專利名稱：一種動態(tài)指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的偏置導(dǎo)向機構(gòu)設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括但不限于石油天然氣領(lǐng)域的動態(tài)指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具，特別是所述鉆井工具的偏置導(dǎo)向機構(gòu)。
背景技術(shù)：
井下旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具系統(tǒng)根據(jù)其導(dǎo)向方式劃分為推靠式和指向式，按照偏置機構(gòu)的工作方式又可分為靜態(tài)偏置式和動態(tài)偏置式，從應(yīng)用情況看，指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的造斜能力不依賴于和井壁的接觸，更加適用于大井徑或大肚子井眼、軟地層、極軟底層和夾層等的裸眼懸空側(cè)鉆，使得鉆進狗腿度和側(cè)向鉆井造斜能力大為提高，有助于將井眼 控制在油藏的最佳位置，提高井身質(zhì)量，保證井下安全。而其中動態(tài)指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)更是由于其鉆具組合完全旋轉(zhuǎn)，鉆出井眼光滑、規(guī)整，并可有效提高機械鉆速，增大扭矩、 調(diào)節(jié)鉆壓，充分發(fā)揮鉆頭性能，受到世界范圍內(nèi)諸多油氣田鉆井公司的歡迎?？梢哉f，動態(tài)指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具系統(tǒng)是當今世界鉆井技術(shù)發(fā)展的最高階段，代表著高精度定向鉆井技術(shù)的發(fā)展方向。從技術(shù)層面看，動態(tài)指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)是一個集機、電、液于一體的閉環(huán)自動控制系統(tǒng)，其造斜能力不依賴于和井壁的接觸，并以井下所有部件完全旋轉(zhuǎn)為主要技術(shù)特征。世界著名的石油技術(shù)服務(wù)公司Baker Hughes, Schlumberger, Halliburton等都已經(jīng)開發(fā)出各自的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具系統(tǒng)。國內(nèi)西安石油大學(xué)、勝利油田鉆井院、中海石油研究中心、中國地質(zhì)大學(xué)、西南石油大學(xué)、遼河油田天意石油裝備公司等單位也開展了旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)研究，陸續(xù)取得了一定的研究成果?？傮w上，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向閉環(huán)鉆井技術(shù)仍處于快速發(fā)展的階段，國際競爭十分激烈。中國專利公告號CN 101586440A，
公開日2009年11月25日，發(fā)明創(chuàng)造的名稱為一種指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具(該發(fā)明申請亦為實用新型專利授權(quán)，授權(quán)公告號CN 201450731U，授權(quán)公告日2010年5月12日)，該申請案公開了一種不依賴地層的表面力學(xué)特性，結(jié)構(gòu)簡單，并且能夠準確有效控制井眼軌跡的指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具系統(tǒng)，該系統(tǒng)本質(zhì)上是靜態(tài)偏置指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具系統(tǒng)，其不足之處在于①所述鉆井工具工作時外筒不旋轉(zhuǎn)，其作用扭矩較??；②所述鉆井工具的導(dǎo)向由芯軸彎曲實現(xiàn)，該導(dǎo)向芯軸需承受高強度的交變應(yīng)力，容易發(fā)生疲勞損壞。