一种指向式旋转导向钻井工具的制作方法

本申请涉及油田生产设备，尤其涉及一种指向式旋转导向钻井工具。

背景技术：

1、井下旋转导向钻井工具系统根据其导向方式划分为推靠式和指向式，从应用情况看，指向式旋转导向钻井系统的造斜能力不依赖于和井壁的接触，更加适用于大井径或大肚子井眼、软地层、极软底层和夹层等的裸眼悬空侧钻，使得钻进狗腿度和侧向钻井造斜能力大为提高，有助于将井眼控制在油藏的最佳位置，提高井身质量，保证井下安全。

2、相关技术中，指向式旋转导向钻井工具通过偏心轮转动带动导向芯轴弯曲来实现导向，导致导向芯轴需承受高强度的交变应力，容易发生疲劳损坏。

技术实现思路

1、本申请的主要目的在于提供一种指向式旋转导向钻井工具，旨在解决偏心轮转动带动导向芯轴弯曲来实现导向，导致导向芯轴需承受高强度的交变应力，容易发生疲劳损坏的问题。

2、为实现上述目的，本申请提供一种指向式旋转导向钻井工具，包括外套、转动组件、连接轴、转动部、第一驱动组件、传动组件、第二驱动组件和第三驱动组件；其中，连接轴的一端位于外套外且连接有钻头，另一端位于外套内；转动组件设置于外套内且套设于连接轴的外周，连接轴具有绕自身轴向转动的自由度；转动部转动连接于外套内，转动部位于连接轴远离钻头的一端，转动部响应于第一驱动力绕外套的轴向转动；第一驱动组件设置于外套内，第一驱动组件连接于转动部背离连接轴的一侧，第一驱动组件为转动部提供第一驱动力；传动组件连接于连接轴远离钻头的一端，传动组件响应于第二驱动力驱动连接轴绕自身轴向转动，且响应于第三驱动力沿外套的径向移动，传动组件带动连接轴绕转动组件的中心点转动，以改变连接轴的轴向；第二驱动组件连接转动部与传动组件，第二驱动组件为传动组件提供第二驱动力；第三驱动组件连接转动部与传动组件，第三驱动组件为传动组件提供第三驱动力。

3、可选的，转动组件包括第一转轴、外环、第二转轴和轴承，其中，第一转轴轴向与外套的径向相同，且一端与外套转动连接，第一转轴具有绕自身轴向转动的自由度；外环外周与第一转轴远离外套的一端固定；第二转轴轴向与外环的径向相同，且一端转动连接于外环的内周，第二转轴具有绕自身轴向转动的自由度，第二转轴的轴向与第一转轴的轴向垂直；轴承外周与第二转轴远离外环的一端固定，轴承套接于连接轴的外周。

4、可选的，第一驱动组件包括第一驱动电机、主动齿轮和从动齿轮，其中，第一驱动电机与外套固定，第一驱动电机的输出轴轴向与外套的轴向平行；主动齿轮套接于第一驱动电机的输出轴外周；从动齿轮固定于转动部背离连接轴的一侧，从动齿轮的轴向与外套的轴向相同，从动齿轮与主动齿轮啮合。

5、可选的，转动部面向连接轴的一侧设置有第一凹槽；传动组件包括丝杠、传动部、第一万向联轴器和第二万向联轴器，其中，丝杠转动连接于第一凹槽内，丝杠的轴向与外套的径向相同，丝杠具有绕自身轴向转动的自由度；传动部套接于丝杠的外周；第一万向联轴器连接于第二驱动组件与传动部之间；第二万向联轴器连接于传动部与连接轴之间；其中，第二驱动组件带动第一万向联轴器转动，并通过传动部带动第二万向联轴器转动。

6、可选的，第一万向联轴器包括两个第一万向节和第一伸缩杆，其中，两个第一万向节分别与传动部与第二驱动组件连接；第一伸缩杆连接于两个第一万向节之间，第一伸缩杆具有沿自身轴向伸缩的自由度。

7、可选的，第二万向联轴器包括第二万向节和第二伸缩杆，其中，第二万向节与传动部和连接轴两者中的一者连接；第二伸缩杆连接于传动部和连接轴两者中的另一者与第二万向节之间，第二伸缩杆具有沿自身轴向伸缩的自由度。

8、可选的，传动部包括移动柱、主动锥轮、从动锥轮和传动锥轮，其中，移动柱套接于丝杠的外周，移动柱的轴向与外套的轴向平行；主动锥轮转动连接于移动柱靠近第一万向节的一端，主动锥轮和与其相邻的第一万向节连接，主动锥轮具有绕移动柱的轴向转动的自由度；从动锥轮转动连接于移动柱靠近连接轴的一端，从动锥轮和与其相邻的第二万向节或第二伸缩杆连接，从动锥轮具有绕移动柱的轴向转动的自由度；传动锥轮转动连接于移动柱的外周，传动锥轮具有绕移动柱的径向转动的自由度，传动锥轮同时啮合主动锥轮与从动锥轮。

