旋转导向钻井设备的制作方法

本发明涉及钻井设备技术领域，是一种旋转导向钻井设备。

背景技术：

传统的大位移井和水平井施工，井下工具一般为螺杆加随钻测量仪器，这时整个钻具不旋转，只有钻头旋转，滑动向前，这种钻井方式存在许多难以克服的缺点。而旋转导向钻井是在钻具旋转情况下定向钻井，与传统的滑动导向钻井相比具有很多优点。

目前，广泛采用的旋转导向工作方式包括推靠式和指向式。推靠式是通过钻具上一段不旋转套上液压活塞推靠井壁，使钻头偏离轴线，达到定向的目的。指向式是通过弯曲钻具，使钻头的指向偏离轴线，达到定向的目的。另外也有一种混合式的旋转导向方式，其液压阀门通过机械盘阀控制。然而现有的旋转导向钻井系统仍然存在机械结构设计较为复杂，加工成本高，灵活度和精确度差，造斜率低的问题。

技术实现要素：

本发明提供了一种旋转导向钻井设备，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有的旋转导向钻井系统仍然存在机械结构设计较为复杂，加工成本高，灵活度和精确度差，造斜率低的问题。

本发明的技术方案是通过以下措施来实现的：一种旋转导向钻井设备，包括无磁钻铤、导向套筒、旋转导向执行部件、旋转导向驱动组件和旋转导向控制模块，无磁钻铤的下部外侧设有导向套筒，对应导向套筒上部内侧位置的无磁钻铤外侧沿圆周间隔分布有至少三组能推动导向套筒产生角度偏移的旋转导向执行部件，对应每组旋转导向执行部件上方位置的无磁钻铤上均设有能驱动对应旋转导向执行部件的旋转导向驱动组件，无磁钻铤的上部内侧设有能分别控制各组旋转导向驱动组件的旋转导向控制模块。

下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：

上述无磁钻铤的中部可设有上下贯通的灌浆流道，对应每个旋转导向执行部件所在位置的无磁钻铤外侧均设有液压槽，对应每个液压槽位置的无磁钻铤上均设有能使液压槽与灌浆流道相通的进液通道和能使液压槽与无磁钻铤外部相同的泄压通道，对应每个旋转导向执行部件所在位置的无磁钻铤上均设有能控制进液通道通断的旋转导向驱动组件；旋转导向执行部件包括转体和能与相应的液压槽相匹配的活塞，活塞安装在相应的液压槽内，活塞的中部外侧铰接有能与之相对转动的转体，转体的外侧抵在导向套筒内壁的相应位置。

上述旋转导向驱动组件可包括阀体、阀杆、阀头和阀门执行器，对应每个进液通道位置的无磁钻铤上均安装有能阻隔进液通道连通的阀体；阀体上设有出连通道、进连通道和开口向上的滑移通道，出连通道和滑移通道同轴，滑移通道的下端与出连通道的上端以及进连通道的右端均连通在一起并形成三通口，出连通道的下端与对应的进液通道的出液口连通，进连通道的左端与对应的进液通道的进液口连通，滑移通道内安装有阀杆，阀杆的下端伸出于三通口下方并固定有能封堵出连通道的阀头，对应滑移通道上方位置的无磁钻铤上安装有能驱动阀杆上行并使阀头上提至三通口上方的阀门执行器，阀门执行器与旋转导向控制模块电连接在一起。

上述对应每个阀门执行器位置的无磁钻铤的侧壁上均可设有与滑移通道上端连通的容纳槽，阀门执行器包括驱动电路和能在激活后吸附阀杆上行并使阀头上提至三通口上方的的电磁线圈，驱动电路和电磁线圈电连接在一起且两者由上至下依次安装在容纳槽内，对应每个容纳槽外侧位置的无磁钻铤上均固定安装有能封堵相应容纳槽的盖板；无磁钻铤的上部内侧固定安装有数据转换器，数据转换器包括连接杆和柱形体，连接杆的下端与柱形体的上端中部固定在一起，对应连接杆外侧位置的柱形体上设有上下贯通的灌浆通道，数据转换器上设有呈l形的穿线通道，穿线通道的上端口位于连接杆的上端中部，穿线通道的下端口位于柱形体的外侧，无磁钻铤上设有能将穿线通道下端口与其中一个容纳槽顶部连通的过线通道，每两相邻的容纳槽的顶部之间均设有能将两者连通的穿线孔。

