[发明专利]机械式自动垂直钻井工具

说明书

本发明属于石油钻井技术领域，具体涉及一种机械式自动垂直钻井工具。具体技术方案为：一种机械式自动垂直钻井工具，机械式自动垂直钻井工具两端分别与上部钻具和钻头可拆卸螺纹连接；机械式自动垂直钻井工具包括控制装置、执行机构和辅助部分；控制装置检测井身状态，井身发生倾斜时控制执行机构工作；执行机构在井身发生倾斜时推块伸出，推靠井壁，产生推靠钻头的径向力，实现纠斜、防斜；辅助部分传递钻井必须的钻压和扭矩，协助控制装置和执行机构实现功能；本发明为纯机械结构实现自动纠斜，在井下复杂多变的环境中不易失效，无需人为操作，简单、稳定可靠。

技术领域

本发明属于石油钻井技术领域，具体涉及一种机械式自动垂直钻井工具。

背景技术

在石油与天然气钻井过程中，随着钻探深度不断的加深，岩石硬度更高，岩层软硬分布更加不均匀，地层可钻性更差等环境因素会给油气钻采带来巨大麻烦。在竖直井钻井作业以及定向井的竖直井段钻井作业中，当遇到粗粒不均的坚硬岩层时会发生井眼偏差的情况，即产生井斜问题。由于地质深度的增加和钻井难度的加大，井眼角度和机械钻速对钻井效率的影响更加显著；现有的纠斜钻井系统都非常昂贵，并且由于存在电子设备，可靠性不高。

因此，如何实现高陡高斜地层的防斜快打，是本领域渴望解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种通过纯机械式结构、自动控制打竖直井的机械式自动垂直钻井工具。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种机械式自动垂直钻井工具，所述机械式自动垂直钻井工具两端分别与上部钻具和钻头可拆卸螺纹连接，所述机械式自动垂直钻井工具包括测试短节、控制装置、执行机构和辅助部分；

所述测试短节同时作为机械式自动垂直钻井工具的上接头，内部与芯轴通过螺纹连接；所述测试短节具有测试方位角、工具面角、井斜角等功能，同时能将测试到的相关数据传到地面；

所述控制装置包括位于上壳体内部的偏心块开关，以及限制偏心块开关轴向运动和径向运动的平面轴承和扶正轴承；所述控制装置在井身倾斜时，能够自动检测并控制执行机构工作；

所述执行机构包括与母体间隙配合的推块A和推块B，装配在推块A上与推块B的槽道配合的推块螺钉，以及允许单向导通的喷嘴；所述执行机构在井身倾斜时，能产生推靠钻头的径向力，实现纠斜；

所述辅助部分包括与钻头可拆卸连接的下接头，承受控制装置以及执行部分轴向力的串轴承，以及承受径向力的TC轴承等。

优选的，所述偏心块开关由平面轴承和扶正轴承支撑在上壳体内，能相对于芯轴和上壳体自由转动；所述偏心块开关分偏心块和开关两段。

优选的，所述偏心块段相对于偏心块开关的中心线，一侧为完整的圆柱筒，另一侧去除，两侧不对称；偏心块段上端和下端分别设计有装配扶正轴承和平面轴承的台阶；所述开关段在偏心块段完整圆柱筒的对边开有100°的孔c和孔d，在孔c和孔d周围，开关段外圆柱面上设计有装配密封圈的凹槽。

优选的，所述推块A和推块B为“匚”形结构，推块A内部一段与母体间隙配合，另一段与推块B外部间隙配合，推块B内部与母体间隙配合；所述推块A和推块B上设计有单向喷嘴。

优选的，所述推块A上有六颗推块螺钉，推块B上对应、配套设置有六条槽道，推块螺钉和槽道配合限制推块A和推块B的径向伸缩行程。

优选的，所述推块A和推块B在母体轴向上相互垂直的分布两层，分别对应四个错开90°的方向。

优选的，所述单向喷嘴通过喷嘴外壳外部的螺纹与推块A或者推块B连接；喷嘴外壳内部一段为螺纹，与喷嘴内挡板对应、配套设置，另一段为内花键槽，最小内径为喷嘴阀芯的外径；所述喷嘴内挡板外部为螺纹，中间开小于喷嘴阀芯外径的内六角通孔；所述单向喷嘴只允许流体流出空腔，限制流体流入空腔。