本發(fā)明涉及一種用于定向鉆井的工具面定位裝置。

技術(shù)背景

隨著石油工業(yè)的發(fā)展，油氣藏開發(fā)越來越多是采用定向井、大位移井、水平井技術(shù)來完成的，采用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)打定向井已經(jīng)得到很好的應(yīng)用，但這方面技術(shù)國內(nèi)外差距很大，國內(nèi)總體上顯得相對落后。而采用彎螺桿定向成本低廉。

采用彎螺桿定向過程中，定向是否準(zhǔn)確，取決于對工具面控制準(zhǔn)確度，由于鉆井過程中，工具面會受到反扭矩的動態(tài)變化而跑偏，這會使得定向準(zhǔn)確度下降。本發(fā)明一種工具面定位裝置可以大大減小由于反扭矩的變化造成工具面跑偏的問題，可以在較低的成本下實現(xiàn)準(zhǔn)確定向的目的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明特提供一種工具面定位裝置，以解決采用彎螺桿定向鉆井過程中工具面受反扭矩動態(tài)變化而跑偏的問題，實現(xiàn)準(zhǔn)確定向。

本發(fā)明特提供一種工具面定位裝置，包括上接頭、上筒體、節(jié)流嘴、復(fù)位套、鎖定筒、上芯軸、鋼球、彈簧、螺釘、中筒體、隔離活塞、中芯軸、一級主彈簧、一級彈簧座、一級浮動活塞、一級定位套、下筒體、下芯軸、二級主彈簧、二級彈簧座、二級浮動活塞、二級定位套、下接頭、扶正殼體、短節(jié)、轉(zhuǎn)換接頭、主軸銷、定位塊、柱塞、銷軸；其結(jié)構(gòu)特征是：所述上接頭下部與所述上筒體采用絲扣連接，所述上接頭上部與鉆井管柱采用絲扣連接；所述復(fù)位套外壁與所述上筒體內(nèi)腔采用間隙配合。

進(jìn)一步，所述復(fù)位套外表面設(shè)置有密封圈凹槽，所述密封圈凹槽內(nèi)安裝密封圈，所述復(fù)位套上端設(shè)有孔，節(jié)流嘴安裝在所述復(fù)位套上端孔中，所述節(jié)流嘴與所述復(fù)位套上端孔采用過盈配合，所述復(fù)位套內(nèi)表面設(shè)置有密封圈凹槽，所述密封圈凹槽內(nèi)安裝密封圈，所述復(fù)位套下部內(nèi)表面設(shè)置復(fù)位套環(huán)形槽，所述復(fù)位套下端面安裝彈簧，安裝好后彈簧處于壓縮狀態(tài)。

進(jìn)一步，所述鎖定筒外壁與所述復(fù)位套內(nèi)腔采用間隙配合，所述鎖定筒中部設(shè)置6個球孔，所述球孔周向均布，安裝時將所述鋼球置于所述球孔中，所述鎖定筒下部開設(shè)鎖定筒連通孔，所述鎖定筒連通孔連通所述鎖定筒下部環(huán)形腔與所述彈簧腔。

進(jìn)一步，所述中筒體上端與所述鎖定筒下端采用過渡配合，所述中筒體上端與所述鎖定筒下端采用螺釘連接，所述螺釘在周向均布，所述中筒體上端與所述上筒體下端采用絲扣連接。

進(jìn)一步，所述上芯軸上端外表面設(shè)置密封圈凹槽，所述密封圈凹槽中安裝密封圈，所述上芯軸上端外表面設(shè)置上芯軸環(huán)形槽，所述上芯軸與所述中筒體形成的環(huán)形腔中安裝所述隔離活塞，所述隔離活塞內(nèi)表面與所述上芯軸間隙配合，所述隔離活塞外表面與所述中筒體間隙配合，所述隔離活塞內(nèi)外表面均設(shè)置密封圈凹槽，并在所述密封圈凹槽中安裝密封圈，所述上芯軸下部開設(shè)上芯軸連通孔，所述上芯軸連通孔連通所述上芯軸內(nèi)腔與所述中筒體內(nèi)腔，所述上芯軸下端與中筒體下部內(nèi)腔采用間隙配合，所述上芯軸下端外表面開密封圈凹槽，并在所述密封圈凹槽中安裝密封圈；所述中芯軸上端與所述上芯軸下端采用絲扣連接。