上述旋转导向控制模块可为阀门分时控制单元，阀门分时控制单元的下部内侧与连接杆的上部外侧固定安装在一起，阀门分时控制单元上电连接有与各个驱动电路一一对应的导线，所述导线依次穿过穿线通道、过线通道和穿线孔进入相应的容纳槽内并与对应的驱动电路电连接在一起。

上述无磁钻铤的下部外侧可设有外花键，对应外花键位置的导向套筒内侧设有内花键，外花键与内花键之间呈间隙配合，对应内花键下方位置的无磁钻铤的下端外侧固定安装有下端套，且内花键座于下端套上。

上述导向套筒的下部内侧可固定安装有钻头，对应下端套与钻头之间位置的无磁钻铤与导向套筒之间设有下波纹管，下波纹管的上端内侧与无磁钻铤的下端外侧固定安装在一起，下波纹管的下端外侧与导向套筒的下部内侧固定安装在一起；阀门分时控制单元的上方固定安装有定向测量模块，定向测量模块与阀门分时控制单元电连接在一起。

上述对应旋转导向执行部件下方位置的无磁钻铤与导向套筒之间可设有上波纹管，上波纹管的上端与导向套筒的内侧固定安装在一起，上波纹管的下端与无磁钻铤的外侧固定安装在一起。

本发明结构合理而紧凑，使用方便，可有效降低加工成本，其通过设置至少三个旋转导向执行部件对导向套筒进行驱动可提高导向套筒角度调节的灵活度和精确度；通过外花键与内花键之间的间隙配合可约束导向套筒相对无磁钻铤的角度偏移量，由此可使转向调节在满足灵活度的同时进一步提高偏移精度；各个通道的设置可便于导线在无磁钻铤内穿过，还可实现导线与压力液体的隔离，提高本发明的安全性；具有安全、灵活、高精度、低成本的特点。

附图说明

附图1为本发明最佳实施例的主视剖视结构示意图。

附图2为附图1在a-a处的剖视放大结构示意图。

附图3为附图1在b-b处的剖视放大结构示意图。

附图4为附图1在c-c处的剖视放大结构示意图。

附图5为附图1在d处的局部放大结构示意图。

附图中的编码分别为：1为无磁钻铤，2为导向套筒，3为外花键，4为内花键，5为下端套，6为灌浆流道，7为液压槽，8为进液通道，9为活塞，10为转体，11为阀体，12为阀杆，13为阀头，14为出连通道，15为进连通道，16为滑移通道，17为容纳槽，18为驱动电路，19为电磁线圈，20为盖板，21为连接杆，22为柱形体，23为灌浆通道，24为穿线通道，25为过线通道，26为穿线孔，27为阀门分时控制单元，28为钻头，29为下波纹管，30为定向测量模块，31为上波纹管,32为泄压通道。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

在本发明中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图1的布图方式来进行描述的，如：前、后、上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图的布图方向来确定的。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：

如附图1、2、3、4、5所示，该旋转导向钻井设备包括无磁钻铤1、导向套筒2、旋转导向执行部件、旋转导向驱动组件和旋转导向控制模块，无磁钻铤1的下部外侧设有导向套筒2，对应导向套筒2上部内侧位置的无磁钻铤1外侧沿圆周间隔分布有至少三组能推动导向套筒2产生角度偏移的旋转导向执行部件，对应每组旋转导向执行部件上方位置的无磁钻铤1上均设有能驱动对应旋转导向执行部件的旋转导向驱动组件，无磁钻铤1的上部内侧设有能分别控制各组旋转导向驱动组件的旋转导向控制模块。在使用过程中，可在导向套筒2的下部连接钻头28，在无磁钻铤1的上方连接定向测量模块30，并使定向测量模块30与旋转导向控制模块建立通讯，由此可通过旋转导向驱动组件实现与地面数据的无线遥传和指令接收，进而实现对旋转导向执行部件的控制和对钻头28的旋转控制；本发明结构合理而紧凑，可有效降低加工成本，通过设置至少三个旋转导向执行部件对导向套筒2进行驱动可提高导向套筒2角度调节的灵活度和精确度。根据需求，无磁钻铤1外侧可沿圆周均布有四组能推动导向套筒2产生角度偏移的旋转导向执行部件。

