一种连续管钻井电液控定向工具的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种连续管钻井电液控定向工具，其包括由上至下依次连接的驱动件、液压泵、换向阀、液压缸、驱动轴和芯轴，液压缸包括活塞、位于活塞上方的上腔、以及位于活塞下方的下腔，换向阀具有与液压泵连通的进油口、与上腔连通的第一工作油口、以及与下腔连通的第二工作油口，驱动轴的一端与活塞连接，且其另一端与芯轴能旋转地连接。本发明通过换向阀控制液压油的流向，进而控制液压缸的活塞轴向往复移动或停止，并通过驱动轴的轴向往复移动或停止控制芯轴的双向旋转或锁紧，将平动变为转动，从而能够双向连续控制工具面角度的旋转，并通过换向阀锁紧工具面，提高液压锁紧效率，可控性好。
【专利说明】
一种连续管钻井电液控定向工具
技术领域
[0001]本发明涉及一种连续管钻井井下工具，尤其是一种连续管钻井电液控定向工具。
【背景技术】
[0002]连续管钻井技术是当前国际上比较先进的钻井技术之一，具备降低钻井成本、节省钻井周期等诸多技术优势，因此该项技术目前已在国外得到广泛应用。而在国内连续管钻井技术的研究则刚处于起步阶段。
[0003]连续管钻井定向工具是连续管钻井过程中的核心工具，其通过调整马达工具面来控制井眼方向，决定了连续管钻井过程中轨迹控制的技术水平。定向工具的发展经历了机械控、液控、电控和电液控等几个阶段。机械控、液压定向工具虽然结构简单、操控方便、成本较低，但是其精度差、可控性差，只能单向旋转工具面角度，效率低下，而且易受钻井液类型的限制。现有的电液控定向工具可以双向控制工具面角度的旋转，能够完成水平井、侧钻水平井、欠平衡钻井等复杂连续管定向钻井施工;但是其定向完成后多靠管柱中钻井液的液压作用实现液压锁紧工具面角度，效率相对较低，精度相对较差。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种连续管钻井电液控定向工具，其能双向连续控制工具面角度的旋转，并通过换向阀将工具面锁紧，定向精度高，可控性好。
[0005]为达到上述目的，本发明提出一种连续管钻井电液控定向工具，其包括由上至下依次连接的驱动件、液压栗、换向阀、液压缸、驱动轴和芯轴，液压缸包括活塞、位于活塞上方的上腔、以及位于活塞下方的下腔，换向阀具有与液压栗连通的进油口、与上腔连通的第一工作油口、以及与下腔连通的第二工作油口，驱动轴的一端与活塞连接，且其另一端与芯轴能旋转地连接;换向阀通过控制进油口与第一工作油口连通，使液压油能流入上腔驱动活塞连同驱动轴轴向向下移动，驱动轴驱动芯轴向第一方向旋转;换向阀通过控制进油口与第二工作油口连通，使液压油能流入下腔驱动活塞连同驱动轴轴向向上移动，驱动轴驱动芯轴向第二方向旋转;换向阀通过关闭进油口、第一工作油口和第二工作油口，使活塞连同驱动轴停止移动，芯轴停止旋转。
[0006]如上所述的连续管钻井电液控定向工具，其中，连续管钻井电液控定向工具还包括套设在驱动件、液压栗、换向阀、液压缸、驱动轴和芯轴外的外套筒，驱动轴能轴向移动地套设在外套筒内，芯轴能周向旋转地套设在外套筒内。
[0007]如上所述的连续管钻井电液控定向工具，其中，外套筒包括内筒和套接在内筒外的外筒，内筒与外筒之间形成泥浆通道;芯轴的下端内部具有内流道，芯轴的下端侧壁开设有与内流道连通的通孔，内筒的下端侧壁开设有区域流端口，泥浆通道依次通过区域流端口、通孔与内流道连通。
[0008]如上所述的连续管钻井电液控定向工具，其中，连续管钻井电液控定向工具还包括连接在芯轴下方且位于外套筒内侧的输出轴，外套筒的内侧固定有止推轴承，止推轴承套设在输出轴外，对输出轴轴向定位。
[0009]如上所述的连续管钻井电液控定向工具，其中，连续管钻井电液控定向工具还包括套接在外套筒内侧的第一套筒，第一套筒套设在驱动轴的上端外侧，第一套筒的内侧壁上设有轴向花键槽，驱动轴的上端外侧壁上设有与轴向花键槽配合的轴向花键。
[0010]如上所述的连续管钻井电液控定向工具，其中，驱动轴的下端内侧壁上设有螺旋花键槽，芯轴的上端外侧壁上设有与螺旋花键槽配合的螺旋花键。
