一种电动钻具可控导向短节的制作方法

本发明涉及石油钻井技术，具体涉及一种电动钻具可控导向短节。

背景技术：

电动钻具属于井下动力钻具的一种，其驱动力是由电缆进行传递。由此，电动钻具钻井可以向地面传递信息，是实现连续导向智能钻井的一种重要技术。

国内电动钻具和无钻机钻探技术虽然处于起步阶段，但井下弯接头控制技术却是在多年前就在旋转导向这类项目上不断研发。但是，根据旋转导向实际应用效果来看，国内该技术在现场应用上却遇到了很多挫折，这使得市场对国内可控弯接头技术认可度不高。

目前国内旋转导向技术在地面实验、试验的效果都不错，但下井后的稳定性和可靠性会产生波动，这种波动可能对导向结果会产生重大影响，极大限制了井眼轨迹的控制效果。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种电动钻具可控导向短节，以解决现有技术的问题，本发明可根据钻井需要进行钻探方位和角度的即时调整；同时可测得自身的即时状态、钻头姿态、井温、压力等参数，并可将这些数据发送到地面。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电动钻具可控导向短节，包括导向短节传动轴，导向短节传动轴的上端连接至潜油电机传动轴，下端连接至钻头连接器，导向短节传动轴的上部外侧套设有方位旋转上接头，方位旋转上接头的上端连接至潜油电机下接头，下部连接有方位旋转主体，方位旋转主体的下部连接有过渡连接器，过渡连接器的下部连接有角度旋转主体，且方位旋转主体的下端面和角度旋转主体上端面为相互配合的斜面，角度旋转主体的下端通过底座轴承与钻头连接器的上端连接；

方位旋转上接头中设置有第一空心电旋连接器，第一空心电旋连接器的上端连接至方位旋转上接头，下端连接至方位旋转主体，且方位旋转主体的上部设置有第一内外双向离合器，当第一内外双向离合器处于待机状态时，第一内外双向离合器与导向短节传动轴离，与方位旋转上接头合；

方位旋转主体中设置有第二空心电旋连接器，第二空心电旋连接器的上端连接至方位旋转主体，下端连接至过渡连接器，且过渡连接器的上部设置有第二内外双向离合器，当第二内外双向离合器处于待机状态时，第二内外双向离合器与导向短节传动轴离，与方位旋转主体合。

进一步地，方位旋转主体和方位旋转上接头之间设有第一轴承，方位旋转主体和导向短节传动轴之间设有第二轴承。

进一步地，过渡连接器和方位旋转主体之间设有第三轴承，过渡连接器和导向短节传动轴之间设有第四轴承。

进一步地，钻头连接器的下端连接有钻头组件。

进一步地，角度旋转主体上设有安装槽，安装槽中设有用于测量方位旋转主体和角度旋转主体的相对旋转角度、角度旋转主体相对于地平面的倾角和方位、钻头附近的温度和压力以及钻头转速和扭矩的测量组件。

进一步地，安装槽上设有盖板。

进一步地，钻头连接器与导向短节传动轴的下端通过螺纹连接，且钻头连接器通过固定销与导向短节传动轴加固。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明适用于电动钻具地质导向，主要包括方位调节模块、角度调节模块和即时测量模块三个部分。可根据钻井需要进行钻探方位和角度的即时调节，并在调节同时对方位和角度进行实时测量，可实时监控导向效果并进行导向补偿调整。

进一步地，可在测量模块中植入智能控制子模块，根据单井的钻井需要进行角度和方位的连续变调，形成智能钻测系统。

另外，本发明采用机械离合锁紧结构，在振动环境下，其长时间维持自身姿态的可靠性和稳定性远超液压动力式弯接头。可将自身姿态和导向效果数据形成数据曲线发送到地面，可恢复形成实时导向效果图，为下一步的地质导向提供参考。

附图说明

图1为电动钻具导向短节工作原理图；

图2为电动钻具导向短节结构示意图；

图3为图2中a处放大图。

其中，1、潜油电机传动轴；2、潜油电机下接头；3、导向短节传动轴；4、方位旋转上接头；5、第一空心电旋连接器；6、第一内外双向离合器；7、第一轴承；8、方位旋转主体；9、第二轴承；10、过渡连接器；11、角度旋转主体；12、测量组件；13、盖板；14、底座轴承；15、固定销；16、钻头连接器；17、钻头组件；18、第二空心电旋连接器；19、第二内外双向离合器；20、第三轴承；21、第四轴承。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，本发明的导向短节传动轴3位于整个短节轴心，用于扭矩传动和钻井液传递。方位旋转主体8和角度旋转主体11依次套接在导向短节传动轴3上，并且可各自转动。角度旋转主体11与方位旋转主体8的接触平面有一个倾斜的角度，当角度旋转主体11旋转时，可产生角度变化。角度调整完毕后，方位旋转主体8旋转，可调整已经形成角度的方位。测量组件12位于角度旋转主体11之中，可即时测量自身状态和各种井下参数。

