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　　1.利用螺杆凸轮实现垂直钻井的机械式井下工具，其特征在于：所述的利用螺杆凸轮

　　实现垂直钻井的机械式井下工具由马达总成、万向轴总成、纠斜总成组成，马达总成前端连

　　接万向轴总成，万向轴总成前端连接纠斜总成；所述马达总成包括上接头（1）、防掉锁母

　　（2）、防掉连杆（3）、定子壳体（4）、橡胶衬套（5）和螺杆转子（6），上接头（1）通过螺纹与定子

　　壳体（4）连接，防掉连杆（3）后端连接防掉锁母（2），前端连接螺杆转子（6），橡胶衬套（5）安

　　装在定子壳体（4）内部组成螺杆定子，螺杆转子（6）和螺杆定子相互齿合；所述的万向轴总

　　成包括活绞（7）、球座（8）、传动球（9）、承压球（10）、密封圈a（11）、锁紧套（12）、密封套（13）、

　　万向轴连杆（14）、万向轴壳体（15）、水帽（16）和传动轴（17），球座（8）安装在活绞（7）内部，

　　承压球（10）安放在球座（8）上，传动球（9）安放在万向轴连杆（14）端部凹槽，利用锁紧套

　　（12）将万向轴连杆（14）和活绞（7）配合，并利用密封圈a（11）和密封套（13）密封活绞（7）内

　　部，万向轴连杆（14）两端安装结构相同，万向轴壳体（15）后端连接定子壳体（4），水帽（16）

　　后端连接活绞（7），前端连接传动轴（17）；所述纠斜总成包括密封环（18）、中心管（19）、密封

　　圈b（20）、轴承a（21）、滚轮座（22）、滚轮（23）、螺钉a（24）、偏重套管（25）、凸轮（26）、凸轮盖

　　外环（27）、螺钉b（28）、凸轮盖内环（29）、弹簧（30）、弹簧座（31）、销钉a（32）、销钉b（33）、连

　　杆座（34）、球铰（35）、连杆a（36）、滚筒（37）、圆柱销（38）、铰链销（39）、连杆b（40）、轴承b

　　（41）、套筒（42）、轴承c（43）和下接头（44），滚轮（23）通过螺钉a（24）安装在滚轮座（22）上，

　　将球铰（35）通过凸轮盖外环（27）、螺钉b（28）以及凸轮盖内环（29）安装于凸轮（26）底部，将

　　连杆座（34）固定在轴承b（41）上，从上到下依次将轴承a（21）、滚轮座（22）、凸轮（26）、弹簧

　　（30）、弹簧座（31）、轴承b（41）、套筒（42）和轴承c（43）安装在中心管（19）上，滚轮座（22）依

　　靠螺纹固定于中心管（19）上，弹簧座（31）依靠销钉b（33）固定于中心管（19）上，将滚筒（37）

　　通过圆柱销（38）安装在连杆b（40）右端，利用铰链销（39）将连杆a（36）与连杆b（40）相连，再

　　将连杆a（36）与球铰（35）下端连接，连杆b（40）与连杆座（34）连接，预先将密封环（18）和密

　　封圈b（20）安装到偏重套管（25）上，再将偏重套管（25）套装在轴承a（21）和轴承c（43）上，利

　　用销钉a（32）将连杆座（34）固定在偏重套管（25）上，中心管（19）后端与传动轴（17）螺纹连

　　接，前端与下接头（44）螺纹连接；连杆座（34）上的连杆座销钉孔与连杆b（40）安装处周向相

　　距180°，销钉a（32）连接套管销钉孔和连杆座销钉孔，保证连杆a（36）和连杆b（40）始终与偏