[0011]如上所述的连续管钻井电液控定向工具，其中，液压栗与换向阀之间还设有液压油箱，液压油箱的油箱出口与液压栗的入口连通，换向阀还包括与液压油箱的油箱入口连通的回油口 ；换向阀通过控制进油口与第一工作油口连通，且回油口与第二工作油口连通，使液压栗栗出的液压油经由进油口和第一工作油口流入上腔，活塞轴向向下移动，下腔中的液压油经由第二工作油口、回油口和油箱入口流入液压油箱;换向阀通过控制进油口与第二工作油口连通，且回油口与第一工作油口连通，使液压栗栗出的液压油经由进油口和第二工作油口流入下腔，活塞轴向向上移动，上腔中的液压油经由第一工作油口、回油口和油箱入口流入液压油箱;换向阀通过关闭进油口、第一工作油口、第二工作油口和回油口，使活塞停止移动。
[0012]如上所述的连续管钻井电液控定向工具，其中，连续管钻井电液控定向工具还包括抵靠在液压栗下方的第二套筒，液压油箱、换向阀和液压缸均设置在第二套筒的内腔中，第二套筒的侧壁上分别开设有与内腔平行设置的第一液压通道、第二液压通道、第三液压通道、以及第四液压通道，液压栗的出口与进油口通过第一液压通道连通，回油口与液压油箱的入口通过第二液压通道连通，第一工作油口与上腔通过第三液压通道连通，第二工作油口与下腔通过第四液压通道连通。
[0013]如上所述的连续管钻井电液控定向工具，其中，第二套筒的侧壁上还开设有与内腔平行的第一电缆通道。
[0014]如上所述的连续管钻井电液控定向工具，其中，换向阀为中位机能为O型的三位四通电磁换向阀。
[0015]如上所述的连续管钻井电液控定向工具，其中，液压缸还包括活塞杆，活塞杆的一端与活塞连接，活塞杆的另一端伸出液压缸的下腔外并与驱动轴连接。
[0016]如上所述的连续管钻井电液控定向工具，其中，驱动件为电马达，电马达与液压栗之间还连接有减速机构，减速机构依次通过联轴器和万向节与液压栗连接。
[0017]如上所述的连续管钻井电液控定向工具，其中，连续管钻井电液控定向工具还包括连接在外套筒上端内侧且抵靠在驱动件上方的上接头、以及套设在驱动件外侧与外套筒内侧之间的第三套筒，第三套筒的两端分别顶抵液压栗和上接头，上接头上沿轴向贯穿有供电缆穿过的中心孔，第三套筒的侧壁上沿轴向贯穿有与中心孔连通的第二电缆通道。
[0018]本发明的连续管钻井电液控定向工具的特点和优点是:
[0019]1、本发明的连续管钻井电液控定向工具，在液压栗与液压缸之间设置换向阀，通过换向阀控制液压油的流向，进而控制液压缸的活塞轴向往复移动或停止，并通过驱动轴的轴向往复移动或停止控制芯轴的双向旋转或锁紧，将平动变为转动，从而能够双向连续控制工具面角度的旋转，并通过换向阀锁紧工具面，提高液压锁紧效率，可控性好，同时克服了机械控、液控等定向工具精度低、可控性差、单向不连续旋转定向的不足；
[0020]2、本发明的连续管钻井电液控定向工具，采用中位机能为O型的三位四通换向阀，并将换向阀的各个油口与液压油箱、液压栗和液压缸对应连通，通过换向阀的中位机能即可随时锁紧工具面，锁紧效率高，定向精度高，便于控制；
[0021 ] 3、本发明的连续管钻井电液控定向工具，通过液压缸输出高扭矩，结构紧凑，使用寿命长，便于使用和维护。
【附图说明】
[0022]以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中:
[0023]图1是本发明的连续管钻井电液控定向工具的示意图；
[0024]图2是图1中沿A-A线的剖视图；
[0025 ]图3是图2中沿B-B线的剖视图；
[0026]图4是图1中C处的局部放大图。
[0027]主要元件标号说明:
[0028]1-电缆，2-外侧内筒，3-内侧内筒，4-防松螺钉，5-0型密封圈，6_外筒
[0029]6a_凹槽，Ia-凸起，7_上接头，8_泥浆通道，9_防松螺钉，10_0型密封圈
[0030]11-内筒，12-销钉，13-套筒，14-驱动件，15-传动轴，16-减速机构
[0031]17-联轴器，18-球，19-万向节，20-蝶形弹簧，21-轴，22-传动轴
[0032]23-紧固螺钉，24-液压栗，25a-入口，25b_出口，26a_第二液压通道
[0033]26b-第一液压通道，27a-油箱出口，27b_油箱入口，28_密封圈，29-套筒
[0034]30-液压油箱，31-销钉，32-套筒，32a-回油口，32b_进油口
