一种连续油管钻井的井下单级反向螺旋电控液动转向器

本发明涉及油气井工程中连续油管定向钻井领域，特别是一种连续油管钻井的井下单级反向螺旋电控液动转向器。

背景技术：

1、连续油管钻井是一种可内置电缆进行井下双向通电通讯的易于实现井下自动化的小井眼前沿钻井技术，被广泛应用于油气井开窗侧钻、老井加深、死井复活、径向射孔等钻井领域，在国内外具有广泛的应用前景。由于连续油管在井下作业过程中不旋转，只能通过井下转向器实现井下定向，从结构上可以大致分为三类：电控液动转向器、电控电动转向器和液控液动转向器。液控液动转向器以泥浆内外压差为转动驱动力，但泥浆脉冲传递信号不稳定，不易于实现井下实时双向控；电控电动转向器易于实现智能控制，但需要大功率电缆对内置驱动电机输送高压电实现井下电控电动，但驱动电机扭矩小、结构复杂、井下大功率通电困难；电控液动转向器可以在通讯电缆作用下可实现井下信号实时双向传输、精度高，同时利用钻井液内外压差驱动、扭矩大，在结构更简单。本发明设计了一种连续油管钻井井下单级反向螺旋电控液动转向器，可用于连续油管钻进时旋转井下带弯外壳或弯接头井下动力钻具工具面角的旋转，实现井眼轨迹的精确定向控制。

2、目前，国外大多采用电控液动转向器，而国内连续油管转向器研究起步较晚，在研的大多为液控液动式转向器，对于电控液动转向器的研发还处在起步阶段。但无论是哪种转向器，对国内而言，国外都采取了严格的技术保密措施，致使国内对连续油管转向器的研发还处于起步阶段。由于转向器在连续管钻井井下钻具组合的重要作用，近年来国内多家科研单位对转向器进行了研究。

3、某公司发明了一种连续油管导向工具的机械部分，该发明可以与连续管导向工具的电路部分、液压部分相配合，以带动导向工具旋转调整马达的造斜能力，使井眼轨迹达到设计要求。某公司发明了一种连续管液控定向工具，该工具采用了换向滑道与换向滑块相配合的方式，具有可控性好，结构简单，成本低等特点，能够更为快速地投入到现场应用，但其定向精度差，且单次调整角度固定，受到钻井液类型的限制。某技术研究院发明了一种连续管钻井定向工具并进行现场实验，该工具可以在钻井过程中随时调整钻具组合的工具面，但其动力与数据传输依靠泥浆脉冲，信号传输速度慢，且每次调整工具面角度固定，精度难以保证。

4、通过众多研发单位所研发的连续油管转向器，可以总结出三类转向器的优缺点，以及未来连续油管的发展方向。电控电动转向器内部结构较为复杂，需要内置高功率电动电机等设备，工作时候需要消耗大量电能和产生巨大的热量，对电缆的电力传输负荷较大，成本较高，适用于大型且为复杂的油气田；液控液动转向器结构虽然简单、可靠性高，但相对于电控液动和电控电动转向器而言，转向精度较低、转向时耗过长；电控液动转向器相对于液压转向器提高了转向精度和缩短了作业时长，相对于电控电动转向器节约了设计的结构空间和降低了电缆输能负荷。有鉴于此，设计一种结构更为简单，操作更加智能且精度更高的转向器已成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的就是提供一种连续油管钻井的井下单级反向螺旋电控液动转向器。用于解决现有连续油管转向器传动方式为涡轮传动和单螺旋传动，工具面定向精度低、转向耗时长、锁紧扭矩小的问题。

2、一种连续油管钻井的井下单级反向螺旋电控液动转向器，包括中心花键轴，以及从上至下依次套设在所述中心花键轴上的离合系统总成、电控液动系统总成和转向系统总成；

3、所述转向系统总成包括外层固定套筒和中间转向套筒，所述外层固定套筒的内壁和中间转向套筒的外壁上均设置有正向螺旋花键，所述中间转向套筒的内壁和中心花键轴的外壁上均设置有反向螺旋花键；

4、所述中间转向套筒的正向螺旋花键下端与外层固定套筒的正向螺旋花键上端套装，所述中间转向套筒的反向螺旋花键下端与中心花键轴的反向螺旋花键上端套装，所述电控液动系统总成用于控制所述中间转向套筒沿竖直方向运动。

5、可选的，所述正向螺旋花键顶端到底端的螺旋角度为m，所述反向螺旋花键顶端到底端的螺旋角度为n，其中：m-n为正整数。

6、可选的，所述离合系统总成包括上外套筒、固定离合套筒和移动离合套筒；

7、所述上外套筒的顶端内壁螺纹连接有上端接头，所述固定离合套筒固定安装在上外套筒内，所述固定离合套筒外壁与上端接头内壁之间通过花键卡接，所述固定离合套筒的下端和移动离合套筒的上端均沿其轴线等角度环形设置有若干三角形卡块，所述三角形卡块相互卡接时，所述移动离合套筒和固定离合套筒相互卡紧；

