垂直鑽井工具

《垂直鑽井工具》是中國石油集團西部鑽探工程有限公司於2014年10月27日申請的專利，該專利的公布號為CN104314470A，授權公布日為2015年1月28日，發明人是王雄鷹、何新航、王峰、王吉文。

《垂直鑽井工具》涉及油氣鑽井井下工具技術領域，是一種垂直鑽井工具，其包括中心管、短鑽鋌、本體、供電裝置、凸塊旋轉裝置、測控裝置和非接觸輸電裝置；中心管上端安裝有短鑽鋌，本體通過上軸承和下軸承安裝在中心管外部並能夠相對中心管轉動，短鑽鋌的內部安裝有供電裝置，本體的外側沿圓周均勻分布有三個軸向凸台。

2017年12月11日，《垂直鑽井工具》獲得第十九屆中國專利優秀獎。

（概述圖為《垂直鑽井工具》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：垂直鑽井工具
• 申請人：中國石油集團西部鑽探工程有限公司
• 申請日：2014年10月27日
• 申請號：2014105812570
• 公布號：CN104314470A
• 公布日：2015年1月28日
• 發明人：王雄鷹、何新航、王峰、王吉文
• 地址：新疆維吾爾自治區克拉瑪依市友誼路98號西部鑽探工程院
• Int.Cl.：E21B7/04(2006.01)I、E21B7/10(2006.01)I、E21B47/022(2012.01)I
• 代理機構：烏魯木齊合縱專利商標事務所
• 代理人：湯建武、周星瑩
• 類別：發明專利

專利背景

在石油或地質勘探鑽井過程中，經常會遇見在地層傾角大、高陡構造帶、山前逆掩推覆體區域等複雜地質條件下鑽深井、超深井，尤其是鑽深探井、超深探井以及區域第一口預探井、大陸科探井時，普遍要求防斜打快和安全低成本，而常規鑽井技術在複雜易斜地層鑽深井、鑽遇高陡構造或是地應力異常地層時，鑽頭在地層傾角、地應力及鑽壓的共同作用下，會偏離正常的井眼軌跡垂直軸線而出現井斜。出現井斜後往往會給後續的鑽井、測井和完井作業帶來很大的風險，如出現起下鑽具、套管或測井儀器困難，極易發生卡鑽等事故，嚴重時甚至可能會導致油井的報廢。同時為了防止井斜的發生，通常將鑽壓控制在較低的範圍內進行鑽進，嚴重製約了鑽井效率的提高。

2014年前，常規的被動防斜打直技術（如塔式鑽具、鐘擺鑽具、滿眼鑽具、旋沖鑽井等）均無法實現在複雜地質條件下的快速防斜打直，並且具有很大的局限性，因此針對這一技術難題，中國國外各大石油公司多年前就開展了主動防斜技術的研究。經過多年的攻關研究，2014年前該項技術已獲得了突破性進展，三家大的石油技術服務公司BakerHughes、Schlumberger和Halliburton分別形成了其各自商業化套用的AutoTrakRCLS、PowerDriveSRD和Geo-Pilot旋轉導向鑽井系統。中國國內的多家石油公司如中石油西部鑽探公司和中石化勝利油田分公司等也分別開展了該項技術的研究並獲得了成功。經過現場實際套用，上述防斜工具實現了對井眼軌跡控制的目的，有效的防止了井斜的發生。但是第一代主動防斜工具在工具的結構、控制方法、可靠性及成本方面也存在著不足，如工具的結構複雜、數據處理量大，可靠性不高、維修難度大、使用成本高等，這些缺陷成為了制約該項技術普遍推廣套用的瓶頸。

發明內容

專利目的

《垂直鑽井工具》提供了一種垂直鑽井工具，克服了上述2014年10月之前的技術之不足，其能有效解決已有防斜工具存在的結構複雜、可靠性低、維修難度大、使用成本高的問題。

技術方案

《垂直鑽井工具》包括中心管、短鑽鋌、本體、供電裝置、凸塊旋轉裝置、測控裝置和非接觸輸電裝置；中心管上端安裝有短鑽鋌，本體通過上軸承和下軸承安裝在中心管外部並能夠相對中心管轉動，短鑽鋌的內部安裝有供電裝置，本體的外側沿圓周均勻分布有三個軸向凸台，各軸向凸台的上部體內分別安裝有能伸出軸向凸台並支撐在井壁上帶動本體旋轉的凸塊旋轉裝置；各軸向凸台的下部分別設有推板安裝槽，其中一個推板安裝槽內安裝有帶推力板的防轉推力裝置，其餘推板安裝槽內安裝有帶推力板的糾偏推力裝置，防轉推力裝置能使推力板支撐在井壁上以防止本體旋轉，糾偏推力裝置能使推力板支撐在井壁上以防止本體傾斜，糾偏推力裝置的推力大於防轉推力裝置；本體的中部體內安裝有旋轉裝置液泵、推力裝置液泵和測控裝置，測控裝置上有能夠檢測井斜及傾斜方位的感測器，本體下部內壁與中心管之間安裝有非接觸輸電裝置，供電裝置通過非接觸輸電裝置與測控裝置的電源端子電連線，感測器的輸出端子與測控裝置的信號輸入端子電連線，測控裝置的信號輸出端子與旋轉裝置液泵的控制端子及推力裝置液泵的控制端子電連線，旋轉裝置液泵能夠驅動凸塊旋轉裝置工作，推力裝置液泵能夠驅動防轉推力裝置及糾偏推力裝置工作。

