本發(fā)明涉及一種推靠執(zhí)行機(jī)構(gòu)，特別是一種導(dǎo)向鉆具用推靠執(zhí)行機(jī)構(gòu)及包括該推靠執(zhí)行機(jī)構(gòu)的鉆具。

背景技術(shù)：

隨著油氣開發(fā)、地質(zhì)勘探難度的不斷加大，鉆井工程面臨著更大的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的滑動鉆進(jìn)等導(dǎo)向鉆井技術(shù)已很難滿足現(xiàn)代鉆井工藝的技術(shù)要求。近些年，自動垂直鉆井系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)的應(yīng)用順應(yīng)了時代發(fā)展的趨勢，在垂直深井、定向井、大位移井、水平井等復(fù)雜結(jié)構(gòu)井領(lǐng)域取得巨大的技術(shù)成就。目前，因推靠式執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有導(dǎo)向迅速可靠的特點，導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)多使用推靠式的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，即推靠板或推靠翼在上部井斜感應(yīng)控制系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)的控制下推向井壁，使得鉆具獲得井壁的反作用力，加劇了鉆頭在井壁另一側(cè)的切削作用，起到控制井眼軌跡的作用，實現(xiàn)定向、導(dǎo)向鉆進(jìn)。

現(xiàn)有推靠機(jī)構(gòu)多為推靠翼或推靠板被其下部的推靠活塞頂出的結(jié)構(gòu)設(shè)計，該類設(shè)計的推靠翼或推靠板推出后與鉆具本體分離，環(huán)空中的巖粉易進(jìn)入推靠機(jī)構(gòu)發(fā)生卡阻，影響鉆井工具的正常使用?，F(xiàn)有推靠執(zhí)行機(jī)構(gòu)中多存在易損件，不能承受鉆井過程中的振動和反復(fù)應(yīng)力，易發(fā)生螺釘松動、銷釘斷裂等問題，而且采用推靠翼或推靠板下部安裝推靠活塞的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致徑向尺寸小大，不利于小直徑鉆井工具的設(shè)計開發(fā)。而且，現(xiàn)有推靠機(jī)構(gòu)本身均為被動設(shè)計，推靠力大小取決于推靠活塞的頂出力，推靠機(jī)構(gòu)不具備推靠力調(diào)節(jié)功能，適用范圍受限。此外，現(xiàn)有推靠翼或推靠板多采用平面設(shè)計，推靠時僅有推靠翼或推靠板邊緣與井壁接觸，其接觸面積較小，導(dǎo)致推靠板或推靠翼及井壁磨損嚴(yán)重、鉆具工作時的穩(wěn)定性較差、井眼質(zhì)量較差等問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種導(dǎo)向鉆具用推靠執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其推靠動作執(zhí)行迅速、推靠井壁穩(wěn)定可靠。

為了實現(xiàn)上述目的，第一方面，本發(fā)明提供的一種導(dǎo)向鉆具用推靠執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括：

推靠板；推靠板的一端樞接在鉆具本體上；

推車，所述推車設(shè)置在鉆具本體的凹槽內(nèi)；

驅(qū)動裝置，所述驅(qū)動裝置與推車連接，帶動推車在凹槽內(nèi)沿著鉆具本體的軸向運(yùn)動；以及

支撐桿，所述支撐桿一端與推車樞接；另一端與推靠板樞接，并使得推車運(yùn)動時，支撐桿能夠?qū)⑼瓶堪鍝纹稹?/p>

可選地或優(yōu)選地，所述推車包括車體，車體上安裝有與凹槽底面接觸的車輪，在驅(qū)動裝置作用下，車輪可帶動車體在凹槽內(nèi)運(yùn)動，并使得支撐桿樞轉(zhuǎn)撐起。

可選地或優(yōu)選地，所述車體的中部被構(gòu)造有樞軸安裝部，其上安裝有第一樞軸，支撐桿的一端套設(shè)在第一樞軸上，另一端通過第二樞軸與推靠板的中部樞接。

可選地或優(yōu)選地，第二樞軸的兩端設(shè)有與其軸向?qū)?yīng)的螺紋孔，在螺紋孔中安裝堵絲。

可選地或優(yōu)選地，所述推車兩側(cè)設(shè)有限制推車沿鉆具本體徑向運(yùn)動的第一限位機(jī)構(gòu)。

可選地或優(yōu)選地，所述第一限位機(jī)構(gòu)包括構(gòu)造在車體兩側(cè)的凹槽，螺釘通過鉆具本體上的螺紋孔伸入到鉆具本體內(nèi)并壓在所述車體兩側(cè)的凹槽上。

可選地或優(yōu)選地，所述推車的前端設(shè)有第二限位機(jī)構(gòu)，第二限位機(jī)構(gòu)限制推車在凹槽內(nèi)的最大推出距離，且保證在該最大推出距離下，推靠板的下部不會脫離鉆具本體而產(chǎn)生空隙。

