一種動(dòng)態(tài)指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具偏心機(jī)構(gòu)制造技術(shù)

一種動(dòng)態(tài)指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具偏心機(jī)構(gòu)，外偏心環(huán)無(wú)框直驅(qū)電機(jī)編碼器與外偏心環(huán)法蘭連接，外偏心環(huán)法蘭與外偏心環(huán)無(wú)框直驅(qū)電機(jī)相連，外偏心環(huán)無(wú)框直驅(qū)電機(jī)轉(zhuǎn)子與外偏心環(huán)相連接，外偏心環(huán)的外壁與外偏心環(huán)保持軸承相配合，外偏心環(huán)保持軸承外壁與旋轉(zhuǎn)外套內(nèi)壁配合，外偏心環(huán)內(nèi)壁與內(nèi)外偏心環(huán)配合軸承外壁相配合，內(nèi)外偏心環(huán)配合軸承的內(nèi)壁與內(nèi)偏心環(huán)外壁相配合，內(nèi)偏心環(huán)的內(nèi)壁與內(nèi)偏心環(huán)保持軸承外壁相配合，內(nèi)偏心環(huán)無(wú)框直驅(qū)電機(jī)轉(zhuǎn)子與內(nèi)偏心環(huán)法蘭連接，內(nèi)偏心環(huán)法蘭與內(nèi)偏心環(huán)無(wú)框直驅(qū)電機(jī)編碼器連接；偏心機(jī)構(gòu)主要通過(guò)控制無(wú)框直驅(qū)電機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)外偏心環(huán)的控制，從而實(shí)現(xiàn)工具的導(dǎo)向，能實(shí)現(xiàn)井眼軌跡的精確控制。

Eccentric mechanism of dynamic directional rotary drilling tool

A dynamic point rotary steering drilling tool eccentric mechanism, the eccentric ring frame connected direct drive motor encoder and the eccentric ring flange, the eccentric ring flange and outer eccentric ring frame connected direct drive motor, the eccentric ring frame is connected with direct drive motor rotor and the eccentric ring, and the outer wall of the eccentric green the eccentric ring holding bearing with eccentric bearing wall and rotating with environmental protection jacket wall, outer wall and the inner and outer ring eccentric eccentric ring with the outer wall of a bearing is matched with the eccentric ring matched with the bearing and the inner wall and the inner wall of the inner ring eccentric eccentric ring, the inner wall and the inner eccentric bearing is matched with the outer wall of environmental protection no, in the eccentric ring frame is connected with a direct drive motor rotor and the eccentric ring flange, eccentric ring flange and eccentric ring frame connected direct drive motor encoder; eccentric mechanism mainly through the control box straight The drive motor realizes the control of the internal and external eccentric rings, so as to realize the guidance of the tool and realize the accurate control of the well trajectory.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種動(dòng)態(tài)指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具偏心機(jī)構(gòu)