美國專利號6，109,372，申請日1999年3月15日，授權(quán)日2000年8月29日，發(fā)明創(chuàng)造的名稱為采用液壓伺服回路控制的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具系統(tǒng)(Rotary Steerable WellDrilling System Utilizing Hydraulic Servo-loop),該案公開了一種基于動態(tài)指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具，其外筒直接帶動偏置機構(gòu)進而帶動鉆頭旋轉(zhuǎn)，通過X-Y方向兩組液壓驅(qū)動活塞不間斷運動來控制工作時偏置機構(gòu)與外筒的相對位置，以達到指向的目的，其特點在于需要隨時已知準確的外筒旋轉(zhuǎn)速度，并隨動控制X-Y方向兩組液壓驅(qū)動活塞的運行位置，液壓驅(qū)動活塞位移與外筒轉(zhuǎn)速的聯(lián)立控制加之其本身的高負荷工作，無疑會增大精確指向控制的難度。
美國專利號6，092，610，申請日1998年2月5日，授權(quán)日2000年7月25日，發(fā)明創(chuàng)造的名稱為主動控制的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具系統(tǒng)與方法(Actively Controlled RotarySteerable System and Method forDrilling Wells),該案公開了一種動態(tài)指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具系統(tǒng)，其外筒帶動鉆軸進而帶動鉆頭旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生較大旋轉(zhuǎn)扭矩，同時該案提出了一種基于偏心軸的指向式導(dǎo)向機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)彎角可在0°到設(shè)計最大角度之間變化，通過保證偏心軸地理靜止，可恒定結(jié)構(gòu)彎角值。其特點在于，當不需調(diào)整結(jié)構(gòu)彎角而需調(diào)整方位角時，要首先破壞偏心軸地理靜止狀態(tài)，待偏心軸轉(zhuǎn)動到所需方位時，再使其等速反向跟蹤外筒轉(zhuǎn)速，同時該案未能清楚詳細地闡明偏心環(huán)驅(qū)動方式，無法得知偏心機構(gòu)細節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于雙偏心環(huán)運動原理的動態(tài)指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的偏置導(dǎo)向機構(gòu)設(shè)計方法，可實現(xiàn)鉆井過程中結(jié)構(gòu)彎角、特別是井斜角和方位角的精確控制。本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計合理緊湊，不失為一種有效的動態(tài)指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的偏置導(dǎo)向機構(gòu)設(shè)計方法。 本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)上述目的動態(tài)指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具偏置導(dǎo)向機構(gòu)，是動態(tài)指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的重要組成部分，包括旋轉(zhuǎn)外筒、穩(wěn)定平臺、導(dǎo)向偏置機構(gòu)、上下支撐板、鉆軸、鉆頭、導(dǎo)電滑環(huán)以及連接軸承。旋轉(zhuǎn)外筒為一壁厚較厚的中空環(huán)形體，由鉆桿和泥漿馬達二者或其一驅(qū)動，用于向鉆具施加較大的鉆壓和扭矩。