下面是對上述發明技術方案的進一步最佳化或/和改進：上述各軸向凸台的外側中部分別可有艙蓋安裝槽並固定安裝有艙蓋板；軸向凸台包括第一軸向凸台、第二軸向凸台和第三軸向凸台；對應第一軸向凸台的艙蓋安裝槽的槽底中部有泵艙，旋轉裝置液泵和推力裝置液泵固定安裝在泵艙內壁上；對應第二軸向凸台的艙蓋安裝槽的槽底中部有平衡艙，平衡艙內安裝有平衡膠囊，平衡艙的艙蓋板中部有平衡通孔並固定安裝有平衡接頭，平衡膠囊的口部固定安裝在平衡接頭內端，平衡膠囊的內腔通過平衡接頭內腔與本體外部相連通；對應第三軸向凸台的艙蓋安裝槽的槽底中部有控制艙，測控裝置固定安裝在控制艙內壁上；泵艙與平衡艙之間有衡壓通孔，泵艙與控制艙之間有裝有密封塞的線纜孔。

上述防轉推力裝置可包括兩個小柱塞，糾偏推力裝置可包括推力活塞；各推力板的上部和下部分別有上壓台和下壓台，對應上壓台位置的軸向凸台上設有上限位槽並固定安裝有上限位塊，對應下壓台位置的軸向凸台上設有下限位槽並固定安裝有下限位塊，上壓台與上限位塊之間安裝有上復位簧，下壓台與下限位塊之間安裝有下復位簧；第一軸向凸台、第二軸向凸台和第三軸向凸台下部的推板安裝槽分別為第一推板安裝槽、第二推板安裝槽和第三推板安裝槽；第一推板安裝槽和第三推板安裝槽的底面中部設有活塞安裝腔，推力活塞安裝在活塞安裝腔內；第二推板安裝槽的上部底面上和下部底面上分別設有上柱塞安裝腔和下柱塞安裝腔，兩個小柱塞分別安裝在上柱塞安裝腔和下柱塞安裝腔內，上下兩個小柱塞的直徑之和小於推力活塞的直徑；本體的下部有下油環安裝槽，下油環安裝槽內安裝有上端帶有導油槽的下導油環，第一推板安裝槽的活塞安裝腔底部有第一軸向油孔，上柱塞安裝腔和下柱塞安裝腔的底部通過第二軸向油孔相連通，第三推板安裝槽的活塞安裝腔底部有第三軸向油孔；第一軸向油孔的上端與推力裝置液泵的出液口相連通，第一軸向油孔的上端與推力裝置液泵的出液口之間安裝有溢流閥；第一軸向油孔、第二軸向油孔和第三軸向油孔的下端分別與下導油環的導油槽相連通。

上述凸塊旋轉裝置可包括推力膠囊、驅動凸塊、回位彈簧和凸塊壓板；各軸向凸台的上部分別有沿右上左下方向傾斜布置的凸塊安裝腔，各凸塊安裝腔的內端分別安裝有推力膠囊，推力膠囊外部的凸塊安裝腔內安裝有驅動凸塊，驅動凸塊的外側左右兩邊分別設有凸棱，凸棱為沿凸塊安裝腔方向布置的螺旋狀凸棱，驅動凸塊的外側中部設有彈簧安裝槽並安裝有回位彈簧，對應凸塊安裝腔上下端位置的軸向凸台外側設有壓板槽，壓板槽內固定安裝有凸塊壓板，回位彈簧的外端壓緊在凸塊壓板的中部，回位彈簧的內端壓緊在彈簧安裝槽的槽底面上並使驅動凸塊的凸棱位於凸塊安裝腔內；本體的上端有上油環安裝槽，上油環安裝槽內安裝有下端帶有導油槽的上導油環，各推力膠囊內腔之間通過平衡油管與上導油環的導油槽相互連通；其中一個推力膠囊的內腔下端通過導油管與旋轉裝置液泵的出液口相連通，導油管與旋轉裝置液泵的出液口之間安裝有限壓閥。

上述供電裝置可包括泥漿發電機和電源艙；短鑽鋌的內部有鑽鋌腔，泥漿發電機的外殼固定安裝在鑽鋌腔的上部內壁上，泥漿發電機的驅動軸上安裝有葉輪，泥漿發電機的下端安裝有電源艙，電源艙的輸入端子與泥漿發電機的輸出端子電連線；電源艙的輸出端子通過初級電力傳輸裝置與非接觸輸電裝置的輸入端子電連線，非接觸輸電裝置的輸出端子與測控裝置的電源端子電連線；鑽鋌腔上端通過葉輪的葉片間隙、泥漿發電機外側環空、電源艙外側環空與中心管的內腔相連通。