可選地或優(yōu)選地，所述第二限位機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在推車前端的限位桿，限位桿上套設(shè)彈簧，推車壓縮彈簧至限位桿與鉆具本體內(nèi)的凹槽端面接觸時，即達(dá)到所述最大推出距離。

可選地或優(yōu)選地，所述推靠板的板面為弧形。

第二方面，本發(fā)明還提供了一種鉆具，包括多個第一方面所述的鉆具用推靠執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述推靠執(zhí)行機(jī)構(gòu)沿著鉆具本體的周面分布。

本發(fā)明提供的一種鉆具用推靠執(zhí)行機(jī)構(gòu)，設(shè)置在鉆具本體的凹槽內(nèi)，包括推靠板、支撐桿和推車，推車在驅(qū)動裝置的驅(qū)動下在凹槽內(nèi)移動。推車通過支撐桿與推靠板樞接，推靠板的端部樞接在鉆具本體上，當(dāng)推車被推動時，支撐桿升起將推靠板撐起實現(xiàn)對井壁的推靠，這種推靠方式依據(jù)杠桿原理，不再依靠活塞，推靠動作執(zhí)行地直接迅速，摩擦阻力小，且推靠穩(wěn)固可靠。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例所提供的導(dǎo)向鉆具用推靠執(zhí)行機(jī)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例所提供的導(dǎo)向鉆具用推靠執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主剖結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為推靠執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推靠板的內(nèi)側(cè)立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為推靠執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推靠板的外側(cè)立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為推靠執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推車車體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為推靠執(zhí)行機(jī)構(gòu)的支撐桿的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為推靠執(zhí)行機(jī)構(gòu)最大推出位置狀態(tài)下的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：

1-推靠板；101-銷孔；102-凸緣；103-銷孔；104-上部弧面；105-下部弧面；106-螺紋孔；107-端部弧面；2-推車；201-車體；202-車輪；203-通孔；204-銷孔；205-凹槽；206-通孔；207-銷孔；3-支撐桿；301-通孔；302-通孔；4-鉆具本體；401-凸緣；402-端面；5-螺釘；6-推桿；7-第一樞軸；8-第二樞軸；9-第三樞軸；10-堵絲；11-限位桿；12-彈簧；13-螺釘；14-壓塊；15-銷軸。

具體實施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

本發(fā)明實施例提供的導(dǎo)向鉆具用推靠執(zhí)行機(jī)構(gòu)，用于導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)中推井壁進(jìn)行推靠，使得鉆具獲得井壁的反作用力，加劇了鉆頭在井壁另一側(cè)的切削作用，起到控制井眼軌跡的作用，實現(xiàn)定向、導(dǎo)向鉆進(jìn)。

推靠執(zhí)行機(jī)構(gòu)被設(shè)置在鉆具本體的周面上，數(shù)量可以為多個，并呈均勻分布。例如可以是呈90°或120°的間隔分布。如圖1-6所示，每個推靠執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要包括推靠板1、推車2、支撐桿3和驅(qū)動裝置(圖1中為了看清內(nèi)部結(jié)構(gòu)，省略了推靠板)。其中，推車2設(shè)置在鉆具本體4的凹槽內(nèi)，并與驅(qū)動裝置連接，在驅(qū)動裝置的作用下，推車2可以在凹槽內(nèi)沿著鉆具本體4的軸向運(yùn)動。支撐桿3的一端樞接在推車2上，另一端樞接在推靠板1的內(nèi)側(cè)，推靠板的一個端部(上端)樞接在鉆具本體4上，可沿著這鉆具本體4樞轉(zhuǎn)。這樣，推車2、支撐桿3和推靠板1就形成了一個基于杠桿原理的連桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)驅(qū)動裝置推動推車運(yùn)動時，支撐桿3發(fā)生樞轉(zhuǎn)并將推靠板1撐起，使其抵靠在井壁上。這種推靠執(zhí)行動作不需要活塞，直接迅速，摩擦阻力小，且推靠穩(wěn)固可靠。

