CN113494242A - 一种旋转导向工具及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种旋转导向工具及其使用方法，属于石油天然气钻井技术领域。所述旋转导向工具包括同轴线设置的上旋转轴、非旋转套和下旋转轴；所述上旋转轴的下端与所述下旋转轴的上端连接，两者的中心通孔相连通；所述下旋转轴的下端与钻头连接所述非旋转套套在所述上旋转轴的外部；在所述非旋转套上安装有一个液压单元和两个翼肋，所述液压单元能够同时控制两个翼肋的伸缩。本发明通过一个液压单元控制两个翼肋伸缩，并通过转向机构调整井下工具的工具面，降低了成本；同时，本发明优化了伽马测量单元的位置，缩短了伽马测量单元与钻头的距离。本发明提供的旋转导向工具成本低、功耗小、加工装配方便、安全可靠、效率高，便于推广应用。

Description

一种旋转导向工具及其使用方法

技术领域

本发明属于石油天然气钻井技术领域，具体涉及一种旋转导向工具及其使用方法。

背景技术

目前，旋转导向***已经广泛的应用于石油钻井领域，尤其在页岩油和页岩气的开发勘探过程中，旋转导向***的应用能大大加快钻井速度、提高钻井安全性、降低钻井成本。因此，国内各大石油公司与科研机构都开展了旋转导向***的研制。

中国专利公开文献CN105525872A公开了一种静态推靠式旋转导向装置，中国专利公开文献CN104343389A公开了一种指向式旋转导向钻井工具，中国专利公开文献CN103939017A公开了一种静态偏置推靠式旋转导向钻井工具，文献“旋转导向钻井工具的研制原理”(石油学报，2005.09)公开了研制原理。另外，国内旋转导向***已经实验成功的两个单位分别是中海油服和中石油的川庆钻探，他们研制的旋转导向***带有三个翼肋，通过控制三个翼肋推靠井壁进而实现井下工具的导向钻进。这种旋转导向***中的每个翼肋的伸缩均由一套独立的液压单元控制，即这种旋转导向***带有三套独立的液压单元。由于井下工况十分复杂，高温高压、振动冲击，因此对液压单元中的液压元器件的可靠性要求很高，这就导致液压单元的价格很高，单套液压单元的成本在30～40万元左右，并且后期对液压单元的维护价格也不低。

除此之外，上述旋转导向***带有近钻头伽马测量单元，即钻铤中安装有伽马探管用于测量地层信息。伽马探管的位置离钻头越近，对地质导向提供的帮助越大。但由于机械结构空间的限制，上述旋转导向***内的伽马探管的安装位置距离钻头大概有1米左右，与现在市场上现有的近钻头钻井仪器(连接在螺杆之上)相比，旋转导向***内的近钻头伽马测量单元距离钻头还比较远。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种旋转导向工具及其使用方法，通过一个液压单元控制两个翼肋伸缩，并带有转向机构用于调整井下工具的工具面，降低成本；同时，优化伽马测量单元的位置，缩短伽马测量单元与钻头的距离。

本发明是通过以下技术方案实现的：

根据本发明的第一方面，提供了一种旋转导向工具，所述旋转导向工具包括同轴线设置的上旋转轴、非旋转套和下旋转轴；

所述上旋转轴的下端与所述下旋转轴的上端连接，两者的中心通孔相连通；所述下旋转轴的下端与钻头连接；

所述非旋转套套在所述上旋转轴的外部；

在所述非旋转套上安装有一个液压单元和两个翼肋，所述液压单元能够同时控制两个翼肋的伸缩。

本发明的进一步改进在于，所述上旋转轴包括从上至下连成一体的大径段和小径段，所述大径段的直径大于小径段的直径，两者的连接处形成上台阶；

所述下旋转轴包括从上至下连成一体的小径段和大径段，所述大径段的直径大于小径段的直径，两者的连接处形成下台阶；

所述上旋转轴的小径段穿过所述非旋转套的中心通孔后伸入到下旋转轴的中心通孔内；所述下旋转轴随上旋转轴一起旋转。

本发明的进一步改进在于，在所述非旋转套的下部的外壁上开有三个槽，分别为：伽马探管安装槽、两个翼肋安装槽，三个槽的长度方向均与所述非旋转套的中心轴线平行，且三个槽在圆周上均布；

