本发明专利属于石油钻井机械领域，具体涉及一种机械变径稳定器，作为螺杆钻具配套工具用来消除螺杆钻具反扭角，解决定向井、水平井螺杆钻具滑动钻进定向困难，提高定向钻井速度，降低定向钻井成本。
背景技术：
在定向井、水平井钻井过程中，通常使用螺杆钻具和MWD/LWD仪器滑动钻进来调整井眼轨迹，或者说改变井眼空间钻进方向，因此，定向钻进也称为滑动钻进。滑动钻进时，螺杆钻具弯角所在平面上倾方向称为工具面，弯曲井眼弯角所在平面上倾方向称为井眼高边，二者之间夹角称为装置角，因此，工具面等于井眼高边与装置角二者之和。
滑动钻进时，由于井眼轨迹、钻具组合、钻头类型及泥浆性能等因素影响，不同井眼或同一个井眼不同井段均存在不同程度定向困难，或者说，工具面不稳，严重影响滑动钻进作业效率和钻井速度。
工具面不稳主要与螺杆钻具结构有关。当螺杆钻具传动轴驱动钻头破岩钻进时，螺杆钻具外壳反扭矩驱动螺杆钻具及上部钻具逆时针旋转直至反扭矩被井壁磨阻抵消为止，我们把螺杆钻具逆时针旋转角度称为螺杆钻具反扭角。因此，定向摆工具面时必须考虑螺杆钻具反扭角，或者说，工具面等于井眼高边、装置角与反扭角三者之和。对于某种规格型号螺杆钻具来说，当钻井液排量一定时，螺杆钻具输出功率是一个定值。滑动钻进时，如果均匀送钻，螺杆钻具输出扭矩相对稳定，反扭角也相对稳定，因此，工具面相对稳定；如果增加(或减少)钻压，螺杆钻具输出扭矩增加(或减少)，反扭角也增大(或减小)，因此，工具面不稳。实际上，工具面不稳是由螺杆钻具反扭角变化所造成的。
根据多年钻井现场经验，本发明专利提出了一种机械变径稳定器。机械变径稳定器通常连接在螺杆钻具上部，滑动钻进时阻止螺杆钻具外壳反扭矩向上传递。由于螺杆钻具外壳长度较短，刚性较大，因此，螺杆钻具反扭角可以忽略不计。没有螺杆钻具反扭角，工具面就不会因螺杆钻具反扭角变化而不稳，因此，彻底解决螺杆钻具滑动钻进定向困难。
发明专利内容
本发明专利的目的是提供一种机械变径稳定器，作为螺杆钻具配套工具用来消除螺杆钻具反扭角，解决定向井、水平井螺杆钻具滑动钻进定向困难，提高定向钻井速度，降低定向钻井成本。
本发明专利采用的具体技术方案是：
机械变径稳定器主要由上接头、销钉、传动轴、轴状翼板、下接头、端盖、双向凸轮、导向轮、单向凸轮和外筒组成。
上接头是中孔、厚壁金属圆柱体。从外部来看，上接头是圆柱体，可称为咬合段，用于现场钳头咬合上、卸扣操作。从内部来看，上接头上端是石油钻具螺纹，用于连接上部钻具；石油钻具螺纹下面是钻井液流道；钻井液流道下面或上接头下端是特殊螺纹，用于连接传动轴。
传动轴是中孔、厚壁金属轴。从外部来看，传动轴中部是扭矩传动段，扭矩传动段可设计成花键轴，或多棱等边柱体，或椭圆柱体，或其他形状柱体，用于安装双向凸轮、导向轮和单向凸轮，单向凸轮在中间，导向轮和双向凸轮在两侧且对称安装，同时，传动轴通过扭矩传动段将扭矩传递给双向凸轮和单向凸轮，驱动双向凸轮和单向凸轮同步旋转；传动轴两端是特殊螺纹，用于连接上接头和下接头；传动轴中部扭矩传动段和两端特殊螺纹中间是圆轴段，用于安装端盖，两端圆轴段直径可相等或不相等，但至少一端圆轴段直径小于扭矩传动段直径，因此，两个端盖中孔直径可相等或不相等，且均与对应圆轴段直径相等。从内部来看，传动轴内部是钻井液流道。
下接头是中孔、厚壁金属圆柱体。从外部来看，下接头上端是圆柱体，可称为咬合段，用于现场钳头咬合上、卸扣操作；咬合段下面或下接头下端是石油钻具螺纹，用于连接下部钻具。从内部来看，下接头上端是特殊螺纹，用于连接传动轴；特殊螺纹下面或下接头下端是钻井液流道。