[0035]33a-第二工作油口，33b_第一工作油口，35_套筒，36a_第四液压通道
[0036]36b-第三液压通道，37-上端盖，38-销钉，39-上腔接口，40_上腔
[0037]41-V型密封圈，42-液压缸，42a_活塞，42b_活塞杆，43-下腔
[0038]44-缓冲装置，45-下腔接口，46_V型密封圈，47-销钉，48-V型密封圈
[0039]49-下端盖，50-0型密封圈，51-防松螺钉，52a_第一内筒，52b_第二内筒
[0040]53a-轴向花键，53b_轴向花键槽，54-套筒，55-销钉，56-驱动轴[0041 ]56a-螺旋花键槽，57-螺旋花键，58-芯轴，59-耐磨垫圈，60-内流道
[0042]61-V型密封圈，62-通孔，63-区域流端口，64_0型密封圈，65-V型密封圈
[0043]66-内筒接头，67-防松螺钉，68-0型密封圈，69-止推轴承，70-平键
[0044]71-耐磨垫圈，72-外筒接头，73-连接套，74-0型密封圈，75-输出轴
[0045]75a-止推轴承，76-耐磨垫圈，77-0型密封圈，78-密封座，79-螺钉
[0046]80-电缆通道，81-电缆通道，82-电缆通道
【具体实施方式】
[0047]为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照【附图说明】本发明的【具体实施方式】。
[0048]如图1所示，本发明提供一种连续管钻井电液控定向工具，其包括由上至下依次连接的驱动件14、液压栗24、换向阀34、液压缸42、驱动轴56和芯轴58，驱动件14用以驱动液压栗24，驱动件4例如为电马达，较佳地为微型电马达，液压栗24用以将液压油通过换向阀34栗入液压缸42，液压栗24较佳为微型液压栗；
[0049]其中，液压缸42包括活塞42a、位于活塞42a上方的上腔40、以及位于活塞42a下方的下腔43(使用前将上腔40和下腔43中装满液压油)，换向阀34具有与液压栗24连通的进油口 32b、与上腔40连通的第一工作油口 33b、以及与下腔43连通的第二工作油口 33a，驱动轴56的一端与活塞42a连接，且其另一端与芯轴58能旋转地连接；
[0050]换向阀34用以控制液压油的流向，换向阀34通过控制进油口32b与第一工作油口33b连通，使液压油能由液压栗24经由进油口 32b、第一工作油口 33b流入上腔40驱动活塞42a连同驱动轴56轴向向下移动，驱动轴56驱动芯轴58向第一方向旋转，第一方向为顺时针方向或逆时针方向，芯轴58的旋转带动工具面角度的旋转;换向阀34通过控制进油口32b与第二工作油口 33a连通，使液压油能由液压栗24经由进油口 32b、第二工作油口 33a流入下腔43驱动活塞42a连同驱动轴56轴向向上移动，驱动轴56驱动芯轴58向第二方向旋转，第二方向为顺时针或逆时针方向，且第二方向与第一方向相反，因而能够双向连续控制工具面角度的旋转，从而能将驱动轴或液压缸的平动变为转动;换向阀34通过关闭进油口 32b、第一工作油口 33b和第二工作油口 33a，使上腔40和下腔43中的液压油被锁定，活塞42a连同驱动轴56停止移动，且芯轴58停止旋转，也就是工具面锁紧，因而本发明能够通过液压锁紧工具面，提高锁紧效率和精度。
[0051]在一个优选的实施例中，液压栗24与换向阀34之间还设有液压油箱30，液压油箱30的油箱出口 27a与液压栗24的入口 25a连通，用以向液压栗24提供液压油，换向阀34还包括与液压油箱30的油箱入口 27b连通的回油口 32a，用以将液压油送入液压油箱30，液压油箱30与内筒11之间通过销钉31固定连接；
[0052]工作时，换向阀34通过控制进油口 32b与第一工作油口 33b连通，且回油口 32a与第二工作油口 33a连通，使液压油在由液压栗24的出口 25b流出后，经由进油口 32b和第一工作油口 33b流入上腔40，活塞42a连通驱动轴56轴向向下移动，活塞42驱动下腔43中的液压油经由第二工作油口 33a、回油口 32a和油箱入口 27b流入液压油箱30，驱动轴56驱动芯轴58向第一方向旋转；