具体的，参见图2和图3，导向短节传动轴3置于整个短节轴心位置，上端与潜油电机传动轴1相连，下端与钻头连接器15相连。方位旋转上接头4与潜油电机下接头2螺纹连接。第一空心电旋连接器5置于方位旋转上接头4之中，且上端与方位旋转上接头4相连，下端与方位旋转主体8相连，用于相对旋转零件间的电连接。第一内外双向离合器6置于方位旋转主体8上端，其待机状态为与导向短节传动轴3离、与方位旋转上接头4合。第一轴承7置于方位旋转上接头4与方位旋转主体8之间，用于支撑两者之间的相对旋转。第二轴承9置于方位旋转主体8与导向短节传动轴3之间，用于支撑两者之间的相对旋转。方位旋转主体8下端为一个与角度旋转主体11上端匹配的斜面。第二空心电旋连接器18置于方位旋转主体8之中，且上端与方位旋转主体8相连，下端与过渡连接器10相连，用于相对旋转零件间的电连接。第二内外双向离合器19置于过渡连接器10上端，其待机状态为与导向短节传动轴3离、与方位旋转主体8合。第三轴承20置于过渡连接器10与方位旋转主体8之间，用于支撑两者之间的相对旋转。第四轴承21置于过渡连接器10与导向短节传动轴3之间，用于支撑两者之间的相对旋转。角度旋转主体11与过渡连接器10螺纹连接，测量组件12置于角度旋转主体11中，盖板13将测量组件12密封在角度旋转主体11内。角度旋转主体11上端为一个与方位旋转主体8下端匹配的斜面。底座轴承14置于角度旋转主体11内，用于支撑角度主体11与钻头连接器16之间的相对旋转。钻头连接器16与导向短节传动轴3螺纹连接，并通过固定销15加固，钻头连接器16与钻头组件17相连。

电旋连接器在测井领域俗称滑环，是可以实现在相对旋转的两组部件间实时多芯导电。电旋连接器一般为中轴过线，多为实心。在本发明中为了兼容水眼问题，设计了一种空心电旋连接器，离合器通常为轴向离合，双向离合也一般指轴向双向离合。本发明中的离合器因设计空间等限制，无法采用轴向离合器，为此设计了一种专用的径向离合器。其离合方式为内径面离合和外径面离合，所以称为内外双离合。

下面对本发明的实施过程做进一步详细说明：

当不需要导向调节时，第一内外双向离合器6和第二内外双向离合器19均处于待机状态，第一内外双向离合器6与导向短节传动轴3离，与方位旋转上接头4合，第二内外双向离合器19与导向短节传动轴3离，与方位旋转主体8合。此时整个短节除了导向短节传动轴3和与其连接的钻头连接器16、固定销15可以转动外，其余零部件均相对固定。需要角度调节时，第二内外双向离合器19工作，与方位旋转主体8离，与导向短节传动轴3合。此时角度旋转主体11会被导向短节传动轴3所驱动旋转，并且因为角度旋转主体11上端为一个与方位旋转主体8下端匹配的斜面，旋转会使得两者之间形成角度，其角度大小与角度旋转主体11与方位旋转主体8相对旋转的角度相关。角度调整到位后，第二内外双向离合器19复位，与导向短节传动轴3离，与方位旋转主体8合。需要方位调节时，第一内外双向离合器6工作，与方位旋转主体4离，与导向短节传动轴3合。此时角方位旋转主体8会被导向短节传动轴3所驱动旋转，并带动其下方的所有组件一同旋转，达到方位调节的目的。调节完毕后，第一内外双向离合器6和第二内外双向离合器19复位，与导向短节传动轴3离，并分别与方位旋转主体4和角度旋转主体8合。此时恢复正常钻进状态。在整个钻进和导向调节的过程中，置于角度旋转主体11内的测量组件12，将全程监测方位旋转主体和角度旋转主体的相对旋转角度、角度旋转主体相对于地平面的倾角和方位、钻头附近的温度和压力以及钻头转速和扭矩，并将数据通过第一空心电旋连接器5、第二空心电旋连接器18、导线和钻杆内的电缆传递到地面。