可根据实际需要，对上述旋转导向钻井设备作进一步优化或/和改进：

如附图1、3所示，无磁钻铤1的中部设有上下贯通的灌浆流道6，对应每个旋转导向执行部件所在位置的无磁钻铤1外侧均设有液压槽7，对应每个液压槽7位置的无磁钻铤1上均设有能使液压槽7与灌浆流道6相通的进液通道8和能使液压槽7与无磁钻铤1外部相同的泄压通道32，对应每个旋转导向执行部件所在位置的无磁钻铤1上均设有能控制进液通道8通断的旋转导向驱动组件；旋转导向执行部件包括转体10和能与相应的液压槽7相匹配的活塞9，活塞9安装在相应的液压槽7内，活塞9的中部外侧铰接有能与之相对转动的转体10，转体10的外侧抵在导向套筒2内壁的相应位置。由此可通过旋转导向驱动组件控制进液通道8的通断，当进液通道8连通时，灌浆流道6内的压力流体将进入液压槽7内，从而推动活塞9向外移动，此时转体10受到导向套筒2的限制和活塞9的共同作用力而绕其铰接点产生角度偏移，进而带动导向套筒2产生偏移，实现对导向套筒2的方向调节，当需要再次调节角度时，可将原进液通道8断开并连通相应的进液通道8，此时与新的进液通道8对应的液压槽7内将进入压力流体，且原液压槽7内的压力流体将在此作用力下通过相应的泄压通道32排出，从而完成此次角度调节。根据需求，对应导向套筒2上方位置的无磁钻铤1的上部外侧可设有外环台，由此可使导向套筒2能与无磁钻铤1外径相同，避免卡阻；外环台的底部与导向套筒2之间应设有间距，这样可为导向套筒2的旋转偏移留出余量，避免两者之间产生干涉；转体10的内侧面呈圆弧形。由此可缩小转体10的旋转空间占用，避免其在产生角度偏移时与活塞9产生干涉，确保角度偏移操作更加顺畅。

如附图1、3、5所示，旋转导向驱动组件包括阀体11、阀杆12、阀头13和阀门执行器，对应每个进液通道8位置的无磁钻铤1上均安装有能阻隔进液通道8连通的阀体11；阀体11上设有出连通道14、进连通道15和开口向上的滑移通道16，出连通道14和滑移通道16同轴，滑移通道16的下端与出连通道14的上端以及进连通道15的右端均连通在一起并形成三通口，出连通道14的下端与对应的进液通道8的出液口连通，进连通道15的左端与对应的进液通道8的进液口连通，滑移通道16内安装有阀杆12，阀杆12的下端伸出于三通口下方并固定有能封堵出连通道14的阀头13，对应滑移通道16上方位置的无磁钻铤1上安装有能驱动阀杆12上行并使阀头13上提至三通口上方的阀门执行器，阀门执行器与旋转导向控制模块电连接在一起。由此可通过旋转导向控制模块控制各个阀门执行器，从而使相应的阀杆12带动阀头13在滑移通道16内上下移动，从而实现对进液通道8的通断控制，使相应的旋转导向执行部件推动导向套筒2偏移，实现钻头28的旋转导向钻进操作。根据需求，阀体11与无磁钻铤1之间可设有能将两者密封的密封圈；出连通道14可设有封堵胶圈，阀头13可为与之匹配的封堵胶头。