穩(wěn)定平臺置于旋轉(zhuǎn)外筒內(nèi)部，包括中空圓柱形主體、連接軸承、伺服電機及配套聯(lián)軸器，穩(wěn)定平臺主體結(jié)構(gòu)從直徑上小下大的圓臺體演化而來，上端伸出較長，由安裝在旋轉(zhuǎn)外筒的下支撐板和嵌入其中的軸承連接固定，下端為壁厚較薄的中空型圓柱體，連接軸承外側(cè)與旋轉(zhuǎn)外筒內(nèi)壁緊密配合，內(nèi)側(cè)連接穩(wěn)定平臺主體，伺服電機安裝在旋轉(zhuǎn)外筒的上支撐板上，聯(lián)軸器用于連接伺服電機與穩(wěn)定平臺主體，依據(jù)旋轉(zhuǎn)外筒轉(zhuǎn)動情況，伺服電機驅(qū)動穩(wěn)定平臺主體等速相反旋轉(zhuǎn)，使其在工作狀態(tài)下保持對地靜止。導(dǎo)向偏置機構(gòu)位于穩(wěn)定平臺主體內(nèi)部，通過連接軸承實現(xiàn)定位和相對自由旋轉(zhuǎn)，其包括內(nèi)偏心環(huán)和外偏心環(huán)及其配套驅(qū)動伺服電機和聯(lián)軸器，內(nèi)偏心環(huán)置于外偏心環(huán)之中，其緊密接觸配合和相對自由旋轉(zhuǎn)的連接狀態(tài)通過連接軸承實現(xiàn)，兩個偏心環(huán)中的偏心中空體中心軸線與偏心環(huán)本體中心軸線成一定角度，該角度決定了導(dǎo)向偏置機構(gòu)所能導(dǎo)向的最大可能結(jié)構(gòu)彎角值。動態(tài)指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具中的導(dǎo)電滑環(huán)可不受各零部件工作時旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的影響將電源及控制信號弓I至伺服電機上。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊、設(shè)計合理，調(diào)整方便，通過其動態(tài)指向的旋轉(zhuǎn)鉆進方式，可對水平井、大位移井、大斜度井和分支井等的鉆進過程進行有效導(dǎo)向，并可增大扭矩、調(diào)節(jié)鉆壓，改善機械鉆速，充分發(fā)揮鉆頭性能，進而提高鉆進效率。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施例作進一步詳細的說明。
圖I本發(fā)明實施例剖面示意圖；圖2本發(fā)明實施例結(jié)構(gòu)彎角最大時內(nèi)外偏心環(huán)位置示意圖；圖3本發(fā)明實施例結(jié)構(gòu)彎角為零時內(nèi)外偏心環(huán)位置示意圖；圖4本發(fā)明實施例結(jié)構(gòu)彎角與內(nèi)偏心環(huán)相對于外偏心環(huán)的旋轉(zhuǎn)角度數(shù)學(xué)關(guān)系計算不意圖；I-鉆頭，2-鉆軸，3-旋轉(zhuǎn)外筒，4-外偏心環(huán)，5-穩(wěn)定平臺連接軸承，6—外偏心環(huán)連接軸承，7-外偏心環(huán)導(dǎo)電滑環(huán)，8-穩(wěn)定平臺主體，9-穩(wěn)定平臺導(dǎo)電滑環(huán)，10-下支撐板，11-穩(wěn)定平臺伺服電機，12-上端導(dǎo)電滑環(huán)，13-上支撐板，14-穩(wěn)定平臺伺服電機聯(lián)軸器，15-下支撐板內(nèi)嵌軸承，16-外偏心環(huán)伺服電機，17-外偏心環(huán)伺服電機聯(lián)軸器，18-內(nèi)偏心環(huán)伺服電機，19-內(nèi)偏心環(huán)伺服電機聯(lián)軸器，20-內(nèi)偏心環(huán)，21-內(nèi)偏心環(huán)連接軸承，22-鉆軸連接軸承，23-密封波紋管； A-外偏心環(huán)中心軸線、B-內(nèi)偏心環(huán)的中空孔軸線、C-內(nèi)偏心環(huán)中心軸線、D-外(內(nèi))偏心環(huán)下端面、E-外偏心環(huán)中心軸線A與外(內(nèi))偏心環(huán)下端面D的交點、G-內(nèi)偏心環(huán)的中空孔軸線B與外(內(nèi))偏心環(huán)下端面D的交點、F-內(nèi)偏心環(huán)中心軸線C與內(nèi)偏心環(huán)中心軸線C的交點，O-外偏心環(huán)中心軸線A與內(nèi)偏心環(huán)的中空孔軸線B與內(nèi)偏心環(huán)中心軸線C共同的交點。α -結(jié)構(gòu)彎角、β -內(nèi)偏心環(huán)相對于外偏心環(huán)的旋轉(zhuǎn)角度為、Θ -外偏心環(huán)中心軸線A與內(nèi)偏心環(huán)中心軸線C的夾角、Φ-內(nèi)偏心環(huán)的中空孔軸線B與內(nèi)偏心環(huán)中心軸線C的夾角。