　　重套管（25）上的连杆伸缩口相对；凸轮（26）底部开设有环形滑槽，凸轮（26）与凸轮盖外环

　　（27）和凸轮盖内环（29）形成环形滑道，球铰（35）可在环形滑道内绕凸轮（26）周向转动，安

　　装前应在环形滑槽内涂上润滑脂；钻进过程中，当井斜发生时，偏重套管（25）较重一侧在重

　　力作用下通过轴承a（21）和轴承c（43）自动旋转到井眼低边，带动连杆座（34）旋转，使连杆a

　　（36）和连杆b（40）始终位于井眼高边，通过马达总成将液体能量转化为旋转的机械能，带动

　　中心管（19）旋转，滚轮座（22）随中心管（19）同步转动使凸轮（26）上下往复运动，从而带动

　　连杆a（36）和连杆b（40）连续推向井壁，产生一个周期性的反作用力来纠正井斜，实现正常

　　2.根据权利要求1所述的利用螺杆凸轮实现垂直钻井的机械式井下工具，其特征在于：

　　所述的偏重套管（25）较重一侧中下部的周向中心处开设有套管销钉孔，距离套管销钉孔周

　　向180°处开设有连杆伸缩口，连杆a（36）和连杆b（40）可通过连杆伸缩口进行伸缩，偏重套

　　3.根据权利要求1所述的利用螺杆凸轮实现垂直钻井的机械式井下工具，其特征在于：

　　所述的连杆b（40）右端安装有滚筒（37），变钻具与井壁的滑动摩擦为滚动摩擦，减小工作阻

　　直井段的防斜打直、打快对于提高深井、超深井及各种复杂结构井的机械钻速、保

　　证井下安全具有重要的作用，而随着深井、超深井的不断增多，垂直钻井技术得到了快速的

　　发展和应用。近年来，随着导向钻井技术的快速发展与应用，垂直钻井技术在传统的防斜打

　　导向钻具防斜打快技术，可以做到开转盘钻直井（稳斜）和定向纠斜。导向钻具是

　　带有单弯或双弯壳体及稳定器的井下动力钻具组合。当转盘转速较小时，钻头的实际转速

　　为螺杆钻具输出转速与转盘转速之和，这时可钻出稳斜井段；一旦发生井斜需要纠斜时，可

　　以定向方式进行作业。反钟摆钻具组合防斜打快技术，偏轴钻具因其机理所限，主要是一种

　　稳斜工具，降斜特性是第二位的，另外它要达到预期变形要求有足够的变形空间，因此在小

　　井眼中其防斜特性大大下降。在这样一种技术需求下，反钟摆钻具组合防斜技术应运而生，

　　它一方面表现出足够强的降斜能力；另一方面在小井眼中应用仍有很好的降斜效果。预弯

　　曲动力学防斜打快技术，在井眼中的动力学行为产生较大的降斜力，同时消除由于钻头指

　　向不均匀造成的增斜力，从而达到防斜打快的目的，初步试验证明了这种技术的有效性，现

　　场也急需这种技术。但是这些防斜打快技术都有其局限性，它们应用的条件很单一，无法做

　　成的井斜情况，从而导致钻井效率低下、钻井成本高、钻井周期过长的问题，  本发明提供了

　　成、万向轴总成、纠斜总成组成，马达总成前端连接万向轴总成，万向轴总成前端连接纠斜

　　总成；所述马达总成包括上接头、防掉锁母、防掉连杆、定子壳体、橡胶衬套和螺杆转子，上

　　接头通过螺纹与定子壳体连接，防掉连杆后端连接防掉锁母，前端连接螺杆转子，橡胶衬套

　　安装在定子壳体内部组成螺杆定子，螺杆转子和螺杆定子相互齿合；所述的万向轴总成包

　　括活绞、球座、传动球、承压球、密封圈a、锁紧套、密封套、万向轴连杆、万向轴壳体、水帽和

　　传动轴，球座安装在活绞内部，承压球安放在球座上，传动球安放在万向轴连杆端部凹槽，

　　利用锁紧套将万向轴连杆和活绞配合，并利用密封圈a和密封套密封活绞内部，万向轴连杆