在每个所述翼肋安装槽内安装有一个翼肋；

在所述伽马探管安装槽内安装有伽马探管。

本发明的进一步改进在于，在所述伽马探管安装槽的外部设置有盖板；

在所述盖板的外壁上设置有多条耐磨条；

各条所述耐磨条的长度方向均与非旋转套的中心轴线平行。

本发明的进一步改进在于，所述伽马探管距离钻头的距离不超过0.5米。

本发明的进一步改进在于，所述液压单元包括电机、液压泵、液压单元壳体和两个活塞缸；

两个活塞缸分别安装在两个翼肋的下方；两个活塞缸的活塞分别顶住两个翼肋；

在所述非旋转套上开有第四个槽，该槽为液压单元安装槽，该槽位于两个翼肋安装槽之间；

所述电机、液压泵安装在所述液压单元安装槽内；

所述液压单元壳体安装在所述液压单元安装槽的外部，并从液压单元安装槽一直延伸到两个翼肋安装槽的下方；

在所述液压单元壳体上开有两个液压孔，第一个液压孔的一端与第一个活塞缸连接，另一端与液压泵连接，第二个液压孔的一端与第二个活塞缸连接，另一端与液压泵连接。

本发明的进一步改进在于，所述液压单元壳体的外壁上位于两个翼肋之间的部分与所述非旋转套的外壁位于同一个圆柱面上。

本发明的进一步改进在于，在两个翼肋的外表面分别设置有多条耐磨条，各条所述耐磨条的长度方向与所述非旋转套的中心轴线平行。

本发明的进一步改进在于，在所述非旋转套的上部的内壁上设有环形台阶；

在所述非旋转套的中心通孔内安装有电子仓，在所述电子仓内安装有电路板；

所述电子仓的下端面与所述非旋转套的内壁上的环形台阶接触。

本发明的进一步改进在于，所述电子仓为圆柱体结构，在其中心开有与其同轴线的中心通孔；

在所述电子仓的外壁上开有多个槽，在每个槽中安装有电路板；

在所述电子仓的下端面上开有多个穿线孔，各个穿线孔的中心轴线均与所述非旋转套的中心轴线平行；

在所述非旋转套上开有伽马穿线孔，所述伽马穿线孔的中心轴线与所述非旋转套的中心轴线平行；所述伽马穿线孔与电子仓上的第一个穿线孔连通；与所述伽马探管连接的电线依次穿过伽马穿线孔、电子仓上的第一个穿线孔后与电子仓内的电路板相连；

在所述非旋转套上开有液压单元穿线孔，所述液压单元穿线孔的中心轴线与所述非旋转套的中心轴线平行；所述液压单元穿线孔与电子仓上的第二个穿线孔连通；与所述液压单元中的电机连接的电线依次穿过所述液压单元穿线孔、电子仓上的第二个穿线孔后与电子仓内的电路板相连。

本发明的进一步改进在于，在所述电子仓的外壁上还开有多个过线槽，过线槽将电子仓外壁上的各个槽连接起来。

本发明的进一步改进在于，在所述电子仓内设置有测斜传感器。

本发明的进一步改进在于，所述旋转导向工具进一步包括转向机构；

所述转向机构包括：固定安装在所述非旋转套上部的内腔中的下摩擦片、电磁吸合器，以及与所述上旋转轴一起旋转的上摩擦片、弹簧片、电磁吸合盘以及滑销；所述下摩擦片、上摩擦片相对设置；

具体的，所述下摩擦片固定安装在所述电磁吸合器的上端面上；

所述滑销固定安装在所述上旋转轴的小径段的外壁上；

所述电磁吸合盘为圆环状结构，其套在所述上旋转轴的小径段的外壁上；

所述上摩擦片安装在所述电磁吸合盘的下端面上；所述上摩擦片为圆环片状结构；

在所述电磁吸合盘的内壁上开有与其中心轴线平行的键槽；所述滑销能够卡在所述电磁吸合盘的键槽内，由滑销带动电磁吸合盘旋转；所述电磁吸合盘能够沿与所述上旋转轴的中心轴线平行的方向移动；