進(jìn)一步，所述上芯軸下端面安裝所述一級主彈簧，所述一級主彈簧處于壓縮狀態(tài)，所述一級主彈簧下端通過所述一級主彈簧座定位，所述一級主彈簧所在腔體填充油液，所述一級主彈簧內(nèi)表面與所述中芯軸采用間隙配合，所述一級彈簧座內(nèi)表面設(shè)置密封圈凹槽，并在所述密封圈凹槽內(nèi)安裝密封圈，所述一級彈簧座外表面設(shè)置一級彈簧座凹槽，所述一級彈簧座凹槽連通所述一級主彈簧所在腔體與所述浮動活塞上腔體。

進(jìn)一步，所述一級浮動活塞內(nèi)表面與所述一級主彈簧座采用間隙配合，所述一級浮動活塞外表面與所述中筒體采用間隙配合，所述一級浮動活塞內(nèi)外表面均設(shè)置密封圈凹槽，所述密封圈凹槽內(nèi)安裝密封圈。

進(jìn)一步，所述中筒體下部設(shè)有中筒體連通孔，所述中筒體連通孔連通所述一級浮動活塞下部腔體與外部環(huán)空。

采用上述進(jìn)一步技術(shù)方案的有益效果是：利用所述連通孔平衡所述一級浮動活塞下部腔體與外部環(huán)空的液壓，以實現(xiàn)一級主彈簧所在腔體與外部環(huán)空液壓相等。

進(jìn)一步，所述下筒體上端與所述中筒體下端采用絲扣連接，所述下筒體上端面與所述一級定位套下端面相接觸，所述一級定位套與所述一級彈簧座采用間隙配合，所述下筒體上端內(nèi)腔與所述中芯軸采用間隙配合，所述下筒體上端內(nèi)表面設(shè)置密封圈凹槽，所述密封圈凹槽中安裝密封圈，所述下筒體內(nèi)腔與所述中芯軸下部采用間隙配合，所述中芯軸下部外表面設(shè)置密封圈凹槽，所述密封圈凹槽中安裝密封圈，所述下筒體上端與所述中芯軸下端形成環(huán)形腔體，所述腔體通過所述中芯軸下端所開中芯軸連通孔與所述中芯軸內(nèi)腔相連通。

進(jìn)一步，所述下芯軸上端與所述中芯軸下端采用絲扣連接，所述二級主彈簧、二級主彈簧座、二級浮動活塞、二級定位套的結(jié)構(gòu)及安裝方式均與所述一級主彈簧、一級主彈簧座、一級浮動活塞、一級定位套相同。

進(jìn)一步，所述二級浮動活塞上腔與所述二級主彈簧所在腔體相通并填充油液，所述下筒體下部設(shè)有下筒體連通孔，所述下筒體連通孔連通所述二級浮動活塞下部腔體與外部環(huán)空。

采用上述進(jìn)一步技術(shù)方案的有益效果是：利用所述連通孔平衡所述二級浮動活塞下部腔體與外部環(huán)空的液壓，以實現(xiàn)二級主彈簧所在腔體與外部環(huán)空液壓相等。

進(jìn)一步，所述下接頭與所述下筒體采用絲扣連接，所述下接頭與所述下芯軸采用間隙配合，所述下接頭內(nèi)表面設(shè)置密封圈凹槽，所述密封圈凹槽中安裝密封圈，所述下芯軸下部設(shè)置臺階，所述下芯軸下部外表面與所述下接頭內(nèi)腔形成環(huán)形腔，所述環(huán)形腔內(nèi)填充油液。

進(jìn)一步，所述扶正殼體與所述下接頭采用絲扣連接，所述扶正殼體內(nèi)表面設(shè)置密封圈凹槽，所述密封圈凹槽中安裝密封圈，所述扶正殼體縱向設(shè)置三個柱塞孔，所述柱塞孔中安裝柱塞，所述柱塞孔通過軸向油道相連通，同時連通所述下芯軸下部與所述下接頭內(nèi)腔形成的環(huán)形腔相連通，所述柱塞孔軸向均布。

進(jìn)一步，所述定位塊一側(cè)設(shè)置銷軸孔，所述銷軸孔與所述銷軸采用間隙配合，所述定位塊另一側(cè)設(shè)置腰形孔，所述腰形孔與所述柱塞的連通孔通過所述銷軸連接，所述主銷軸的上下端置于所述扶正殼體上均布的銷軸孔內(nèi)，所述短節(jié)上端面設(shè)置三個銷軸孔，所述銷軸孔周向均布，所述銷軸孔與所述主銷軸下端配合。