具體實施例方式以下將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述；應(yīng)當理解，優(yōu)選實施例僅為了說明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護范圍。本發(fā)明實施例提供了一種用于但不限于石油天然氣開發(fā)的井下動態(tài)指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具，特別是提供了一種基于穩(wěn)定平臺和內(nèi)外雙偏心環(huán)的偏置導(dǎo)向機構(gòu)。該工具的導(dǎo)向方式為指向式，導(dǎo)向偏置機構(gòu)的工作方式為動態(tài)偏置式。本發(fā)明實施例中旋轉(zhuǎn)外筒與鉆柱或鉆桿系統(tǒng)相連，鉆頭與鉆軸相連；內(nèi)外雙偏心環(huán)偏置導(dǎo)向機構(gòu)置于穩(wěn)定平臺主體內(nèi)部，由電機驅(qū)動使其與旋轉(zhuǎn)外筒旋轉(zhuǎn)速率大小相等，方向相反，保持地理靜止狀態(tài)；在鉆進過程中，旋轉(zhuǎn)外筒始終旋轉(zhuǎn)，并將扭矩與鉆壓高效地傳遞給鉆頭；通過調(diào)整內(nèi)偏心環(huán)同外偏心環(huán)的相對旋轉(zhuǎn)位置，可實現(xiàn)鉆軸中心線與外筒中心線所形成結(jié)構(gòu)彎角從0°到設(shè)置最大結(jié)構(gòu)彎角值間變化；通過調(diào)整偏置導(dǎo)向機構(gòu)同穩(wěn)定平臺主體的相對旋轉(zhuǎn)位置，可使鉆軸中心線指向東西南北360°范圍內(nèi)任意控制方位。圖I為本發(fā)明實施例剖面示意圖。該動態(tài)指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具偏置導(dǎo)向機構(gòu)，包括旋轉(zhuǎn)外筒3、穩(wěn)定平臺、導(dǎo)向偏置機構(gòu)、上支撐板13、下支撐板10、鉆軸2、鉆頭I、導(dǎo)電滑環(huán)以及連接軸承。具體來說，穩(wěn)定平臺置于旋轉(zhuǎn)外筒3內(nèi)部，包括中空圓柱形穩(wěn)定平臺主體8、穩(wěn)定平臺連接軸承5、穩(wěn)定平臺伺服電機11及配套的穩(wěn)定平臺伺服電機聯(lián)軸器14，穩(wěn)定平臺主體8上端由安裝在旋轉(zhuǎn)外筒3的下支撐板10和下支撐板內(nèi)嵌軸承15連接固定，下端通過穩(wěn)定平臺連接軸承5與旋轉(zhuǎn)外筒3內(nèi)壁緊密配合，穩(wěn)定平臺伺服電機11安裝在旋轉(zhuǎn)外筒3的上支撐板13下端面，上支撐板13與下支撐板10通過內(nèi)六角螺紋緊固在旋轉(zhuǎn)外筒3上，并隨之一起運動；穩(wěn)定平臺伺服電機聯(lián)軸器14用于連接穩(wěn)定平臺驅(qū)動伺服電機11與穩(wěn)定平臺主體8，穩(wěn)定平臺伺服電機11驅(qū)動穩(wěn)定平臺主體8相對于旋轉(zhuǎn)外筒3等速相反旋轉(zhuǎn)，使其在工作狀態(tài)下保持對地靜止。導(dǎo)向偏置機構(gòu)位于穩(wěn)定平臺主體8內(nèi)部，通過外偏心環(huán)連接軸承6實現(xiàn)定位和相對自由旋轉(zhuǎn)，其包括內(nèi)偏心環(huán)20和外偏心環(huán)4及其配套的外偏心環(huán)伺服電機16、外偏心環(huán)伺服電機聯(lián)軸器17 、內(nèi)偏心環(huán)伺服電機18、內(nèi)偏心環(huán)伺服電機聯(lián)軸器19以及內(nèi)偏心環(huán)連接軸承21，外偏心環(huán)伺服電機16用于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動外偏心環(huán)4，二者通過外偏心環(huán)伺服電機聯(lián)軸器17實現(xiàn)連接，內(nèi)偏心環(huán)伺服電機18用于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動內(nèi)偏心環(huán)20，二者通過內(nèi)偏心環(huán)伺服電機聯(lián)軸器19實現(xiàn)連接，內(nèi)偏心環(huán)20連同內(nèi)偏心環(huán)伺服電機18、內(nèi)偏心環(huán)伺服電機聯(lián)軸器19置于外偏心環(huán)4內(nèi)部，其緊密接觸配合和相對自由旋轉(zhuǎn)的連接狀態(tài)通過內(nèi)偏心環(huán)連接軸承21實現(xiàn)。