端盖是中孔、三棱状金属板，呈梅花状，厚度略小于传动轴圆轴段长度，边沿凸起部位称为棱，相邻棱间低凹部位称为泄流槽。三个棱120°周向均布设计，棱顶部和泄流槽底部均为圆弧面，棱两侧面为两个平行平面，棱顶部圆弧面直径略小于井眼直径，棱宽和泄流槽底部圆弧面直径按照石油工具推荐泄流槽面积计算确定，且棱顶部圆弧面和泄流槽底部圆弧面均与中孔圆柱面同轴。端盖与上接头或下接头相邻一侧，且直径大于上接头或下接头直径部分加工成圆锥面，有利于起下钻安全。端盖与外筒相邻一侧加工成台肩，棱顶部台肩相对较高，棱两侧台肩和泄流槽底部台肩相对较低，或者，棱顶部台肩、棱两侧台肩和泄流槽底部台肩高度均相等，且均与外筒对应部位壁厚相同，用于安装外筒，具体在设计加工时统筹考虑。端盖棱顶部台肩或泄流槽底部台肩加工销钉孔，或者，棱顶部台肩和泄流槽底部台肩均加工销钉孔，用于安装销钉，固定外筒，具体在设计加工时统筹考虑。端盖中孔内可加工密封槽，或不加工密封槽，具体在设计加工时统筹考虑。端盖中孔内可设计安装轴承，或不设计安装轴承，具体在设计加工时统筹考虑。
外筒是三棱状金属管，呈梅花状，边沿凸起部位称为棱，相邻棱间低凹部位称为泄流槽。三个棱120°周向均布设计，棱顶部外壁、棱顶部内壁、泄流槽底部外壁和泄流槽底部内壁均为圆弧面，且四个圆弧面同轴，棱两侧面外壁和内壁为四个平行平面，棱顶部壁厚相对较大，棱两侧壁厚和泄流槽底部壁厚相对较薄，或者，棱顶部壁厚、棱两侧壁厚和泄流槽底部壁厚均相等，且均与端盖对应部位台肩高度相同，用于安装端盖，具体在设计加工时统筹考虑。外筒棱顶部中央位置加工有轴状翼板孔，用于安装轴状翼板。外筒棱顶部两端或泄流槽底部两端对称加工销钉孔，或者，棱顶部两端和泄流槽底部两端均对称加工销钉孔，用于安装销钉，固定端盖，具体在设计加工时统筹考虑。
双向凸轮是中孔、不规则金属板，呈梅花状，边沿凸起部位称为耳板，相邻耳板间低凹部位称为凹槽。三个耳板120°周向均布设计，耳板顶部和凹槽底部均为圆弧面，且与中孔所在轴同轴，耳板顶部圆弧面直径略小于外筒棱顶部内壁圆弧面直径，凹槽底部圆弧面直径略小于外筒泄流槽底部内壁圆弧面直径，耳板两侧面是非平行平面，且耳板宽略大于外筒棱两侧面内壁宽一半，或者说，当双向凸轮顺时针旋转到止点时，耳板右侧面与外筒棱右侧面内壁重合，当双向凸轮逆时针旋转到止点时，耳板左侧面与外筒棱左侧面内壁重合。三个耳板上均加工有凸轮轨道，轨道技术参数完全相同，且在耳板上构成腰型通孔或腰型滑槽，凸轮轨道两端均为圆弧面，直径与轴状翼板中销轴直径相等，凸轮轨道内侧壁和外侧壁为两个相互平行平面或曲面且与两端圆弧面相切连接，或者说，腰型通孔或腰型滑槽宽与轴状翼板中销轴直径相等，当双向凸轮顺时针旋转到止点时，凸轮轨道左端圆弧面所在轴正好位于外筒棱中心平面上，当双向凸轮逆时针旋转到止点时，凸轮轨道右端圆弧面所在轴正好位于外筒棱中心平面上，同时，凸轮轨道左端圆弧面所在轴到中孔所在轴距离小于凸轮轨道右端圆弧面所在轴到中孔所在轴距离，因此，腰型通孔或腰型滑槽内侧壁起着向外推出轴状翼板作用，腰型通孔或腰型滑槽外侧壁起着向内收回轴状翼板作用。双向凸轮通过中孔安装在传动轴上，中孔形状与传动轴扭矩传动段形状相同，且技术参数相匹配，将扭矩传递给双向凸轮，驱动双向凸轮同步旋转。
导向轮是中孔、三棱状金属板，呈梅花状，边沿凸起部位称为棱，相邻棱间低凹部位称为凹槽。三个棱120°周向均布设计，棱顶部和凹槽底部均为圆弧面，直径分别与外筒棱顶部内壁圆弧面直径和泄流槽底部内壁圆弧面直径相等，且均与中孔圆柱面同轴，棱两侧面为两个平行平面，棱宽与外筒棱两侧面内壁宽相等，导向轮嵌进安装在外筒内部，且与外筒相对稳固。三个棱上均加工有轴状翼板轨道，且与外筒棱顶部轴状翼板孔位置一致，用于安装轴状翼板，对轴状翼板在轨道内做径向往复运动起导向作用。导向轮通过中孔安装在传动轴上，中孔是圆柱孔，直径略大于传动轴扭矩传动段直径，确保传动轴不驱动导向轮旋转。
单向凸轮是中孔、不规则金属柱状体，呈梅花状，凸轮轨道左侧低凹部位称为基轴，凸轮轨道右侧凸起部位称为耳板。三个凸轮轨道120°周向均布设计，轨道技术参数完全相同，且与双向凸轮腰型通孔或腰型滑槽内侧壁轨道技术参数相同，用于向外推出轴状翼板。基轴和耳板顶部圆弧面直径分别与凸轮轨道最低部位和最高部位直径相等，且基轴圆弧面和耳板顶部圆弧面与中孔所在轴同轴。当单向凸轮和双向凸轮轨道完全重合时，单向凸轮耳板右侧面与双向凸轮耳板右侧面重合。单向凸轮通过中孔安装在传动轴上，中孔形状与传动轴扭矩传动段形状相同，且技术参数相匹配，将扭矩传递给单向凸轮，驱动单向凸轮同步旋转。