進(jìn)一步，所述轉(zhuǎn)換接頭與所述扶正殼體采用絲扣連接。

本發(fā)明的有益效果是：(1)減小由于反扭矩的變化造成工具面跑偏的問題，可以在較低的成本下實現(xiàn)準(zhǔn)確定向的目的；(2)該裝置采用兩級彈簧，所產(chǎn)生的操作力更大，更穩(wěn)定；(3)該定位裝置，三個定位塊運(yùn)動同步，定位時扶正力穩(wěn)定；(4)該定位裝置采用液壓驅(qū)動方式，井下控制簡單可靠。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種工具面定位裝置撐開狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1中a-a截面剖視圖；

圖3是圖1中b-b截面剖視圖；

圖4是圖1中c-c截面剖視圖；

圖5是圖1中d-d截面剖視圖；

圖6是圖1中e-e截面剖視圖；

圖7是圖1中f-f截面剖視圖；

圖8是本發(fā)明一種工具面定位裝置收回狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9是圖8中g(shù)-g截面剖視圖；

圖10是圖8中h-h截面剖視圖；

圖11是圖7中k-k旋轉(zhuǎn)剖視圖；

圖12是圖11中ⅰ處的放大圖；

圖13是圖11中m-m截面剖視圖；

圖14是圖11中n-n截面剖視圖；

圖15是圖7中ⅱ處的放大圖；

圖中：1.上接頭、2.上筒體、3.節(jié)流嘴、4.復(fù)位套、4a.復(fù)位套環(huán)形槽、5.鎖定筒、5a.球孔、5b.鎖定筒連通孔、6.上芯軸、6a.上芯軸環(huán)形槽、6b.上芯軸連通孔、7.鋼球、8.彈簧、9.螺釘、10.中筒體、10a.中筒體連通孔、11.隔離活塞、12.中芯軸、12a.中芯軸連通孔、13.一級主彈簧、14.一級彈簧座、14a.一級彈簧座凹槽、15.一級浮動活塞、16.一級定位套、17.下筒體、17a.下筒體連通孔、18.下芯軸、18a.臺階、18b.環(huán)形腔、19.二級主彈簧、20.二級彈簧座、20a.二級彈簧座凹槽、21.二級浮動活塞、22.二級定位套、23.下接頭、24.扶正殼體、24a.扶正殼體表面槽、24b.連通流道、24c.柱塞孔、25.短節(jié)、26.轉(zhuǎn)換接頭、27.主銷軸、28.定位塊、29.柱塞、30.銷軸。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施方式對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

