一种工具面定位装置的制作方法

本发明涉及一种用于定向钻井的工具面定位装置。

技术背景

随着石油工业的发展，油气藏开发越来越多是采用定向井、大位移井、水平井技术来完成的，采用旋转导向技术打定向井已经得到很好的应用，但这方面技术国内外差距很大，国内总体上显得相对落后。而采用弯螺杆定向成本低廉。

采用弯螺杆定向过程中，定向是否准确，取决于对工具面控制准确度，由于钻井过程中，工具面会受到反扭矩的动态变化而跑偏，这会使得定向准确度下降。本发明一种工具面定位装置可以大大减小由于反扭矩的变化造成工具面跑偏的问题，可以在较低的成本下实现准确定向的目的。

技术实现要素：

本发明特提供一种工具面定位装置，以解决采用弯螺杆定向钻井过程中工具面受反扭矩动态变化而跑偏的问题，实现准确定向。

本发明特提供一种工具面定位装置，包括上接头、上筒体、节流嘴、复位套、锁定筒、上芯轴、钢球、弹簧、螺钉、中筒体、隔离活塞、中芯轴、一级主弹簧、一级弹簧座、一级浮动活塞、一级定位套、下筒体、下芯轴、二级主弹簧、二级弹簧座、二级浮动活塞、二级定位套、下接头、扶正壳体、短节、转换接头、主轴销、定位块、柱塞、销轴；其结构特征是：所述上接头下部与所述上筒体采用丝扣连接，所述上接头上部与钻井管柱采用丝扣连接；所述复位套外壁与所述上筒体内腔采用间隙配合。

进一步，所述复位套外表面设置有密封圈凹槽，所述密封圈凹槽内安装密封圈，所述复位套上端设有孔，节流嘴安装在所述复位套上端孔中，所述节流嘴与所述复位套上端孔采用过盈配合，所述复位套内表面设置有密封圈凹槽，所述密封圈凹槽内安装密封圈，所述复位套下部内表面设置复位套环形槽，所述复位套下端面安装弹簧，安装好后弹簧处于压缩状态。

进一步，所述锁定筒外壁与所述复位套内腔采用间隙配合，所述锁定筒中部设置6个球孔，所述球孔周向均布，安装时将所述钢球置于所述球孔中，所述锁定筒下部开设锁定筒连通孔，所述锁定筒连通孔连通所述锁定筒下部环形腔与所述弹簧腔。

进一步，所述中筒体上端与所述锁定筒下端采用过渡配合，所述中筒体上端与所述锁定筒下端采用螺钉连接，所述螺钉在周向均布，所述中筒体上端与所述上筒体下端采用丝扣连接。

进一步，所述上芯轴上端外表面设置密封圈凹槽，所述密封圈凹槽中安装密封圈，所述上芯轴上端外表面设置上芯轴环形槽，所述上芯轴与所述中筒体形成的环形腔中安装所述隔离活塞，所述隔离活塞内表面与所述上芯轴间隙配合，所述隔离活塞外表面与所述中筒体间隙配合，所述隔离活塞内外表面均设置密封圈凹槽，并在所述密封圈凹槽中安装密封圈，所述上芯轴下部开设上芯轴连通孔，所述上芯轴连通孔连通所述上芯轴内腔与所述中筒体内腔，所述上芯轴下端与中筒体下部内腔采用间隙配合，所述上芯轴下端外表面开密封圈凹槽，并在所述密封圈凹槽中安装密封圈；所述中芯轴上端与所述上芯轴下端采用丝扣连接。

进一步，所述上芯轴下端面安装所述一级主弹簧，所述一级主弹簧处于压缩状态，所述一级主弹簧下端通过所述一级主弹簧座定位，所述一级主弹簧所在腔体填充油液，所述一级主弹簧内表面与所述中芯轴采用间隙配合，所述一级弹簧座内表面设置密封圈凹槽，并在所述密封圈凹槽内安装密封圈，所述一级弹簧座外表面设置一级弹簧座凹槽，所述一级弹簧座凹槽连通所述一级主弹簧所在腔体与所述浮动活塞上腔体。

进一步，所述一级浮动活塞内表面与所述一级主弹簧座采用间隙配合，所述一级浮动活塞外表面与所述中筒体采用间隙配合，所述一级浮动活塞内外表面均设置密封圈凹槽，所述密封圈凹槽内安装密封圈。