9、可选的，转动部的侧壁内设置有空腔，丝杠的一端沿其轴向延伸入空腔；第三驱动组件包括第三驱动电机、第三主动锥轮和第三从动锥轮，其中，第三驱动电机固定于空腔内，第三驱动电机的输出轴轴向与外套的轴向平行；第三主动锥轮套接于第三驱动电机的外周；第三从动锥轮套接于丝杠的外周，第三从动锥轮位于空腔内，第三从动锥轮与第三主动锥轮啮合。

10、可选的，第一转轴与第二转轴均有两个，两个第一转轴在外环上正对设置，两个第二转轴在轴承上正对设置。

11、可选的，外套上设置有流道，流道具有两个出口，连接轴内具有连通腔，连接轴上设置有进液口；指向式旋转导向钻井工具还包括两个分隔环和流通管，其中，两个分隔环均套接于连接轴的外周且与连接轴转动连接，两个分隔环沿外套的轴向间隔设置，两个分隔环的外周与外套的内周贴合，流道的一个出口与进液口均位于两个分隔环之间；流通管固定于外套内，流通管位于从动齿轮背离转动部的一侧，流通管连通流道的另一个出口；其中，分隔环位柔性材料。

12、本申请实施例提出的一种指向式旋转导向钻井工具，第二驱动组件通过传动组件驱动连接轴绕自身轴向转动，从而带动钻头绕连接轴的轴向转动以正常工作；钻井工具前进未导向时，连接轴的轴向与外套的轴向相同，钻井工具需要导向时，通过第三驱动组件驱动传动组件沿外套的径向移动，从而带动连接轴与传动组件连接的一端移动，连接轴绕着转动组件转动，从而使连接轴的轴向发生改变，不再与所述外套的轴向重合，即改变连接轴的轴向相对于外套的轴向的倾斜角度，从而带动钻头变向前进；进一步可以通过第一驱动组件驱动转动部绕外套的轴向转动，从而带动第二驱动组件、第三驱动组件、传动组件以及连接轴绕外套的轴向转动，在连接轴相对于外套倾斜的情况下绕外套的轴向转动会使钻头在钻进方向上产生一个锥形的运动范围，通过控制第一驱动组件与第三驱动组件工作与否来控制钻头在锥形范围内的位置，从而实现精确导向；首先，本申请无需偏心轮转动带动导向芯轴弯曲来实现导向，不存在导向芯轴需承受高强度的交变应力，容易发生疲劳损坏的问题，其次，本申请通过控制第二驱动组件来调节连接轴的倾斜角度，通过控制第三驱动组件来调节来钻头在锥形范围内停留的位置，从而使钻井工具精确导向。

技术特征：

1.一种指向式旋转导向钻井工具，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的指向式旋转导向钻井工具，其特征在于，所述转动组件(2)包括：

3.如权利要求1所述的指向式旋转导向钻井工具，其特征在于，所述第一驱动组件(5)包括：

4.如权利要求1所述的指向式旋转导向钻井工具，其特征在于，所述转动部(4)面向所述连接轴(3)的一侧设置有第一凹槽(41)；所述传动组件(6)包括：

5.如权利要求4所述的指向式旋转导向钻井工具，其特征在于，所述第一万向联轴器(63)包括：

6.如权利要求5所述的指向式旋转导向钻井工具，其特征在于，所述第二万向联轴器(64)包括：

7.如权利要求6所述的指向式旋转导向钻井工具，其特征在于，所述传动部(62)包括：

8.如权利要求4所述的指向式旋转导向钻井工具，其特征在于，所述转动部(4)的侧壁内设置有空腔，所述丝杠(61)的一端沿其轴向延伸入所述空腔；所述第三驱动组件(8)包括：

9.如权利要求2所述的指向式旋转导向钻井工具，其特征在于，所述第一转轴(21)与所述第二转轴(23)均有两个，两个所述第一转轴(21)在所述外环(22)上正对设置，两个所述第二转轴(23)在所述轴承(24)上正对设置。

10.如权利要求3所述的指向式旋转导向钻井工具，其特征在于，所述外套(1)上设置有流道(11)，所述流道(11)具有两个出口，所述连接轴(3)内具有连通腔，所述连接轴(3)上设置有进液口(31)；所述指向式旋转导向钻井工具还包括：

技术总结本申请公开了一种指向式旋转导向钻井工具，包括外套、转动组件、连接轴、转动部、第一驱动组件、传动组件、第二驱动组件和第三驱动组件；转动组件设置于外套内；连接轴一端连接有钻头，连接轴与转动组件连接；转动部转动连接于外套内，转动部响应于第一驱动力绕外套的轴向转动；第一驱动组件为转动部提供第一驱动力；传动组件连接于连接轴的一端，传动组件响应于第二驱动力驱动连接轴绕自身轴向转动，传动组件响应于第三驱动力沿外套的径向移动；第二驱动组件为传动组件提供第二驱动力；第三驱动组件为传动组件提供第三驱动力。本申请不存在导向芯容易发生疲劳损坏的问题，且可使钻井工具精确导向。技术研发人员：宋波,何清山受保护的技术使用者：成都希能能源科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/26