[發明專利]一種井內主動變向與定向機構

在審

• 申請號: 202010987888.8
• 申請日: 2020-09-18
• 公開（公告）號: CN112096290A
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 高科;張聰;謝曉波
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: E21B7/04
• 分類號: E21B7/04;E21B7/06;E21B17/02;E21B17/20
• 代理公司: 安徽濰達知識產權代理事務所(普通合伙) 34166
• 代理人: 李英姿

一種井內主動變向與定向機構，屬于定向鉆進技術領域，包括定向組件和主動變向組件，通過控制變向調角電機驅動調角電機上接頭進行對主動變向組件的定向功能，由于變向調角電機為伺服電機，可實現機構同軸360°旋轉；通過控制變向電機驅動變向接頭的回轉實現變向筋的位置變化，對稱分布的兩根變向筋對變向球頭上限位不同的拉力使變向球頭上限位及下部連接的鉆頭部分實現方位角的精確變化；本發明可實現自行走自變向導向鉆進系統在鉆進過程中能通過地面控制系統實現精確導向，給定向鉆進技術的發展提供了新的思路和方向，極具創新意義且意義十分重大，應用性前景極廣。

技術領域

本發明屬于定向鉆進技術領域，特別涉及一種適配于自行走自變向導向鉆進系統的井內主動變向與定向機構。

背景技術

井下扭矩自平衡有纜鉆具雖然能從根本上解決鉆柱回轉鉆進產生的反扭矩危害、改變鉆頭單向碎巖對圍巖的擾動強度，簡化地面鉆探裝備和配套的工具及工藝方法，實現井內事故少、鉆井成本低、能耗小和鉆進效率高等目的，但只能豎直自重加壓給進、無法自主加壓和無法定向鉆進。隨著目前超深大位移井、定向井、水平井、超薄油層水平井、多分枝井等復雜結構井越來越多，對鉆具主動變向能力的要求也越來越高。

目前國內外對于無鉆桿動力鉆具的定向功能研究較少，專利號：01130910.5，發明名稱為“反螺旋雙驅異形機器人”的技術方案可進行一定范圍角度的變向，但只能在舵機旋轉的平面進行變向，具有很大的局限性；武漢理工大學張英等人研究的水下仿生拱泥機器人采用油缸進行變向控制，雖然能控制環向油缸的位置實現精確導向，但是結構復雜，不適合小口徑的地質巖心鉆探。

綜上所述，亟需一種小口徑的、能實現井內鉆具精確導向的機構。

發明內容

本發明的目的是提供一種適配于自行走自變向導向鉆進系統的井內主動變向與定向機構，主要用于實現自行走自變向導向鉆進系統在鉆進過程中能根據地面操作人員的指令進行精確導向的目的。

本發明為實現上述目的采用的技術方案是：

一種井內主動變向與定向機構，由定向組件和主動變向組件構成，定向組件包括變向調角電機、調角電機上接頭、調角電機下接頭、調角電機軸保護推力軸承內限位、主動變向組件包括調角電機軸保護推力軸承、調角電機軸保護推力軸承外限位、變向電機、變向電機接頭、變向接頭、變向筋調節頭、變向筋、變向過渡接頭、同徑彈簧膠管、變向球頭、變向球頭上限位和變向球頭下限位；

所述變向調角電機有一中空通道，中空通道周圍有多個通孔，變向調角電機的轉子與調角電機上接頭固定配合；所述調角電機上接頭有一中空通道，中空通道周圍有多個通孔，在其外側壁有第一環形臺階和第二環形臺階，調角電機上接頭有細口端和粗口端，細口端與變向調角電機的轉子固定配合，粗口端與變向電機外殼固定配合；所述調角電機下接頭為一中空管件，上部內環形臺階與變向調角電機外殼固定配合，下部內環形臺階與調角電機軸保護推力軸承外圈過盈配合，下部外環形臺階與調角電機軸保護推力軸承外限位固定配合；所述調角電機軸保護推力軸承的內圈與調角電機上接頭的第一環形臺階過盈配合，外圈與調角電機下接頭的下部內環形臺階過盈配合；所述調角電機軸保護推力軸承內限位固定在調角電機上接頭的第一環形臺階上；所述調角電機軸保護推力軸承外限位固定在調角電機下接頭的下部外環形臺階上；所述變向電機的結構與變向調角電機相同，在此不再贅述，變向電機的外殼與調角電機上接頭的粗口端固定配合，轉子與變向接頭的細口端固定配合；所述變向電機接頭上部與變向電機外殼固定配合，中部有一通孔，內壁與變向接頭外壁在周向滑動接觸配合，中部通孔周圍對稱分布一對細通孔，在細通孔周向90°的位置對稱分布一對特殊通孔，該特殊通孔設置有孔內平臺和90°弧面頂；所述變向接頭上部細口端與變向電機的轉子固定配合，在其外側壁上設置有一不等高環形臺階，該不等高環形臺階包括：高位Ⅰ、高位Ⅰ低位Ⅰ過渡、低位Ⅰ、低位Ⅰ中位Ⅰ過渡、中位Ⅰ、中位Ⅰ低位Ⅱ過渡、低位Ⅱ、低位Ⅱ高位Ⅱ過渡、高位Ⅱ、高位Ⅱ中位Ⅱ過渡、中位Ⅱ和中位Ⅱ高位Ⅰ過渡；