上述初級電力傳輸裝置可包括電纜導管、導電管、導管座、導電插頭、導電插座、初級電纜和連線電纜；電源艙下端固定安裝有電纜導管，中心管的內部有心管腔，對應非接觸輸電裝置下端位置的心管腔內壁上有貫穿中心管的徑向通孔，徑向通孔內安裝有導電管，導電管的內端位於心管腔內並固定安裝有導管座，電纜導管的下端固定安裝在導管座上；電纜導管的下端安裝有導電插頭，電纜導管內部安裝有初級電纜，初級電纜的上端與電源艙的輸出端子電連線，初級電纜的下端與導電插頭電連線，導管座內安裝有導電插座，導電插頭與導電插座電連線，導電管內安裝有連線電纜，連線電纜的內端與導電插座的輸出端電連線，連線電纜的外端與非接觸輸電裝置的輸入端子電連線；心管腔上端通過電纜導管外側環空、導管座外側環空與心管腔下端相連通。

上述非接觸輸電裝置可包括輸電座套、磁芯套管、接收套管、傳送線圈和接收線圈；中心管的下部軸頸外側固定安裝有磁芯套管，磁芯套管的外側面上固定安裝有傳送線圈，傳送線圈與非接觸輸電裝置的輸入端子電連線；對應磁芯套管位置的本體下部內腔壁上有輸電座安裝環槽，輸電座套固定安裝在輸電座安裝環槽內，接收套管固定安裝在輸電座套內部，接收套管套裝在磁芯套管外部並能相對磁芯套管轉動，對應傳送線圈位置的接收套管內壁上固定安裝有接收線圈，接收線圈與非接觸輸電裝置的輸出端子電連線；非接觸輸電裝置的輸入端子與供電裝置的輸出端電連線，非接觸輸電裝置的輸出端子通過次級電力傳輸裝置與測控裝置的電源端子電連線。

上述次級電力傳輸裝置可包括次級線纜和導電接頭；輸電座安裝環槽上端與控制艙下端之間的本體內壁上有線纜槽，控制艙的下部側壁上有內端連通線纜槽的徑向線纜孔，次級線纜安裝線上纜槽和徑向線纜孔內，徑向線纜孔內固定安裝有能使徑向線纜孔保持密封的導電接頭；導電管內連線電纜的外端通過非接觸輸電裝置的輸入端子與傳送線圈電連線，接收線圈通過非接觸輸電裝置的輸出端子與次級線纜下端電連線，次級線纜上端與導電接頭的輸入端電連線，導電接頭的輸出端與測控裝置的電源端子電連線。

改善效果

《垂直鑽井工具》結構合理而緊湊，使用方便，其通過測控裝置使凸塊旋轉裝置凸出本體外側，支撐在井壁上並帶動本體旋轉，通過感測器自動跟蹤檢測井斜方位，通過使防轉推力裝置和糾偏推力裝置推動推力板支撐在井壁上，形成與井斜方向相反的反作用力實現側推防斜，具有結構簡單、定位準確、可靠性高的特點，能夠大幅度降低設備套用成本。

附圖說明

附圖1為《垂直鑽井工具》最佳實施例的主視半剖視結構示意圖。

附圖2為附圖1中A-A處的剖視結構示意圖。

附圖3為附圖1中B-B處的剖視結構示意圖。

附圖4為附圖2中的第一軸向凸台的主視結構示意圖。

附圖5為附圖2中的第一軸向凸台安裝凸塊壓板、艙蓋板和推力板後的主視結構示意圖。

附圖6為附圖2中C-C處旋轉剖的上部放大結構示意圖。

附圖7為附圖2中C-C處旋轉剖的下部放大結構示意圖。

附圖中的編碼分別為：1為中心管，2為短鑽鋌，3為本體，4為測控裝置，5為上軸承，6為下軸承，7為推力板，8為小柱塞，9為推力活塞，10為旋轉裝置液泵，11為活塞驅動液泵，12為艙蓋板，13為第一軸向凸台，14為第二軸向凸台，15為第三軸向凸台，16為泵艙，17為平衡艙，18為控制艙，19為衡壓通孔，20為線纜孔，21為平衡膠囊，22為平衡接頭，23為第一推板安裝槽，24為第二推板安裝槽，25為第三推板安裝槽，26為上限位塊，27為下限位塊，28為上復位簧，29為下復位簧，30為下導油環，31為第一軸向油孔，32為第二軸向油孔，33為第三軸向油孔，34為泥漿發電機，35為電源艙，36為葉輪，37為導電管，38為導管座，39為電纜導管，40為導電插頭，41為導電插座，42為推力膠囊，43為驅動凸塊，44為回位彈簧，45為凸塊壓板，46為凸塊安裝腔，47為凸棱，48為上導油環，49為平衡油管，50為導油管，51為輸電座套，52為磁芯套管，53為接收套管，54為導電接頭，55為線纜槽，56為徑向線纜孔，57為限壓閥，58為溢流閥。