如圖1、圖8、圖9、圖11、圖12所示的本發(fā)明一種工具面定位裝置，包括上接頭1、上筒體2、節(jié)流嘴3、復(fù)位套4、鎖定筒5、上芯軸6、鋼球7、彈簧8、螺釘9、中筒體10、隔離活塞11、中芯軸12、一級主彈簧13、一級彈簧座14、一級浮動活塞15、一級定位套16、下筒體17、下芯軸18、二級主彈簧19、二級彈簧座20、二級浮動活塞21、二級定位套22、下接頭23、扶正殼體24、短節(jié)25、轉(zhuǎn)換接頭26、主銷軸27、定位塊28、柱塞29、銷軸30；其結(jié)構(gòu)特征是：所述上接頭1下部與所述上筒體2采用絲扣連接，所述上接頭1上部與鉆井管柱采用絲扣連接；所述復(fù)位套4外壁與所述上筒體2內(nèi)腔采用間隙配合，所述復(fù)位套4外表面設(shè)置有密封圈凹槽，所述密封圈凹槽內(nèi)安裝密封圈，所述復(fù)位套4上端設(shè)置有孔，所述節(jié)流嘴3安裝在所述復(fù)位套4上端孔中，所述節(jié)流嘴3與所述復(fù)位套4上端孔采用過盈配合，所述復(fù)位套4內(nèi)表面設(shè)置密封圈凹槽，所述密封圈凹槽內(nèi)安裝密封圈，所述復(fù)位套4下部內(nèi)表面設(shè)置復(fù)位套環(huán)形凹槽4a，所述復(fù)位套4下端面安裝彈簧8，安裝好后彈簧8處于壓縮狀態(tài)；所述鎖定筒5外壁與所述復(fù)位套4內(nèi)腔采用間隙配合；所述中筒體10上端與所述鎖定筒5下端采用過渡配合，所述中筒體10上端與所述鎖定筒5下端采用螺釘9連接，所述螺釘9在周向均布，所述中筒體10上端與所述上筒體2下端采用絲扣連接；所述上芯軸6上端外表面設(shè)置密封圈凹槽，所述密封圈凹槽中安裝密封圈，所述上芯軸6上端外表面設(shè)置上芯軸環(huán)形槽6a，所述上芯軸環(huán)形槽6a軸向?qū)挾却笥谒鲣撉?直徑，所述上芯軸6與所述中筒體10形成的環(huán)形腔中安裝所述隔離活塞11，所述隔離活塞11內(nèi)表面與所述上芯軸6間隙配合，所述隔離活塞11外表面與所述中筒體10間隙配合，所述隔離活塞11內(nèi)外表面均設(shè)置密封圈槽，所述密封圈槽中安裝密封圈，所述上芯軸6下端與所述中筒體10下部內(nèi)腔采用間隙配合，所述上芯軸6下端外表面開密封圈凹槽，所述密封圈凹槽中安裝密封圈；所述中芯軸12上端與所述上芯軸6下端采用絲扣連接；所述上芯軸6下端面安裝所述一級主彈簧13，所述一級主彈簧13處于壓縮狀態(tài)，所述一級主彈簧13下端通過所述一級主彈簧座14定位，所述一級主彈簧13所在腔體填充油液，所述一級主彈簧13內(nèi)表面與所述中芯軸12采用間隙配合，所述一級主彈簧座14內(nèi)表面設(shè)置密封圈凹槽，所述密封圈凹槽內(nèi)安裝密封圈；所述一級浮動活塞15內(nèi)表面與一級主彈簧座14采用間隙配合，所述一級浮動活塞15外表面與中筒體10采用間隙配合，所述一級浮動活塞15內(nèi)外表面均設(shè)置密封圈凹槽，所述密封圈凹槽內(nèi)安裝密封圈；所述中筒體10下部設(shè)有中筒體連通孔10a，所述中筒體連通孔10a連通所述一級浮動活塞15下部腔體與外部環(huán)空；所述下筒體17上端與所述中筒體10下端采用絲扣連接，所述下筒體17上端面與所述一級定位套16下端面相接觸，所述一級定位套16與所述一級彈簧座14采用間隙配合，所述下筒體17上端內(nèi)腔與所述中芯軸12采用間隙配合，所述下筒體17上端內(nèi)表面設(shè)置密封圈凹槽，所述密封圈凹槽內(nèi)安裝密封圈，所述下筒體17內(nèi)腔與所述中芯軸12下部采用間隙配合，所述中芯軸12下部外表面設(shè)置密封圈凹槽，所述密封圈凹槽中安裝密封圈，所述下筒體17上端與所述中芯軸12下端形成環(huán)形腔體，所述腔體通過所述中芯軸12下端所開中芯軸連通孔12a與所述中芯軸12內(nèi)腔相連通；所述下芯軸18上端與所述中芯軸12下端采用絲扣連接，所述二級主彈簧19、二級主彈簧座20、二級浮動活塞21、二級定位套22的結(jié)構(gòu)及安裝方式均與所述一級主彈簧13、一級主彈簧座14、一級浮動活塞15、一級定位套16相同；所述二級浮動活塞21上腔與所述二級主彈簧19所在腔體相通并填充油液，所述下筒體17下部設(shè)有下筒體連通孔17a，所述下筒體連通孔17a連通所述二級浮動活塞21下部腔體與外部環(huán)空，所述下接頭23與所述下筒體17采用絲扣連接，所述下接頭23與所述下芯軸18采用間隙配合，所述下接頭23內(nèi)表面設(shè)置密封圈凹槽，所述密封圈凹槽中安裝密封圈，所述下芯軸18下部設(shè)置臺階18a，所述下芯軸18下部外表面與所述下接頭23內(nèi)腔形成環(huán)形腔18b，所述環(huán)形腔18b內(nèi)填充油液；所述扶正殼體24與所述下接頭23采用絲扣連接，所述扶正殼體24內(nèi)表面設(shè)置密封圈凹槽，所述密封圈凹槽中安裝密封圈；所述扶正殼體24設(shè)置3個銷軸孔，所述銷軸孔周向均布；所述主銷軸27的上下端置于扶正殼體24的銷軸孔內(nèi)；所述短節(jié)25上端面設(shè)置三個銷軸孔，所述銷軸孔周向均布，所述銷軸孔與主銷軸27下端配合；所述轉(zhuǎn)換接頭26與所述扶正殼體24采用絲扣連接。