轴状翼板由销轴、翼板和板牙组成。翼板是顶部凸起、近似金属长方体，长度相对较大，宽度和高度相对较小，当把轴状翼板安装在机械变径稳定器内时，翼板顶部朝外且在外筒轴状翼板孔内可观察到翼板顶部形状，翼板顶部为沿长度方向凸圆弧面，圆弧面直径与外筒棱顶部外壁圆弧面直径相等，翼板底部朝内，为长方形平面，翼板前侧朝前，翼板背侧朝后，为两个相互平行长方形平面，翼板顶侧朝上，翼板底侧朝下，为两个相互平行近似四边形平面，顶边为凸圆弧边，其余三边为直边。销轴是金属圆柱体，直径小于翼板宽度，长度大于翼板长度，两端超出翼板部分对称均布且安装在双向凸轮腰型通孔或腰型滑槽内。板牙是刀刃状、近似金属四棱锥体，长度与翼板相同，宽度和高度相对更小，板牙顶部朝外，为窄长方形平面，宽度根据地层硬度及镶嵌硬质合金齿(或金刚石合金齿)设计加工，板牙底部朝内，为凹圆弧面，直径与翼板顶部圆弧面直径相等，板牙前侧朝前，板牙背侧朝后，为两个梯形平面，且均与板牙顶部和板牙底部斜交，板牙前侧倾斜角称为阻尼角，直接决定着稳定工具面效果，板牙背侧倾斜角称为背斜角，直接决定着板牙强度，板牙顶侧朝上，板牙底侧朝下，为两个近似梯形平面，底边为凹圆弧边，其余三边为直边，且均与板牙顶部和板牙底部斜交，有利于板牙切削井壁和起下钻安全。当销轴、翼板和板牙为整体结构时，板牙在翼板顶部，销轴在翼板底部，且销轴与翼板重叠部位或销轴多半圆柱面裸露在翼板外部，或销轴多半圆柱面包含在翼板内部但翼板底部与单向凸轮轨道接触部位被加工成多半圆柱面。当销轴、翼板为整体结构时，销轴与翼板重叠部位或销轴多半圆柱面裸露在翼板外部，或销轴多半圆柱面包含在翼板内部但翼板底部与单向凸轮轨道接触部位被加工成多半圆柱面，翼板顶部设计加工成燕尾槽，或T型槽，或其他形状槽，板牙底部对应设计加工成燕尾状，或T型状，或其他形状且与翼板相匹配，二者通过燕尾槽，或T型槽，或其他形状槽组合成一体。当翼板和板牙为整体结构时，翼板底部可设计加工成轴孔，且翼板底部与单向凸轮轨道接触部位加工成凹陷结构，凹陷深度大于销轴半径，销轴和翼板通过轴孔组合成一体。当销轴、翼板和板牙为分体结构，且翼板被设计加工成上翼板和下翼板时，上翼板与板牙或为整体结构，或为分体结构，若上翼板和板牙为分体结构，二者通过燕尾槽，或T型槽，或其他形状槽组合成一体，下翼板和销轴或为整体结构，或为分体结构，若下翼板和销轴为分体结构，二者通过轴孔组合成一体，上翼板和下翼板再通过螺钉组合成一体。此外，销轴、翼板和板牙还可通过其他方式组合成一体，组合方式不同，销轴、翼板和板牙结构和形状可能会有所调整和改变，具体在设计加工时统筹考虑。
销钉是底端大、顶端小金属柱状体。顶端和底端形状均可设计成圆柱体，或多棱等边柱体，或椭圆柱体，或其他形状柱体，二者形状即可以相同，也可以不同，具体在设计加工时统筹考虑。通常，销钉底端安装在端盖销钉孔内，二者形状及技术参数可匹配或不匹配；销钉顶端安装在外筒销钉孔内，二者形状及技术参数可匹配或不匹配，具体均在设计加工时统筹考虑。当端盖销钉孔与销钉底端，外筒销钉孔与销钉顶端，相互匹配或不匹配致使销钉在端盖和外筒销钉孔内均可旋转时，销钉内部设计成空腔，用于安装弹簧，进一步说，组装时先将销钉和弹簧同时放置在端盖销钉孔内，当端盖销钉孔和外筒销钉孔重合时，销钉利用弹簧伸出，销钉顶端进入外筒销钉孔，销钉底端留在端盖销钉孔，固定端盖和外筒。当端盖销钉孔与销钉底端，外筒销钉孔与销钉顶端，相互匹配或不匹配致使销钉在端盖和外筒销钉孔内不可旋转时，销钉内部设计成螺孔，用于安装螺钉，进一步说，组装时先将销钉放置在端盖销钉孔内，当端盖销钉孔和外筒销钉孔重合时，销钉利用螺钉顶起，销钉顶端进入外筒销钉孔，销钉底端留在端盖销钉孔，固定端盖和外筒。除弹簧和螺钉外，还可利用其它方式将销钉伸出或顶起，具体在设计加工时统筹考虑。
组装时，首先要确认好外筒、轴状翼板、双向凸轮和单向凸轮安装方向；其次，把外筒、轴状翼板、单向凸轮和传动轴由外向内组装在一起，旋转传动轴，使单向凸轮和轴状翼板处在收回位置；再次，单向凸轮两侧对称安装导向轮和双向凸轮，确保双向凸轮和单向凸轮轨道方向一致；接着，端盖销钉孔内放置好销钉，通过中孔安装到传动轴两端圆轴段，固定外筒和端盖；最后，连接上接头和下接头。组装环境或条件不同，组装顺序或方法可能会有所调整和改变，具体在组装时统筹考虑。