在所述电磁吸合盘的下端的外壁上设有圆环形台阶；所述弹簧片的中心通孔套在所述上旋转轴的小径段的外壁上，所述弹簧片的外边缘顶住所述电磁吸合盘上的圆环形台阶；

在所述上旋转轴的小径段的外壁上套有卡簧，所述卡簧位于所述弹簧片的下端，其外径小于所述弹簧片的外径，其能够将弹簧片卡住。

本发明的进一步改进在于，在所述电磁吸合器的下端面与电子仓的上端面之间设置有行星减速器；

所述电磁吸合器、行星减速器、电子仓连接在一起。

本发明的进一步改进在于，在所述非旋转套与上台阶之间、非旋转套与下台阶之间分别安装有轴承；

所述电磁吸合盘、弹簧片、上摩擦片、下摩擦片、电磁吸合器和行星减速器从上至下依次位于所述轴承与电子仓的上端面之间。

根据本发明的第二方面，提供了一种上述旋转导向工具的使用方法，所述方法包括：

步骤一，将钻头与下旋转轴连接；

步骤二，判断非旋转套的工具面角是否准确，如果是，则转入步骤四，如果否，则转入步骤三；

步骤三，利用转向机构调整所述非旋转套的工具面角；

步骤四，控制两个翼肋同时推出实现导向钻井。

具体的，所述步骤三的操作包括：

控制电磁吸合器产生电磁吸力，吸引所述电磁吸合盘向电磁吸合器移动，上摩擦片与下摩擦片接触后，非旋转套随上旋转轴一起旋转；

当非旋转套旋转到准确的工具面角时，控制电磁吸合器断电，上摩擦片和下摩擦片分离，非旋转套不再随上旋转轴旋转。

具体的，所述步骤四的操作包括：

控制电机带动液压泵旋转，将液压油通过两个液压孔同时泵入到两个活塞缸中，液压油将两个活塞缸中的活塞同时推起，两个活塞同时将两个翼肋推出，两个翼肋同时伸出后顶住井壁。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过一个液压单元控制两个翼肋伸缩，并通过转向机构调整井下工具的工具面，降低了成本；同时，本发明优化了伽马测量单元的位置，缩短了伽马测量单元与钻头的距离。

本发明提供的旋转导向工具成本低、功耗小、加工装配方便、安全可靠、效率高，便于推广应用。

附图说明

图1是本发明的实施例的旋转导向装置的结构示意图；

图2是图1中的A向视图；

图3是本发明的实施例的轴截面图；

图4是图1中的B-B向横截面图；

图5图3中的转向机构的局部放大图。

图标说明：

10：上旋转轴

20：非旋转套

210：伽马穿线孔

220：液压单元穿线孔

230：电子仓

240：电路板

30：下旋转轴

40：轴承

510：液压单元壳体

520：活塞缸

530：液压孔

540：电机及液压泵

60：伽马探管

610：盖板

70：翼肋

810：下摩擦片

820：电磁吸合器

830：行星减速器

840：上摩擦片

850：弹簧片

860：电磁吸合盘

870：滑销

880：卡簧

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

如图1到图5所示，本发明的旋转导向工具包括：上旋转轴10、非旋转套 20、电子仓230、下旋转轴30、轴承40、液压单元、伽马探管60、翼肋70、转向机构。图3中上旋转轴位于下方，下旋转轴位于上方，因此下面描述中的“上”、“下”与图3中的上、下相反。

【实施例一】

所述上旋转轴10、下旋转轴30、非旋转套20同轴线设置，所述下旋转轴 30安装在所述上旋转轴10的下方，所述上旋转轴10的下端与所述下旋转轴30 的上端连接，所述上旋转轴的中心通孔与所述下旋转轴的中心通孔相连通，所述非旋转套20套在所述上旋转轴10的外部。在所述下旋转轴30的大径段的中心通孔的内壁设置有API标准扣，用于连接钻头。

