[發明專利]主動式鉆頭導向器

有效

• 申請號: 201310215476.2
• 申請日: 2013-06-03
• 公開（公告）號: CN103256006A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發明（設計）人: 欒振輝
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: E21B7/04
• 分類號: E21B7/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種鉆頭導向器，具體地說是一種鉆井用的主動式鉆頭導向器。

背景技術

在鉆頭鉆井過程中，為了防止鉆頭偏斜，保證井筒的垂直度，必須在鉆頭上方大約（1.2～1.5）D處安裝鉆頭導向器（其中D為鉆頭直徑）。由于導向器必須隨鉆頭連續下移，因此，導向器不能支撐在井壁上，通常，導向器的直徑控制在小于鉆頭直徑80～100mm范圍內。現有的導向器有兩種結構形式，均為整體式結構。第一種是隨鉆頭一起轉動的導向器，稱為旋轉式鉆頭導向器，適用于小直徑鉆井，其結構如圖1和圖2所示，主要由導向母體1、支撐臂2、導向圍裙3和導向板4組成。該導向器隨鉆頭一起轉動，隨著鉆井直徑加大，導向器外圍速度很大，導向板磨損嚴重，通常兩個月就要更換，而更換一次需要至少兩天時間，嚴重影響工期。第二種是不隨鉆頭轉動的導向器，稱為浮動式鉆頭導向器，適用于大直徑鉆井，其結構如圖3和圖4所示，主要由導向體6、軸承5、上座圈7、下座圈10、固定臂8、加長臂9和導向板4等組成。該導向器中裝有軸承，因此，理論上說，導向器不隨鉆頭轉動（只有導向體7隨鉆頭一起轉動），但實際上，由于導向器直徑小于鉆頭直徑，導向器與井壁并不接觸，而是處于浮動狀態。

不論是旋轉式鉆頭導向器還是浮動式鉆頭導向器，由于其不與井壁接觸，致使鉆頭擺動不定，因此其防偏斜能力有限，隨著鉆井直徑和鉆井深度不斷加大，導向器的防偏斜能力越來越差，尤其是超大直徑鉆井，井筒垂直度控制非常困難。而當井筒垂直度超標時，為了保證井筒凈直徑的要求，必須進一步加大鉆井直徑，這將會額外加大鉆井工程量，加大壁后充填量，進而造成極大的浪費，并且延誤工期。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服上述現有技術存在的缺陷，提供一種主動式鉆頭導向器，在鉆井過程中，該主動式鉆頭導向器始終支撐在井壁上，從而減小鉆頭的擺動，提高井筒的垂直度。

本發明解決其技術問題所采取的技術方案是：在導向體上安裝軸承，軸承外側安裝外座圈，外座圈下部外側安裝滑套，滑套可以在外座圈上滑動；外座圈上部外側安裝上導向架；滑套外側安裝下導向架；上導向架中有滑槽，滑槽中安裝上滑板，上滑板外端焊有上導向板，上滑板外伸帶動上導向板支撐在井壁上；下導向架中有滑槽，滑槽中安裝下滑板，下滑板外端焊有下導向板，下滑板外伸帶動下導向板支撐在井壁上；上導向架與下導向架之間安裝升降液壓缸；本發明工作時，上導向架撐緊在井壁上，下導向架在升降液壓缸作用下向下移動，然后下導向架撐緊在井壁上，上導向架在升降液壓缸作用下向下移動，從而使整個導向器隨鉆頭不斷下移。

優選地，外座圈上部外側沿圓周均勻分布6個上導向架，上導向架與外座圈焊接在一起。

優選地，滑套外側沿圓周均勻分布6個下導向架，下導向架與滑套焊接在一起。

優選地，上導向架與下導向架的焊接位置一致。

優選地，上導向架中滑槽的形狀為倒“T”字型，滑槽中安裝上液壓缸，液壓缸一端與上導向架鉸接，另一端與上滑板鉸接，活塞桿伸縮帶動上滑板在滑槽中滑動。

優選地，下導向架中滑槽的形狀為倒“T”字型，滑槽中安裝下液壓缸，液壓缸一端與下導向架鉸接，另一端與下滑板鉸接，活塞桿伸縮帶動下滑板在滑槽中滑動。

優選地，為了防止上導向架與下導向架發生錯位，滑套與外座圈花鍵連接，進一步地，為了方便花鍵加工，滑套與外座圈采用四齒花鍵連接。

優選地，上滑板為框形結構，上液壓缸安裝在上滑板中間；下滑板也為框形結構，下液壓缸安裝在下滑板中間。

下面說明本發明的工作過程，假設開始狀態為上液壓缸活塞桿伸出帶動上導向板支撐在井壁上，下液壓缸縮回，升降液壓缸縮回：步驟一，升降液壓缸活塞腔進液，活塞桿伸出，帶動下導向架向下移動，至活塞桿全部伸出；步驟二，下液壓缸活塞腔進液，活塞桿伸出，帶動下滑板和下導向板外伸撐緊在井壁上；步驟三，上液壓缸活塞桿腔進液，活塞桿縮回，帶動上滑板和上導向板一起縮回脫離井壁；步驟四，升降液壓缸活塞腔與活塞桿腔串接并接油箱，活塞處于浮動狀態，上導向架隨鉆頭緩慢下移，帶動升降液壓缸活塞桿緩慢縮回，至活塞桿全部縮回為止；步驟五，上液壓缸活塞腔進液，活塞桿伸出，推動上滑板和上導向板外伸撐緊在井壁上；步驟六，下液壓缸活塞桿腔進液，活塞桿縮回，帶動下滑板和下導向板一起縮回脫離井壁，回到初始狀態，開始下一個循環。

在上述工作過程中，起主要支撐作用的是下液壓缸，按正常鉆進速度計算，其在一個工作循環中至少支撐在井壁上達10h左右，而上液壓缸支撐在井壁上的時間不超過1min。