本專(zhuān)利技術(shù)涉及鉆探領(lǐng)域的一種旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具，特別涉及一種動(dòng)態(tài)指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具偏心機(jī)構(gòu)。
技術(shù)介紹
目前的井下旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具按工作方式基本可以分為：靜態(tài)偏置推靠式、動(dòng)態(tài)偏置推靠式、靜態(tài)偏置指向式和動(dòng)態(tài)偏置指向式四類(lèi)。靜態(tài)偏置推靠式缺點(diǎn)是小型化能力差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等；動(dòng)態(tài)偏置推靠式缺點(diǎn)是鉆頭和鉆頭軸承的磨損較嚴(yán)重,工作壽命短；靜態(tài)偏置指向式缺點(diǎn)是芯軸承受高強(qiáng)度的交變應(yīng)力,芯軸容易發(fā)生疲勞破壞。動(dòng)態(tài)指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具作為一種最新的設(shè)計(jì)理念，代表了當(dāng)今世界鉆井技術(shù)發(fā)展的最高水平。在國(guó)內(nèi)一些研究機(jī)構(gòu)所研究的指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具，還停留在靜態(tài)偏置指向式，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工和裝配困難；工具中的控制電機(jī)屬于開(kāi)環(huán)控制，控制不夠精準(zhǔn)。例如天津大學(xué)專(zhuān)利技術(shù)了一種靜態(tài)指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具，使用伺服電機(jī)帶動(dòng)少齒差偏心行星輪系實(shí)現(xiàn)芯軸的偏置，通過(guò)采用中空萬(wàn)向連軸節(jié)連接鉆柱和芯軸，改善了芯軸的受力狀況，但是空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜，芯軸指向精度一般，伺服電機(jī)處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)，控制不夠精準(zhǔn)。申請(qǐng)?zhí)枮?015108646986的專(zhuān)利技術(shù)專(zhuān)利提出了一種動(dòng)態(tài)指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具，該鉆井工具主要包括旋轉(zhuǎn)外套、偏心機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向軸、扭矩傳遞機(jī)構(gòu)和密封裝置。該專(zhuān)利對(duì)一種動(dòng)態(tài)指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具整體進(jìn)行了介紹，并未對(duì)鉆井工具偏心機(jī)構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。為了使這種鉆井工具達(dá)到加工裝配性能良好，實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能，實(shí)現(xiàn)工具的商業(yè)化，依據(jù)目前現(xiàn)有技術(shù)和發(fā)展方向，對(duì)該專(zhuān)利提出的一種動(dòng)態(tài)指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的偏心機(jī)構(gòu)進(jìn)行了研究并加以改進(jìn)，使其更具有實(shí)用性。希望經(jīng)過(guò)不斷的研究，反復(fù)試做樣機(jī)，最終設(shè)計(jì)出確具實(shí)用價(jià)值的本專(zhuān)利技術(shù)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了克服目前技術(shù)上存在的問(wèn)題，本專(zhuān)利技術(shù)提供了一種動(dòng)態(tài)指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具偏心機(jī)構(gòu)，該工具通過(guò)采用編碼器測(cè)量反饋實(shí)現(xiàn)無(wú)框直驅(qū)電機(jī)動(dòng)態(tài)閉環(huán)控制，編碼器與無(wú)框直驅(qū)電機(jī)之間采用法蘭過(guò)渡，再由無(wú)框直驅(qū)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)偏心機(jī)構(gòu)控制導(dǎo)向軸偏置，偏心環(huán)采用階梯狀套筒結(jié)構(gòu)，并配合相應(yīng)的軸承，解決了加工問(wèn)題，確保了無(wú)框直驅(qū)電機(jī)的正常工作，極大程度的利用了工具空間尺寸，并且能很好的實(shí)現(xiàn)內(nèi)外偏心環(huán)配合偏置，保證芯軸連續(xù)穩(wěn)定無(wú)間隙變化，指向精度高；改善了鉆具的受力狀況，具有更長(zhǎng)的使用壽命；本專(zhuān)利技術(shù)的工具不受地層復(fù)雜性的影響，能夠?qū)崿F(xiàn)井眼軌跡的精確控制；同時(shí)具有響應(yīng)的快速性、較高的可靠性和良好的穩(wěn)定性。