具体的，所述上旋转轴10包括从上至下连成一体的大径段和小径段，所述大径段的直径大于小径段的直径，两者的连接处形成上台阶，所述下旋转轴30 包括从上至下连成一体的小径段和大径段，所述大径段的直径大于小径段的直径，两者的连接处形成下台阶。所述上旋转轴的小径段穿过所述非旋转套20的中心通孔后伸入到下旋转轴30的中心通孔内。

【实施例二】

在实施例一的基础上，所述下旋转轴30随上旋转轴10旋转。具体的，在所述上旋转轴10的小径段的端部的外壁设置有API螺纹，在所述下旋转轴30 的中心通孔的内壁上设置有API螺纹，两者通过API螺纹连接，进而上旋转轴 10带动下旋转轴30一起旋转。

【实施例三】

在实施例二的基础上，所述非旋转套20套在所述上旋转轴10的外部，并位于所述上台阶、下台阶之间，在转向机构不工作的情况下，不随上旋转轴10 旋转，在转向机构工作的情况，随上旋转轴10旋转。所述非旋转套20靠近上旋转轴10的一端为上端，靠近下旋转轴30的一端为下端。

【实施例四】

在实施例三的基础上，在所述非旋转套20与上台阶之间、非旋转套与下台阶之间分别安装有轴承40，两个轴承40均起支撑的作用。

【实施例五】

在实施例四的基础上，在所述非旋转套20的下部的外壁上开有三个槽，分别为：伽马探管安装槽、两个翼肋安装槽，三个槽的长度方向均与所述非旋转套的中心轴线平行，且三个槽在圆周上均布，即三个槽在圆周上相差120度。

在每个翼肋安装槽内安装有一个翼肋70，因此一共有两个翼肋70，两个翼肋70之间夹角120°。在非旋转套20上的伽马探管安装槽内安装有一个伽马探管60，这样伽马探管60与两个翼肋70位于同一圆周上。

优选的，在所述伽马探管安装槽的外部设置有盖板610，所述盖板610起到保护伽马探管60的作用，所述盖板安装在所述伽马探管安装槽的外部，因此所述盖板610与两个翼肋70这三者中两两之间的夹角是120°。

优选的，在所述盖板610的外壁上焊有若干条耐磨条，各个耐磨条的长度方向均与非旋转套20的中心轴线平行，当两个翼肋70推出时，盖板610也会贴近井壁，各个耐磨条的作用一是减少盖板610的磨损，二是能够阻碍非旋转套20旋转。

本实施例中所述伽马探管60距离钻头的距离不超过0.5米，用于测量钻头附近的地层信息。

【实施例六】

在实施例五的基础上，所述非旋转套20上的两个翼肋70的伸缩由液压单元控制。所述液压单元包括一套电机及液压泵540、液压单元壳体510、两个活塞缸520。

具体的，两个活塞缸520分别固定安装在两个翼肋70下方，即比翼肋更靠近非旋转套20的中心轴线的位置处。两个活塞缸520的活塞分别顶住两个翼肋。

在所述非旋转套上开了有第四个槽，即液压单元安装槽，该槽位于两个翼肋安装槽之间，与所述伽马探管安装槽在圆周上相差180度。所述电机及液压泵540安装在所述液压单元安装槽内。在所述液压单元安装槽的外部安装有液压单元壳体510，所述液压单元壳体510固定安装在所述非旋转套20上，其从液压单元安装槽一直延伸到两个翼肋安装槽的下方，即从两个翼肋之间一直延伸到两个翼肋的下方。

在所述液压单元壳体510上开有两个液压孔，第一个液压孔的一端与第一个活塞缸连接，另一端与液压泵连接，第二个液压孔的一端与第二个活塞缸连接，另一端与液压泵连接。这样，两个活塞缸分别通过两个液压孔530与液压泵540连接。

所述液压单元壳体510的外壁上位于两个翼肋之间的部分与所述非旋转套的外壁位于同一个圆柱面上。电机控制液压泵，液压泵的液压油通过两个液压孔530同时进入到两个活塞缸中，两个活塞缸中的活塞同时将两个翼肋推出，缩回时，两个活塞缸中的液压油分别通过两个液压孔同时回到液压泵内，两个活塞缸中的活塞缩回，带动两个翼肋缩回。本发明中的活塞缸、活塞均是采用的现有结构，在此不再赘述，为了清晰，图4中将活塞缸520和液压单元壳体 510画成了一体的结构。