　　两端安装结构相同，万向轴壳体后端连接定子壳体，水帽后端连接活绞，前端连接传动轴；

　　所述纠斜总成包括密封环、中心管、密封圈b、轴承a、滚轮座、滚轮、螺钉a、偏重套管、凸轮、

　　凸轮盖外环、螺钉b、凸轮盖内环、弹簧、弹簧座、销钉a、销钉b、连杆座、球铰、连杆a、滚筒、圆

　　柱销、铰链销、连杆b、轴承b、套筒、轴承c和下接头，滚轮通过螺钉a安装在滚轮座上，将球铰

　　通过凸轮盖外环、螺钉b以及凸轮盖内环安装于凸轮底部，将连杆座固定在轴承b上，从上到

　　下依次将轴承a、滚轮座、凸轮、弹簧、弹簧座、轴承b、套筒和轴承c安装在中心管上，滚轮座

　　依靠螺纹固定于中心管上，弹簧座依靠销钉b固定于中心管上，将滚筒通过圆柱销安装在连

　　杆b右端，利用铰链销将连杆a与连杆b相连，再将连杆a与球铰下端连接，连杆b与连杆底座

　　连接，预先将密封环和密封圈b安装到偏重套管上，再将偏重套管套装在轴承a和轴承c上，

　　利用销钉a将连杆座固定在偏重套管上，中心管后端与传动轴螺纹连接，前端与下接头螺纹

　　所述的偏重套管较重一侧中下部的周向中心处开设有套管销钉孔，距离套管销钉孔周向

　　180°处开设有连杆伸缩口，连杆a和连杆b可通过连杆伸缩口进行伸缩，偏重套管上下两端

　　开设有密封槽，用于安放密封环；所述的连杆座上的连杆座销钉孔与连杆b安装处周向相距

　　180°，销钉a连接套管销钉孔和连杆座销钉孔，保证连杆a和连杆b始终与偏重套管上的连杆

　　所述的凸轮底部开设有环形滑槽，凸轮与凸轮盖外环和凸轮盖内环形成环形滑道，球铰可

　　在环形滑道内绕凸轮周向转动，安装前应在环形滑槽内涂上润滑脂；所述的连杆b右端安装

　　本发明的有益效果是：(1)  采用偏重原理实时感应井斜，感应灵敏，反应迅速，进

　　行动态纠斜；(2)  利用凸轮及四杆机构实现工具的纠斜工作原理，其结构新颖，具有理论研

　　究价值以及进一步开发完善的可能性；(3)  该工具的马达总成不产生轴向压力、能量转化

　　效率高、轴向尺寸短；(4)  本发明为纯机械式结构，不包含电磁测量部件及高压油系统，工

　　图1为本发明所述的利用螺杆凸轮实现垂直钻井的机械式井下工具连杆a和连杆b

　　图2为本发明所述的利用螺杆凸轮实现垂直钻井的机械式井下工具连杆a和连杆b

　　图中1‑上接头，2‑防掉锁母，3‑防掉连杆，4‑定子壳体，5‑橡胶衬套，6‑螺杆转子，

　　7‑活绞，8‑球座，9‑传动球，10‑承压球，11‑密封圈a，12‑锁紧套，13‑密封套，14‑万向轴连

　　杆，15‑万向轴壳体，16‑水帽，17‑传动轴，18‑密封环，19‑中心管，20‑密封圈b，21‑轴承a，

　　22‑滚轮座，23‑滚轮，24‑螺钉a，25‑偏重套管，26‑凸轮，27‑凸轮盖外环，28‑螺钉b，29‑凸轮

　　盖内环，30‑弹簧，31‑弹簧座，32‑销钉a，33销钉‑b，34‑连杆座，35‑球铰，36‑连杆a，37‑滚

　　筒，38‑圆柱销，39‑铰链销，40‑连杆b，41‑轴承b，42‑套筒，43‑轴承c，44‑下接头。

　　参见附图1，利用螺杆凸轮实现垂直钻井的机械式井下工具由马达总成、万向轴总

　　成、纠斜总成组成，马达总成前端连接万向轴总成，万向轴总成前端连接纠斜总成；所述马

　　达总成包括上接头1、防掉锁母2、防掉连杆3、定子壳体4、橡胶衬套5和螺杆转子6，上接头1