8、所述移动离合套筒的内侧壁上设置第一花键，所述中心花键轴上设置有与所述第一花键配合的第一花键槽，所述移动离合套筒滑动套设在所述中心花键轴上。

9、可选的，所述离合系统总成还包括驱动所述移动离合套筒往复运动的离合活塞缸；

10、所述离合活塞缸安装在所述移动离合套筒下方的上外套筒内，所述离合活塞缸的活塞杆顶端与所述移动离合套筒的底端连接；

11、所述离合活塞缸的活塞杆开设有中空过孔，所述离合活塞缸的活塞杆滑动套设在所述中心花键轴上，所述中心花键轴的下端穿过所述离合活塞缸的缸体底端且与其底端转动密封连接。

12、可选的，所述转向系统总成还包括下外套筒，所述下外套筒的顶端与所述上外套筒密封连接；

13、所述电控液动系统总成下方的上外套筒内安装有转向活塞缸，所述转向活塞缸的顶出方向为竖直向下，所述转向活塞缸的活塞杆顶端连接有带肩套筒，所述带肩套筒的底端连接有滑动套筒，所述下外套筒内滑动设置有驱动套筒，所述驱动套筒的顶端与所述滑动套筒的底端抵触，所述驱动套筒的底端与中间转向套筒的顶端固定连接。

14、可选的，所述转向活塞缸的活塞杆与转向活塞缸的缸套上下端均为滑动密封连接；

15、所述转向活塞缸的活塞杆开设有中空过孔，所述转向活塞缸的活塞杆、带肩套筒、滑动套筒和驱动套筒均滑动套设在所述中心花键轴上；

16、所述上外套筒内还安装有弹簧限位套筒和导向套筒，所述滑动套筒沿所述弹簧限位套筒和导向套筒内壁滑动。

17、可选的，所述带肩套筒的外壁上套设有第一复位弹簧，所述第一复位弹簧的底端与弹簧限位套筒抵触，所述第一复位弹簧的顶端与带肩套筒的肩台抵触；

18、所述驱动套筒的外壁上套设有第二复位弹簧，所述第二复位弹簧的底端与外层固定套筒的底端抵触，所述第二复位弹簧的顶端与驱动套筒外壁上的肩台抵触；

19、所述下外套筒内还安装有限位器，所述限位器包括限位环，所述限位环的外壁与所述下外套筒花键配合，所述限位环的内壁上设置沿其径滑动的若干制动块。

20、可选的，所述电控液动系统总成包括套设在所述中心花键轴上的电控套筒，所述电控套筒的上下端分别与离合活塞缸和转向活塞缸抵触；

21、所述电控套筒的外壁上套设安装有第一电磁锁和第二电磁锁，所述第一电磁锁和第二电磁锁均包括壳体，所述壳体内侧顶端和底端分别设置有第一电磁体和第二电磁体，所述第一电磁体和第二电磁体的客体内设置有滑动的阀芯；

22、所述阀芯与壳体远离中心花键轴的一侧密封侧壁贴合，所述阀芯与壳体靠近中心花键轴的一侧侧壁之间形成高压流道，所述阀芯的上下两端分别设置有第一限位块和第二限位块。

23、可选的，所述壳体上端靠近中心花键轴的一侧侧壁开设有第一出液孔，所述壳体上端远离中心花键轴的一侧侧壁以及上外套筒外壁上开设有第二出液孔；

24、所述第一限位块内开设有第一流道，所述壳体下端靠近中心花键轴的一侧侧壁开设有第三出液孔，所述壳体上端远离中心花键轴的一侧侧壁以及上外套筒外壁上开设有第四出液孔，所述第二限位块内开设有第二流道；

25、所述壳体中部靠近中心花键轴的一侧侧壁以及电控套筒的外壁上均开设有连通中心花键轴内腔的进液口，所述第一电磁体通电且第二电磁体断电时，所述高压流道与第一出液孔连通，所述第三出液孔和第四出液孔通过第二流道连通，所述第一电磁体断电且第二电磁体通电时，所述高压流道与第三出液孔连通，所述第一出液孔和第二出液孔通过第一流道连通；

26、所述第一电磁锁的第一出液孔和第三出液孔通过第一管道分别与离合活塞缸的两侧缸体连接，所述第二电磁锁的第一出液孔和第三出液孔通过第二管道分别与转向活塞缸的两侧缸体连接。

27、可选的，所述下外套筒的底端内壁上还安装有滚珠轴承，所述中心花键轴的内圈套设安装在所述中心花键轴的外壁上，所述中心花键轴的底端还安装有下端接头。

28、由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

29、1、相对于目前市面上转向器的涡轮传动和单螺旋传动，本技术电控液动的单级反向螺旋转向器采用双层传动、反向布置的传动方式，转向精度更高，转向耗时更少。

30、2、本技术采用多层锁紧进行定向，中心花键轴上端采用直花键的方式将反扭矩传递给上端接头，下端通过限位器的制动块锁紧中间转向套筒，将中心花键轴的反扭矩传递给下外套筒，能够有效的防止反扭矩对中心花键轴旋转精度的影响。

31、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。