[发明专利]一种旋转导向钻井工具的翼肋驱动机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种石油钻井工具的机构及设计方法，特别是关于一种旋转导向钻井工具的翼肋驱动机构。 

背景技术

旋转导向钻井技术在钻大位移井、分支井时具有独特的优越性。旋转导向钻井技术是20世纪90年代发展起来的以旋转导向钻井工具为核心的钻井新技术，可以有效的弥补滑动式导向钻井工具的不足。偏心执行机构是旋转导向钻井系统的核心部件之一，它是旋转导向钻井工具为安装在钻头上方的可控偏心器的井下部分主体。通常导向单元有三个独立调控的翼肋，在液压驱动机构的推靠力作用下可径向伸出翼肋，使翼肋贴紧井壁且不随钻头旋转，可作为钻头的导向控制基准。 

旋转导向钻井工具调整井眼井斜和方位的关键之一，是靠三个翼肋的径向不均匀伸出，在底部钻柱组合中形成了一个类似的结构弯角，由此从井壁向钻具及钻头提供了一个侧向支反力即翼肋贴井壁力形成的偏心矢量，迫使钻头按照设定的方向钻进。由此可知，在旋转导向钻井工具中，翼肋的液压驱动机构十分重要。 

目前旋转导向钻井工具的翼肋斜面机构，通过经验选取倾斜角为18°～20°，从而得到的推靠力为液压驱动机构的液缸驱动力的1～3倍。由于通常的旋转导向钻井工具所能提供的液缸驱动力只有200～300kg，因此翼肋所能得到的推靠力只有600～700kg左右。根据石油钻井中旋转导向钻井工具的实际工况来看，这种程度的推靠力难以克服井壁对翼肋的反作用力，使翼肋顺利径向伸出。 

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种可使旋转导向钻井工具获得足够推靠力的旋转导向钻井工具的翼肋驱动机构。 

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种旋转导向钻井工具的翼肋驱动机构，其特征在于：它包括三个翼肋驱动机构，所述翼肋翼肋驱动机构包括液缸、翼肋和小车滚轮；所述液缸的活塞连接所述小车滚轮的轴，所述翼肋的固定端绞支固定在所述活塞上，另一端为自由端；所述自由端通过斜面与所述小车滚轮相切。 

所述斜面的倾斜角α设计方法为：1)根据所述液缸的驱动力P、所述斜面的倾斜角α和所述小车滚轮的摩擦系数f，得到翼肋贴井壁力S

S=(1-ftanα)1+f2tanαP]]>

和所述小车滚轮的行程x＝y/tgα，其中距离y为已知；2)对所述翼肋贴井壁力S和小车滚轮的行程x进行优化，得到最佳的倾斜角α，完成设计。 

所述距离y通过由小车滚轮直径和所述翼肋确定。 

所述翼肋驱动机构对称地设置在旋转导向钻井工具底部钻柱的非旋转外套上面。 

所述斜面的倾斜角α为13度。 

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明通过分析旋转导向钻井工具中翼肋驱动机构的翼肋受力情况，根据力学原理得出翼肋贴井壁力S和液缸驱动力P的比值，以及小车滚轮的行程，因此可通过优化计算得到在相同的液缸驱动力P下，尽可能大的翼肋贴井壁力S。2、本发明将翼肋贴井壁力S和小车滚轮的行程的分析结果用于旋转导向钻井工具的设计中，在翼肋贴井壁力S和小车滚轮的行程中进行权衡考虑，得到翼肋斜面倾斜角最优的设计结果。本发明的倾斜角分析方法和翼肋驱动机构可用于各种旋转导向工具支撑翼肋机构设计及分析。 

附图说明

图1是本发明的翼肋驱动机构的结构示意图 

图2是本发明的翼肋驱动机构的受力分析示意图

图3是本发明的翼肋受力分析示意图 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的进行详细的描述。