在一些實施例中，推車2包括車體201以及安裝在車體201上的車輪202，車輪202與凹槽底面為滾動摩擦，因而阻力更小，車輪202和車體201可以通過銷軸連接。作為一個具體的實施方式，車體202的結(jié)構(gòu)大體呈扁平狀，這樣可以節(jié)約有限的鉆具本體內(nèi)的空間。在車體的四角處開設(shè)貫通車體的長條形通孔203，通孔203的側(cè)壁開設(shè)銷孔204，將車輪202通過圖1所示的銷軸15安裝在各個長條形通孔203內(nèi)，這樣可以避免車輪202與鉆具本體4內(nèi)的凹槽接觸，減小了摩擦阻力。優(yōu)選地，在推車的車體201兩側(cè)設(shè)有限制推車沿鉆具本體4徑向運(yùn)動的第一限位機(jī)構(gòu)。第一限位機(jī)構(gòu)可以包括被構(gòu)造在車體中部表面靠近兩側(cè)邊緣的凹槽205以及從鉆具本體的螺紋孔穿入的螺釘5，螺釘5的釘頭壓在凹槽205上，以限制車體201的徑向運(yùn)動。驅(qū)動推車2運(yùn)動的驅(qū)動裝置包括推桿6，推桿6的一端與推車2的車體201連接，另一端與液壓機(jī)構(gòu)、電機(jī)等機(jī)械設(shè)備中常用的驅(qū)動裝置連接(圖中未示出)。有別于現(xiàn)有推靠機(jī)構(gòu)施力部件(如推靠活塞)位于推靠翼或推靠板下部的設(shè)計結(jié)構(gòu)，該推靠執(zhí)行機(jī)構(gòu)的施力部件位于推桿6上部，可以在很大程度上釋放徑向空間，有利于小直徑導(dǎo)向工具的設(shè)計與研發(fā)。

在車體201的中部可以開設(shè)兩個平行設(shè)置的通孔206，每個通孔206各設(shè)置一個支撐桿3，且通孔206的側(cè)壁上設(shè)有銷孔207，兩個支撐桿3的底端也具有銷孔301并且與車體上的銷孔207位置對應(yīng)，通過第一樞軸7(如圓柱銷)穿過銷孔207、301從而將兩個支撐桿3與車體201樞轉(zhuǎn)連接。在推靠板1內(nèi)側(cè)被構(gòu)造出兩個與支撐桿3位置大體對應(yīng)的凹槽，凹槽內(nèi)也設(shè)有銷孔101，兩個支撐桿3的上端具有位置對應(yīng)的銷孔302，并通過第二樞軸8連接在凹槽內(nèi)，從而支撐桿3就可以在推車2和推靠板1之間樞轉(zhuǎn)。推靠板1的上端被構(gòu)造出兩個凸緣102，凸緣102上沿著側(cè)面開設(shè)有貫通的銷孔103，在鉆具本體4上構(gòu)造出與兩個凸緣102之間的間隔匹配的凸緣401，且在該凸緣401上也沿著側(cè)面設(shè)有位置對應(yīng)的貫通的銷孔。推靠板1的上端通過第三樞軸9連接在該凸緣401上，實現(xiàn)推靠板繞鉆具本體4的樞轉(zhuǎn)。為了防止各個樞軸在推靠執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作時脫銷，在第三樞軸9的兩端設(shè)有壓塊14，并用螺釘13固定，在推靠板1中部的兩端(即第二樞軸8兩端)設(shè)有與其軸向?qū)?yīng)的螺紋孔106，在螺紋孔106中安裝堵絲10。本實施例提供的推靠執(zhí)行機(jī)構(gòu)中使用的銷軸(即各樞軸)、螺釘?shù)纫讚p件的尺寸可根據(jù)具體使用要求進(jìn)行靈活設(shè)計，同時，該機(jī)構(gòu)雖使用了螺釘零件，但均不是主要受力零件，僅做放松處理后即可滿足使用要求，故該推靠執(zhí)行機(jī)構(gòu)的可靠性大大提升。

現(xiàn)有的推靠執(zhí)行機(jī)構(gòu)通常采用活塞推靠井壁，工作時經(jīng)常會發(fā)生執(zhí)行機(jī)構(gòu)阻卡的情況。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，造成這種阻卡情況的原因在于，活塞與鉆具本體完全分離，使得活塞與鉆具本體之間形成了空隙，此時井內(nèi)環(huán)空中的大顆粒巖屑就會進(jìn)入推靠執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部，對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作造成阻礙。為解決這一問題，在優(yōu)選的實施例中，推車2的前端設(shè)有第二限位機(jī)構(gòu)，第二限位機(jī)構(gòu)限制推車2在凹槽內(nèi)的最大推出距離，且保證在該最大推出距離下，推靠板1的下部不會脫離鉆具本體而產(chǎn)生空隙。由于在推靠執(zhí)行的過程中不會產(chǎn)生空隙，就可以防止大顆粒巖屑進(jìn)入到推靠執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部，從而避免了執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作阻卡、失靈的情況發(fā)生。在一些實施例中，第二限位機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在車體前端限位桿11，限位桿11的外側(cè)套設(shè)有彈簧12并固定，使得彈簧12不會被壓縮而拱起。當(dāng)推靠執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作時，推車2壓縮彈簧12，直至限位桿11接觸鉆具本體內(nèi)的凹槽端面402時，即達(dá)到推車2能夠在凹槽內(nèi)前行的最大距離，在此距離下，推靠板雖然被支撐桿3撐起，在鉆具表面形成下部向上翹起的突出狀，但是推靠板1的內(nèi)側(cè)邊緣應(yīng)當(dāng)仍然保持在鉆具本體4的凹槽內(nèi)，以使得推靠板1不會和鉆具本體4發(fā)生分離，避免形成空隙(如圖7所示)。由于推靠板1始終不會被推出鉆具本體凹槽的設(shè)計，隔離了鉆井液中的大顆粒巖屑，僅允許液態(tài)的鉆井液進(jìn)入推靠執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部，使得銷軸始終處于鉆井液的潤滑之下。最大推出距離的設(shè)計可以通過對限位桿11長度、支撐桿3長度和支撐桿3上樞接位置的距離等的限定達(dá)到上述效果，距離的具體數(shù)值可以根據(jù)鉆具的大小和鉆井空間的大小實際調(diào)整，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。從。此外，當(dāng)推靠機(jī)構(gòu)不工作時，壓縮的彈簧12將推車2推回初始位置，保證推靠板1與鉆具本體4處于貼合狀態(tài)，以防止起下鉆過程中發(fā)生卡鉆。

