[发明专利]一种机械式自动垂直钻具

说明书

技术领域

本发明涉及一种钻探工艺用的钻具。

背景技术

随着钻探工艺的发展，各种高垂直度要求的钻孔越来越多，而在 钻进过程中，由于钻进地层的复杂性和钻探机械、钻探工艺的自身原 因，钻孔弯曲几乎是不可避免的。

我国在深孔和石油深井的垂钻过程中主要采用满眼钻具和钟摆 钻具被动防斜，但在复杂地层下，这两套方法很难达到既快又省的钻 出高垂直度钻孔的目标。

中国石油勘探开发研究院钻井所设立了“自动垂直钻井工具的设 计和自动控制方法的研究”专项，设计了一种井下闭环自动垂直钻井 工具，该自动垂直钻井工具包含井下微处理器、井斜角测量传感器及 井下可控稳定器等，可控稳定器主要是由四个可独立伸缩的导向块所 组成。该系统中液压系统基本能保证纠斜的工作压力要求，但密封性 能不良。在这套液压系统中，目前是利用控制阀的位移来控制压力 的，由于空间和散热条件的限制，阀心的位移量较小，影响了高端压 力的输出稳定性；电磁压力比例控制阀对油的清洁度要求较高，液压 油的污染物影响了阀的性能。

由山东煤炭地质局设立的“智能化自动垂直钻进系统”的研究方 案中由单片机、水平仪、推靠器组成，完成测斜及纠斜工作。推靠器 以90°相间分布，单片机管理八个电磁节流阀以控制四个液压推靠器 工作。该系统中高压油的密封性能不良，钻具的振动对重力加速度计 和水平仪的测量有很大影响。

中国地质调查局设立的重点项目“微机自动控向垂钻系统”主 要包括发电机，电子控制装置，测斜仪，液压系统和支撑活塞。通过 磁悬浮式加速度计测斜，将侧斜结果传给电子控制装置，从而控制液 压系统实现对支撑活塞的控制。该系统也存在高压油的密封问题，同 时钻具的振动和转动将会严重影响加速度计的井斜测量结果。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种能够保 证垂直度的要求，且结构简单，成本低，对复杂地层的适应性强，效 率高的机械式自动垂直钻具。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种机械式自动垂 直钻具，包括内管和外管，所述内管下部连接有钻头，所述内管和外 管之间通过轴承连接，在所述外管和内管之间设有偏心块和外管腔 体，在所述外管腔体内设有偏心环，以及滚柱或凸轮，所述滚柱或凸 轮位于偏心环内，所述偏心块通过轴承安装在外管上，所述滚柱或凸 轮一侧与偏心环接触，另一侧与不旋转外管型成的腔体内侧接触，所 述偏心块的空心部分与传动轴连接，所述传动轴通过轴承穿过所述滚 柱或凸轮内，所述外管在环绕偏心环的管壁上均匀设有开口，在每个 开口处安装有径向伸缩件。

所述的机械式自动垂直钻具，所述径向伸缩件所受孔壁作用力的 合力方向在滚柱或凸轮所在位置的径向方向上，与钻具倾斜方向的低 面方向相同。

所述的机械式自动垂直钻具，所述径向伸缩件为支撑爪或活塞。

所述的机械式自动垂直钻具，所述径向伸缩件为三个，呈120度 分部在所述外管腔体的横向截面上。

所述的机械式自动垂直钻具，所述滚柱为至少一个。

所述的机械式自动垂直钻具，连接所述内管和外管之间的轴承为 两组，一组设置在所述偏心块上部，另一组设置在所述外管腔体下部。