[发明专利]利用螺杆凸轮实现垂直钻井的机械式井下工具

说明书

本发明提供了一种利用螺杆凸轮实现垂直钻井的机械式井下工具，由马达总成、万向轴总成和纠斜总成组成。所述马达总成前端连接万向轴总成，万向轴总成前端连接纠斜总成，钻进过程中，当井斜发生时，偏重套管较重一侧在重力作用下自动旋转到井眼低边，带动连杆座旋转，使连杆a和连杆b始终位于井眼高边，通过马达总成将液体能量转化为旋转的机械能，带动中心管旋转，滚轮座随中心管同步转动使凸轮上下往复运动，从而带动连杆a和连杆b连续推向井壁，产生一个周期性的反作用力来纠正井斜，实现正常钻进。本发明的利用螺杆凸轮实现垂直钻井的机械式井下工具可以有效纠正井斜，保证垂直钻进的精度，从而提高钻井效率与井眼轨迹质量，节约生产成本。

技术领域

本发明是关于一种用于石油钻井的井下工具，尤其涉及一种利用螺杆凸轮实现垂直钻井的机械式井下工具。

背景技术

直井段的防斜打直、打快对于提高深井、超深井及各种复杂结构井的机械钻速、保证井下安全具有重要的作用，而随着深井、超深井的不断增多，垂直钻井技术得到了快速的发展和应用。近年来，随着导向钻井技术的快速发展与应用，垂直钻井技术在传统的防斜打快理论和技术基础上也取得了较大进展。

导向钻具防斜打快技术，可以做到开转盘钻直井（稳斜）和定向纠斜。导向钻具是带有单弯或双弯壳体及稳定器的井下动力钻具组合。当转盘转速较小时，钻头的实际转速为螺杆钻具输出转速与转盘转速之和，这时可钻出稳斜井段；一旦发生井斜需要纠斜时，可以定向方式进行作业。反钟摆钻具组合防斜打快技术，偏轴钻具因其机理所限，主要是一种稳斜工具，降斜特性是第二位的，另外它要达到预期变形要求有足够的变形空间，因此在小井眼中其防斜特性大大下降。在这样一种技术需求下，反钟摆钻具组合防斜技术应运而生，它一方面表现出足够强的降斜能力；另一方面在小井眼中应用仍有很好的降斜效果。预弯曲动力学防斜打快技术，在井眼中的动力学行为产生较大的降斜力，同时消除由于钻头指向不均匀造成的增斜力，从而达到防斜打快的目的，初步试验证明了这种技术的有效性，现场也急需这种技术。但是这些防斜打快技术都有其局限性，它们应用的条件很单一，无法做到普遍应用，在一些地形严苛的环境下，效果也不理想。

发明内容

为解决背景技术中所述的在竖直井钻井作业过程中由于地层因素及技术原因造成的井斜情况，从而导致钻井效率低下、钻井成本高、钻井周期过长的问题， 本发明提供了一种利用螺杆凸轮实现垂直钻井的机械式井下工具。

本发明的技术方案是：利用螺杆凸轮实现垂直钻井的机械式井下工具由马达总成、万向轴总成、纠斜总成组成，马达总成前端连接万向轴总成，万向轴总成前端连接纠斜总成；所述马达总成包括上接头、防掉锁母、防掉连杆、定子壳体、橡胶衬套和螺杆转子，上接头通过螺纹与定子壳体连接，防掉连杆后端连接防掉锁母，前端连接螺杆转子，橡胶衬套安装在定子壳体内部组成螺杆定子，螺杆转子和螺杆定子相互齿合；所述的万向轴总成包括活绞、球座、传动球、承压球、密封圈a、锁紧套、密封套、万向轴连杆、万向轴壳体、水帽和传动轴，球座安装在活绞内部，承压球安放在球座上，传动球安放在万向轴连杆端部凹槽，利用锁紧套将万向轴连杆和活绞配合，并利用密封圈a和密封套密封活绞内部，万向轴连杆两端安装结构相同，万向轴壳体后端连接定子壳体，水帽后端连接活绞，前端连接传动轴；所述纠斜总成包括密封环、中心管、密封圈b、轴承a、滚轮座、滚轮、螺钉a、偏重套管、凸轮、凸轮盖外环、螺钉b、凸轮盖内环、弹簧、弹簧座、销钉a、销钉b、连杆座、球铰、连杆a、滚筒、圆柱销、铰链销、连杆b、轴承b、套筒、轴承c和下接头，滚轮通过螺钉a安装在滚轮座上，将球铰通过凸轮盖外环、螺钉b以及凸轮盖内环安装于凸轮底部，将连杆座固定在轴承b上，从上到下依次将轴承a、滚轮座、凸轮、弹簧、弹簧座、轴承b、套筒和轴承c安装在中心管上，滚轮座依靠螺纹固定于中心管上，弹簧座依靠销钉b固定于中心管上，将滚筒通过圆柱销安装在连杆b右端，利用铰链销将连杆a与连杆b相连，再将连杆a与球铰下端连接，连杆b与连杆底座连接，预先将密封环和密封圈b安装到偏重套管上，再将偏重套管套装在轴承a和轴承c上，利用销钉a将连杆座固定在偏重套管上，中心管后端与传动轴螺纹连接，前端与下接头螺纹连接。