(dǎo)軌頂板安裝在卡盤上，伸出桿導(dǎo)軌第一側(cè)板、伸出桿導(dǎo)軌第二側(cè)板相互平行地安裝在卡盤上，且伸出桿導(dǎo)軌頂板一側(cè)與伸出桿導(dǎo)軌第一側(cè)板連接，伸出桿導(dǎo)軌頂板另一側(cè)與伸出桿導(dǎo)軌第二側(cè)板連接；伸出桿導(dǎo)軌第一側(cè)板上開有長方形的伸出桿齒孔，伸出桿導(dǎo)軌第二側(cè)板上開有伸出桿彈簧支撐滑孔；伸出桿一端安裝在導(dǎo)軌中，伸出桿彈簧第二支撐安裝在伸出桿面向伸出桿導(dǎo)軌第二側(cè)板的一面且滑動于伸出桿彈簧支撐滑孔中；伸出桿齒安裝在伸出桿面向伸出桿導(dǎo)軌第一側(cè)板的一面且穿過伸出桿齒孔；伸出桿彈簧第一支撐安裝在伸出桿導(dǎo)軌頂板側(cè)面；伸出桿彈簧一端安裝在伸出桿彈簧第一支撐上，另一端安裝在伸出桿彈簧第二支撐上；伸出桿第一齒輪和伸出桿第二齒輪通過轉(zhuǎn)軸安裝在卡盤上，伸出桿第一齒輪與伸出桿第二齒輪相互嚙合，伸出桿第一齒輪與伸出桿齒嚙合，伸出桿第二齒輪與定位機構(gòu)驅(qū)動齒端面嚙合；壓輪彈簧第一支撐安裝在伸出桿一端的側(cè)面，壓輪第一支撐轉(zhuǎn)軸安裝在伸出桿一端，壓輪第一支撐通過壓輪第一支撐轉(zhuǎn)軸安裝在伸出桿一端；壓輪彈簧第二支撐安裝在壓輪第一支撐側(cè)面，壓輪彈簧一端安裝在壓輪彈簧第一支撐上，另一端安裝在壓輪彈簧第二支撐上；伸出桿行止板安裝在伸出桿一端的上側(cè)，壓輪支撐行止板安裝在壓輪第一支撐上側(cè)；伸出桿行止板與壓輪支撐行止板互相配合限位；壓輪第二支撐一端安裝在壓輪第一支撐一端，壓輪第二支撐另一端安裝有偏距結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)軸；壓輪偏距結(jié)構(gòu)安裝在偏距結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)軸上，柔性壓輪通過壓輪轉(zhuǎn)軸安裝在壓輪偏距結(jié)構(gòu)上。上述三組伸出桿機構(gòu)中，對于跨過半圓卡盤接縫的伸出桿機構(gòu)，伸出桿導(dǎo)軌第一側(cè)板和伸出桿導(dǎo)軌第二側(cè)板由兩部分組成，均分布安裝于兩個半圓卡盤上，當(dāng)半圓卡盤結(jié)合后形成導(dǎo)軌合成間隙；對于其他結(jié)構(gòu)該組伸出桿機構(gòu)結(jié)構(gòu)與其他兩組機構(gòu)完全相同。作為本技術(shù)的進一步改進，上述三組伸出桿機構(gòu)的上層和下層的半圓卡盤組成的圓卡盤之間通過卡盤加固螺栓、卡盤鎖合結(jié)構(gòu)固定在一起。作為本技術(shù)的進一步改進，上述半圓卡盤轉(zhuǎn)動副包括卡盤轉(zhuǎn)軸、第一卡盤第一支耳、第二卡盤圓環(huán)、第一卡盤第二支耳，其中第一卡盤第一支耳和第一卡盤第二支耳上下依次安裝在第一半圓卡盤上，第二卡盤圓環(huán)安裝在第二半圓卡盤上，第二卡盤圓環(huán)通過卡盤轉(zhuǎn)軸安裝在第一卡盤第一支耳和第一卡盤第二支耳之間。作為本技術(shù)的進一步改進，上述伸出桿導(dǎo)軌第一側(cè)板一端安裝有第一側(cè)板加強結(jié)構(gòu)。作為本技術(shù)的進一步改進，上述每一組伸出桿機構(gòu)上，柔性壓輪為兩個，均安裝在壓輪轉(zhuǎn)軸上，且位于壓輪偏距結(jié)構(gòu)兩側(cè)。