优选的，在两个翼肋70的外表面也焊有若干条耐磨条，各个耐磨条的长度方向也是与非旋转套20的中心轴线平行，当两个翼肋70被推出时，各个耐磨条的作用也是减少翼肋70外表面的磨损，以及阻碍非旋转套20的旋转。

【实施例七】

在所述非旋转套20的上部的内壁上设有环形台阶，电子仓230固定在所述非旋转套20的中心通孔内，所述电子仓的下端面与所述非旋转套20的内壁上的环形台阶接触。

所述电子仓230为圆柱体结构，在其中心开有与其同轴线的中心通孔，在其外壁上开有多个方形的槽，在每个槽中安装有电路板。本实施例中，在所述电子仓230的外壁上开有4个槽，4个槽在圆周上均匀分布。

在所述电子仓230的下端面上开有多个穿线孔，各个穿线孔的中心轴线均与非旋转套20的中心轴线平行。

在所述非旋转套20上开有伽马穿线孔210，所述伽马穿线孔210的中心轴线与非旋转套20的中心轴线平行。所述伽马穿线孔210与电子仓230上的第一个穿线孔连通。与所述伽马探管60连接的电线依次穿过伽马穿线孔210、电子仓上的第一个穿线孔后与电子仓230内的电路板相连，所述伽马探管60测得的信息通过电线传递给电路板进行进一步处理。

在所述非旋转套20上开有液压单元穿线孔220，所述液压单元穿线孔220 的中心轴线与非旋转套20的中心轴线平行。所述液压单元穿线孔220与电子仓 230上的第二个穿线孔连通。与所述液压单元中的电机连接的电线依次穿过所述液压单元穿线孔220、电子仓上的第二个穿线孔后与电子仓230内的电路板相连。

进一步的，在所述电子仓230的圆柱形外壁上还开有比较细比较浅的过线槽，将这4个槽连接起来，便于4个槽内的电路板之间的电连接。

本实施例中，4个电路板240分别安装在这四个槽中。如果只有3个槽，也可以合并一些功能，将4块电路板做成3块，如果有5个槽或者6个槽，也可以拆分一些功能，做成5块电路板或者6块电路板，具体可以根据实际情况设计槽的个数以及对应的电路板。电路板的具体电路根据实际需要设计即可，不在本发明保护的范围内，在此不再赘述。

电路板240的作用有处理伽马探管60传回的地层信息、控制电机及液压泵 540、控制转向机构、测量非旋转套20的工具面角、接收上方钻铤下传的数据以及向上方钻铤上传数据等。具体的，可以将第一块电路板作为控制板，作用是控制转向机构、接收上方钻铤下传的数据以及向上方钻铤上传数据；将第二块电路板用于采集伽马探管的数据并处理数据，将处理后的数据传给控制板，再由控制板传回地面；第三块电路板用于控制电机及液压泵，控制板接收到地面指令后，将地面指令传递给第三块电路板，由该电路板控制电机；第四块电路板用于测量非旋转套20的工具面角，并将工具面角的值传递给控制板。

所述液压单元中的电机由电子仓230上的电路板控制，通过控制电机的转速，可以控制液压泵的排量，即可以控制液压油的液压力，也就能够控制翼肋 70的推力的大小。

当定向钻井时，不止需要控制两个翼肋70的推力的大小，还要控制两个翼肋70的推力合力的方向。电子仓230上固定有测斜传感器，所述测斜传感器与第四块电路板设置在一起，用于测量非旋转套20的工具面角，即两个翼肋70 推靠力合力的方向与重力高边之间的夹角，知道该夹角之后，就可以根据预先设定的钻井轨迹，计算非旋转套20需要旋转的角度，使两个翼肋70推靠力合力的方向与钻头需要钻进的方向相反。