[0053]换向阀34通过控制进油口 32b与第二工作油口 33a连通，且回油口 32a与第一工作油口 33b连通，使液压油在由液压栗24的出口 25b流出后，经由进油口 32b和第二工作油口33a流入下腔43，活塞42a连通驱动轴56轴向向上移动，活塞42a驱动上腔40中的液压油经由第一工作油口 33b、回油口 32a和油箱入口 27b流入液压油箱30，驱动轴56驱动芯轴58向第二方向旋转，从而实现双向连续控制工具面角度的旋转；
[0054]换向阀34通过关闭进油口 32b、第一工作油口 33b、第二工作油口 33a和回油口 32a，使上腔40和下腔43中的液压油锁定，活塞42a停止移动，驱动轴56停止移动，芯轴58停止旋转，从而实现液压锁紧工具面角度。
[0055]如图2、图4所示，进一步，连续管钻井电液控定向工具还包括抵靠在液压栗24下方的套筒32，套筒32与液压栗24的入口 25a和出口 25b的连接处通过密封垫圈28密封，套筒32套设在内筒11内侧，套筒32可为一体式套筒，也可为由位于上方的套筒29和位于下方的套筒35对接构成的分体式套筒，便于制作和安装;液压油箱30、换向阀34和液压缸24均设置在套筒32的内腔中，套筒32的侧壁上分别开设有与内腔平行设置的第一液压通道26b、第二液压通道26a、第三液压通道36b、以及第四液压通道36a，液压栗24的出口与进油口 32b(即P口)通过第一液压通道26b连通，回油口 32a( S卩O口或T口)与液压油箱30的入口通过第二液压通道26a连通，上腔40的侧壁上开设有上腔接口 39，第一工作油口 33b( S卩B口)与上腔40通过第三液压通道36b和上腔接口 39连通，下腔43的侧壁上开设有下腔接口 45，第二工作油口33a(S卩A 口)与下腔43通过第四液压通道36a和下腔接口 45连通，例如液压油箱30和换向阀34的上部位于套筒29中，换向阀34的下部和液压缸24位于套筒35中，第一液压通道26b和第二液压通道26a分别开设在套筒29上的相对两侧且互不连通，第三液压通道36b和第四液压通道36a分别开设在套筒35的相对两侧且互不连通;另外，套筒29的侧壁上还沿轴向开设有与套筒的内腔平行的电缆通道82(即第一电缆通道)，电缆通道82与第一液压通道26b、第二液压通道26a、第三液压通道36b和第四液压通道36a均不连通。
[0056]本实施例中，换向阀34为中位机能为O型的三位四通电磁换向阀，三位四通电磁换向阀通过内部阀芯(或称为阀体)的移动控制各油口之间的连通或关闭，中位机能为O型的三位四通电磁换向阀本身的结构和工作原理为现有技术，故不赘述。
[0057]在一个具体实施例中，连续管钻井电液控定向工具还包括套设在驱动件14、液压栗24、换向阀34、液压缸42、驱动轴56和芯轴58外的外套筒，驱动轴56周向定位(或称为周向固定)且能轴向移动地套设在外套筒内，芯轴58轴向定位(或称为轴向固定)且能周向旋转地套设在外套筒内。
[0058]进一步，连续管钻井电液控定向工具还包括抵靠在液压缸24下方的套筒54，套筒54套接在外套筒内侧，且与外套筒之间例如通过销钉55固定连接，套筒54的上端面抵靠套筒32的下端面，或者说抵靠套筒35的下端面，驱动轴56的上端与套筒54通过轴向设置的花键连接，即，驱动轴56的上部外侧壁上设有轴向花键53a(即花键沿轴向延伸)，套筒54的内侧壁上设有与驱动轴56的轴向花键配合的轴向花键槽53b(即花键槽沿轴向延伸)，因而驱动轴56只能沿套筒54的轴向上下移动，而无法相对套筒54周向旋转，亦即实现对驱动轴56的周向定位。
[0059]进一步，连续管钻井电液控定向工具还包括连接在芯轴58下方且位于外套筒内侧的输出轴75，输出轴75与芯轴58例如通过平键70连接，并通过O型密封圈74密封，外套筒的内侧固定有止推轴承75a，止推轴承75a套设在输出轴75外，对输出轴75轴向定位，亦即实现对芯轴58的轴向定位。
[0060]进一步，驱动轴56的下端内侧壁上设有螺旋花键槽56a(即花键槽呈螺旋状延伸)，芯轴58的上端外侧壁上设有与驱动轴56的螺旋花键槽56a配合的螺旋花键57(即花键呈螺旋状延伸)，即芯轴58的上端呈螺杆状，以使实现驱动轴56与芯轴58能旋转地连接，或者说驱动轴56与芯轴58之间形成螺旋传动连接，故也可称本发明为连续管钻井电液控螺旋传动定向工具。由于输出轴75对芯轴58轴向定位，芯轴58在轴向上位置固定，因而驱动轴56的轴向移动必然驱使芯轴58在驱动轴56内旋转。