　　通过螺纹与定子壳体4连接，防掉连杆3后端连接防掉锁母2，前端连接螺杆转子6，橡胶衬套

　　所述的万向轴总成包括活绞7、球座8、传动球9、承压球10、密封圈a11、锁紧套12、

　　密封套13、万向轴连杆14、万向轴壳体15、水帽16和传动轴17，球座8安装在活绞7内部，承压

　　球10安放在球座8上，传动球9安放在万向轴连杆14端部凹槽，利用锁紧套12将万向轴连杆

　　14和活绞7配合，并利用密封圈a11和密封套13密封活绞7内部，万向轴连杆14两端安装结构

　　相同，万向轴壳体15后端连接定子壳体4，水帽16后端连接活绞7，前端连接传动轴17。

　　所述纠斜总成包括密封环18、中心管19、密封圈b20、轴承a21、滚轮座22、滚轮23、

　　螺钉a24、偏重套管25、凸轮26、凸轮盖外环27、螺钉b28、凸轮盖内环29、弹簧30、弹簧座31、

　　销钉a32、销钉b33、连杆座34、球铰35、连杆a36、滚筒37、圆柱销38、铰链销39、连杆b40、轴承

　　b41、套筒42、轴承c43和下接头44，滚轮23通过螺钉a24安装在滚轮座22上，将球铰35通过凸

　　轮盖外环27、螺钉b28以及凸轮盖内环29安装于凸轮26底部，将连杆座34固定在轴承b41上，

　　从上到下依次将轴承a21、滚轮座22、凸轮26、弹簧30、弹簧座31、轴承b41、套筒42和轴承c43

　　安装在中心管19上，滚轮座22依靠螺纹固定于中心管19上，弹簧座31依靠销钉b33固定于中

　　心管19上，将滚筒37通过圆柱销38安装在连杆b40右端，利用铰链销39将连杆a36与连杆b40

　　相连，再将连杆a36与球铰35下端连接，连杆b40与连杆底座34连接，预先将密封环18和密封

　　圈b20安装到偏重套管25上，再将偏重套管25套装在轴承a21和轴承c43上，利用销钉a32将

　　连杆座34固定在偏重套管25上，中心管19后端与传动轴17螺纹连接，前端与下接头44螺纹

　　连接；钻进过程中，当井斜发生时，偏重套管25较重一侧在重力作用下通过轴承a21和轴承

　　c43自动旋转到井眼低边，带动连杆座34旋转，使连杆a36和连杆b40始终位于井眼高边，通

　　过马达总成将液体能量转化为旋转的机械能，带动中心管19旋转，滚轮座22随中心管19同

　　步转动使凸轮26上下往复运动，从而带动连杆a36和连杆b40连续推向井壁，产生一个周期

　　性的反作用力来纠正井斜，实现正常钻进，提高钻井效率；当井斜不发生时，偏重套管25的

　　偏向是随机的，故该自动垂直钻井工具不会产生恒定一侧的纠斜力，不影响正常钻进。

　　所述的偏重套管25较重一侧中下部的周向中心处开设有套管销钉孔，距离套管销

　　钉孔周向180°处开设有连杆伸缩口，连杆a36和连杆b40可通过连杆伸缩口进行伸缩，偏重

　　套管25上下两端开设有密封槽，用于安放密封环18；所述的连杆座34上的连杆座销钉孔与

　　连杆b40安装处周向相距180°，销钉a32连接套管销钉孔和连杆座销钉孔，保证连杆a36和连

　　所述的凸轮26底部开设有环形滑槽，凸轮26与凸轮盖外环27和凸轮盖内环29形成

　　滑道，球铰35可在滑道内绕凸轮26周向转动，安装前应在环形滑槽内涂上润滑脂；所述的连

　　杆b40右端安装有滚筒37，变钻具与井壁的滑动摩擦为滚动摩擦，减小工作阻力。