相對于傳統(tǒng)的鉆井鉆桿定位技術(shù)，本發(fā)明定位機構(gòu)安裝在鉆桿桿身上的定位機構(gòu)驅(qū)動齒端面上，兩個半圓卡盤通過卡盤轉(zhuǎn)動副連接，能夠卡在鉆桿桿身的驅(qū)動齒端面上；在卡盤上安裝有齒輪、導(dǎo)軌和伸出桿，鉆桿的轉(zhuǎn)動能夠帶動齒輪傳動，作用于伸出桿上的桿齒，使伸出桿伸出進而讓安裝在伸出桿上的壓輪施壓于井面，三組伸出桿機構(gòu)能夠?qū)@桿定位于井面中心，同時壓輪能夠?qū)媸海乐咕婷撀浜捅浪?，具有較好的實用效果。附圖說明圖1是定位機構(gòu)整體示意圖。圖2是定位機構(gòu)驅(qū)動齒端面結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是伸出桿機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是伸出桿機構(gòu)運行示意圖。圖5是伸出桿機構(gòu)俯視圖。圖6是壓輪相關(guān)結(jié)構(gòu)安裝示意圖。圖7是導(dǎo)軌側(cè)板結(jié)構(gòu)及安裝示意圖。圖8是伸出桿安裝及運動示意圖。圖9是齒輪、伸出桿嚙合原理示意圖。圖10是半圓卡盤鎖合及導(dǎo)軌合成間隙示意圖。圖11是卡盤鎖合結(jié)構(gòu)和卡盤加固螺栓安裝示意圖。圖12是壓輪運行原理圖。圖13是壓輪彈簧運行原理圖。圖中標(biāo)號名稱：5、鉆桿首端，32、鉆桿桿身，68、柔性壓輪，69、伸出桿機構(gòu)，70、定位機構(gòu)驅(qū)動齒端面，71、卡盤加固螺栓，72、伸出桿導(dǎo)軌頂板，73、壓輪彈簧第一支撐，74、伸出桿行止板，75、壓輪支撐行止板，76、壓輪彈簧，77、壓輪彈簧第二支撐，78、壓輪第一支撐，79、卡盤鎖合結(jié)構(gòu)，80、伸出桿齒，81、伸出桿第一齒輪，82、伸出桿第二齒輪，83、伸出桿導(dǎo)軌第一側(cè)板，84、伸出桿彈簧，85、伸出桿彈簧第二支撐，86、伸出桿導(dǎo)軌第二側(cè)板，87、第一側(cè)板加強結(jié)構(gòu)，88、半圓卡盤轉(zhuǎn)動副，89、壓輪轉(zhuǎn)軸，90、壓輪偏距結(jié)構(gòu)，91、偏距結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)軸，92、壓輪第二支撐，93、伸出桿，94、第一半圓卡盤，95、第二半圓卡盤，96、伸出桿彈簧第一支撐，97、伸出桿彈簧支撐滑孔，98、伸出桿齒孔，99、卡盤轉(zhuǎn)軸，100、第一卡盤第一支耳，101、第二卡盤圓環(huán)，102、第一卡盤第二支耳，103、壓輪第一支撐轉(zhuǎn)軸，104、導(dǎo)軌合成間隙。具體實施方式如圖1所示，它包括定位機構(gòu)驅(qū)動齒端面、半圓卡盤轉(zhuǎn)動副、第一半圓卡盤、第二半圓卡盤、鉆桿桿身、伸出桿機構(gòu)，其中如圖1所示，第一半圓卡盤和第二半圓卡盤通過半圓卡盤轉(zhuǎn)動副連接且組成一個中間有孔的圓卡盤；如圖2所示，鉆桿桿身首端偏中間位置處加工有定位機構(gòu)驅(qū)動齒端面；如圖3所示，在兩個半圓卡盤組成的圓卡盤上均勻安裝有三組伸出桿機構(gòu)，在三組伸出桿機構(gòu)上安裝有另外一組由第一半圓卡盤和第二半圓卡盤組成的圓卡盤，如圖1所示，三層結(jié)構(gòu)組成的機構(gòu)的中間孔與定位機構(gòu)驅(qū)動齒端面正對配合。三層結(jié)構(gòu)，上下兩層均為兩個半圓卡盤拼合；這樣拼合的設(shè)計才能將定位機構(gòu)安裝于鉆桿上。