进一步，所述中筒体下部设有中筒体连通孔，所述中筒体连通孔连通所述一级浮动活塞下部腔体与外部环空。

采用上述进一步技术方案的有益效果是：利用所述连通孔平衡所述一级浮动活塞下部腔体与外部环空的液压，以实现一级主弹簧所在腔体与外部环空液压相等。

进一步，所述下筒体上端与所述中筒体下端采用丝扣连接，所述下筒体上端面与所述一级定位套下端面相接触，所述一级定位套与所述一级弹簧座采用间隙配合，所述下筒体上端内腔与所述中芯轴采用间隙配合，所述下筒体上端内表面设置密封圈凹槽，所述密封圈凹槽中安装密封圈，所述下筒体内腔与所述中芯轴下部采用间隙配合，所述中芯轴下部外表面设置密封圈凹槽，所述密封圈凹槽中安装密封圈，所述下筒体上端与所述中芯轴下端形成环形腔体，所述腔体通过所述中芯轴下端所开中芯轴连通孔与所述中芯轴内腔相连通。

进一步，所述下芯轴上端与所述中芯轴下端采用丝扣连接，所述二级主弹簧、二级主弹簧座、二级浮动活塞、二级定位套的结构及安装方式均与所述一级主弹簧、一级主弹簧座、一级浮动活塞、一级定位套相同。

进一步，所述二级浮动活塞上腔与所述二级主弹簧所在腔体相通并填充油液，所述下筒体下部设有下筒体连通孔，所述下筒体连通孔连通所述二级浮动活塞下部腔体与外部环空。

采用上述进一步技术方案的有益效果是：利用所述连通孔平衡所述二级浮动活塞下部腔体与外部环空的液压，以实现二级主弹簧所在腔体与外部环空液压相等。

进一步，所述下接头与所述下筒体采用丝扣连接，所述下接头与所述下芯轴采用间隙配合，所述下接头内表面设置密封圈凹槽，所述密封圈凹槽中安装密封圈，所述下芯轴下部设置台阶，所述下芯轴下部外表面与所述下接头内腔形成环形腔，所述环形腔内填充油液。

进一步，所述扶正壳体与所述下接头采用丝扣连接，所述扶正壳体内表面设置密封圈凹槽，所述密封圈凹槽中安装密封圈，所述扶正壳体纵向设置三个柱塞孔，所述柱塞孔中安装柱塞，所述柱塞孔通过轴向油道相连通，同时连通所述下芯轴下部与所述下接头内腔形成的环形腔相连通，所述柱塞孔轴向均布。

进一步，所述定位块一侧设置销轴孔，所述销轴孔与所述销轴采用间隙配合，所述定位块另一侧设置腰形孔，所述腰形孔与所述柱塞的连通孔通过所述销轴连接，所述主销轴的上下端置于所述扶正壳体上均布的销轴孔内，所述短节上端面设置三个销轴孔，所述销轴孔周向均布，所述销轴孔与所述主销轴下端配合。

进一步，所述转换接头与所述扶正壳体采用丝扣连接。

本发明的有益效果是：(1)减小由于反扭矩的变化造成工具面跑偏的问题，可以在较低的成本下实现准确定向的目的；(2)该装置采用两级弹簧，所产生的操作力更大，更稳定；(3)该定位装置，三个定位块运动同步，定位时扶正力稳定；(4)该定位装置采用液压驱动方式，井下控制简单可靠。

附图说明

图1是本发明一种工具面定位装置撑开状态的结构示意图；

图2是图1中a-a截面剖视图；

图3是图1中b-b截面剖视图；

图4是图1中c-c截面剖视图；

图5是图1中d-d截面剖视图；

图6是图1中e-e截面剖视图；

图7是图1中f-f截面剖视图；

图8是本发明一种工具面定位装置收回状态的结构示意图；

图9是图8中g-g截面剖视图；

图10是图8中h-h截面剖视图；

图11是图7中k-k旋转剖视图；

图12是图11中ⅰ处的放大图；

图13是图11中m-m截面剖视图；

图14是图11中n-n截面剖视图；

图15是图7中ⅱ处的放大图；

图中：1.上接头、2.上筒体、3.节流嘴、4.复位套、4a.复位套环形槽、5.锁定筒、5a.球孔、5b.锁定筒连通孔、6.上芯轴、6a.上芯轴环形槽、6b.上芯轴连通孔、7.钢球、8.弹簧、9.螺钉、10.中筒体、10a.中筒体连通孔、11.隔离活塞、12.中芯轴、12a.中芯轴连通孔、13.一级主弹簧、14.一级弹簧座、14a.一级弹簧座凹槽、15.一级浮动活塞、16.一级定位套、17.下筒体、17a.下筒体连通孔、18.下芯轴、18a.台阶、18b.环形腔、19.二级主弹簧、20.二级弹簧座、20a.二级弹簧座凹槽、21.二级浮动活塞、22.二级定位套、23.下接头、24.扶正壳体、24a.扶正壳体表面槽、24b.连通流道、24c.柱塞孔、25.短节、26.转换接头、27.主销轴、28.定位块、29.柱塞、30.销轴。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明。