[0061 ]其中，在螺旋花键57为右旋时，第一方向为顺时针方向(从上往下看)，第二方向为逆时针方向(从上往下看)；在螺旋花键57为左旋时，第一方向为逆时针方向(从上往下看)，第二方向为顺时针方向(从上往下看)。
[0062]优选地，驱动轴56的螺旋花键槽56a的长度大于芯轴58的螺旋花键57的长度，驱动轴56下方具有供驱动轴56轴向移动的移动空间。
[0063]在如图1所示的实施例中，外套筒包括内筒11和套接在内筒11外的外筒6，驱动件14、液压栗24、换向阀34、液压缸42、驱动轴56和芯轴58均设置在内筒11内部，内筒11与外筒6之间形成泥浆通道8。
[0064]在一个可行的技术方案中，内筒11为一体式结构。
[0065]在另一个可行的技术方案中，内筒11为由位于上方的第一内筒52a和位于下方的第二内筒52b轴向对接构成的分体式结构，便于制作和安装，第一内筒52a和第二内筒52b例如通过螺纹连接，并通过防松螺钉51固定连接，且二者之间采用O型密封圈50密封;此方案中，驱动件14、液压栗24、换向阀34、液压缸42均设置在第一内筒52a内部，驱动轴56和芯轴58均设置在第二内筒52b内部。
[0066]具体是，内筒11的外侧壁上设有沿径向向外凸出的凸起11a，凸起11 a例如为多个，且沿内筒11的周向均匀排布，外筒6的内侧壁上凹设有与凸起配合的凹槽6a，通过将凸起Ila嵌入凹槽6a中，实现内筒11与外筒6的周向固定。
[0067]由于驱动轴56在内筒11内轴向移动，为防止驱动轴56与内筒11之间出现磨损，在驱动轴56的外侧壁与内筒11的内侧壁之间套设耐磨垫圈59。
[0068]进一步，芯轴58的下端呈管状，且其内部具有内流道60，芯轴58的下端侧壁开设有与内流道连通的通孔62，内筒11的下端侧壁开设有将通孔62与泥浆通道8连通的区域流端口63，内筒11的下端侧壁开设有区域流端口63，泥浆通道8依次通过区域流端口63、通孔62与芯轴58的内流道60连通；另外，输出轴75内具有沿轴向贯通且与芯轴58的内流道60连通的空腔，因而钻井泥浆能够依次经由泥浆通道8、区域流端口 63、通孔62、芯轴58的内流道60流入输出轴75的空腔，再流入井底用于钻井。
[0069]具体是，内筒11的下端为壁厚大于内筒11上端的内筒接头66，区域流端口63开设在内筒接头66的侧壁上，区域流端口 63和通孔62的中心线重合，较佳地，该中心线与芯轴58或内筒11的中心轴线之间的夹角大于0°且小于90°，较佳为45°，便于将钻井泥浆导流至芯轴58的内流道60中，而且内筒接头66还可在驱动轴56轴向向下移动时，用以对驱动轴56限位。
[0070]其中，内筒接头66与外筒6之间通过螺纹连接，也就将内筒11与外筒6连接在一起，实现内筒11与外筒6的轴向固定;为保证密封良好，内筒接头66的外侧壁与外筒6的内侧壁之间设有O型密封圈64，内筒接头66的内侧壁与芯轴58的外侧壁之间设有V型密封圈61和V型密封圈65。
[0071]另外，为便于制作和安装，外筒6下方连接有外筒接头72，外筒接头72与外筒6例如通过螺纹和防松螺钉67连接，并通过O型密封圈68密封，外筒接头72套设在输出轴75外，外筒接头72的内侧壁上设有沿径向向内凸出的台肩，止推轴承75a安装在外筒接头72的台肩上，结构简单、紧凑。
[0072]为防止输出轴75旋转时与外筒接头72之间出现磨损，在输出轴75与外筒接头72之间还套设耐磨垫圈71和耐磨垫圈76，耐磨垫圈71位于外筒接头72的台肩上方，耐磨垫圈76位于外筒接头72的台肩下方。
[0073]为便于维修，降低维修成本，还可在输出轴75与耐磨垫圈71之间套设连接套73，连接套73与输出轴75例如采用螺纹连接，这样在出现磨损后，只需更换连接套73即可，而不必更换输出轴75;为保证密封良好，在输出轴75与外筒接头72之间还套设有密封座78，密封座78抵靠在耐磨垫圈76下方，并与外筒接头72之间通过螺钉79固定，且通过O型密封圈77密封。
