一種微型電機(jī)驅(qū)動(dòng)下的小直徑靜態(tài)推靠垂直鉆井系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鉆井技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種微型電機(jī)驅(qū)動(dòng)下的小直徑靜態(tài)推靠垂直鉆井系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，鉆探工程作為資源和環(huán)境勘探的重要手段，其研究領(lǐng)域正從傳統(tǒng)的地表延伸到極地、海洋，以及地球深部、海洋底部。深部鉆探將是地球深部探測(cè)的重要手段，也是獲得地球深部實(shí)物的唯一方法，然而在深部鉆探過(guò)程中，如何保持井眼垂直是一大難題，井斜的問(wèn)題將直接制約鉆進(jìn)速度和鉆孔質(zhì)量，甚至是整個(gè)鉆探工程的成敗。像松科二井欲使井深達(dá)到6400米，隨著井深的不斷增加，井斜問(wèn)題將愈加突出，危害愈加嚴(yán)重。
[0003]許多鉆探工程如前蘇聯(lián)Kola超深井(設(shè)計(jì)終孔深度15000m、實(shí)際終孔深度12262m)和德國(guó)KTB主孔(設(shè)計(jì)終孔深度10000m、實(shí)際終孔深度9101m)因孔斜無(wú)法控制而被迫提前終孔。為了解決這一難題，國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了大量的理論分析和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，相繼提出了剛性滿眼鉆具、鐘擺組合鉆具、偏軸鉆具等防斜方法，但這些方法都是以犧牲鉆壓，降低機(jī)械鉆速來(lái)?yè)Q取防斜效果的被動(dòng)防斜方式，效果并不明顯，甚至有些地層完全達(dá)不到防斜糾斜的效果。尤其是在深孔及超深孔的鉆探施工中，被動(dòng)防斜方法成效有限，用于糾斜的施工時(shí)間所占比重還很大。
[0004]自動(dòng)垂直鉆井以及旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的出現(xiàn)，為防斜糾斜帶來(lái)了重大技術(shù)突破，是一種集機(jī)電液于一體化的井下智能閉環(huán)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)井下主動(dòng)防斜糾斜，不需要人為干預(yù)而自動(dòng)跟蹤預(yù)定的井眼軌跡，可以成功解決高陡構(gòu)造、大傾角復(fù)雜地層的防斜糾斜難題，在保證井眼質(zhì)量的同時(shí)，釋放鉆壓，提高機(jī)械鉆速。德國(guó)KTB工程主孔達(dá)到終孔深度的最重要的先決條件是成功的實(shí)施了垂直鉆進(jìn)戰(zhàn)略，研制的自動(dòng)垂直鉆井系統(tǒng)(VDS)成功應(yīng)用至7500m的孔深范圍，使得KTB成為當(dāng)時(shí)世界上最垂直的鉆孔，而且成功限制了研磨負(fù)荷和扭矩，為后期實(shí)施小間隙鉆進(jìn)和套管戰(zhàn)略提供了必要的先決條件。自動(dòng)垂直鉆井系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)一步帶動(dòng)了旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)的進(jìn)步，國(guó)外從20世紀(jì)80年代開始進(jìn)行主動(dòng)防斜技術(shù)研究至今，已經(jīng)有10余家公司形成了各自的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和應(yīng)用，其無(wú)一例外都帶有垂直鉆進(jìn)功能。目前，具有商業(yè)化應(yīng)用能力的主要還是BakerHughes、Schlumberger 和 Halliburton 三家公司。
[0005]目前的靜態(tài)推靠式自動(dòng)垂直鉆井系統(tǒng)主要包括一個(gè)設(shè)置在外部相對(duì)不轉(zhuǎn)動(dòng)的導(dǎo)向套，導(dǎo)向套下部用于外接鉆頭，導(dǎo)向套內(nèi)設(shè)有重力加速度計(jì)，用于感應(yīng)井斜，導(dǎo)向套的下部設(shè)有由液壓驅(qū)動(dòng)的導(dǎo)向塊，當(dāng)感應(yīng)到井斜時(shí)，向?qū)蛱變?nèi)的微處理器發(fā)送信號(hào)，控制液壓系統(tǒng)，從而使導(dǎo)向塊向外側(cè)突出頂在井內(nèi)壁，以起到糾正井斜的作用。但是，用于驅(qū)動(dòng)導(dǎo)向塊的液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)需要獨(dú)立的液壓栗等機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使得導(dǎo)向套的尺寸過(guò)大，無(wú)法應(yīng)用于小直徑井口的鉆進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種微型電機(jī)驅(qū)動(dòng)下的小直徑靜態(tài)推靠垂直鉆井系統(tǒng)，特別適用于小直徑井口的鉆進(jìn)作業(yè)。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種微型電機(jī)驅(qū)動(dòng)下的小直徑靜態(tài)推靠垂直鉆井系統(tǒng)，包括導(dǎo)向套，導(dǎo)向套下部設(shè)有可沿導(dǎo)向套徑向伸縮的導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，還包括驅(qū)動(dòng)導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括伺服電機(jī)，伺服電機(jī)的的輸出軸通過(guò)減速器驅(qū)動(dòng)連接螺栓，螺栓上螺紋連接有滑塊，滑塊的內(nèi)外兩側(cè)設(shè)有限位結(jié)構(gòu)，使螺栓轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)能夠帶動(dòng)滑塊沿螺栓的軸向運(yùn)動(dòng)，螺栓向一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滑塊能夠?qū)?dǎo)向結(jié)構(gòu)推出，螺栓向另一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，能使導(dǎo)向結(jié)構(gòu)在復(fù)位機(jī)構(gòu)的作用下收縮。