技術領域

《垂直鑽井工具》涉及油氣鑽井井下工具技術領域，是一種垂直鑽井工具。

權利要求

1.一種垂直鑽井工具，其特徵在於包括中心管、短鑽鋌、本體、供電裝置、凸塊旋轉裝置、測控裝置和非接觸輸電裝置；中心管上端安裝有短鑽鋌，本體通過上軸承和下軸承安裝在中心管外部並能夠相對中心管轉動，短鑽鋌的內部安裝有供電裝置，本體的外側沿圓周均勻分布有三個軸向凸台，各軸向凸台的上部體內分別安裝有能伸出軸向凸台並支撐在井壁上帶動本體旋轉的凸塊旋轉裝置；各軸向凸台的下部分別設有推板安裝槽，其中一個推板安裝槽內安裝有帶推力板的防轉推力裝置，其餘推板安裝槽內安裝有帶推力板的糾偏推力裝置，防轉推力裝置能使推力板支撐在井壁上以防止本體旋轉，糾偏推力裝置能使推力板支撐在井壁上以防止本體傾斜，糾偏推力裝置的推力大於防轉推力裝置；本體的中部體內安裝有旋轉裝置液泵、推力裝置液泵和測控裝置，測控裝置上有能夠檢測井斜及傾斜方位的感測器，本體下部內壁與中心管之間安裝有非接觸輸電裝置，供電裝置通過非接觸輸電裝置與測控裝置的電源端子電連線，感測器的輸出端子與測控裝置的信號輸入端子電連線，測控裝置的信號輸出端子與旋轉裝置液泵的控制端子及推力裝置液泵的控制端子電連線，旋轉裝置液泵能夠驅動凸塊旋轉裝置工作，推力裝置液泵能夠驅動防轉推力裝置及糾偏推力裝置工作。

2.根據權利要求1所述的垂直鑽井工具，其特徵在於各軸向凸台的外側中部分別有艙蓋安裝槽並固定安裝有艙蓋板；軸向凸台包括第一軸向凸台、第二軸向凸台和第三軸向凸台；對應第一軸向凸台的艙蓋安裝槽的槽底中部有泵艙，旋轉裝置液泵和推力裝置液泵固定安裝在泵艙內壁上；對應第二軸向凸台的艙蓋安裝槽的槽底中部有平衡艙，平衡艙內安裝有平衡膠囊，平衡艙的艙蓋板中部有平衡通孔並固定安裝有平衡接頭，平衡膠囊的口部固定安裝在平衡接頭內端，平衡膠囊的內腔通過平衡接頭內腔與本體外部相連通；對應第三軸向凸台的艙蓋安裝槽的槽底中部有控制艙，測控裝置固定安裝在控制艙內壁上；泵艙與平衡艙之間有衡壓通孔，泵艙與控制艙之間有裝有密封塞的線纜孔。

3.根據權利要求2所述的垂直鑽井工具，其特徵在於防轉推力裝置包括兩個小柱塞，糾偏推力裝置包括推力活塞；各推力板的上部和下部分別有上壓台和下壓台，對應上壓台位置的軸向凸台上設有上限位槽並固定安裝有上限位塊，對應下壓台位置的軸向凸台上設有下限位槽並固定安裝有下限位塊，上壓台與上限位塊之間安裝有上復位簧，下壓台與下限位塊之間安裝有下復位簧；第一軸向凸台、第二軸向凸台和第三軸向凸台下部的推板安裝槽分別為第一推板安裝槽、第二推板安裝槽和第三推板安裝槽；第一推板安裝槽和第三推板安裝槽的底面中部設有活塞安裝腔，推力活塞安裝在活塞安裝腔內；第二推板安裝槽的上部底面上和下部底面上分別設有上柱塞安裝腔和下柱塞安裝腔，兩個小柱塞分別安裝在上柱塞安裝腔和下柱塞安裝腔內，上下兩個小柱塞的直徑之和小於推力活塞的直徑；本體的下部有下油環安裝槽，下油環安裝槽內安裝有上端帶有導油槽的下導油環，第一推板安裝槽的活塞安裝腔底部有第一軸向油孔，上柱塞安裝腔和下柱塞安裝腔的底部通過第二軸向油孔相連通，第三推板安裝槽的活塞安裝腔底部有第三軸向油孔；第一軸向油孔的上端與推力裝置液泵的出液口相連通，第一軸向油孔的上端與推力裝置液泵的出液口之間安裝有溢流閥；第一軸向油孔、第二軸向油孔和第三軸向油孔的下端分別與下導油環的導油槽相連通。