推靠板1的外表面優(yōu)選為弧形，即構(gòu)成弧形推靠板。推靠板1的弧面分為上下兩部分，上部弧面104較長、下部弧面105較短(端部為端部弧面107)，其中下部弧面105用于和井壁直接接觸。下部弧面105的弧面半徑與井壁半徑一直，保證接觸時下部弧面105與井壁處于貼合狀態(tài)，從而增加了接觸面積，降低了表面壓強(qiáng)，進(jìn)而降低了推靠板1與井壁磨損，進(jìn)一步提升了推靠執(zhí)行機(jī)構(gòu)的使用壽命，同時有效地提升了鉆具推靠井壁時的穩(wěn)定性，并可獲得良好的井眼質(zhì)量。推靠板1的下部圓弧表面可使用鑲嵌硬質(zhì)合金塊、PDC耐磨塊或堆焊耐磨合金層等方式提升耐磨性。本實施例中，該推靠執(zhí)行機(jī)構(gòu)由鉆具本體4、推桿6、推車2、支撐桿3、推靠板1、圓柱銷形成連桿機(jī)構(gòu)，在上部施力機(jī)構(gòu)施加給推桿6的力恒定時，依據(jù)杠桿原理，支撐桿3的孔距(如圖6所示)便決定了推靠弧板下部圓弧推靠井壁的力大小，故該推靠執(zhí)行機(jī)構(gòu)可根據(jù)實際鉆井工藝和地層條件的需要，通過更換不同孔距的支撐桿對推靠力進(jìn)行調(diào)節(jié)，因而具有更佳的適用性。

本發(fā)明實施例提供的推靠執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可以應(yīng)用在各種鉆具當(dāng)中，如圖1所示的即為鉆具的一部分，推靠執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括多個，圍繞著鉆具本體表面的周向分布。其中，鉆具系統(tǒng)的類型包括但不限于以下幾種：

1、用于自動垂直鉆井系統(tǒng)

該推靠執(zhí)行機(jī)構(gòu)可用于推靠式自動垂直鉆井系統(tǒng)，當(dāng)井斜感應(yīng)裝置測得井眼軌跡發(fā)生傾斜時，在上部電控系統(tǒng)和施力機(jī)構(gòu)的控制下，以液壓或機(jī)械的方式向推桿施加推力，進(jìn)而推動該推靠執(zhí)行機(jī)構(gòu)推向井壁高邊，在井壁反作用力的作用下，鉆頭在井眼低邊一側(cè)加劇切削，是鉆進(jìn)方向回復(fù)垂直。

2、用于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)

該推靠執(zhí)行機(jī)構(gòu)可用于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)在地面工程師的指令下，由施力機(jī)構(gòu)向推桿施加推力，使該推靠執(zhí)行機(jī)構(gòu)推向井壁，實現(xiàn)定向鉆進(jìn)或?qū)蜚@進(jìn)。

3、用于非開挖導(dǎo)向鉆具

該推靠執(zhí)行機(jī)構(gòu)可用于非開發(fā)導(dǎo)向鉆具，非開發(fā)導(dǎo)向鉆具在鉆井工程師的控制下將該推靠執(zhí)行機(jī)構(gòu)推向井壁實現(xiàn)非開挖導(dǎo)向鉆進(jìn)。

4、其他可能的使用情況

該推靠執(zhí)行機(jī)構(gòu)可根據(jù)鉆具或其他機(jī)具的設(shè)計要求，應(yīng)用于其他使用情況。

以上對本發(fā)明所提供的導(dǎo)向鉆具用推靠執(zhí)行機(jī)構(gòu)及鉆具進(jìn)行了詳細(xì)介紹。本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進(jìn)行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。