如图1、图8、图9、图11、图12所示的本发明一种工具面定位装置，包括上接头1、上筒体2、节流嘴3、复位套4、锁定筒5、上芯轴6、钢球7、弹簧8、螺钉9、中筒体10、隔离活塞11、中芯轴12、一级主弹簧13、一级弹簧座14、一级浮动活塞15、一级定位套16、下筒体17、下芯轴18、二级主弹簧19、二级弹簧座20、二级浮动活塞21、二级定位套22、下接头23、扶正壳体24、短节25、转换接头26、主销轴27、定位块28、柱塞29、销轴30；其结构特征是：所述上接头1下部与所述上筒体2采用丝扣连接，所述上接头1上部与钻井管柱采用丝扣连接；所述复位套4外壁与所述上筒体2内腔采用间隙配合，所述复位套4外表面设置有密封圈凹槽，所述密封圈凹槽内安装密封圈，所述复位套4上端设置有孔，所述节流嘴3安装在所述复位套4上端孔中，所述节流嘴3与所述复位套4上端孔采用过盈配合，所述复位套4内表面设置密封圈凹槽，所述密封圈凹槽内安装密封圈，所述复位套4下部内表面设置复位套环形凹槽4a，所述复位套4下端面安装弹簧8，安装好后弹簧8处于压缩状态；所述锁定筒5外壁与所述复位套4内腔采用间隙配合；所述中筒体10上端与所述锁定筒5下端采用过渡配合，所述中筒体10上端与所述锁定筒5下端采用螺钉9连接，所述螺钉9在周向均布，所述中筒体10上端与所述上筒体2下端采用丝扣连接；所述上芯轴6上端外表面设置密封圈凹槽，所述密封圈凹槽中安装密封圈，所述上芯轴6上端外表面设置上芯轴环形槽6a，所述上芯轴环形槽6a轴向宽度大于所述钢球7直径，所述上芯轴6与所述中筒体10形成的环形腔中安装所述隔离活塞11，所述隔离活塞11内表面与所述上芯轴6间隙配合，所述隔离活塞11外表面与所述中筒体10间隙配合，所述隔离活塞11内外表面均设置密封圈槽，所述密封圈槽中安装密封圈，所述上芯轴6下端与所述中筒体10下部内腔采用间隙配合，所述上芯轴6下端外表面开密封圈凹槽，所述密封圈凹槽中安装密封圈；所述中芯轴12上端与所述上芯轴6下端采用丝扣连接；所述上芯轴6下端面安装所述一级主弹簧13，所述一级主弹簧13处于压缩状态，所述一级主弹簧13下端通过所述一级主弹簧座14定位，所述一级主弹簧13所在腔体填充油液，所述一级主弹簧13内表面与所述中芯轴12采用间隙配合，所述一级主弹簧座14内表面设置密封圈凹槽，所述密封圈凹槽内安装密封圈；所述一级浮动活塞15内表面与一级主弹簧座14采用间隙配合，所述一级浮动活塞15外表面与中筒体10采用间隙配合，所述一级浮动活塞15内外表面均设置密封圈凹槽，所述密封圈凹槽内安装密封圈；所述中筒体10下部设有中筒体连通孔10a，所述中筒体连通孔10a连通所述一级浮动活塞15下部腔体与外部环空；所述下筒体17上端与所述中筒体10下端采用丝扣连接，所述下筒体17上端面与所述一级定位套16下端面相接触，所述一级定位套16与所述一级弹簧座14采用间隙配合，所述下筒体17上端内腔与所述中芯轴12采用间隙配合，所述下筒体17上端内表面设置密封圈凹槽，所述密封圈凹槽内安装密封圈，所述下筒体17内腔与所述中芯轴12下部采用间隙配合，所述中芯轴12下部外表面设置密封圈凹槽，所述密封圈凹槽中安装密封圈，所述下筒体17上端与所述中芯轴12下端形成环形腔体，所述腔体通过所述中芯轴12下端所开中芯轴连通孔12a与所述中芯轴12内腔相连通；所述下芯轴18上端与所述中芯轴12下端采用丝扣连接，所述二级主弹簧19、二级主弹簧座20、二级浮动活塞21、二级定位套22的结构及安装方式均与所述一级主弹簧13、一级主弹簧座14、一级浮动活塞15、一级定位套16相同；所述二级浮动活塞21上腔与所述二级主弹簧19所在腔体相通并填充油液，所述下筒体17下部设有下筒体连通孔17a，所述下筒体连通孔17a连通所述二级浮动活塞21下部腔体与外部环空，所述下接头23与所述下筒体17采用丝扣连接，所述下接头23与所述下芯轴18采用间隙配合，所述下接头23内表面设置密封圈凹槽，所述密封圈凹槽中安装密封圈，所述下芯轴18下部设置台阶18a，所述下芯轴18下部外表面与所述下接头23内腔形成环形腔18b，所述环形腔18b内填充油液；所述扶正壳体24与所述下接头23采用丝扣连接，所述扶正壳体24内表面设置密封圈凹槽，所述密封圈凹槽中安装密封圈；所述扶正壳体24设置3个销轴孔，所述销轴孔周向均布；所述主销轴27的上下端置于扶正壳体24的销轴孔内；所述短节25上端面设置三个销轴孔，所述销轴孔周向均布，所述销轴孔与主销轴27下端配合；所述转换接头26与所述扶正壳体24采用丝扣连接。