【实施例八】

非旋转套20的旋转是由转向机构实现的。所述转向机构包括：下摩擦片810、电磁吸合器820、行星减速器830、上摩擦片840、弹簧片850、电磁吸合盘860、滑销870，如图5所示。所述电磁吸合盘860、弹簧片850、上摩擦片840、下摩擦片810、电磁吸合器820和行星减速器830从上至下依次位于所述轴承40 与电子仓230的上端面之间。所述下摩擦片810固定安装在所述电磁吸合器820 的上端面上。所述上摩擦片、下摩擦片相对设置。

所述下摩擦片810、电磁吸合器820和行星减速器830固定安装在所述非旋转套20的上部的内腔中。所述上摩擦片840、弹簧片850、电磁吸合盘860以及滑销870与上旋转轴10一起旋转。

具体的，如图5所示，所述滑销870固定安装在上旋转轴10的小径段的外壁上。所述电磁吸合盘860为圆环状结构，其套在所述上旋转轴10的小径段的外壁上，在其内壁上开有与其中心轴线平行的键槽，滑销870能够卡在所述电磁吸合盘860的键槽内，由滑销870带动电磁吸合盘860旋转。所述电磁吸合盘860能够沿与所述上旋转轴的中心轴线平行的方向移动；

电磁吸合盘860由软铁制成。在所述电磁吸合盘860下端面上安装有所述上摩擦片840，可以采用螺栓将摩擦片840固定在所述电磁吸合盘860的下端面上。所述上摩擦片840为圆环片状结构。

在所述电磁吸合盘860的下端的外壁上设有圆环形台阶，所述弹簧片850 安装在该圆环形台阶上，所述弹簧片850的中心通孔套在所述上旋转轴10的小径段的外壁上，所述弹簧片850的外边缘顶住所述电磁吸合盘860上的圆环形台阶，在所述上旋转轴10的小径段的外壁上套有卡簧880，所述卡簧880位于所述弹簧片850的下端，其外径小于所述弹簧片850的外径，其能够将弹簧片 850的中心卡住，使得弹簧片不会沿上旋转轴的轴向发生向下的移动。优选的，所述弹簧片850采用蝶形弹簧片。

具体的，所述滑销870沿上旋转轴10的轴线方向安装，因此电磁吸合盘860 可以沿上旋转轴10的轴线方向移动，移动时，滑销870固定不动，电磁吸合盘860移动，电磁吸合盘860上的键槽相对滑销870发生移动，滑销870起到导轨的作用。

当非旋转套20需要调整工具面时，电路板控制电磁吸合器820产生电磁吸力，在电磁吸力的作用下，电磁吸合盘860沿上旋转轴10的轴线方向向电磁吸合器820移动，使上摩擦片840和下摩擦片810接触。上摩擦片840和下摩擦片810的表面粗糙，两者接触后产生较大的摩擦力，因此在摩擦力作用下，下摩擦片810随上摩擦片840转动，从而非旋转套20随上旋转轴10一起转动。

由于上旋转轴10转动速度较快，为了方便非旋转套20摆工具面，需要使非旋转套20旋转得慢一些，因此在电磁吸合器820的下端面和电子仓230的上端面之间安装了行星减速器830，电磁吸合器820、行星减速器830、电子仓230 和非旋转套20之间没有相对运动，例如可以采用螺栓将电磁吸合器820、行星减速器830、电子仓230连接在一起。旋转运动通过电子仓230传递给非旋转套 20，带动非旋转套20一起旋转。

当非旋转套20旋转到合适的角度，即摆好工具面之后，电路板控制电磁吸合器820断电，电磁吸力消失，电磁吸合盘860在弹簧片850的作用下向上移动，使得上摩擦片840和下摩擦片810分离，此时非旋转套20不再随上旋转轴 10旋转。

【实施例九】

上述旋转导向工具的使用方法如下：

步骤一，将钻头与下旋转轴30连接；

步骤二，判断非旋转套20的工具面角是否准确，如果是，则转入步骤四，如果否，则转入步骤三；

步骤三，利用转向机构调整非旋转套20的工具面角；

步骤四，控制两个翼肋同时推出实现导向钻井。

所述步骤三的操作包括：

控制电磁吸合器820产生电磁吸力，吸引所述电磁吸合盘860向电磁吸合器820移动，上摩擦片840与下摩擦片810接触，非旋转套20随上旋转轴10 一起旋转；

当非旋转套20旋转到准确的工具面角时，控制电磁吸合器820断电，上摩擦片840和下摩擦片810分离，非旋转套20不再随上旋转轴10旋转。

所述步骤四的操作包括：

控制电机带动液压泵旋转，将液压油通过两个液压孔530同时泵入到两个活塞缸520中，液压油将两个活塞缸中的活塞同时推起，两个活塞同时将两个翼肋70推出，两个翼肋70同时伸出后顶住井壁。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims (18)

