柱体101轴线之间夹角可以任 意，不一定取图中所示位置。钻杆12的两端设有锥度以成为锥面102,沿锥面102 -周设 有环形槽103,该环形槽103内设有密封垫圈4 (参阅图1C、图1D)，以防止钻井液从钻杆12 中外溢。
[0035] 在本实施例中，本实用新型的万向联轴机构两端的两根钻杆11、13只有在与十字 套筒2连接的一端设有圆柱体101，且该端部的锥面、环形槽等其他结构均与钻杆12的端部 设置为一样。而没有设置圆柱体101的两端用于安装在旋转导向钻井工具上。
[0036] 如图3A至图3D所示，分别为本实用新型的十字套筒2的主视图、左视图、俯视图 以及立体图。在十字套筒2的两端均分别设有与圆柱体101配套的两个槽口 21，每一端的 两个槽口 21沿十字套筒2的径向成180度角对称设置，以与钻杆12端部的圆柱体101对 应，使圆柱体101能够嵌入于槽口 21内。十字套筒2 -端的两个槽口 21的中心连线与另 一端的两个槽口 21的中心连线最佳为相互垂直，不是严格的垂直也可以，只要能把力分解 到两个方向均可以顺利地转动。沿十字套筒2端部边缘一周设有环形槽22,在该环形槽22 内的槽口 21的两侧设有固定孔23。十字套筒2内部为空心的，在该十字套筒2内部亦设有 与钻杆12的端部锥面102相对应的锥面（图中未示），这样可以防止钻杆12与井的轴线产 生夹角时十字套筒2与钻杆12产生干涉，使钻杆12可以轻松地偏移而与井的轴线产生夹 角。
[0037] 如图4A至图4C所示，为本实用新型的紧固块3的主视图、左视图以及俯视图，紧 固块3整体呈与十字套筒2配套的弧形，其两端设有固定螺纹孔31，紧固块3设置于与槽口 21对应的十字套筒2边缘，且位于十字套筒2边缘的环形槽22内。
[0038] 结合本实用新型的图1A至图4C，本实用新型采用以下的连接方式：钻杆12的端 部套设于十字套筒2内，且钻杆12端部的圆柱体101嵌入十字套筒2端部的槽口 21内，与 十字套筒配合，在工作时传递钻压和扭矩，紧固块3设置在槽口 21处，通过螺栓连接固定孔 23和固定螺纹孔31，将紧固块3固定在槽口 21处，以防止钻杆12从十字套筒2的槽口 21 中脱落，通过这样的方式，将3根钻杆11、12、13依次连接起来，成为用于旋转导向钻井工具 的万向联轴机构。
[0039] 需要说明的是，如果本实用新型采用3根以上钻杆，那么钻杆11、13则为端部的两 根钻杆，钻杆12则在中间部分的数量为若干根，每两根相邻的钻杆之间套接一个十字套筒 2,以此连接为本实用新型的用于旋转导向钻井工具的万向联轴机构。
[0040] 本实用新型的万向联轴机构的位置可以紧邻可变径稳定器且远离钻头的一端。
[0041] 本实用新型的用于旋转导向钻井工具的万向联轴机构的优点可从机械系统与控 制系统两方面表述：
[0042] -、机械系统上产生的优点表现在：
[0043] 首先，加入万向联轴机构是从运动学考虑，增加了旋转导向钻井工具的自由度。而 增加了自由度的旋转导向钻井工具在井下工作时，由于钻压、稳定器、可变径稳定器的限制 是可控的，其自由度并不显的多。与之相比较无万向联轴机构的旋转导向钻井工具的运动 是欠自由度运动，依靠钻杆的变形以及转角使钻头发生偏转。显而易见，欠自由度的运动的 实现是有困难的，这也是旋转导向钻井工具难以形成商业化产品的一个主要原因。
[0044] 其次，从造斜力角度考虑。有万向联轴机构的旋转导向钻井工具在万向联轴机构 到钻头部分构成杠杆体系，不考虑轴向力，它是以钻头尾部的稳定器为支点，以钻压在导向 力方向的分力、导向集中力、重力、钻井液压力在支点一端，井壁对钻头侧压力在支点另一 端构成杠杆平衡系统。