对于上接头、传动轴和下接头之间连接部位，可加工密封槽，或不加工密封槽，具体在设计加工时统筹考虑。
对于上接头、传动轴和下接头之间连接部位，可加工防掉槽，或不加工防掉槽，如果加工防掉槽，可利用金属球，或螺钉，或金属球和螺钉组合构成防掉功能，具体在设计加工时统筹考虑。
对于上接头、传动轴和下接头之间连接形式，除特殊螺纹外，还可采用整体结构或其他连接方式，具体在设计加工时统筹考虑。当上接头和传动轴，或者，传动轴和下接头为整体结构时，传动轴两端圆轴段直径不相等，上接头或下接头相邻一端圆轴段直径等于或略大于传动轴扭矩传动段直径，非相邻一端圆轴段直径小于传动轴扭矩传动段直径，因此，两个端盖中孔直径不相等且均与对应圆轴段直径相等，同时，上接头、传动轴、下接头和端盖结构和形状可能会有所调整和改变，具体在设计加工时统筹考虑。
对于上接头、传动轴和下接头内部钻井液流道，可安装防掉功能，或不安装防掉功能，具体在设计加工时统筹考虑。防掉功能通常由防掉杆、防掉盘和防掉帽组成；防掉杆为杆状、金属柱状体，中间呈圆柱体，或其他形状柱体，两端为圆螺纹，或卡簧槽，或其他连接形式；防掉盘为中孔、金属圆盘，中孔直径略大于防掉杆两端直径，中孔周围等半径周向均布加工成圆孔，或其他形状孔，用作钻井液流道；组装时，将防掉杆穿过上接头、传动轴和下接头钻井液流道，防掉盘通过中孔戴在防掉杆两端，安装防掉帽，压紧防掉盘。
对于端盖和外筒之间连接形式，除销钉外，还可采用内六角圆柱头螺钉，或内六角沉头螺钉，或其他种类螺钉来固定端盖和外筒。螺钉形状不同，端盖和外筒销钉孔结构和形状可能会有所调整和改变，具体在设计加工成时统筹考虑。
对于端盖和外筒之间密封形式，组装时可在端盖台肩上涂抹密封胶，或在端盖台肩上加工密封槽且配套设计专用密封圈，或在端盖内端面设计加工密封垫和密封板，具体在设计加工时统筹考虑。
对端盖、双向凸轮、导向轮和单向凸轮之间、上接头和端盖之间、端盖和下接头之间减阻形式，相邻部件间可设计加工减阻面，或设计安装轴承，具体在设计加工时统筹考虑。
现场工况或加工工艺不同，轴状翼板长度和伸出直径不同，双向凸轮、导向轮和单向凸轮组合方式不同，因此，机械变径稳定器内部结构也不同。进一步说，如果轴状翼板长度相对较短且伸出直径相对较小，那么，机械变径稳定器内部结构可采用双向凸轮、导向轮和双向凸轮组合，双向凸轮同时起到向外推出和向内收回轴状翼板作用；如果轴状翼板长度相对较长且伸出直径相对较大，那么，机械变径稳定器内部结构可采用双向凸轮、导向轮、单向凸轮、导向轮和双向凸轮组合，单向凸轮起到向外推出轴状翼板作用，双向凸轮起到向内收回轴状翼板作用，或者，双向凸轮同时起到向外推出和向内收回轴状翼板作用；以此类推，如果轴状翼板长度越长且伸出直径越大，那么，机械变径稳定器内部结构越复杂，具体在设计加工时统筹考虑。机械变径稳定器内部结构不同，双向凸轮、导向轮和单向凸轮结构和形状可能会有所调整和改变，具体在设计加工时统筹考虑。
本发明专利的有益效果是：在定向井、水平井钻井过程中，机械变径稳定器通常连接到螺杆钻具上部或上移一段距离钻具中，机械变径稳定器距离螺杆钻具越近，稳定工具面效果越好。摆工具面或复合钻进时，转盘(或顶驱)扭矩高于螺杆钻具反扭矩，井下钻具和螺杆钻具复合驱动钻头顺时针旋转，传动轴由上部钻具驱动顺时针旋转，双向凸轮轨道外侧璧推动轴状翼板向内运动，轴状翼板收回，机械变径稳定器相当于钻柱稳定器。滑动钻进时，转盘(或顶驱)不驱动井下钻具旋转，螺杆钻具驱动钻头顺时针旋转，传动轴由下部钻具驱动逆时针旋转，双向凸轮轨道内侧璧和单向凸轮共同推动轴状翼板向外运动，轴状翼板伸出且嵌进井壁，阻止螺杆钻具反扭矩向上传递，消除螺杆钻具反扭角，彻底解决螺杆钻具滑动钻进定向困难。
附图说明
附图1是本发明专利机械变径稳定器的结构示意图。
附图标记说明：1-上接头、2-销钉、3-传动轴、4-轴状翼板、5-下接头、6-端盖、7-双向凸轮、8-导向轮、9-单向凸轮、10-外筒。