為了達(dá)到上述目的，本專(zhuān)利技術(shù)的技術(shù)方案為：一種動(dòng)態(tài)指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具偏心機(jī)構(gòu)，包括外偏心環(huán)無(wú)框直驅(qū)電機(jī)編碼器8，外偏心環(huán)無(wú)框直驅(qū)電機(jī)編碼器8的右端與外偏心環(huán)法蘭9的左端連接，外偏心環(huán)法蘭9的右端與外偏心環(huán)無(wú)框直驅(qū)電機(jī)10轉(zhuǎn)子左端相連接，外偏心環(huán)無(wú)框直驅(qū)電機(jī)10轉(zhuǎn)子右端與外偏心環(huán)11相連接，外偏心環(huán)11的外壁與外偏心環(huán)保持軸承12相配合，外偏心環(huán)保持軸承12外壁與旋轉(zhuǎn)外套3內(nèi)壁配合，外偏心環(huán)11內(nèi)壁與內(nèi)外偏心環(huán)配合軸承13外壁相配合，內(nèi)外偏心環(huán)配合軸承13的內(nèi)壁與內(nèi)偏心環(huán)14外壁相配合，內(nèi)偏心環(huán)14的內(nèi)壁與內(nèi)偏心環(huán)保持軸承15外壁相配合，內(nèi)偏心環(huán)14的右端外壁與內(nèi)偏心環(huán)無(wú)框直驅(qū)電機(jī)16轉(zhuǎn)子相連接，內(nèi)偏心環(huán)無(wú)框直驅(qū)電機(jī)16轉(zhuǎn)子右端與內(nèi)偏心環(huán)法蘭17左端連接，內(nèi)偏心環(huán)法蘭17右端與內(nèi)偏心環(huán)無(wú)框直驅(qū)電機(jī)編碼器18左端連接。所述外偏心環(huán)11，形狀為四級(jí)階梯狀套筒，最大直徑階梯套筒19內(nèi)壁制造為偏心孔，并且直接與內(nèi)偏心環(huán)無(wú)框直驅(qū)電機(jī)16定子相配合，近最大直徑階梯套筒的中間階梯套筒20與外偏心環(huán)保持軸承12配合，近直徑最小階梯套筒的中間套筒21，周向均布有6個(gè)螺紋孔，通過(guò)螺釘與外偏心環(huán)無(wú)框直驅(qū)電機(jī)10的轉(zhuǎn)子相連接，將外偏心環(huán)無(wú)框直驅(qū)電機(jī)10的轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)傳遞給外偏心環(huán)11；直徑最小階梯套筒22插入外偏心環(huán)無(wú)框直驅(qū)電機(jī)10的轉(zhuǎn)子內(nèi)部，對(duì)外偏心環(huán)無(wú)框直驅(qū)電機(jī)10的轉(zhuǎn)子起到支撐作用。所述內(nèi)偏心環(huán)14，形狀為三級(jí)階梯狀套筒，最左端階梯套筒23內(nèi)壁制造為偏心孔結(jié)構(gòu)，偏心孔結(jié)構(gòu)通過(guò)內(nèi)偏心環(huán)保持軸承15與芯軸1配合，為整個(gè)內(nèi)偏心環(huán)14起到周向支撐作用，中間階梯套筒24與最左端階梯套筒23之間的凸臺(tái)端面為內(nèi)外偏心環(huán)配合軸承13起到限位作用，最右端階梯套筒25插入內(nèi)偏心環(huán)無(wú)框直驅(qū)電機(jī)16的轉(zhuǎn)子內(nèi)部，為內(nèi)偏心環(huán)無(wú)框直驅(qū)電機(jī)16的轉(zhuǎn)子起到支撐作用。所述外偏心環(huán)法蘭9，形狀為二級(jí)階梯狀套筒，大直徑階梯套筒26的凸臺(tái)端面均布有6個(gè)螺紋孔，通過(guò)螺釘與外偏心環(huán)無(wú)框直驅(qū)電機(jī)編碼器8上的螺紋孔相接；小直徑階梯套筒27的凸臺(tái)端面均布6個(gè)螺紋孔，通過(guò)螺釘與外偏心環(huán)無(wú)框直驅(qū)電機(jī)10轉(zhuǎn)子上的螺紋孔相接。所述內(nèi)偏心環(huán)法蘭17，形狀為二級(jí)階梯狀套筒，大直徑階梯套筒28的凸臺(tái)端面均布有6個(gè)螺紋孔，通過(guò)螺釘與內(nèi)偏心環(huán)無(wú)框直驅(qū)電機(jī)編碼器18上的螺紋孔相接；小直徑階梯套筒29的凸臺(tái)端面均布6個(gè)螺紋孔，通過(guò)螺釘與內(nèi)偏心環(huán)無(wú)框直驅(qū)電機(jī)16轉(zhuǎn)子上的螺紋孔相接。所述內(nèi)偏心環(huán)保持軸承15選用調(diào)心滾子軸承。本專(zhuān)利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果。