如附图1、2所示，对应每个阀门执行器位置的无磁钻铤1的侧壁上均设有与滑移通道16上端连通的容纳槽17，阀门执行器包括驱动电路18和能在激活后吸附阀杆12上行并使阀头13上提至三通口上方的的电磁线圈19，驱动电路18和电磁线圈19电连接在一起且两者由上至下依次安装在容纳槽17内，对应每个容纳槽17外侧位置的无磁钻铤1上均固定安装有能封堵相应容纳槽17的盖板20；无磁钻铤1的上部内侧固定安装有数据转换器，数据转换器包括连接杆21和柱形体22，连接杆21的下端与柱形体22的上端中部固定在一起，对应连接杆21外侧位置的柱形体22上设有上下贯通的灌浆通道23，数据转换器上设有呈l形的穿线通道24，穿线通道24的上端口位于连接杆21的上端中部，穿线通道24的下端口位于柱形体22的外侧，无磁钻铤1上设有能将穿线通道24下端口与其中一个容纳槽17顶部连通的过线通道25，每两相邻的容纳槽17的顶部之间均设有能将两者连通的穿线孔26。根据需求，对应各个盖板20位置的无磁钻铤1上均设有沉入槽，盖板20位于相应的沉入槽内，由此可使盖板20与无磁钻铤1外壁平齐，防止盖板20外凸而在使用时产生干涉；对应穿线孔26与驱动电路18之间位置的的容纳槽17内均设有分隔台阶，由此可通过分隔台阶限位防止过多的导线与驱动电路18混合在一起，提高本发明的安全系数；对应数据转换器位置的无磁钻铤1的上部内侧可设有位于泥浆流道外侧的内环槽，由此可扩大柱形体22的外径，从而缩小泥浆通道与泥浆流道的直径差或者使两者的直径相等，确保压力流体能无阻流通。根据需求，对应过线通道25所在位置的无磁钻铤1上可设有能与过线通道25相通的穿线操作窗，穿线操作窗上可设有封堵板，由此可便于导线的穿线操作；柱形体22与无磁钻铤1之间可设有密封圈。

如附图1、2所示，旋转导向控制模块为阀门分时控制单元27，阀门分时控制单元27的下部内侧与连接杆21的上部外侧固定安装在一起，阀门分时控制单元27上电连接有与各个驱动电路18一一对应的导线，所述导线依次穿过穿线通道24、过线通道25和穿线孔26进入相应的容纳槽17内并与对应的驱动电路18电连接在一起。

如附图1、4所示，无磁钻铤1的下部外侧设有外花键3，对应外花键3位置的导向套筒2内侧设有内花键4，外花键3与内花键4之间呈间隙配合，对应内花键4下方位置的无磁钻铤1的下端外侧固定安装有下端套5，且内花键4座于下端套5上。下端套5的设置可使导向套筒2能相对无磁钻铤1保持悬挂，从而便于在旋转导向执行部件的推动下产生角度偏移，通过外花键3与内花键4之间的间隙配合可约束导向套筒2相对无磁钻铤1的角度偏移量，由此可使转向调节在满足灵活度的同时保持精度。

如附图1所示，导向套筒2的下部内侧固定安装有钻头28，对应下端套5与钻头28之间位置的无磁钻铤1与导向套筒2之间设有下波纹管29，下波纹管29的上端内侧与无磁钻铤1的下端外侧固定安装在一起，下波纹管29的下端外侧与导向套筒2的下部内侧固定安装在一起；阀门分时控制单元27的上方固定安装有定向测量模块30，定向测量模块30与阀门分时控制单元27电连接在一起。根据需求，下波纹管29可采用金属波纹管，由此可通过下波纹管29对压力流体起导向和防泄漏作用；定向测量模块30可采用现有公知技术，其可用于测量井下工具串的倾角、方位角和工具面角，还可完成与地面数据的无线遥传和指令接收，其与阀门分时控制单元27电连接可便于将地面指令发送给阀门分时控制单元27实现对各个阀门执行器的分时控制；阀门分时控制单元27可采用现有公知技术，其能对各个驱动电路18进行分时控制。

如附图1所示，对应旋转导向执行部件下方位置的无磁钻铤1与导向套筒2之间设有上波纹管31，上波纹管31的上端与导向套筒2的内侧固定安装在一起，上波纹管31的下端与无磁钻铤1的外侧固定安装在一起。根据需求，波纹管的下端应位于外花键3的上方，由此可通过波纹管对液压槽7处实现密封，且能便于导向套筒2相对无磁钻铤1实现角度偏移。

以上技术特征构成了本发明的最佳实施例，其具有较强的适应性和最佳实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

本发明最佳实施例的使用过程：将本发明连接在预设管串中，并下入井内，此时可向管串内灌入压力流体进行钻井作业，当需要对钻头28进行换向调节时，可通过地面向定向测量模块30发送相应的转向指令，从而将指令传送给阀门分时控制单元27对相应的驱动电路18进行控制，使其通过对应的驱动电路18带动阀杆12和阀头13打开对应的进液通道8，此时压力流体将进入相应的液压槽7内，并推动活塞9向外移动，并使得转体10绕其铰接轴产生角度偏移，进而带动导向套筒2相对无磁钻铤1产生角度偏移，完成对钻头28的角度调整。