1.一种旋转导向工具，其特征在于：所述旋转导向工具包括同轴线设置的上旋转轴、非旋转套和下旋转轴；

所述上旋转轴的下端与所述下旋转轴的上端连接，两者的中心通孔相连通；所述下旋转轴的下端与钻头连接；

所述非旋转套套在所述上旋转轴的外部；

在所述非旋转套上安装有一个液压单元和两个翼肋，所述液压单元能够同时控制两个翼肋的伸缩。

2.根据权利要求1所述的旋转导向工具，其特征在于：所述上旋转轴包括从上至下连成一体的大径段和小径段，所述大径段的直径大于小径段的直径，两者的连接处形成上台阶；

所述下旋转轴包括从上至下连成一体的小径段和大径段，所述大径段的直径大于小径段的直径，两者的连接处形成下台阶；

所述上旋转轴的小径段穿过所述非旋转套的中心通孔后伸入到下旋转轴的中心通孔内；所述下旋转轴随上旋转轴一起旋转。

3.根据权利要求2所述的旋转导向工具，其特征在于：在所述非旋转套的下部的外壁上开有三个槽，分别为：伽马探管安装槽、两个翼肋安装槽，三个槽的长度方向均与所述非旋转套的中心轴线平行，且三个槽在圆周上均布；

在每个所述翼肋安装槽内安装有一个翼肋；

在所述伽马探管安装槽内安装有伽马探管。

4.根据权利要求3所述的旋转导向工具，其特征在于：在所述伽马探管安装槽的外部设置有盖板；

在所述盖板的外壁上设置有多条耐磨条；

各条所述耐磨条的长度方向均与非旋转套的中心轴线平行。

5.根据权利要求4所述的旋转导向工具，其特征在于：所述伽马探管距离钻头的距离不超过0.5米。

6.根据权利要求5所述的旋转导向工具，其特征在于：所述液压单元包括电机、液压泵、液压单元壳体和两个活塞缸；

两个活塞缸分别安装在两个翼肋的下方；两个活塞缸的活塞分别顶住两个翼肋；

在所述非旋转套上开有第四个槽，该槽为液压单元安装槽，该槽位于两个翼肋安装槽之间；

所述电机、液压泵安装在所述液压单元安装槽内；

所述液压单元壳体安装在所述液压单元安装槽的外部，并从液压单元安装槽一直延伸到两个翼肋安装槽的下方；

在所述液压单元壳体上开有两个液压孔，第一个液压孔的一端与第一个活塞缸连接，另一端与液压泵连接，第二个液压孔的一端与第二个活塞缸连接，另一端与液压泵连接。

7.根据权利要求6所述的旋转导向工具，其特征在于：所述液压单元壳体的外壁上位于两个翼肋之间的部分与所述非旋转套的外壁位于同一个圆柱面上。

8.根据权利要求1所述的旋转导向工具，其特征在于：在两个翼肋的外表面分别设置有多条耐磨条，各条所述耐磨条的长度方向与所述非旋转套的中心轴线平行。

9.根据权利要求6所述的旋转导向工具，其特征在于：在所述非旋转套的上部的内壁上设有环形台阶；

在所述非旋转套的中心通孔内安装有电子仓，在所述电子仓内安装有电路板；

所述电子仓的下端面与所述非旋转套的内壁上的环形台阶接触。

10.根据权利要求9所述的旋转导向工具，其特征在于：所述电子仓为圆柱体结构，在其中心开有与其同轴线的中心通孔；

在所述电子仓的外壁上开有多个槽，在每个槽中安装有电路板；

在所述电子仓的下端面上开有多个穿线孔，各个穿线孔的中心轴线均与所述非旋转套的中心轴线平行；

在所述非旋转套上开有伽马穿线孔，所述伽马穿线孔的中心轴线与所述非旋转套的中心轴线平行；所述伽马穿线孔与电子仓上的第一个穿线孔连通；与所述伽马探管连接的电线依次穿过伽马穿线孔、电子仓上的第一个穿线孔后与电子仓内的电路板相连；