具体实施方式
机械变径稳定器主要由上接头(1)、销钉(2)、传动轴(3)、轴状翼板(4)、下接头(5)、端盖(6)、双向凸轮(7)、导向轮(8)、单向凸轮(9)和外筒(10)组成。
下面结合附图和实施例对本发明专利作进一步说明。
上接头(1)是中孔、厚壁金属圆柱体。从外部来看，上接头(1)是圆柱体，可称为咬合段，用于现场钳头咬合上、卸扣操作。从内部来看，上接头(1)上端是石油钻具螺纹，用于连接上部钻具；石油钻具螺纹下面是钻井液流道；钻井液流道下面或上接头(1)下端是特殊螺纹，用于连接传动轴(3)。
传动轴(3)是中孔、厚壁金属轴。从外部来看，传动轴(3)中部是扭矩传动段，扭矩传动段可设计成花键轴，或多棱等边柱体，或椭圆柱体，或其他形状柱体，用于安装双向凸轮(7)、导向轮(8)和单向凸轮(9)，单向凸轮(9)在中间，导向轮(8)和双向凸轮(7)在两侧且对称安装，同时，传动轴(3)通过扭矩传动段将扭矩传递给双向凸轮(7)和单向凸轮(9)，驱动双向凸轮(7)和单向凸轮(9)同步旋转；传动轴(3)两端是特殊螺纹，用于连接上接头(1)和下接头(5)；传动轴(3)中部扭矩传动段和两端特殊螺纹中间是圆轴段，用于安装端盖(6)，两端圆轴段直径可相等或不相等，但至少一端圆轴段直径小于扭矩传动段直径，因此，两个端盖(6)中孔直径可相等或不相等，且均与对应圆轴段直径相等。从内部来看，传动轴(3)内部是钻井液流道。
下接头(5)是中孔、厚壁金属圆柱体。从外部来看，下接头(5)上端是圆柱体，可称为咬合段，用于现场钳头咬合上、卸扣操作；咬合段下面或下接头(5)下端是石油钻具螺纹，用于连接下部钻具。从内部来看，下接头(5)上端是特殊螺纹，用于连接传动轴(3)；特殊螺纹下面或下接头(5)下端是钻井液流道。
端盖(6)是中孔、三棱状金属板，呈梅花状，厚度略小于传动轴(3)圆轴段长度，边沿凸起部位称为棱，相邻棱间低凹部位称为泄流槽。三个棱120°周向均布设计，棱顶部和泄流槽底部均为圆弧面，棱两侧面为两个平行平面，棱顶部圆弧面直径略小于井眼直径，棱宽和泄流槽底部圆弧面直径按照石油工具推荐泄流槽面积计算确定，且棱顶部圆弧面和泄流槽底部圆弧面均与中孔圆柱面同轴。端盖(6)与上接头(1)或下接头(5)相邻一侧，且直径大于上接头(1)或下接头(5)直径部分加工成圆锥面，有利于起下钻安全。端盖(6)与外筒(10)相邻一侧加工成台肩，棱顶部台肩相对较高，棱两侧台肩和泄流槽底部台肩相对较低，或者，棱顶部台肩、棱两侧台肩和泄流槽底部台肩高度均相等，且均与外筒(10)对应部位壁厚相同，用于安装外筒(10)，具体在设计加工时统筹考虑。端盖(6)棱顶部台肩或泄流槽底部台肩加工销钉孔，或者，棱顶部台肩和泄流槽底部台肩均加工销钉孔，用于安装销钉(2)，固定外筒(10)，具体在设计加工时统筹考虑。端盖(6)中孔内可加工密封槽，或不加工密封槽，具体在设计加工时统筹考虑。端盖(6)中孔内可设计安装轴承，或不设计安装滚动轴承，具体在设计加工时统筹考虑。
外筒(10)是三棱状金属管，呈梅花状，边沿凸起部位称为棱，相邻棱间低凹部位称为泄流槽。三个棱120°周向均布设计，棱顶部外壁、棱顶部内壁、泄流槽底部外壁和泄流槽底部内壁均为圆弧面，且四个圆弧面同轴，棱两侧面外壁和内壁为四个平行平面，棱顶部壁厚相对较大，棱两侧壁厚和泄流槽底部壁厚相对较薄，或者，棱顶部壁厚、棱两侧壁厚和泄流槽底部壁厚均相等，且均与端盖(6)对应部位台肩高度相同，用于安装端盖(6)，具体在设计加工时统筹考虑。外筒(10)棱顶部中央位置加工有轴状翼板孔，用于安装轴状翼板(4)。外筒(10)棱顶部两端或泄流槽底部两端对称加工销钉孔，或者，棱顶部两端和泄流槽底部两端均对称加工销钉孔，用于安装销钉(2)，固定端盖(6)，具体在设计加工时统筹考虑。