[0074]进一步，芯轴58的外侧壁上还设有沿径向向外凸出的台肩，芯轴58的台肩的下端面抵靠输出轴75的上端面轴向定位，芯轴58的台肩的上端面与内筒接头66的下端面之间设有止推轴承69，芯轴58的台肩能对止推轴承69轴向定位。
[0075]再如图1所示，连续管钻井电液控定向工具还包括连接在内筒11(即外套筒)的上端内侧且抵靠在驱动件14上方的上接头7、以及套设在驱动件14外侧与内筒11(即外套筒)内侧之间的套筒13，套筒13的两端分别顶抵液压栗24和上接头7，套筒13与内筒11之间例如通过销钉12固定，上接头7与内筒11之间例如通过防松销钉9固定，并通过O型密封圈10密封，通过设置上接头7和套筒13，使驱动件14和液压栗24在内筒11内轴向定位。
[0076]其中，上接头7上端外侧还螺纹连接有外侧内筒2，外侧内筒2与上接头7之间通过防松螺钉4固定，并通过O型密封圈5密封，上接头7上端内侧还螺纹连接有内侧内筒3。
[0077]另外，上接头7上沿轴向贯穿有供电缆穿过的中心孔，套筒13的侧壁上沿轴向贯穿有与上接头7的中心孔连通的电缆通道80(即第二电缆通道)，因而电缆I可依次穿过中心孔和电缆通道80，用以将电能和操作信号输送给驱动件14。
[0078]如图2、图3所示，进一步，液压栗24与内筒11之间还留有电缆通道81，因而电缆I可依次穿过上接头7的中心孔、电缆通道80、电缆通道81和电缆通道82，用以将电能和操作信号输送给液压栗24和换向阀34。
[0079]在另一个具体实施例中，驱动件14(即电马达)与液压栗24之间还连接有减速机构16，减速机构16例如为行星齿轮机构，减速机构16依次通过联轴器17和万向节19与液压栗24连接。
[0080]具体是，驱动件14的传动轴15与减速机构16通过平键连接，减速机构16下端与联轴器17通过花键连接，联轴器17与万向节19通过球18连接，万向节19与轴21的上端通过平键连接，轴21的下端与液压栗24的传动轴22通过平键连接。
[0081 ] 再如图1所示，液压缸24还包括活塞杆42b、上端盖37、下端盖49、以及位于下腔43底部的缓冲装置44，活塞杆42b的一端与活塞42a连接，活塞杆42b的另一端穿过液压缸42的下端盖49，伸出下腔43外并与驱动轴56的上端连接(例如通过螺纹连接)，液压缸42的上端盖37与套筒35之间通过销钉38固定连接，液压缸42的下端盖49与内筒11之间通过销钉47固定连接，缓冲装置44用以对轴向向下移动的活塞42a提供缓冲。
[0082]为保证密封性，活塞42a与液压缸42的内壁之间通过V型密封圈41密封，活塞杆42b与下端盖49之间通过V型密封圈48密封，活塞杆42b与缓冲装置44之间通过V型密封圈46密封。
[0083]应用时，先将本发明的连续管钻井电液控定向工具的上端与连续管内的电缆相连，下端与弯马达相连接，连续管钻井过程中，当工具面定向达不到要求时，需要调整工具面；
[0084]假设工具面需要朝第一方向调整时(例如顺时针方向)，地面操控系统通过连续管中电缆向驱动件14(微型电马达)输送电能及操作信号，驱动件14旋转，经过减速机构16带动液压栗24工作，液压栗24将液压油箱30中的液压油经过油箱出口 27a、栗入口 25a栗入液压栗24，再由栗出口 25b栗出，然后液压油依次通过第一液压通道26b、进油口 32b进入换向阀34，通过第一工作油口 33b流出换向阀34，再依次经过第三液压通道36b、上腔接口 39流入液压缸24的上腔40，推动活塞42a下行(液压缸24的上腔40和下腔43在工作之前均装满液压油)；同时液压缸24的下腔43中的液压油经过第四液压通道36a、第二工作油口33a流入换向阀34，再依次经过回油口 32a、第二液压通道26a、油箱入口 27b流入液压油箱30;活塞42a的下移带动驱动轴56下移，由于驱动轴56上部外侧53a与第三套筒54的内侧53b通过轴向花键配合，因此驱动轴56只能轴向运动，而不会周向旋转;驱动轴56的轴向下移运动带动芯轴58向第一方向旋转(例如顺时针方向旋转)，芯轴58的旋转带动输出轴75向第一方向旋转，输出轴75带动弯马达也向第一方向旋转，从而调整了工具面。