4.根據權利要求1或2或3所述的垂直鑽井工具，其特徵在於凸塊旋轉裝置包括推力膠囊、驅動凸塊、回位彈簧和凸塊壓板；各軸向凸台的上部分別有沿右上左下方向傾斜布置的凸塊安裝腔，各凸塊安裝腔的內端分別安裝有推力膠囊，推力膠囊外部的凸塊安裝腔內安裝有驅動凸塊，驅動凸塊的外側左右兩邊分別設有凸棱，凸棱為沿凸塊安裝腔方向布置的螺旋狀凸棱，驅動凸塊的外側中部設有彈簧安裝槽並安裝有回位彈簧，對應凸塊安裝腔上下端位置的軸向凸台外側設有壓板槽，壓板槽內固定安裝有凸塊壓板，回位彈簧的外端壓緊在凸塊壓板的中部，回位彈簧的內端壓緊在彈簧安裝槽的槽底面上並使驅動凸塊的凸棱位於凸塊安裝腔內；本體的上端有上油環安裝槽，上油環安裝槽內安裝有下端帶有導油槽的上導油環，各推力膠囊內腔之間通過平衡油管與上導油環的導油槽相互連通；其中一個推力膠囊的內腔下端通過導油管與旋轉裝置液泵的出液口相連通，導油管與旋轉裝置液泵的出液口之間安裝有限壓閥。

5.根據權利要求1或2或3或4所述的垂直鑽井工具，其特徵在於供電裝置包括泥漿發電機和電源艙；短鑽鋌的內部有鑽鋌腔，泥漿發電機的外殼固定安裝在鑽鋌腔的上部內壁上，泥漿發電機的驅動軸上安裝有葉輪，泥漿發電機的下端安裝有電源艙，電源艙的輸入端子與泥漿發電機的輸出端子電連線；電源艙的輸出端子通過初級電力傳輸裝置與非接觸輸電裝置的輸入端子電連線，非接觸輸電裝置的輸出端子與測控裝置的電源端子電連線；鑽鋌腔上端通過葉輪的葉片間隙、泥漿發電機外側環空、電源艙外側環空與中心管的內腔相連通。

6.根據權利要求5所述的垂直鑽井工具，其特徵在於初級電力傳輸裝置包括電纜導管、導電管、導管座、導電插頭、導電插座、初級電纜和連線電纜；電源艙下端固定安裝有電纜導管，中心管的內部有心管腔，對應非接觸輸電裝置下端位置的心管腔內壁上有貫穿中心管的徑向通孔，徑向通孔內安裝有導電管，導電管的內端位於心管腔內並固定安裝有導管座，電纜導管的下端固定安裝在導管座上；電纜導管的下端安裝有導電插頭，電纜導管內部安裝有初級電纜，初級電纜的上端與電源艙的輸出端子電連線，初級電纜的下端與導電插頭電連線，導管座內安裝有導電插座，導電插頭與導電插座電連線，導電管內安裝有連線電纜，連線電纜的內端與導電插座的輸出端電連線，連線電纜的外端與非接觸輸電裝置的輸入端子電連線；心管腔上端通過電纜導管外側環空、導管座外側環空與心管腔下端相連通。

7.根據權利要求1或2或3或4或5或6所述的垂直鑽井工具，其特徵在於非接觸輸電裝置包括輸電座套、磁芯套管、接收套管、傳送線圈和接收線圈；中心管的下部軸頸外側固定安裝有磁芯套管，磁芯套管的外側面上固定安裝有傳送線圈，傳送線圈與非接觸輸電裝置的輸入端子電連線；對應磁芯套管位置的本體下部內腔壁上有輸電座安裝環槽，輸電座套固定安裝在輸電座安裝環槽內，接收套管固定安裝在輸電座套內部，接收套管套裝在磁芯套管外部並能相對磁芯套管轉動，對應傳送線圈位置的接收套管內壁上固定安裝有接收線圈，接收線圈與非接觸輸電裝置的輸出端子電連線；非接觸輸電裝置的輸入端子與供電裝置的輸出端電連線，非接觸輸電裝置的輸出端子通過次級電力傳輸裝置與測控裝置的電源端子電連線。

8.根據權利要求7所述的垂直鑽井工具，其特徵在於次級電力傳輸裝置包括次級線纜和導電接頭；輸電座安裝環槽上端與控制艙下端之間的本體內壁上有線纜槽，控制艙的下部側壁上有內端連通線纜槽的徑向線纜孔，次級線纜安裝線上纜槽和徑向線纜孔內，徑向線纜孔內固定安裝有能使徑向線纜孔保持密封的導電接頭；導電管內連線電纜的外端通過非接觸輸電裝置的輸入端子與傳送線圈電連線，接收線圈通過非接觸輸電裝置的輸出端子與次級線纜下端電連線，次級線纜上端與導電接頭的輸入端電連線，導電接頭的輸出端與測控裝置的電源端子電連線。