双向凸轮(7)是中孔、不规则金属板，呈梅花状，边沿凸起部位称为耳板，相邻耳板间低凹部位称为凹槽。三个耳板120°周向均布设计，耳板顶部和凹槽底部均为圆弧面，且与中孔所在轴同轴，耳板顶部圆弧面直径略小于外筒(10)棱顶部内壁圆弧面直径，凹槽底部圆弧面直径略小于外筒(10)泄流槽底部内壁圆弧面直径，耳板两侧面是非平行平面，且耳板宽略大于外筒(10)棱两侧面内壁宽一半，或者说，当双向凸轮(7)顺时针旋转到止点时，耳板右侧面与外筒(10)棱右侧面内壁重合，当双向凸轮(7)逆时针旋转到止点时，耳板左侧面与外筒(10)棱左侧面内壁重合。三个耳板上均加工有凸轮轨道，轨道技术参数完全相同，且在耳板上构成腰型通孔或腰型滑槽，凸轮轨道两端均为圆弧面，直径与轴状翼板(4)中销轴直径相等，凸轮轨道内侧壁和外侧壁为两个相互平行平面或曲面且与两端圆弧面相切连接，或者说，腰型通孔或腰型滑槽宽与轴状翼板(4)中销轴直径相等，当双向凸轮(7)顺时针旋转到止点时，凸轮轨道左端圆弧面所在轴正好位于外筒(10)棱中心平面上，当双向凸轮(7)逆时针旋转到止点时，凸轮轨道右端圆弧面所在轴正好位于外筒(10)棱中心平面上，同时，凸轮轨道左端圆弧面所在轴到中孔所在轴距离小于凸轮轨道右端圆弧面所在轴到中孔所在轴距离，因此，腰型通孔或腰型滑槽内侧壁起着向外推出轴状翼板(4)作用，腰型通孔或腰型滑槽外侧壁起着向内收回轴状翼板(4)作用。双向凸轮(7)通过中孔安装在传动轴(3)上，中孔形状与传动轴(3)扭矩传动段形状相同，且技术参数相匹配，将扭矩传递给双向凸轮(7)，驱动双向凸轮(7)同步旋转。
导向轮(8)是中孔、三棱状金属板，呈梅花状，边沿凸起部位称为棱，相邻棱间低凹部位称为凹槽。三个棱120°周向均布设计，棱顶部和凹槽底部均为圆弧面，直径分别与外筒(10)棱顶部内壁圆弧面直径和泄流槽底部内壁圆弧面直径相等，且均与中孔圆柱面同轴，棱两侧面为两个平行平面，棱宽与外筒(10)棱两侧面内壁宽相等，导向轮(8)嵌进安装在外筒(10)内部，且与外筒(10)相对稳固。三个棱上均加工有轴状翼板轨道，且与外筒(10)棱顶部轴状翼板孔位置一致，用于安装轴状翼板(4)，对轴状翼板(4)在轨道内做径向往复运动起导向作用。导向轮(8)通过中孔安装在传动轴(3)上，中孔是圆柱孔，直径略大于传动轴(3)扭矩传动段直径，确保传动轴(3)不驱动导向轮(8)旋转。
单向凸轮(9)是中孔、不规则金属柱状体，呈梅花状，凸轮轨道左侧低凹部位称为基轴，凸轮轨道右侧凸起部位称为耳板。三个凸轮轨道120°周向均布设计，轨道技术参数完全相同，且与双向凸轮(7)腰型通孔或腰型滑槽内侧壁轨道技术参数相同，用于向外推出轴状翼板(4)。基轴和耳板顶部圆弧面直径分别与凸轮轨道最低部位和最高部位直径相等，且基轴圆弧面和耳板顶部圆弧面与中孔所在轴同轴。当单向凸轮(9)和双向凸轮(7)轨道完全重合时，单向凸轮(9)耳板右侧面与双向凸轮(7)耳板右侧面重合。单向凸轮(9)通过中孔安装在传动轴(3)上，中孔形状与传动轴(3)扭矩传动段形状相同，且技术参数相匹配，将扭矩传递给单向凸轮(9)，驱动单向凸轮(9)同步旋转。
轴状翼板(4)由销轴、翼板和板牙组成。翼板是顶部凸起、近似金属长方体，长度相对较大，宽度和高度相对较小，当把轴状翼板(4)安装在机械变径稳定器内时，翼板顶部朝外且在外筒(10)轴状翼板孔内可观察到翼板顶部形状，翼板顶部为沿长度方向凸圆弧面，圆弧面直径与外筒(10)棱顶部外壁圆弧面直径相等，翼板底部朝内，为长方形平面，翼板前侧朝前，翼板背侧朝后，为两个相互平行长方形平面，翼板顶侧朝上，翼板底侧朝下，为两个相互平行近似四边形平面，顶边为凸圆弧边，其余三边为直边。销轴是金属圆柱体，直径小于翼板宽度，长度大于翼板长度，两端超出翼板部分对称均布且安装在双向凸轮(7)腰型通孔或腰型滑槽内。板牙是刀刃状、近似金属四棱锥体，长度与翼板相同，宽度和高度相对更小，板牙顶部朝外，为窄长方形平面，宽度根据地层硬度及镶嵌硬质合金齿(或金刚石合金齿)设计加工，板牙底部朝内，为凹圆弧面，直径与翼板顶部圆弧面直径相等，板牙前侧朝前，板牙背侧朝后，为两个梯形平面，且均与板牙顶部和板牙底部斜交，板牙前侧倾斜角称为阻尼角，直接决定着稳定工具面效果，板牙背侧倾斜角称为背斜角，直接决定着板牙强度，板牙顶侧朝上，板牙底侧朝下，为两个近似梯形平面，底边为凹圆弧边，其余三边为直边，且均与板牙顶部和板牙底部斜交，有利于板牙切削井壁和起下钻安全。