在所述非旋转套上开有液压单元穿线孔，所述液压单元穿线孔的中心轴线与所述非旋转套的中心轴线平行；所述液压单元穿线孔与电子仓上的第二个穿线孔连通；与所述液压单元中的电机连接的电线依次穿过所述液压单元穿线孔、电子仓上的第二个穿线孔后与电子仓内的电路板相连。

11.根据权利要求10所述的旋转导向工具，其特征在于：在所述电子仓的外壁上还开有多个过线槽，过线槽将电子仓外壁上的各个槽连接起来。

12.根据权利要求11所述的旋转导向工具，其特征在于：在所述电子仓内设置有测斜传感器。

13.根据权利要求10所述的旋转导向工具，其特征在于：所述旋转导向工具进一步包括转向机构；

所述转向机构包括：固定安装在所述非旋转套上部的内腔中的下摩擦片、电磁吸合器，以及与所述上旋转轴一起旋转的上摩擦片、弹簧片、电磁吸合盘以及滑销；

所述下摩擦片、上摩擦片相对设置；

所述下摩擦片固定安装在所述电磁吸合器的上端面上；

所述滑销固定安装在所述上旋转轴的小径段的外壁上；

所述电磁吸合盘为圆环状结构，其套在所述上旋转轴的小径段的外壁上；

所述上摩擦片安装在所述电磁吸合盘的下端面上；所述上摩擦片为圆环片状结构；

在所述电磁吸合盘的内壁上开有与其中心轴线平行的键槽；所述滑销能够卡在所述电磁吸合盘的键槽内，由滑销带动电磁吸合盘旋转；所述电磁吸合盘能够沿与所述上旋转轴的中心轴线平行的方向移动；

在所述电磁吸合盘的下端的外壁上设有圆环形台阶；所述弹簧片的中心通孔套在所述上旋转轴的小径段的外壁上，所述弹簧片的外边缘顶住所述电磁吸合盘上的圆环形台阶；

在所述上旋转轴的小径段的外壁上套有卡簧，所述卡簧位于所述弹簧片的下端，其外径小于所述弹簧片的外径，其能够将弹簧片卡住。

14.根据权利要求13所述的旋转导向工具，其特征在于：在所述电磁吸合器的下端面与电子仓的上端面之间设置有行星减速器；

所述电磁吸合器、行星减速器、电子仓连接在一起。

15.根据权利要求14所述的旋转导向工具，其特征在于：在所述非旋转套与上台阶之间、非旋转套与下台阶之间分别安装有轴承；

所述电磁吸合盘、弹簧片、上摩擦片、下摩擦片、电磁吸合器和行星减速器从上至下依次位于所述轴承与电子仓的上端面之间。

16.一种旋转导向工具的使用方法，其特征在于：所述方法包括：

步骤一，将钻头与如权利要求1-15任一项所述的旋转导向工具的下旋转轴连接；

步骤二，判断非旋转套的工具面角是否准确，如果是，则转入步骤四，如果否，则转入步骤三；

步骤三，利用转向机构调整所述非旋转套的工具面角；

步骤四，控制两个翼肋同时推出实现导向钻井。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于：所述步骤三的操作包括：

控制电磁吸合器产生电磁吸力，吸引所述电磁吸合盘向电磁吸合器移动，上摩擦片与下摩擦片接触后，非旋转套随上旋转轴一起旋转；

当非旋转套旋转到准确的工具面角时，控制电磁吸合器断电，上摩擦片和下摩擦片分离，非旋转套不再随上旋转轴旋转。

18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于：述步骤四的操作包括：

控制电机带动液压泵旋转，将液压油通过两个液压孔同时泵入到两个活塞缸中，液压油将两个活塞缸中的活塞同时推起，两个活塞同时将两个翼肋推出，两个翼肋同时伸出后顶住井壁。

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