[0045] 由于钻压在导向力方向的分力、导向集中力、重力、钻井液压力的总体产生的造斜 效果大于导向力单独产生的造斜效果。因此可以以导向集中力产生的造斜力单独分析。假 设导向集中力为15KN，井壁对钻头的侧向力到支点的力臂为350mm，导向力到支点的力臂 为1050mm，那么根据杠杆平衡井壁对钻头的侧向力为45KN，即钻头产生的造斜力为45KN， 而且导向力产生的造斜力不随井斜角、造斜率的增加而改变。且在钻压在导向集中力方向 的分力、导向集中力、钻杆自身重力、钻井液压力的共同作用下造斜力是大于这个数值的。
[0046] 下面是西安石油大学在参数设置较为合理情况下分析出的现有技术中无万向联 轴机构的旋转导向钻井工具产生的造斜力结果。
[0047] 表1同一条件下井斜角、导向集中力与钻头造斜力之间的关系
[0048]
【主权项】
1. 一种用于旋转导向钻井工具的万向联轴机构，其特征在于，包括：多根钻杆、十字套 筒以及紧固块；其中 所述钻杆端部凸设有圆柱体，所述十字套筒的端部设有与该圆柱体配套的槽口，所述 钻杆端部套设于所述十字套筒内，且所述钻杆端部的圆柱体嵌入于所述十字套筒端部的槽 口内，所述紧固块固接于与槽口对应的十字套筒边缘，所述多根钻杆之间通过所述十字套 筒依次套接起来。
2. 根据权利要求1所述的用于旋转导向钻井工具的万向联轴机构，其特征在于，所述 圆柱体为沿所述钻杆的径向成180度角的两个圆柱体。
3. 根据权利要求2所述的用于旋转导向钻井工具的万向联轴机构，其特征在于，所述 十字套筒两端分别设有两个槽口，其一端的两个槽口的中心连线与另一端的两个槽口的中 心连线相互垂直。
4. 根据权利要求1所述的用于旋转导向钻井工具的万向联轴机构，其特征在于，所述 十字套筒沿其端部边缘一周设有环形槽，所述紧固块设于该环形槽内。
5. 根据权利要求4所述的用于旋转导向钻井工具的万向联轴机构，其特征在于，所述 环形槽内和所述紧固块上设有固定孔。
6. 根据权利要求1所述的用于旋转导向钻井工具的万向联轴机构，其特征在于，所述 钻杆端部设有锥度以形成锥面，沿着该锥面一周设有环形槽，该环形槽内设有密封垫圈。
7. 根据权利要求6所述的用于旋转导向钻井工具的万向联轴机构，其特征在于，所述 十字套筒的内部设有与所述钻杆端部的锥面相对应的锥面。
8. 根据权利要求1所述的用于旋转导向钻井工具的万向联轴机构，其特征在于，所述 的钻杆为3根，该3根钻杆通过两个十字套筒依次套接起来。
【专利摘要】本实用新型有关于一种用于旋转导向钻井工具的万向联轴机构，包括：多根钻杆、十字套筒以及紧固块；其中钻杆端部凸设有圆柱体，十字套筒的端部设有与该圆柱体配套的槽口，钻杆端部套设于十字套筒内，且钻杆端部的圆柱体嵌入于十字套筒端部的槽口内，紧固块固接于与槽口对应的十字套筒边缘，多根钻杆之间通过十字套筒依次套接起来。本实用新型的万向联轴机构能够增加造斜力，使造斜率达到实用化效果；同时简化、降阶井下控制系统，降低井下系统控制难度，增加井下控制系统工作能力。
【IPC分类】E21B7-08, E21B17-04
【公开号】CN204311973
【申请号】CN201420590085
【发明人】董书朋
【申请人】洛阳市申甲机械设备有限公司
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2014年10月13日