如图2所示，所述锁定筒5中部设有球孔5a，所述球孔5a在圆周方向均匀分布，所述钢球7置于所述球孔5a中，所述钢球7直径小于所述球孔5a直径，所述锁定筒5内腔与所述上芯轴6采用间隙配合。

如图3所示，所述锁定筒5下部开有锁定筒连通孔5b，所述锁定筒连通孔5b在所述锁定筒5的圆周方向均匀分布，所述锁定筒连通孔5b连通所述弹簧8腔与所述隔离活塞11上部腔体，所述腔体填充油液。

如图4所示，所述上芯轴6下部开上芯轴连通孔6b，所述上芯轴6与所述中筒体10形成的环形腔通过所述上芯轴6b连通孔与所述上芯轴6内腔相通；所述中芯轴12下部所开中芯轴连通孔12a的结构与所述上芯轴6下部所开上芯轴连通孔6b相同。

如图5所示，所述一级弹簧座14外表面与所述中筒体10内腔采用间隙配合，所述一级弹簧座14外表面圆周方向均匀分布有一级弹簧座凹槽14a，所述一级弹簧座凹槽14a连通所述一级主弹簧13所在腔体与所述一级浮动活塞15上部腔体，所述腔体填充油液；所述二级弹簧座20外表面分布的二级弹簧座凹槽20a的结构与所述一级弹簧座14外表面分布的一级弹簧座凹槽14a相同。

如图6所示，所述中筒体10下部开有中筒体连通孔10a，所述中筒体连通孔10a将所述一级浮动活塞15的下部腔体与所述中筒体10外部相连通；所述下筒体17下部所开下筒体连通孔17a的结构与所述中筒体10下部所开中筒体连通孔10a相同。

如图7、图10、图13、图14所示，所述扶正壳体24纵向设置有三个柱塞孔24c，所述柱塞孔24c中安装柱塞29，所述柱塞孔24c通过连通流道24b与扶正壳体表面槽24a连通所述下芯轴18下部与所述下接头23内腔形成的环形腔18b，所述三个柱塞孔24c在圆周方向均匀分布；所述定位块28一侧设置有销轴孔，所述销轴孔与所述主销轴27采用间隙配合，所述定位块28另一侧设置有腰形连接孔，所述腰形连接孔与所述柱塞29的连接孔通过所述销轴30连接。

本发明一种工具面定位装置的工作原理是：安装本工具面定位装置于螺杆马达上方一定位置处，本工具面定位装置处于如图8所示的收回状态，并下入至设计井深，先施加钻压至工作值，再打开地面泥浆泵不断打入泥浆，两级弹簧腔被压缩，一级浮动活塞15与二级浮动活塞21向下运动，上芯轴6向下移动直至钢球7进入上芯轴6的环形槽6a内，此时锁定筒5与复位套4之间解锁，锁定筒5与上芯轴6之间锁住，复位套4由于弹簧8的作用向上运动，同时由于上芯轴6与中芯轴12的下移，下芯轴18随之下移，下芯轴18与下接头23之间的环形腔18b中的油液被压入扶正壳体24的柱塞孔中，定位块28伸出；地面停泵，上提钻柱，钻头处钻压减为零，再开泵，并使泥浆泵流量高于正常钻井时流量，由于节流嘴3处的压差，复位套4向下移动，复位套4与锁定筒5之间重新锁定，由于一级主弹簧13、二级主弹簧19的回复力作用，上芯轴6、中芯轴12、下芯轴18上移，柱塞孔中的油液被抽出，定位块28收回。