当销轴、翼板和板牙为整体结构时，板牙在翼板顶部，销轴在翼板底部，且销轴与翼板重叠部位或销轴多半圆柱面裸露在翼板外部，或销轴多半圆柱面包含在翼板内部但翼板底部与单向凸轮(9)轨道接触部位被加工成多半圆柱面。当销轴、翼板为整体结构时，销轴与翼板重叠部位或销轴多半圆柱面裸露在翼板外部，或销轴多半圆柱面包含在翼板内部但翼板底部与单向凸轮(9)轨道接触部位被加工成多半圆柱面，翼板顶部设计加工成燕尾槽，或T型槽，或其他形状槽，板牙底部对应设计加工成燕尾状，或T型状，或其他形状且与翼板相匹配，二者通过燕尾槽，或T型槽，或其他形状槽组合成一体。当翼板和板牙为整体结构时，翼板底部可设计加工成轴孔，且翼板底部与单向凸轮(9)轨道接触部位加工成凹陷结构，凹陷深度大于销轴半径，销轴和翼板通过轴孔组合成一体。当销轴、翼板和板牙为分体结构，且翼板被设计加工成上翼板和下翼板时，上翼板与板牙或为整体结构，或为分体结构，若上翼板和板牙为分体结构，二者通过燕尾槽，或T型槽，或其他形状槽组合成一体，下翼板和销轴或为整体结构，或为分体结构，若下翼板和销轴为分体结构，二者通过轴孔组合成一体，上翼板和下翼板再通过螺钉组合成一体。此外，销轴、翼板和板牙还可通过其他方式组合成一体，组合方式不同，销轴、翼板和板牙结构和形状可能会有所调整和改变，具体在设计加工时统筹考虑。
销钉(2)是底端大、顶端小金属柱状体。顶端和底端形状均可设计成圆柱体，或多棱等边柱体，或椭圆柱体，或其他形状柱体，二者形状即可以相同，也可以不同，具体在设计加工时统筹考虑。通常，销钉(2)底端安装在端盖(6)销钉孔内，二者形状及技术参数可匹配或不匹配；销钉(2)顶端安装在外筒(10)销钉孔内，二者形状及技术参数可匹配或不匹配，具体均在设计加工时统筹考虑。当端盖(6)销钉孔与销钉(2)底端，外筒(10)销钉孔与销钉(2)顶端，相互匹配或不匹配致使销钉(2)在端盖(6)和外筒(10)销钉孔内均可旋转时，销钉(2)内部设计成空腔，用于安装弹簧，进一步说，组装时先将销钉(2)和弹簧同时放置在端盖(6)销钉孔内，当端盖(6)销钉孔和外筒(10)销钉孔重合时，销钉(2)利用弹簧伸出，销钉(2)顶端进入外筒(10)销钉孔，销钉(2)底端留在端盖(6)销钉孔，固定端盖(6)和外筒(10)。当端盖(6)销钉孔与销钉(2)底端，外筒(10)销钉孔与销钉(2)顶端，相互匹配或不匹配致使销钉(2)在端盖(6)和外筒(10)销钉孔内不可旋转时，销钉(2)内部设计成螺孔，用于安装螺钉，进一步说，组装时先将销钉(2)放置在端盖(6)销钉孔内，当端盖(6)销钉孔和外筒(10)销钉孔重合时，销钉(2)利用螺钉顶起，销钉(2)顶端进入外筒(10)销钉孔，销钉(2)底端留在端盖(6)销钉孔，固定端盖(6)和外筒(10)。除弹簧和螺钉外，还可利用其它方式将销钉(2)伸出或顶起，具体在设计加工时统筹考虑。
组装时，首先要确认好外筒(10)、轴状翼板(4)、双向凸轮(7)和单向凸轮(9)安装方向；其次，把外筒(10)、轴状翼板(4)、单向凸轮(9)和传动轴(3)由外向内组装在一起，旋转传动轴(3)，使单向凸轮(9)和轴状翼板(4)处在收回位置；再次，单向凸轮(9)两侧对称安装导向轮(8)和双向凸轮(7)，确保双向凸轮(7)和单向凸轮(9)轨道方向一致；接着，端盖(6)销钉孔内放置好销钉(2)，通过中孔安装到传动轴(3)两端圆轴段，固定外筒(10)和端盖(6)；最后，连接上接头(1)和下接头(5)。组装环境或条件不同，组装顺序或方法可能会有所调整和改变，具体在组装时统筹考虑。
对于上接头(1)、传动轴(3)和下接头(5)之间连接部位，可加工密封槽，或不加工密封槽，具体在设计加工时统筹考虑。
对于上接头(1)、传动轴(3)和下接头(5)之间连接部位，可加工防掉槽，或不加工防掉槽，如果加工防掉槽，可利用金属球，或螺钉，或金属球和螺钉组合构成防掉功能，具体在设计加工时统筹考虑。