內(nèi)偏心環(huán)20中空處嵌入有鉆軸連接軸承22，內(nèi)圈置于鉆軸2上端接頭，所述鉆軸連接軸承22用于引導(dǎo)鉆軸2結(jié)構(gòu)彎角和方位角，并實現(xiàn)鉆軸2與內(nèi)偏心環(huán)20的獨立旋轉(zhuǎn)。圖2、圖3描述了本發(fā)明實施例的導(dǎo)向偏置機構(gòu)導(dǎo)向原理。外偏心環(huán)4中心軸線A與原井眼軌跡軸線平行，鉆軸3上端位于內(nèi)偏心環(huán)20的中空孔中，且該孔軸線B與A成一定夾角，即結(jié)構(gòu)彎角a。當內(nèi)外偏心環(huán)有相對圓周運動時，結(jié)構(gòu)彎角α將在0°和已設(shè)計好的最大結(jié)構(gòu)彎角值間連續(xù)變化；若當內(nèi)外偏心環(huán)在保持相對靜止的狀態(tài)下一起旋轉(zhuǎn)時，該結(jié)構(gòu)彎角可指向任意方位。需要特別指出的是，外偏心環(huán)4中空孔中心軸線與中心軸線A不但在下表面有一設(shè)計偏距，而且存在一個夾角，內(nèi)偏心環(huán)中空孔中心軸線B與內(nèi)偏心環(huán)中心軸線C在下表面具有同樣的設(shè)計偏距值，并且此二中心軸線具有同樣的設(shè)計夾角值，該設(shè)計夾角值的2倍值為最大結(jié)構(gòu)彎角值。圖2進一步描述了本發(fā)明實施例結(jié)構(gòu)彎角最大時內(nèi)外偏心環(huán)位置示意圖。圖中，外偏心環(huán)中心軸線A與外(內(nèi))偏心環(huán)下端面D交于點Ε、內(nèi)偏心環(huán)的中空孔軸線B與外(內(nèi))偏心環(huán)下端面D交于點G、內(nèi)偏心環(huán)中心軸線C與外(內(nèi))偏心環(huán)下端面D交于點F，外偏心環(huán)中心軸線A與內(nèi)偏心環(huán)的中空孔軸線B與內(nèi)偏心環(huán)中心軸線C共同相交于點0，外偏心環(huán)中心軸線Α、內(nèi)偏心環(huán)的中空孔軸線B和內(nèi)偏心環(huán)中心軸線C位于同一平面內(nèi)，交點E與交點G距離EG最長，兩倍于外偏心環(huán)4中空孔中心軸線與中心軸線A在外(內(nèi))偏心環(huán)下端面D下端面的設(shè)計偏距EF，也即兩倍于內(nèi)偏心環(huán)中空孔中心軸線B與內(nèi)偏心環(huán)中心軸線C在外(內(nèi))偏心環(huán)下端面D下端面的設(shè)計偏距FG;結(jié)構(gòu)彎角α為外偏心環(huán)中心軸線A與內(nèi)偏心環(huán)中心軸線C的夾角Θ和內(nèi)偏心環(huán)的中空孔軸線B與內(nèi)偏心環(huán)中心軸線C的夾角Φ之和，由于此兩夾角在設(shè)計時要求相同，故結(jié)構(gòu)彎角α兩倍于Θ或者φ。圖3進一步描述了本發(fā)明實施例結(jié)構(gòu)彎角為零時內(nèi)外偏心環(huán)位置示意圖。此時，內(nèi)偏心環(huán)20相對于外偏心環(huán)4的角位移較之圖3中順時針或逆時針旋轉(zhuǎn)了 180°。圖中，外偏心環(huán)中心軸線A與內(nèi)偏心環(huán)的中空孔軸線B重合，與外(內(nèi))偏心環(huán)下端面D交與點E或G，內(nèi)偏心環(huán)中心軸線C與外(內(nèi))偏心環(huán)下端面D交于點F，外偏心環(huán)中心軸線A與內(nèi)偏心環(huán)的中空孔軸線B與內(nèi)偏心環(huán)中心軸線C共同相交于點0，外偏心環(huán)中心軸線Α、內(nèi)偏心環(huán)的中空孔軸線B和內(nèi)偏心環(huán)中心軸線C位于同一平面內(nèi)，交點E與交點G距離EG最短為零；結(jié)構(gòu)彎角Ct也為零。