[0085]假设工具面需要朝第二方向调整时(例如逆时针方向)，地面操控系统向驱动件14发送电能和信号，驱动件14旋转，经过减速机构16带动液压栗24工作，液压栗24将液压油箱30中的液压油经过油箱出口 27a、栗入口 25a栗入液压栗24，再由栗出口 25b栗出，然后液压油依次经过第一液压通道26b、进油口 32b进入换向阀34，通过第二工作油口 33a流出换向阀34，再依次经过第四液压通道36a、下腔接口 45流入液压缸24的下腔43，推动活塞42a上行；液压缸24的上腔40中的液压油经过第三液压通道36b、第一工作油口 33b流入换向阀34，再依次经过回油口 32a、第二液压通道26a、油箱入口 27b流入液压油箱30;活塞42a的上移带动驱动轴56上移，由于驱动轴56的上部外侧53a与第三套筒54的内侧53b通过轴向花键配合，因此驱动轴56只能轴向运动，而不会周向旋转;驱动轴56的轴向上移运动带动芯轴58向第二方向旋转(例如逆时针方向旋转)，芯轴58的旋转带动输出轴75向第二方向旋转，输出轴75带动弯马达也向第二方向旋转，从而调整了工具面。
[0086]在上述过程中，地面操控系统根据MffD传递的工具面角变化信息，可对连续管钻井电液控定向工具进行实时控制，对工具面进行左右调整，当工具面角度达到目标值时，通过电缆控制使换向阀34的Ρ、0、Α、Β 口互不相通，利用换向阀34的O型中位机能使液压缸活塞42a停止运动，由于活塞42a的静止使得驱动轴56停止运动，因此芯轴58被固定，输出轴75将弯马达的工具面锁紧，从而完成定向。当需要再次调整工具面时，再次给驱动件14、换向阀34下达指令，重复以上操作即可，此电液定向工具定向迅速、精确、可靠。
[0087]本发明的连续管钻井电液控定向工具，至少具有以下优点:
[0088]1、本发明应用驱动件(微型电马达)驱动液压栗(微型液压栗)运转，液压栗通过将液压油栗入或栗出液压缸，带动驱动轴轴向移动，驱动轴驱动芯轴旋转，将平动变为转动，定向精度高，可控性好；
[0089]2、本发明在定向完成后，通过依靠换向阀的中位机能使活塞能够随时停止在当前位置，止动活塞杆，从而锁紧工具面，从而在连续管钻侧钻井、钻定向井、钻水平井托井型的过程中能够更好地控制钻井方向和井眼轨迹；
[0090]3、本发明在驱动件与液压栗之间装有行星齿轮减速机构，不仅使液压栗的功率能够更有效地利用，而且低速也有益于液压栗寿命的延长。
[0091]以上所述仅为本发明示意性的【具体实施方式】，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。而且需要说明的是，本发明的各组成部分并不仅限于上述整体应用，本发明的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用，因此，本发明理所当然地涵盖了与本案发明点有关的其它组合及具体应用。
【主权项】
1.一种连续管钻井电液控定向工具，其特征在于，所述连续管钻井电液控定向工具包括由上至下依次连接的驱动件、液压栗、换向阀、液压缸、驱动轴和芯轴，所述液压缸包括活塞、位于所述活塞上方的上腔、以及位于所述活塞下方的下腔，所述换向阀具有与所述液压栗连通的进油口、与所述上腔连通的第一工作油口、以及与所述下腔连通的第二工作油口，所述驱动轴的一端与所述活塞连接，且其另一端与所述芯轴能旋转地连接； 所述换向阀通过控制所述进油口与所述第一工作油口连通，使液压油能流入所述上腔驱动所述活塞连同所述驱动轴轴向向下移动，所述驱动轴驱动所述芯轴向第一方向旋转；所述换向阀通过控制所述进油口与所述第二工作油口连通，使液压油能流入所述下腔驱动所述活塞连同所述驱动轴轴向向上移动，所述驱动轴驱动所述芯轴向第二方向旋转;所述换向阀通过关闭所述进油口、所述第一工作油口和所述第二工作油口，使所述活塞连同所述驱动轴停止移动，所述芯轴停止旋转。2.如权利要求1所述的连续管钻井电液控定向工具，其特征在于，所述连续管钻井电液控定向工具还包括套设在所述驱动件、所述液压栗、所述换向阀、所述液压缸、所述驱动轴和所述芯轴外的外套筒，所述驱动轴能轴向移动地套设在所述外套筒内，所述芯轴能周向旋转地套设在所述外套筒内。3.如权利要求2所述的连续管钻井电液控定向工具，其特征在于，所述外套筒包括内筒和套接在所述内筒外的外筒，所述内筒与所述外筒之间形成泥浆通道； 所述芯轴的下端内部具有内流道，所述芯轴的下端侧壁开设有与所述内流道连通的通孔，所述内筒的下端侧壁开设有区域流端口，所述泥浆通道依次通过所述区域流端口、所述通孔与所述内流道连通。