如圖3所示，上述三組伸出桿機構(gòu)通過布置保證有且僅有一組伸出桿機構(gòu)跨過半圓卡盤接縫；對于未跨過半圓卡盤接縫的兩組伸出桿機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)完全相同，對于其中任意一個，伸出桿機構(gòu)包括柔性壓輪、伸出桿導(dǎo)軌頂板、壓輪彈簧第一支撐、伸出桿行止板、壓輪支撐行止板、壓輪彈簧、壓輪彈簧第二支撐、壓輪第一支撐、伸出桿齒、伸出桿第一齒輪、伸出桿第二齒輪、伸出桿導(dǎo)軌第一側(cè)板、伸出桿彈簧、伸出桿彈簧第二支撐、伸出桿導(dǎo)軌第二側(cè)板、壓輪轉(zhuǎn)軸、壓輪偏距結(jié)構(gòu)、偏距結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)軸、壓輪第二支撐、伸出桿、伸出桿彈簧第一支撐、伸出桿彈簧支撐滑孔、伸出桿齒孔、壓輪第一支撐轉(zhuǎn)軸、導(dǎo)軌合成間隙，如圖7、8所示，其中伸出桿導(dǎo)軌頂板安裝在卡盤上，伸出桿導(dǎo)軌第一側(cè)板、伸出桿導(dǎo)軌第二側(cè)板相互平行地安裝在卡盤上，且伸出桿導(dǎo)軌頂板一側(cè)與伸出桿導(dǎo)軌第一側(cè)板連接，伸出桿導(dǎo)軌頂板另一側(cè)與伸出桿導(dǎo)軌第二側(cè)板連接；伸出桿導(dǎo)軌第一側(cè)板上開有長方形的伸出桿齒孔，伸出桿導(dǎo)軌第二側(cè)板上開有伸出桿彈簧支撐滑孔；伸出桿一端安裝在導(dǎo)軌中，伸出桿彈簧第二支撐安裝在伸出桿面向伸出桿導(dǎo)軌第二側(cè)板的一面且滑動于伸出桿彈簧支撐滑孔中；伸出桿齒安裝在伸出桿面向伸出桿導(dǎo)軌第一側(cè)板的一面且穿過伸出桿齒孔；如圖3所示，伸出桿彈簧第一支撐安裝在伸出桿導(dǎo)軌頂板側(cè)面；伸出桿彈簧一端安裝在伸出桿彈簧第一支撐上，另一端安裝在伸出桿彈簧第二支撐上；如圖3、9所示，伸出桿第一齒輪和伸出桿第二齒輪通過轉(zhuǎn)軸安裝在卡盤上，伸出桿第一齒輪與伸出桿第二齒輪相互嚙合，伸出桿第一齒輪與伸出桿齒嚙合，伸出桿第二齒輪與定位機構(gòu)驅(qū)動齒端面嚙合；如圖5、6所示，壓輪彈簧第一支撐安裝在伸出桿一端的側(cè)面，壓輪第一支撐轉(zhuǎn)軸安裝在伸出桿一端，壓輪第一支撐通過壓輪第一支撐轉(zhuǎn)軸安裝在伸出桿一端；壓輪彈簧第二支撐安裝在壓輪第一支撐側(cè)面，壓輪彈簧一端安裝在壓輪彈簧第一支撐上，另一端安裝在壓輪彈簧第二支撐上；伸出桿行止板安裝在伸出桿一端的上側(cè)，壓輪支撐行止板安裝在壓輪第一支撐上側(cè)；伸出桿行止板與壓輪支撐行止板互相配合限位；壓輪第二支撐一端安裝在壓輪第一支撐一端，壓輪第二支撐另一端安裝有偏距結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)軸；壓輪偏距結(jié)構(gòu)安裝在偏距結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)軸上，柔性壓輪通過壓輪轉(zhuǎn)軸安裝在壓輪偏距結(jié)構(gòu)上。本發(fā)明中，定位機構(gòu)驅(qū)動齒端面與齒輪嚙合，齒輪與伸出桿齒嚙合，鉆桿轉(zhuǎn)動通過齒輪帶動伸出桿伸縮，伸出桿通過伸出桿彈簧復(fù)位，伸出桿伸縮的軌跡和行程通過伸出桿彈簧第一支撐在伸出桿彈簧支撐滑孔中滑動實現(xiàn)定位和限位。