对于上接头(1)、传动轴(3)和下接头(5)之间连接形式，除特殊螺纹外，还可采用整体结构或其他连接方式，具体在设计加工时统筹考虑。当上接头(1)和传动轴(3)，或者，传动轴(3)和下接头(5)为整体结构时，传动轴(3)两端圆轴段直径不相等，上接头(1)或下接头(5)相邻一端圆轴段直径等于或略大于传动轴(3)扭矩传动段直径，非相邻一端圆轴段直径小于传动轴(3)扭矩传动段直径，因此，两个端盖(6)中孔直径不相等且均与对应圆轴段直径相等，同时，上接头(1)、传动轴(3)、下接头(5)和端盖(6)结构和形状可能会有所调整和改变，具体在设计加工时统筹考虑。
对于上接头(1)、传动轴(3)和下接头(5)内部钻井液流道，可安装防掉功能，或不安装防掉功能，具体在设计加工时统筹考虑。防掉功能通常由防掉杆、防掉盘和防掉帽组成；防掉杆为杆状、金属柱状体，中间呈圆柱体，或其他形状柱体，两端为圆螺纹，或卡簧槽，或其他连接形式；防掉盘为中孔、金属圆盘，中孔直径略大于防掉杆两端直径，中孔周围等半径周向均布加工成圆孔，或其他形状孔，用作钻井液流道；组装时，将防掉杆穿过上接头(1)、传动轴(3)和下接头(5)钻井液流道，防掉盘通过中孔戴在防掉杆两端，安装防掉帽，压紧防掉盘。
对于端盖(6)和外筒(10)之间连接形式，除销钉(2)外，还可采用内六角圆柱头螺钉，或内六角沉头螺钉，或其他种类螺钉来固定端盖(6)和外筒(10)。螺钉形状不同，端盖(6)和外筒(10)销钉孔结构和形状可能会有所调整和改变，具体在设计加工成时统筹考虑。
对于端盖(6)和外筒(10)之间密封形式，组装时可在端盖(6)台肩上涂抹密封胶，或在端盖(6)台肩上加工密封槽且配套设计专用密封圈，或在端盖(6)内端面设计加工密封垫和密封板，具体在设计加工时统筹考虑。
对端盖(6)、双向凸轮(7)、导向轮(8)和单向凸轮(9)之间、上接头(1)和端盖(6)之间、端盖(6)和下接头(5)之间减阻形式，相邻部件间可设计加工减阻面，或设计安装轴承，具体在设计加工时统筹考虑。
现场工况或加工工艺不同，轴状翼板(4)长度和伸出直径不同，双向凸轮(7)、导向轮(8)和单向凸轮(9)组合方式不同，因此，机械变径稳定器内部结构也不同。进一步说，如果轴状翼板(4)长度相对较短且伸出直径相对较小，那么，机械变径稳定器内部结构可采用双向凸轮(7)、导向轮(8)和双向凸轮(7)组合，双向凸轮(7)同时起到向外推出和向内收回轴状翼板(4)作用；如果轴状翼板(4)长度相对较长且伸出直径相对较大，那么，机械变径稳定器内部结构可采用双向凸轮(7)、导向轮(8)、单向凸轮(9)、导向轮(8)和双向凸轮(7)组合，单向凸轮(9)起到向外推出轴状翼板(4)作用，双向凸轮(7)起到向内收回轴状翼板(4)作用，或者，双向凸轮(7)同时起到向外推出和向内收回轴状翼板(4)作用；以此类推，如果轴状翼板(4)长度越长且伸出直径越大，那么，机械变径稳定器内部结构越复杂，具体在设计加工时统筹考虑。机械变径稳定器内部结构不同，双向凸轮(7)、导向轮(8)和单向凸轮(9)结构和形状可能会有所调整和改变，具体在设计加工时统筹考虑。
实施例
在定向井、水平井钻井过程中，机械变径稳定器通常连接到螺杆钻具上部或上移一段距离钻具中，机械变径稳定器距离螺杆钻具越近，稳定工具面效果越好。
摆工具面或复合钻进时，转盘(或顶驱)扭矩高于螺杆钻具反扭矩，井下钻具和螺杆钻具复合驱动钻头顺时针旋转，传动轴(3)由上部钻具驱动顺时针旋转，双向凸轮(7)轨道外侧璧推动轴状翼板(4)向内运动，轴状翼板(4)收回，机械变径稳定器相当于钻柱稳定器。
滑动钻进时，转盘(或顶驱)不驱动井下钻具旋转，螺杆钻具驱动钻头顺时针旋转，传动轴(3)由下部钻具驱动逆时针旋转，双向凸轮(7)轨道内侧璧和单向凸轮(9)共同推动轴状翼板(4)向外运动，轴状翼板(4)伸出且嵌进井壁，阻止螺杆钻具反扭矩向上传递，消除螺杆钻具反扭角，彻底解决螺杆钻具滑动钻进定向困难。
以上对本发明专利的说明仅是优选范例，并不能被理解为对本发明专利技术方案内容的限制。以上内容在具体应用中，技术人员有可能需要根据具体情况作个别调整和改变，所述调整和改变均应落入本发明专利所附权利要求的保护范围之中。