實施方式

如附圖1、2、3、4、5、6、7所示，該垂直鑽井工具包括中心管1、短鑽鋌2、本體3、供電裝置、凸塊旋轉裝置、測控裝置4和非接觸輸電裝置；中心管1上端安裝有短鑽鋌2，本體3通過上軸承5和下軸承6安裝在中心管1外部並能夠相對中心管1轉動，短鑽鋌2的內部安裝有供電裝置，本體3的外側沿圓周均勻分布有三個軸向凸台，各軸向凸台的上部體內分別安裝有能伸出軸向凸台並支撐在井壁上帶動本體3旋轉的凸塊旋轉裝置；各軸向凸台的下部分別設有推板安裝槽，其中一個推板安裝槽內安裝有帶推力板7的防轉推力裝置，其餘推板安裝槽內安裝有帶推力板7的糾偏推力裝置，防轉推力裝置能使推力板7支撐在井壁上以防止本體3旋轉，糾偏推力裝置能使推力板7支撐在井壁上以防止本體3傾斜，糾偏推力裝置的推力大於防轉推力裝置；本體3的中部體內安裝有旋轉裝置液泵10、推力裝置液泵11和測控裝置4，測控裝置4上有能夠檢測井斜及傾斜方位的感測器，本體3下部內壁與中心管1之間安裝有非接觸輸電裝置，供電裝置通過非接觸輸電裝置與測控裝置4的電源端子電連線，感測器的輸出端子與測控裝置4的信號輸入端子電連線，測控裝置4的信號輸出端子與旋轉裝置液泵10的控制端子及推力裝置液泵11的控制端子電連線，旋轉裝置液泵10能夠驅動凸塊旋轉裝置工作，推力裝置液泵11能夠驅動防轉推力裝置及糾偏推力裝置工作。該發明通過採用磁定向技術，能夠實現自動跟蹤井斜和實現側推防斜，防轉推力裝置和糾偏推力裝置最好為柱塞式的推力裝置，以便於採用結構較為簡單的一套液壓系統就能夠實現控制，大大簡化了控制程式。該發明隨鑽頭一起工作時，通過測控裝置4使旋轉裝置液泵10工作，使凸塊旋轉裝置凸出本體3的軸向凸台外側，凸塊旋轉裝置支撐在井壁上並帶動本體3旋轉，通過感測器自動跟蹤檢測井斜方位，感測器檢測出井斜方位後，當本體3上的防轉推力裝置旋轉至與井斜方向相反的方位時，推力裝置液泵11工作，使防轉推力裝置和糾偏推力裝置工作，推動推力板7支撐在井壁上，由於糾偏推力裝置推力大於防轉推力裝置，各糾偏推力裝置產生推力的合力作用在井斜方向的井壁上，對本體3形成一個與井斜方向相反的反作用力，最終推動鑽頭向井斜的反方向運動，通過液壓裝置實現側推防斜，具有結構簡單、定位準確、可靠性高的特點，能夠大幅度降低設備的套用成本。

可根據實際需要，對上述垂直鑽井工具作進一步最佳化或/和改進：如附圖1、2、4、5、6、7所示，各軸向凸台的外側中部分別有艙蓋安裝槽並固定安裝有艙蓋板12；軸向凸台包括第一軸向凸台13、第二軸向凸台14和第三軸向凸台15；對應第一軸向凸台13的艙蓋安裝槽的槽底中部有泵艙16，旋轉裝置液泵10和推力裝置液泵11固定安裝在泵艙16內壁上；對應第二軸向凸台14的艙蓋安裝槽的槽底中部有平衡艙17，平衡艙17內安裝有平衡膠囊21，平衡艙17的艙蓋板12中部有平衡通孔並固定安裝有平衡接頭22，平衡膠囊21的口部固定安裝在平衡接頭22內端，平衡膠囊21的內腔通過平衡接頭22內腔與本體3外部相連通；對應第三軸向凸台15的艙蓋安裝槽的槽底中部有控制艙18，測控裝置4固定安裝在控制艙18內壁上；泵艙16與平衡艙17之間有衡壓通孔19，泵艙16與控制艙18之間有裝有密封塞的線纜孔20。平衡膠囊21則用於平衡防轉推力裝置和糾偏推力裝置的柱塞伸縮引起的油液體積變化所形成的壓力波動；泵艙16內腔與平衡艙17內腔通過衡壓通孔19相連通；測控裝置4的信號輸出端子通過穿過線纜孔20的線纜與旋轉裝置液泵10的控制端子及推力裝置液泵11的控制端子電連線。