圖4從一般意義上進一步描述了本發(fā)明實施例結(jié)構(gòu)彎角與內(nèi)偏心環(huán)相對于外偏心環(huán)的旋轉(zhuǎn)角度數(shù)學(xué)關(guān)系計算示意圖；圖中外偏心環(huán)中心軸線A與外(內(nèi))偏心環(huán)下端面D交于點E、內(nèi)偏心環(huán)的中空孔軸線B與外(內(nèi))偏心環(huán)下端面D交于點G、內(nèi)偏心環(huán)中心軸線C與外(內(nèi))偏心環(huán)下端面D交于點F，外偏心環(huán)中心軸線A與內(nèi)偏心環(huán)的中空孔軸線B與內(nèi)偏心環(huán)中心軸線C共同相交于點0，外偏心環(huán)4中空孔中心軸線與中心軸線A在外(內(nèi))偏心環(huán)下端面D下端面的設(shè)計偏距EF，內(nèi)偏心環(huán)中空孔中心軸線B與內(nèi)偏心環(huán)中心軸線C在外(內(nèi))偏心環(huán)下端面D下端面的設(shè)計偏距FG，外偏心環(huán)中心軸線A與內(nèi)偏心環(huán)中心軸線C的夾角Θ等于內(nèi)偏心環(huán)的中空孔軸線B與內(nèi)偏心環(huán)中心軸線C的夾角Φ，此外有，結(jié)構(gòu)彎角α、內(nèi)偏心環(huán)相對于外偏心環(huán)的旋轉(zhuǎn)角度為β。進一步地，有，
權(quán)利要求
1.一種動態(tài)指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的偏置導(dǎo)向機構(gòu)，包括旋轉(zhuǎn)外筒、穩(wěn)定平臺、偏置導(dǎo)向機構(gòu)、上支撐板、下支撐板、鉆軸、鉆頭、導(dǎo)電滑環(huán)以及連接軸承，其特征在于，旋轉(zhuǎn)外筒向鉆頭直接施加鉆壓和扭矩，旋轉(zhuǎn)外筒帶動鉆軸、鉆頭共同旋轉(zhuǎn)，偏置導(dǎo)向機構(gòu)位于穩(wěn)定平臺主體內(nèi)部，通過外偏心環(huán)連接軸承實現(xiàn)定位和相對自由旋轉(zhuǎn)，通過調(diào)整偏置導(dǎo)向機構(gòu)同穩(wěn)定平臺主體的相對旋轉(zhuǎn)位置，可使鉆軸中心線在(Γ360°范圍內(nèi)任意控制方位。
2.如權(quán)利要求I所述的一種動態(tài)指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的偏置導(dǎo)向機構(gòu)，其特征在于穩(wěn)定平臺置于旋轉(zhuǎn)外筒內(nèi)部，包括中空圓柱形穩(wěn)定平臺主體、穩(wěn)定平臺連接軸承、穩(wěn)定平臺伺服電機、穩(wěn)定平臺伺服電機聯(lián)軸器，穩(wěn)定平臺主體上端由安裝在旋轉(zhuǎn)外筒的下支撐板和下支撐板內(nèi)嵌軸承連接固定，下端通過穩(wěn)定平臺連接軸承與旋轉(zhuǎn)外筒內(nèi)壁緊密配合，穩(wěn)定平臺伺服電機安裝在旋轉(zhuǎn)外筒的上支撐板上，上支撐板與下支撐板通過內(nèi)六角螺紋緊固在旋轉(zhuǎn)外筒上，并隨之一起運動。
3.如權(quán)利要求2所述的一種動態(tài)指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的偏置導(dǎo)向機構(gòu)，其特征在于穩(wěn)定平臺伺服電機聯(lián)軸器用于連接穩(wěn)定平臺驅(qū)動伺服電機與穩(wěn)定平臺主體，穩(wěn)定平臺的驅(qū)動伺服電機驅(qū)動穩(wěn)定平臺主體相對于旋轉(zhuǎn)外筒等速相反旋轉(zhuǎn)，使其在工作狀態(tài)下保持 對地靜止。
4.如權(quán)利要求I所述的一種動態(tài)指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的偏置導(dǎo)向機構(gòu)，其特征在于偏置導(dǎo)向機構(gòu)包括內(nèi)偏心環(huán)和外偏心環(huán)及其配套的外偏心環(huán)伺服電機、外偏心環(huán)伺服電機聯(lián)軸器、內(nèi)偏心環(huán)伺服電機、內(nèi)偏心環(huán)伺服電機聯(lián)軸器以及內(nèi)偏心環(huán)連接軸承。
5.如權(quán)利要求4所述的一種動態(tài)指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的偏置導(dǎo)向機構(gòu)，其特征在于外偏心環(huán)伺服電機用于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動外偏心環(huán)，二者通過外偏心環(huán)伺服電機聯(lián)軸器實現(xiàn)連接，內(nèi)偏心環(huán)伺服電機用于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動內(nèi)偏心環(huán)，二者通過內(nèi)偏心環(huán)伺服電機聯(