借由上述技術(shù)方案，本專(zhuān)利技術(shù)一種動(dòng)態(tài)指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具偏心機(jī)構(gòu)是對(duì)申請(qǐng)?zhí)枮?015108646986的專(zhuān)利技術(shù)專(zhuān)利的完善，實(shí)現(xiàn)了無(wú)框直驅(qū)電機(jī)的動(dòng)態(tài)閉環(huán)控制，解決了加工問(wèn)題，確保了無(wú)框直驅(qū)電機(jī)的正常工作，極大程度的利用了工具空間尺寸，并且能很好的實(shí)現(xiàn)內(nèi)外偏心環(huán)配合偏置，保證芯軸連續(xù)穩(wěn)定無(wú)間隙變化，指向精度高；改善了鉆具的受力狀況，具有更長(zhǎng)的使用壽命；本專(zhuān)利技術(shù)的工具不受地層復(fù)雜性的影響，能實(shí)現(xiàn)井眼軌跡的精確控制；同時(shí)具有響應(yīng)的快速性、較高的可靠性和良好的穩(wěn)定性。本專(zhuān)利技術(shù)具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：(1)采用無(wú)框直驅(qū)電機(jī)與內(nèi)外偏心環(huán)直接相連，無(wú)框直驅(qū)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)內(nèi)外偏心環(huán)，實(shí)現(xiàn)芯軸的偏置，使該工具簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)形狀尺寸，極大的減小了機(jī)構(gòu)尺寸，且偏置調(diào)節(jié)過(guò)程連續(xù)無(wú)間隙；改善了鉆具的受力狀況，具有更長(zhǎng)的壽命；不受地層復(fù)雜性的影響，能實(shí)現(xiàn)井眼軌跡的精確控制；同時(shí)具有響應(yīng)的快速性、較高的可靠性和良好的穩(wěn)定性。(2)采用編碼器作為測(cè)量反饋元件，實(shí)現(xiàn)了無(wú)框直驅(qū)電機(jī)的閉環(huán)控制。又由于無(wú)框直驅(qū)電機(jī)與內(nèi)外偏心環(huán)直接相連，即實(shí)現(xiàn)了對(duì)內(nèi)外偏心環(huán)的閉環(huán)控制。(3)通過(guò)內(nèi)外偏心環(huán)法蘭將編碼器與無(wú)框直驅(qū)電機(jī)相連，起到橋梁作用，使得編碼器能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)定的功能。(4)通過(guò)控制偏心環(huán)實(shí)現(xiàn)芯軸的偏置，由內(nèi)外偏心環(huán)的不同組合得到不同的造斜率，在實(shí)際使用中不需要提鉆即可實(shí)現(xiàn)多種工作狀態(tài)，達(dá)到增斜、降斜和穩(wěn)斜的目的。(5)內(nèi)外偏心環(huán)均采用階梯狀套筒，并配合了相應(yīng)的軸承，解決了加工問(wèn)題，確保了無(wú)框直驅(qū)電機(jī)的正常工作，極大程度的利用了工具空間尺寸，并且能很好的實(shí)現(xiàn)內(nèi)外偏心環(huán)配合偏置。(6)內(nèi)偏心環(huán)保持軸承15選用調(diào)心滾子軸承，該軸承既能實(shí)現(xiàn)周向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，又能實(shí)現(xiàn)軸向偏擺運(yùn)動(dòng)。該軸承的選用，極大的減少了工具內(nèi)部的空間和工具零件的加工難度。附圖說(shuō)明圖1是本專(zhuān)利技術(shù)應(yīng)用在一種動(dòng)態(tài)指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具中的總體示意圖。圖2是本專(zhuān)利技術(shù)偏心機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)剖視圖。圖3是本專(zhuān)利技術(shù)偏心機(jī)構(gòu)偏心環(huán)零偏置狀態(tài)。圖4是本專(zhuān)利技術(shù)偏心機(jī)構(gòu)偏心環(huán)極大偏置狀態(tài)。圖5是本專(zhuān)利技術(shù)外偏心環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖5(a)是主視圖，圖5(b)是后視圖。圖6是本專(zhuān)利技術(shù)內(nèi)偏心環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是本專(zhuān)利技術(shù)外偏心環(huán)法蘭結(jié)構(gòu)示意圖。