如附圖1、3、4、5、7所示，防轉推力裝置包括兩個小柱塞8，糾偏推力裝置包括推力活塞9；各推力板7的上部和下部分別有上壓台和下壓台，對應上壓台位置的軸向凸台上設有上限位槽並固定安裝有上限位塊26，對應下壓台位置的軸向凸台上設有下限位槽並固定安裝有下限位塊27，上壓台與上限位塊26之間安裝有上復位簧28，下壓台與下限位塊27之間安裝有下復位簧29；第一軸向凸台13、第二軸向凸台14和第三軸向凸台15下部的推板安裝槽分別為第一推板安裝槽23、第二推板安裝槽24和第三推板安裝槽25；第一推板安裝槽23和第三推板安裝槽25的底面中部設有活塞安裝腔，推力活塞9安裝在活塞安裝腔內；第二推板安裝槽24的上部底面上和下部底面上分別設有上柱塞安裝腔和下柱塞安裝腔，兩個小柱塞8分別安裝在上柱塞安裝腔和下柱塞安裝腔內，上下兩個小柱塞8的直徑之和小於推力活塞9的直徑；本體3的下部有下油環安裝槽，下油環安裝槽內安裝有上端帶有導油槽的下導油環30，第一推板安裝槽23的活塞安裝腔底部有第一軸向油孔31，上柱塞安裝腔和下柱塞安裝腔的底部通過第二軸向油孔32相連通，第三推板安裝槽25的活塞安裝腔底部有第三軸向油孔33；第一軸向油孔31的上端與推力裝置液泵11的出液口相連通，第一軸向油孔31的上端與推力裝置液泵11的出液口之間安裝有溢流閥58；第一軸向油孔31、第二軸向油孔32和第三軸向油孔33的下端分別與下導油環30的導油槽相連通。通過上復位簧28和下復位簧29使推力板7外端與軸向凸台外側平齊；通過溢流閥58能夠保護液壓系統，防止因壓力過大損壞液壓管路。

如附圖1、6所示，凸塊旋轉裝置包括推力膠囊42、驅動凸塊43、回位彈簧44和凸塊壓板45；各軸向凸台的上部分別有沿右上左下方向傾斜布置的凸塊安裝腔46，各凸塊安裝腔46的內端分別安裝有推力膠囊42，推力膠囊42外部的凸塊安裝腔46內安裝有驅動凸塊43，驅動凸塊43的外側左右兩邊分別設有凸棱47，凸棱47為沿凸塊安裝腔46方向布置的螺旋狀凸棱，驅動凸塊43的外側中部設有彈簧安裝槽並安裝有回位彈簧44，對應凸塊安裝腔46上下端位置的軸向凸台外側設有壓板槽，壓板槽內固定安裝有凸塊壓板45，回位彈簧44的外端壓緊在凸塊壓板45的中部，回位彈簧44的內端壓緊在彈簧安裝槽的槽底面上並使驅動凸塊43的凸棱47位於凸塊安裝腔46內；本體3的上端有上油環安裝槽，上油環安裝槽內安裝有下端帶有導油槽的上導油環48，各推力膠囊42內腔之間通過平衡油管49與上導油環48的導油槽相互連通；其中一個推力膠囊42的內腔下端通過導油管50與旋轉裝置液泵10的出液口相連通，導油管50與旋轉裝置液泵10的出液口之間安裝有限壓閥57。限壓閥57能夠保護液壓系統，防止因壓力過大損壞液壓管路。

如附圖1、6所示，供電裝置包括泥漿發電機34和電源艙35；短鑽鋌2的內部有鑽鋌腔，泥漿發電機34的外殼固定安裝在鑽鋌腔的上部內壁上，泥漿發電機34的驅動軸上安裝有葉輪36，泥漿發電機34的下端安裝有電源艙35，電源艙35的輸入端子與泥漿發電機34的輸出端子電連線；電源艙35的輸出端子通過初級電力傳輸裝置與非接觸輸電裝置的輸入端子電連線，非接觸輸電裝置的輸出端子與測控裝置4的電源端子電連線；鑽鋌腔上端通過葉輪36的葉片間隙、泥漿發電機34外側環空、電源艙35外側環空與中心管1的內腔相連通。

如附圖1、6、7所示，初級電力傳輸裝置包括電纜導管39、導電管37、導管座38、導電插頭40、導電插座41、初級電纜和連線電纜；電源艙35下端固定安裝有電纜導管39，中心管1的內部有心管腔，對應非接觸輸電裝置下端位置的心管腔內壁上有貫穿中心管1的徑向通孔，徑向通孔內安裝有導電管37，導電管37的內端位於心管腔內並固定安裝有導管座38，電纜導管39的下端固定安裝在導管座38上；電纜導管39的下端安裝有導電插頭40，電纜導管39內部安裝有初級電纜，初級電纜的上端與電源艙35的輸出端子電連線，初級電纜的下端與導電插頭40電連線，導管座38內安裝有導電插座41，導電插頭40與導電插座41電連線，導電管37內安裝有連線電纜，連線電纜的內端與導電插座41的輸出端電連線，連線電纜的外端與非接觸輸電裝置的輸入端子電連線；心管腔上端通過電纜導管39外側環空、導管座38外側環空與心管腔下端相連通。