[0008]優(yōu)選地，所述限位結(jié)構(gòu)為:導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)相抵于滑塊的外側(cè)，所述導(dǎo)向套內(nèi)設(shè)置限位面相抵于滑塊的內(nèi)側(cè)。
[0009]更優(yōu)選地，所述導(dǎo)向結(jié)構(gòu)為導(dǎo)向塊，導(dǎo)向塊的內(nèi)表面上設(shè)有斜面，使導(dǎo)向塊與螺栓之間形成由寬到窄的空間。
[0010]進(jìn)一步地，所述斜面包括第一斜面以及設(shè)置在第一斜面下方的第二斜面，第一斜面與螺栓之間形成的空間自上而下逐漸變窄，第二斜面與螺栓之間形成的空間自上而下逐漸變寬；所述滑塊包括第一滑塊，設(shè)置在第一斜面的內(nèi)側(cè)；以及第二滑塊，設(shè)置在第二斜面的內(nèi)側(cè)；第一滑塊與第二滑塊的內(nèi)螺紋方向相反。
[0011]更進(jìn)一步地，第一斜面與第二斜面的數(shù)量各為兩個(gè)，兩個(gè)第一斜面的傾斜程度相同且兩個(gè)第二斜面的傾斜程度也相同；第一滑塊兩端凸起，中部凹陷，使第一滑塊兩端的凸起各與一個(gè)第一斜面相抵；第二滑塊兩端凸起，中部凹陷，使第二滑塊兩端的凸起各與一個(gè)第二斜面相抵。
[0012]優(yōu)選地，所述螺栓與減速器之間通過(guò)六方桿連接。
[0013]優(yōu)選地，所述復(fù)位機(jī)構(gòu)為設(shè)置在導(dǎo)向結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的復(fù)位彈簧。
[0014]優(yōu)選地，鉆井系統(tǒng)的控制系統(tǒng)包括陀螺儀、加速度計(jì)和磁通門，陀螺儀、加速度計(jì)和磁通門的輸出端連接模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端連接控制器，控制器控制連接所述伺服電機(jī)。
[0015]更優(yōu)選地，所述陀螺儀為MEMS陀螺儀，所述加速度計(jì)為MEMS加速度計(jì)。
[0016]優(yōu)選地，還包括以可拆卸的方式連接在導(dǎo)向套上的壓板，用于壓住所述導(dǎo)向結(jié)構(gòu)。
[0017]本發(fā)明提供的一種微型電機(jī)驅(qū)動(dòng)下的小直徑靜態(tài)推靠垂直鉆井系統(tǒng)，通過(guò)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)螺栓轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)滑塊來(lái)推動(dòng)導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，避免使用復(fù)雜的液壓機(jī)構(gòu)，節(jié)省空間，也無(wú)需考慮液壓系統(tǒng)中各種密封問(wèn)題，簡(jiǎn)化了驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，作業(yè)更加穩(wěn)定。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明所提供的一種微型電機(jī)驅(qū)動(dòng)下的小直徑靜態(tài)推靠垂直鉆井系統(tǒng)的剖視圖。
[0019]圖2為導(dǎo)向結(jié)構(gòu)部分的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3為鉆井系統(tǒng)的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖中:
[0022]1.導(dǎo)向套2.導(dǎo)向塊3.伺服電機(jī)4.減速器5.螺栓6.第一滑塊7.第二滑塊8.限位面9.壓板10.六方桿21.第一斜面22.第二斜面
【具體實(shí)施方式】
[0023]為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0024]為了方便描述，本發(fā)明中所述的上、下、內(nèi)、外等詞用于描述各部件的相對(duì)位置關(guān)系，由于鉆井系統(tǒng)在工作過(guò)程中是鉆頭朝下的，因此本文中的“上”指的是遠(yuǎn)離鉆頭的方向，“下”指的是靠近鉆頭的方向?！皟?nèi)”指的是靠近鉆井系統(tǒng)中心軸的方向，“外”指的遠(yuǎn)離鉆井系統(tǒng)中心軸的方向。
[0025]請(qǐng)參考圖1，微型電機(jī)驅(qū)動(dòng)下的小直徑靜態(tài)推靠垂直鉆井系統(tǒng)，包括一個(gè)不隨鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)的外部導(dǎo)向套1，導(dǎo)向套I內(nèi)中部為鉆桿，鉆桿下端用于連接鉆頭。導(dǎo)向套I內(nèi)的下部設(shè)有導(dǎo)向塊2，導(dǎo)向塊2在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下，能夠從導(dǎo)向套I內(nèi)伸出，用于支持井壁。當(dāng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)作用消失，導(dǎo)向塊2通過(guò)設(shè)置在其內(nèi)側(cè)的復(fù)位彈簧(圖中未標(biāo)