[发明专利]主动式钻头导向器

说明书

技术领域

本发明涉及一种钻头导向器，具体地说是一种钻井用的主动式钻头导向器。

背景技术

在钻头钻井过程中，为了防止钻头偏斜，保证井筒的垂直度，必须在钻头上方大约（1.2～1.5）D处安装钻头导向器（其中D为钻头直径）。由于导向器必须随钻头连续下移，因此，导向器不能支撑在井壁上，通常，导向器的直径控制在小于钻头直径80～100mm范围内。现有的导向器有两种结构形式，均为整体式结构。第一种是随钻头一起转动的导向器，称为旋转式钻头导向器，适用于小直径钻井，其结构如图1和图2所示，主要由导向母体1、支撑臂2、导向围裙3和导向板4组成。该导向器随钻头一起转动，随着钻井直径加大，导向器外围速度很大，导向板磨损严重，通常两个月就要更换，而更换一次需要至少两天时间，严重影响工期。第二种是不随钻头转动的导向器，称为浮动式钻头导向器，适用于大直径钻井，其结构如图3和图4所示，主要由导向体6、轴承5、上座圈7、下座圈10、固定臂8、加长臂9和导向板4等组成。该导向器中装有轴承，因此，理论上说，导向器不随钻头转动（只有导向体7随钻头一起转动），但实际上，由于导向器直径小于钻头直径，导向器与井壁并不接触，而是处于浮动状态。

不论是旋转式钻头导向器还是浮动式钻头导向器，由于其不与井壁接触，致使钻头摆动不定，因此其防偏斜能力有限，随着钻井直径和钻井深度不断加大，导向器的防偏斜能力越来越差，尤其是超大直径钻井，井筒垂直度控制非常困难。而当井筒垂直度超标时，为了保证井筒净直径的要求，必须进一步加大钻井直径，这将会额外加大钻井工程量，加大壁后充填量，进而造成极大的浪费，并且延误工期。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种主动式钻头导向器，在钻井过程中，该主动式钻头导向器始终支撑在井壁上，从而减小钻头的摆动，提高井筒的垂直度。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：在导向体上安装轴承，轴承外侧安装外座圈，外座圈下部外侧安装滑套，滑套可以在外座圈上滑动；外座圈上部外侧安装上导向架；滑套外侧安装下导向架；上导向架中有滑槽，滑槽中安装上滑板，上滑板外端焊有上导向板，上滑板外伸带动上导向板支撑在井壁上；下导向架中有滑槽，滑槽中安装下滑板，下滑板外端焊有下导向板，下滑板外伸带动下导向板支撑在井壁上；上导向架与下导向架之间安装升降液压缸；本发明工作时，上导向架撑紧在井壁上，下导向架在升降液压缸作用下向下移动，然后下导向架撑紧在井壁上，上导向架在升降液压缸作用下向下移动，从而使整个导向器随钻头不断下移。

优选地，外座圈上部外侧沿圆周均匀分布6个上导向架，上导向架与外座圈焊接在一起。

优选地，滑套外侧沿圆周均匀分布6个下导向架，下导向架与滑套焊接在一起。

优选地，上导向架与下导向架的焊接位置一致。

优选地，上导向架中滑槽的形状为倒“T”字型，滑槽中安装上液压缸，液压缸一端与上导向架铰接，另一端与上滑板铰接，活塞杆伸缩带动上滑板在滑槽中滑动。

优选地，下导向架中滑槽的形状为倒“T”字型，滑槽中安装下液压缸，液压缸一端与下导向架铰接，另一端与下滑板铰接，活塞杆伸缩带动下滑板在滑槽中滑动。

优选地，为了防止上导向架与下导向架发生错位，滑套与外座圈花键连接，进一步地，为了方便花键加工，滑套与外座圈采用四齿花键连接。

优选地，上滑板为框形结构，上液压缸安装在上滑板中间；下滑板也为框形结构，下液压缸安装在下滑板中间。

下面说明本发明的工作过程，假设开始状态为上液压缸活塞杆伸出带动上导向板支撑在井壁上，下液压缸缩回，升降液压缸缩回：步骤一，升降液压缸活塞腔进液，活塞杆伸出，带动下导向架向下移动，至活塞杆全部伸出；步骤二，下液压缸活塞腔进液，活塞杆伸出，带动下滑板和下导向板外伸撑紧在井壁上；步骤三，上液压缸活塞杆腔进液，活塞杆缩回，带动上滑板和上导向板一起缩回脱离井壁；步骤四，升降液压缸活塞腔与活塞杆腔串接并接油箱，活塞处于浮动状态，上导向架随钻头缓慢下移，带动升降液压缸活塞杆缓慢缩回，至活塞杆全部缩回为止；步骤五，上液压缸活塞腔进液，活塞杆伸出，推动上滑板和上导向板外伸撑紧在井壁上；步骤六，下液压缸活塞杆腔进液，活塞杆缩回，带动下滑板和下导向板一起缩回脱离井壁，回到初始状态，开始下一个循环。

在上述工作过程中，起主要支撑作用的是下液压缸，按正常钻进速度计算，其在一个工作循环中至少支撑在井壁上达10h左右，而上液压缸支撑在井壁上的时间不超过1min。