圖8是本專(zhuān)利技術(shù)內(nèi)偏心環(huán)法蘭結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)做詳細(xì)說(shuō)明本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種動(dòng)態(tài)指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具偏心機(jī)構(gòu)，其特征在于，包括外偏心環(huán)無(wú)框直驅(qū)電機(jī)編碼器(8)，外偏心環(huán)無(wú)框直驅(qū)電機(jī)編碼器(8)的右端與外偏心環(huán)法蘭(9)的左端連接，外偏心環(huán)法蘭(9)的右端與外偏心環(huán)無(wú)框直驅(qū)電機(jī)(10)轉(zhuǎn)子左端相連接，外偏心環(huán)無(wú)框直驅(qū)電機(jī)(10)轉(zhuǎn)子右端與外偏心環(huán)(11)相連接，外偏心環(huán)(11)的外壁與外偏心環(huán)保持軸承(12)相配合，外偏心環(huán)保持軸承(12)外壁與旋轉(zhuǎn)外套(3)內(nèi)壁配合，外偏心環(huán)(11)內(nèi)壁與內(nèi)外偏心環(huán)配合軸承(13)外壁相配合，內(nèi)外偏心環(huán)配合軸承(13)的內(nèi)壁與內(nèi)偏心環(huán)(14)外壁相配合，內(nèi)偏心環(huán)(14)的內(nèi)壁與內(nèi)偏心環(huán)保持軸承(15)外壁相配合，內(nèi)偏心環(huán)(14)的右端外壁與內(nèi)偏心環(huán)無(wú)框直驅(qū)電機(jī)(16)轉(zhuǎn)子相連接，內(nèi)偏心環(huán)無(wú)框直驅(qū)電機(jī)(16)轉(zhuǎn)子右端與內(nèi)偏心環(huán)法蘭(17)左端連接，內(nèi)偏心環(huán)法蘭(17)右端與內(nèi)偏心環(huán)無(wú)框直驅(qū)電機(jī)編碼器(18)左端連接。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種動(dòng)態(tài)指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具偏心機(jī)構(gòu)，其特征在于，包括外偏心環(huán)無(wú)框直驅(qū)電機(jī)編碼器(8)，外偏心環(huán)無(wú)框直驅(qū)電機(jī)編碼器(8)的右端與外偏心環(huán)法蘭(9)的左端連接，外偏心環(huán)法蘭(9)的右端與外偏心環(huán)無(wú)框直驅(qū)電機(jī)(10)轉(zhuǎn)子左端相連接，外偏心環(huán)無(wú)框直驅(qū)電機(jī)(10)轉(zhuǎn)子右端與外偏心環(huán)(11)相連接，外偏心環(huán)(11)的外壁與外偏心環(huán)保持軸承(12)相配合，外偏心環(huán)保持軸承(12)外壁與旋轉(zhuǎn)外套(3)內(nèi)壁配合，外偏心環(huán)(11)內(nèi)壁與內(nèi)外偏心環(huán)配合軸承(13)外壁相配合，內(nèi)外偏心環(huán)配合軸承(13)的內(nèi)壁與內(nèi)偏心環(huán)(14)外壁相配合，內(nèi)偏心環(huán)(14)的內(nèi)壁與內(nèi)偏心環(huán)保持軸承(15)外壁相配合，內(nèi)偏心環(huán)(14)的右端外壁與內(nèi)偏心環(huán)無(wú)框直驅(qū)電機(jī)(16)轉(zhuǎn)子相連接，內(nèi)偏心環(huán)無(wú)框直驅(qū)電機(jī)(16)轉(zhuǎn)子右端與內(nèi)偏心環(huán)法蘭(17)左端連接，內(nèi)偏心環(huán)法蘭(17)右端與內(nèi)偏心環(huán)無(wú)框直驅(qū)電機(jī)編碼器(18)左端連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種動(dòng)態(tài)指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具偏心機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述外偏心環(huán)(11)，形狀為四級(jí)階梯狀套筒，最大直徑階梯套筒(19)內(nèi)壁制造為偏心孔，并且直接與內(nèi)偏心環(huán)無(wú)框直驅(qū)電機(jī)(16)定子相配合，近最大直徑階梯套筒的中間階梯套筒(20)與外偏心環(huán)保持軸承(12)配合，近直徑最小階梯套筒的中間套筒(21)，周向均布有6個(gè)螺紋孔，通過(guò)螺釘與外偏心環(huán)無(wú)框直驅(qū)電機(jī)(10)的轉(zhuǎn)子相連接，將外偏心環(huán)無(wú)框直驅(qū)電機(jī)(10)的轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)傳遞給外偏心環(huán)(11)；直徑最小階梯套筒(22)插入外偏心環(huán)無(wú)框直驅(qū)電機(jī)(10)的轉(zhuǎn)子內(nèi)...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張光偉，劉暢，田偉康，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：西安石油大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：陜西,61