lián)軸器實現(xiàn)連接，內(nèi)偏心環(huán)連同內(nèi)偏心環(huán)伺服電機、內(nèi)偏心環(huán)伺服電機聯(lián)軸器置于外偏心環(huán)內(nèi)部，其緊密接觸配合和相對自由旋轉(zhuǎn)的連接狀態(tài)通過內(nèi)偏心環(huán)連接軸承實現(xiàn)，安裝在外偏心環(huán)上端的外偏心環(huán)導(dǎo)電滑環(huán)用于連接內(nèi)偏心環(huán)伺服電機電源及控制信號線，安裝在上支撐板上端的上端導(dǎo)電滑環(huán)用于連接穩(wěn)定平臺伺服電機、外偏心環(huán)伺服電機和內(nèi)偏心環(huán)伺服電機電源及控制信號線。
6.如權(quán)利要求5所述的一種動態(tài)指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的偏置導(dǎo)向機構(gòu)，其特征在于外偏心環(huán)伺服電機和內(nèi)偏心環(huán)伺服電機為中空軸式電機。
7.如權(quán)利要求4，5所述的一種動態(tài)指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的偏置導(dǎo)向機構(gòu)，其特征在于外偏心環(huán)中空孔中心軸線與其本體中心軸線在下端面有一設(shè)計偏距，而且存在一個夾角；內(nèi)偏心環(huán)中空孔中心軸線與其本體中心軸線在下端面具有同樣的設(shè)計偏距值，并且此二中心軸線具有同樣大小的設(shè)計夾角值。
8.如權(quán)利要求1，4所述的一種動態(tài)指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的偏置導(dǎo)向機構(gòu)，其特征在于所述偏置導(dǎo)向機構(gòu)的最大結(jié)構(gòu)彎角為外偏心環(huán)中空孔中心軸線與其本體中心軸線設(shè)計夾角值或內(nèi)偏心環(huán)中空孔中心軸線與其本體中心軸線夾角值的2倍。
9.如權(quán)利要求1，5所述的一種動態(tài)指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的偏置導(dǎo)向機構(gòu)，其特征在于當內(nèi)外偏心環(huán)有相對圓周運動時，結(jié)構(gòu)彎角將在O°和已設(shè)計好的最大結(jié)構(gòu)彎角值間連續(xù)變化。
10.如權(quán)利要求1，5所述的一種動態(tài)指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的偏置導(dǎo)向機構(gòu)，其特征在于鉆軸與旋轉(zhuǎn)外筒內(nèi)部的泥漿密封可用密封波紋管來實現(xiàn)，鉆軸與內(nèi)偏心環(huán)的泥漿密封可用密封波紋管來實現(xiàn)；該偏置機構(gòu) 可以直接外接鉆頭，實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井功能。
全文摘要
一種動態(tài)指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的偏置導(dǎo)向機構(gòu),包括旋轉(zhuǎn)外筒、穩(wěn)定平臺、偏置導(dǎo)向機構(gòu)、上下支撐板、鉆軸、鉆頭、導(dǎo)電滑環(huán)以及連接軸承，該裝置通過保持穩(wěn)定平臺對地靜止、調(diào)整內(nèi)外偏心環(huán)的相對位置和偏置導(dǎo)向機構(gòu)與穩(wěn)定平臺主體的相對位置，可實現(xiàn)鉆井過程中結(jié)構(gòu)彎角、特別是井斜角和方位角的精確控制。本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計合理緊湊，不失為一種有效的動態(tài)指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的偏置導(dǎo)向機構(gòu)設(shè)計方法。
文檔編號E21B7/04GK102865038SQ201210401530
公開日2013年1月9日 申請日期2012年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月13日
發(fā)明者耿艷峰, 鄢志丹, 楊錦舟, 吳仲華 申請人:中國石油大學(xué)(華東)