一種微型電機驅(qū)動下的小直徑靜態(tài)推靠垂直鉆井系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及鉆井技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種微型電機驅(qū)動下的小直徑靜態(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的重要手段，也是獲得地球深部實物的唯一方法，然而在深部鉆探過程中，如何保持井眼垂直是一大難題，井斜的問題將直接制約鉆進速度和鉆孔質(zhì)量，甚至是整個鉆探工程的成敗。像松科二井欲使井深達到6400米，隨著井深的不斷增加，井斜問題將愈加突出，危害愈加嚴重。
[0003]許多鉆探工程如前蘇聯(lián)Kola超深井(設(shè)計終孔深度15000m、實際終孔深度12262m)和德國KTB主孔(設(shè)計終孔深度10000m、實際終孔深度9101m)因孔斜無法控制而被迫提前終孔。為了解決這一難題，國內(nèi)外進行了大量的理論分析和現(xiàn)場實踐，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，降低機械鉆速來換取防斜效果的被動防斜方式，效果并不明顯，甚至有些地層完全達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，被動防斜方法成效有限，用于糾斜的施工時間所占比重還很大。
[0004]自動垂直鉆井以及旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的出現(xiàn)，為防斜糾斜帶來了重大技術(shù)突破，是一種集機電液于一體化的井下智能閉環(huán)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)，可實現(xiàn)井下主動防斜糾斜，不需要人為干預(yù)而自動跟蹤預(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，釋放鉆壓，提高機械鉆速。德國KTB工程主孔達到終孔深度的最重要的先決條件是成功的實施了垂直鉆進戰(zhàn)略，研制的自動垂直鉆井系統(tǒng)(VDS)成功應(yīng)用至7500m的孔深范圍，使得KTB成為當時世界上最垂直的鉆孔，而且成功限制了研磨負荷和扭矩，為后期實施小間隙鉆進和套管戰(zhàn)略提供了必要的先決條件。自動垂直鉆井系統(tǒng)的發(fā)展進一步帶動了旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)的進步，國外從20世紀80年代開始進行主動防斜技術(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)，并進行了現(xiàn)場試驗和應(yīng)用，其無一例外都帶有垂直鉆進功能。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)推靠式自動垂直鉆井系統(tǒng)主要包括一個設(shè)置在外部相對不轉(zhuǎn)動的導(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，用于感應(yīng)井斜，導(dǎo)向套的下部設(shè)有由液壓驅(qū)動的導(dǎo)向塊，當感應(yīng)到井斜時，向?qū)蛱變?nèi)的微處理器發(fā)送信號，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)動導(dǎo)向塊的液壓驅(qū)動系統(tǒng)需要獨立的液壓栗等機構(gòu)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使得導(dǎo)向套的尺寸過大，無法應(yīng)用于小直徑井口的鉆進。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]本實用新型的目的是提供一種微型電機驅(qū)動下的小直徑靜態(tài)推靠垂直鉆井系統(tǒng)，特別適用于小直徑井口的鉆進作業(yè)。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供的一種微型電機驅(qū)動下的小直徑靜態(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)動導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的驅(qū)動機構(gòu)，所述驅(qū)動機構(gòu)包括伺服電機，伺服電機的的輸出軸通過減速器驅(qū)動連接螺栓，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)動時能夠帶動滑塊沿螺栓的軸向運動，螺栓向一個方向轉(zhuǎn)動時，滑塊能夠?qū)?dǎo)向結(jié)構(gòu)推出，螺栓向另一個方向轉(zhuǎn)動時，能使導(dǎo)向結(jié)構(gòu)在復(fù)位機構(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]更進一步地，第一斜面與第二斜面的數(shù)量各為兩個，兩個第一斜面的傾斜程度相同且兩個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第二斜面相抵。
[0012]優(yōu)選地，所述螺栓與減速器之間通過六方桿連接。
[0013]優(yōu)選地，所述復(fù)位機構(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、加速度計和磁通門，陀螺儀、加速度計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。
[0015]更優(yōu)選地，所述陀螺儀為MEMS陀螺儀，所述加速度計為MEMS加速度計。
[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]本實用新型提供的一種微型電機驅(qū)動下的小直徑靜態(tài)推靠垂直鉆井系統(tǒng)，通過伺服電機驅(qū)動螺栓轉(zhuǎn)動，進而帶動滑塊來推動導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，避免使用復(fù)雜的液壓機構(gòu)，節(jié)省空間，也無需考慮液壓系統(tǒng)中各種密封問題，簡化了驅(qū)動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)，作業(yè)更加穩(wěn)定。
【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型所提供的一種微型電機驅(qū)動下的小直徑靜態(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
【具體實施方式】
[0023]為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本實用新型方案，下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步的詳細說明。
[0024]為了方便描述，本實用新型中所述的上、下、內(nèi)、外等詞用于描述各部件的相對位置關(guān)系，由于鉆井系統(tǒng)在工作過程中是鉆頭朝下的，因此本文中的“上”指的是遠離鉆頭的方向，“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”指的遠離鉆井系統(tǒng)中心軸的方向。
[0025]請參考圖1，微型電機驅(qū)動下的小直徑靜態(tài)推靠垂直鉆井系統(tǒng)，包括一個不隨鉆桿轉(zhuǎn)動的外部導(dǎo)向套1，導(dǎo)向套1內(nèi)中部為鉆桿，鉆桿下端用于連接鉆頭。導(dǎo)向套1內(nèi)的下部設(shè)有導(dǎo)向塊2，導(dǎo)向塊2在驅(qū)動機構(gòu)的驅(qū)動下，能夠從導(dǎo)向套1內(nèi)伸出，用于支持井壁。當驅(qū)動機構(gòu)的驅(qū)動作用消失，導(dǎo)向塊2通過設(shè)置在其內(nèi)側(cè)的復(fù)位彈簧(圖中