如附圖1、7所示，非接觸輸電裝置包括輸電座套51、磁芯套管52、接收套管53、傳送線圈和接收線圈；中心管1的下部軸頸外側固定安裝有磁芯套管52，磁芯套管52的外側面上固定安裝有傳送線圈，傳送線圈與非接觸輸電裝置的輸入端子電連線；對應磁芯套管52位置的本體3下部內腔壁上有輸電座安裝環槽，輸電座套51固定安裝在輸電座安裝環槽內，接收套管53固定安裝在輸電座套51內部，接收套管53套裝在磁芯套管52外部並能相對磁芯套管52轉動，對應傳送線圈位置的接收套管53內壁上固定安裝有接收線圈，接收線圈與非接觸輸電裝置的輸出端子電連線；非接觸輸電裝置的輸入端子與供電裝置的輸出端電連線，非接觸輸電裝置的輸出端子通過次級電力傳輸裝置與測控裝置4的電源端子電連線。供電裝置的電能通過導電管37內的連線電纜傳輸給非接觸輸電裝置的輸入端子，再由輸入端子傳送給傳送線圈，傳送線圈通過其與接收線圈之間的電磁耦合將電能傳輸給接收線圈，接收線圈再將電能傳輸給非接觸輸電裝置的輸出端子，輸出端子通過次級電力傳輸裝置將電能傳輸給測控裝置4，由於傳送線圈和接收線圈為無接觸傳輸，因此工作可靠性高、壽命長。

如附圖7所示，次級電力傳輸裝置包括次級線纜和導電接頭54；輸電座安裝環槽上端與控制艙18下端之間的本體3內壁上有線纜槽55，控制艙18的下部側壁上有內端連通線纜槽55的徑向線纜孔56，次級線纜安裝線上纜槽55和徑向線纜孔56內，徑向線纜孔56內固定安裝有能使徑向線纜孔56保持密封的導電接頭54；導電管37內連線電纜的外端通過非接觸輸電裝置的輸入端子與傳送線圈電連線，接收線圈通過非接觸輸電裝置的輸出端子與次級線纜下端電連線，次級線纜上端與導電接頭54的輸入端電連線，導電接頭54的輸出端與測控裝置4的電源端子電連線。通過導電接頭54傳輸電力，能夠防止壓力液體進入控制艙18內。

以上技術特徵構成了該發明的最佳實施例，其具有較強的適應性和最佳實施效果，可根據實際需要增減非必要的技術特徵，來滿足不同情況的需求。

該發明最佳實施例的使用過程：首先，通過該發明將鑽頭與上方的鑽鋌連線在一起，開啟泥漿泵建立穩定的泥漿循環，葉輪36在泥漿的驅動下帶動泥漿發電機34發電，發出的電經過電源艙35處理後，電源艙35輸出的電能通過電纜導管39內的初級電纜和導電管37內的連線電纜，輸送至非接觸輸電裝置的磁芯套管52外側面上的傳送線圈，接收套管53內壁上的接收線圈接收後，通過線纜槽55和徑向線纜孔56內的次級線纜傳輸給導電接頭54，導電接頭54再傳輸給測控裝置4；其次，在未啟動轉盤的情況下，測控裝置4上的感測器先進行井斜和方位的測量；接著，測控裝置4發出信號使旋轉裝置液泵10開始工作，壓力液體通過導油管50、平衡油管49和上導油環48進入推力膠囊42，使驅動凸塊43伸出，驅動凸塊43外側的凸棱47支撐在井壁上，當油壓高於設定值時可通過限壓閥57調節；然後，開動轉盤鑽進，上方鑽鋌帶動中心管1旋轉向下運動的同時也推動本體3一起向下運動，由於凸棱47緊緊支撐在井壁上，因此在驅動凸塊43的帶動下，本體3將以中心管1為心軸旋轉下行，並且由測控裝置4的凸棱47在旋轉過程中連續測量防轉推力裝置與井斜方位的夾角，當防轉推力裝置旋轉至與井斜方向相反的方位時，由測控裝置4通過線纜孔20內的線纜輸出信號啟動推力裝置液泵11，由溢流閥58控制壓力，壓力液體通過第一軸向油孔31、下導油環30、第二軸向油孔32和第三軸向油孔33使小柱塞8和推力活塞9同時伸出，並推動推力板7支撐在井壁上，由於推力活塞9的截面積大於小柱塞8的截面積，因此推力活塞9產生的支撐力將大於小柱塞8產生合力，形成一個與井斜方向相反的推力作用在本體3上，最終推動鑽頭向井斜的反方向運動，實現防斜打直的目的；最後，在推力裝置液泵11啟動的同時，旋轉裝置液泵10停止工作，推力膠囊42內的壓力液體因限壓閥57上的泄壓孔而泄壓，驅動凸塊43在回位彈簧44的作用下縮回本體3內，不再帶動本體3旋轉，直到停泵進入下一個工作循環，推力活塞9因溢流閥58上的泄壓孔而泄壓，推力板7在復位彈簧11的作用下復位。

榮譽表彰

2017年12月11日，《垂直鑽井工具》獲得第十九屆中國專利優秀獎。