如圖2所示，所述鎖定筒5中部設(shè)有球孔5a，所述球孔5a在圓周方向均勻分布，所述鋼球7置于所述球孔5a中，所述鋼球7直徑小于所述球孔5a直徑，所述鎖定筒5內(nèi)腔與所述上芯軸6采用間隙配合。

如圖3所示，所述鎖定筒5下部開有鎖定筒連通孔5b，所述鎖定筒連通孔5b在所述鎖定筒5的圓周方向均勻分布，所述鎖定筒連通孔5b連通所述彈簧8腔與所述隔離活塞11上部腔體，所述腔體填充油液。

如圖4所示，所述上芯軸6下部開上芯軸連通孔6b，所述上芯軸6與所述中筒體10形成的環(huán)形腔通過所述上芯軸6b連通孔與所述上芯軸6內(nèi)腔相通；所述中芯軸12下部所開中芯軸連通孔12a的結(jié)構(gòu)與所述上芯軸6下部所開上芯軸連通孔6b相同。

如圖5所示，所述一級彈簧座14外表面與所述中筒體10內(nèi)腔采用間隙配合，所述一級彈簧座14外表面圓周方向均勻分布有一級彈簧座凹槽14a，所述一級彈簧座凹槽14a連通所述一級主彈簧13所在腔體與所述一級浮動活塞15上部腔體，所述腔體填充油液；所述二級彈簧座20外表面分布的二級彈簧座凹槽20a的結(jié)構(gòu)與所述一級彈簧座14外表面分布的一級彈簧座凹槽14a相同。

如圖6所示，所述中筒體10下部開有中筒體連通孔10a，所述中筒體連通孔10a將所述一級浮動活塞15的下部腔體與所述中筒體10外部相連通；所述下筒體17下部所開下筒體連通孔17a的結(jié)構(gòu)與所述中筒體10下部所開中筒體連通孔10a相同。

如圖7、圖10、圖13、圖14所示，所述扶正殼體24縱向設(shè)置有三個柱塞孔24c，所述柱塞孔24c中安裝柱塞29，所述柱塞孔24c通過連通流道24b與扶正殼體表面槽24a連通所述下芯軸18下部與所述下接頭23內(nèi)腔形成的環(huán)形腔18b，所述三個柱塞孔24c在圓周方向均勻分布；所述定位塊28一側(cè)設(shè)置有銷軸孔，所述銷軸孔與所述主銷軸27采用間隙配合，所述定位塊28另一側(cè)設(shè)置有腰形連接孔，所述腰形連接孔與所述柱塞29的連接孔通過所述銷軸30連接。

本發(fā)明一種工具面定位裝置的工作原理是：安裝本工具面定位裝置于螺桿馬達(dá)上方一定位置處，本工具面定位裝置處于如圖8所示的收回狀態(tài)，并下入至設(shè)計井深，先施加鉆壓至工作值，再打開地面泥漿泵不斷打入泥漿，兩級彈簧腔被壓縮，一級浮動活塞15與二級浮動活塞21向下運(yùn)動，上芯軸6向下移動直至鋼球7進(jìn)入上芯軸6的環(huán)形槽6a內(nèi)，此時鎖定筒5與復(fù)位套4之間解鎖，鎖定筒5與上芯軸6之間鎖住，復(fù)位套4由于彈簧8的作用向上運(yùn)動，同時由于上芯軸6與中芯軸12的下移，下芯軸18隨之下移，下芯軸18與下接頭23之間的環(huán)形腔18b中的油液被壓入扶正殼體24的柱塞孔中，定位塊28伸出；地面停泵，上提鉆柱，鉆頭處鉆壓減為零，再開泵，并使泥漿泵流量高于正常鉆井時流量，由于節(jié)流嘴3處的壓差，復(fù)位套4向下移動，復(fù)位套4與鎖定筒5之間重新鎖定，由于一級主彈簧13、二級主彈簧19的回復(fù)力作用，上芯軸6、中芯軸12、下芯軸18上移，柱塞孔中的油液被抽出，定位塊28收回。