壓輪第一支撐通過旋轉(zhuǎn)副與伸出桿連接，能夠圍繞壓輪第一支撐轉(zhuǎn)軸上下擺動，擺動過程中通過壓輪彈簧產(chǎn)生彈力，如圖13所示，在壓輪第一支撐和伸出桿共線時壓輪彈簧伸長量最大，也就是說，壓輪第一支撐與伸出桿共線時的狀態(tài)為臨界穩(wěn)定，一旦受到作用力，壓輪彈簧會作用壓輪第一支撐與伸出桿成一定的角度。在壓輪第一支撐和伸出桿的上側(cè)安裝有壓輪支撐行止板和伸出桿行止板，能夠限制壓輪第一支撐與伸出桿之間的夾角。壓輪通過壓輪偏距結(jié)構(gòu)安裝在壓輪第二支撐上，壓輪在井面上的接觸點不在壓輪第二支撐軸線上，能夠保證壓輪的旋轉(zhuǎn)方向與運動方向一致。因為鉆頭在旋轉(zhuǎn)的過程中是逐漸向下運動的，壓輪與井面上的接觸軌跡為螺旋線，并且鉆頭下降越快或者旋轉(zhuǎn)越快，螺旋線的軌跡是不一樣的，使用了壓輪偏距結(jié)構(gòu)能夠通過力矩保證壓輪旋轉(zhuǎn)方向與運動方向一致，達到最省力的狀態(tài)。上述三組伸出桿機構(gòu)中，對于跨過半圓卡盤接縫的伸出桿機構(gòu)，伸出桿導(dǎo)軌第一側(cè)板和伸出桿導(dǎo)軌第二側(cè)板由兩部分組成，均分布安裝于兩個半圓卡盤上，當(dāng)半圓卡盤結(jié)合后形成導(dǎo)軌合成間隙如圖10所示；對于其他結(jié)構(gòu)該組伸出桿機構(gòu)結(jié)構(gòu)與其他兩組機構(gòu)完全相同。本發(fā)明中，起初伸出桿在伸出桿彈簧作用下，處于收縮狀態(tài)，壓輪第一支撐與伸出桿成一定的角度，且壓輪第一支撐偏上如圖12中的a所示，因為行止板和壓輪彈簧的作用，使在不受外力作用下，角度能夠保持不變。在鉆井時，如圖4所示，鉆桿上具有齒端面，鉆桿的轉(zhuǎn)動通過齒端面與齒輪的嚙合，帶動齒輪轉(zhuǎn)動，齒輪帶動伸出桿，使伸出桿伸出，壓輪接觸并施壓于井面，當(dāng)伸出桿伸出受到井面的限制后，伸出桿將會隨著鉆桿一起運動，在運動過程中，三組伸出桿機構(gòu)保持鉆桿處于井中心位置，并且壓輪對井面起到了施壓增固作用；當(dāng)鉆桿向上拉時，如圖12中的b所示，壓輪第一支撐將會受到向下的力；之后發(fā)生如圖12中的c所示，壓輪與井面脫離，鉆桿可以順利取出。如圖11所示，上述三組伸出桿機構(gòu)的上層和下層的半圓卡盤組成的圓卡盤之間通過卡盤加固螺栓、卡盤鎖合結(jié)構(gòu)固定在一起。如圖7所示，上述半圓卡盤轉(zhuǎn)動副包括卡盤轉(zhuǎn)軸、第一卡盤第一支耳、第二卡盤圓環(huán)、第一卡盤第二支耳，其中第一卡盤第一支耳和第一卡盤第二支耳上下依次安裝在第一半圓卡盤上，第二卡盤圓環(huán)安裝在第二半圓卡盤上，第二卡盤圓環(huán)通過卡盤轉(zhuǎn)軸安裝在第一卡盤第一支耳和第一卡盤第二支耳之間。如圖7所示，上述伸出桿導(dǎo)軌第一側(cè)板一端安裝有第一側(cè)板加強結(jié)構(gòu)。如圖1所示，上述每一組伸出桿機構(gòu)上，柔性壓輪為兩個，均安裝在壓輪轉(zhuǎn)軸上，且位于壓輪偏距結(jié)構(gòu)兩側(cè)。綜上所述，本發(fā)明定位機構(gòu)安裝在鉆桿桿身上的定位機構(gòu)驅(qū)動齒端面上，兩個半圓卡盤通過卡盤轉(zhuǎn)動副連接，能夠卡在鉆桿桿身的驅(qū)動齒端面上；在卡盤上安裝有齒輪、導(dǎo)軌和伸出桿，鉆桿的轉(zhuǎn)動能夠帶動齒輪傳動，作用于伸出桿上的桿齒，使伸出桿伸出進而讓安裝在伸出桿上的壓輪施壓于井面，三組伸出桿機構(gòu)能夠?qū)@桿定位于井面中心，同時壓輪能夠?qū)媸海乐咕婷撀浜捅浪?，具有較好的實用效果。