4.如权利要求2所述的连续管钻井电液控定向工具，其特征在于，所述连续管钻井电液控定向工具还包括连接在所述芯轴下方且位于所述外套筒内侧的输出轴，所述外套筒的内侧固定有止推轴承，所述止推轴承套设在所述输出轴外，对所述输出轴轴向定位。5.如权利要求2所述的连续管钻井电液控定向工具，其特征在于，所述连续管钻井电液控定向工具还包括套接在所述外套筒内侧的第一套筒，所述第一套筒套设在所述驱动轴的上端外侧，所述第一套筒的内侧壁上设有轴向花键槽，所述驱动轴的上端外侧壁上设有与所述轴向花键槽配合的轴向花键。6.如权利要求1所述的连续管钻井电液控定向工具，其特征在于，所述驱动轴的下端内侧壁上设有螺旋花键槽，所述芯轴的上端外侧壁上设有与所述螺旋花键槽配合的螺旋花键。7.如权利要求1至6任一项所述的连续管钻井电液控定向工具，其特征在于，所述液压栗与所述换向阀之间还设有液压油箱，所述液压油箱的油箱出口与所述液压栗的入口连通，所述换向阀还包括与所述液压油箱的油箱入口连通的回油口； 所述换向阀通过控制所述进油口与所述第一工作油口连通，且所述回油口与所述第二工作油口连通，使所述液压栗栗出的液压油经由所述进油口和所述第一工作油口流入所述上腔，所述活塞轴向向下移动，所述下腔中的液压油经由所述第二工作油口、所述回油口和所述油箱入口流入所述液压油箱； 所述换向阀通过控制所述进油口与所述第二工作油口连通，且所述回油口与所述第一工作油口连通，使所述液压栗栗出的液压油经由所述进油口和所述第二工作油口流入所述下腔，所述活塞轴向向上移动，所述上腔中的液压油经由所述第一工作油口、所述回油口和所述油箱入口流入所述液压油箱； 所述换向阀通过关闭所述进油口、所述第一工作油口、所述第二工作油口和所述回油口，使所述活塞停止移动。8.如权利要求7所述的连续管钻井电液控定向工具，其特征在于，所述连续管钻井电液控定向工具还包括抵靠在所述液压栗下方的第二套筒，所述液压油箱、所述换向阀和所述液压缸均设置在所述第二套筒的内腔中，所述第二套筒的侧壁上分别开设有与所述内腔平行设置的第一液压通道、第二液压通道、第三液压通道、以及第四液压通道，所述液压栗的出口与所述进油口通过所述第一液压通道连通，所述回油口与所述液压油箱的入口通过所述第二液压通道连通，所述第一工作油口与所述上腔通过所述第三液压通道连通，所述第二工作油口与所述下腔通过所述第四液压通道连通。9.如权利要求8所述的连续管钻井电液控定向工具，其特征在于，所述第二套筒的侧壁上还开设有与所述内腔平行的第一电缆通道。10.如权利要求1至6任一项所述的连续管钻井电液控定向工具，其特征在于，所述换向阀为中位机能为O型的三位四通电磁换向阀。11.如权利要求1至6任一项所述的连续管钻井电液控定向工具，其特征在于，所述液压缸还包括活塞杆，所述活塞杆的一端与所述活塞连接，所述活塞杆的另一端伸出所述液压缸的下腔外并与所述驱动轴连接。12.如权利要求1至6任一项所述的连续管钻井电液控定向工具，其特征在于，所述驱动件为电马达，所述电马达与所述液压栗之间还连接有减速机构，所述减速机构依次通过联轴器和万向节与所述液压栗连接。13.如权利要求2至5任一项所述的连续管钻井电液控定向工具，其特征在于，所述连续管钻井电液控定向工具还包括连接在所述外套筒上端内侧且抵靠在所述驱动件上方的上接头、以及套设在所述驱动件外侧与所述外套筒内侧之间的第三套筒，所述第三套筒的两端分别顶抵所述液压栗和所述上接头，所述上接头上沿轴向贯穿有供电缆穿过的中心孔，所述第三套筒的侧壁上沿轴向贯穿有与所述中心孔连通的第二电缆通道。
【文档编号】E21B7/04GK105888550SQ201610294368
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年5月5日
【发明人】李猛, 贺会群, 熊革, 智勇, 蒲晓莉, 罗刚, 张士彬, 张云飞
【申请人】中国石油天然气集团公司, 中国石油集团钻井工程技术研究院, 中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所