一种重力自定向式偏心楔变向钻具装置的制作方法

本发明涉及钻具用偏心楔技术，具体涉及一种重力自定向式偏心楔变向钻具装置。

背景技术：

1、在煤矿井下钻探、地质勘探及油气钻井等工程领域中，定向钻进技术是实现精准钻孔轨迹控制的关键手段。偏心楔变向钻具作为一种常用的孔内造斜工具，被广泛应用于钻孔纠偏、分支孔施工及定向分支钻进等作业中。

2、传统的偏心楔变向装置通常采用固定角度的楔形斜面结构，其偏斜角度在入孔前需根据设计参数预先设定，无法在孔内根据实际工况进行调整。当钻进过程中遇到地层变化或需要改变造斜角度时，必须将整个钻具提升至地面重新调整楔面角度后再下放，导致起下钻次数频繁、辅助作业时间长，严重制约了钻进效率和工程进度，同时现有偏心楔装置的水平方位角调节多依靠钻杆转动来实现，由于孔内钻杆长度大、扭矩传递滞后，方位定向精度往往难以保证，且调节过程中缺乏直观的反馈手段，操作人员难以准确判断偏心楔在孔内的实际姿态。部分装置虽尝试引入液压或电动执行机构进行角度调节，但受限于钻孔内狭小空间和恶劣工况，其结构复杂、可靠性差，且调节过程中需要人工干预定位，无法实现偏斜角度的自动重力定向，难以满足现代定向钻进技术对高精度、高效率、高自动化的迫切需求。因此，亟需一种能够在钻孔内自主实现偏斜角度精确调节、水平方位快速定向且固定可靠的新型偏心楔变向钻具装置。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种重力自定向式偏心楔变向钻具装置，以解决现有技术中心楔变向装置无法在钻孔内自主进行偏斜角度精确调节和水平方位快速定向的问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种重力自定向式偏心楔变向钻具装置，包括安装箱，所述安装箱上转动连接有安装轴，所述安装轴的外表面连接有用于驱动安装轴绕其自身轴线方向转动的第一驱动机构，所述安装轴的顶端固定连接有安装盘；

3、所述安装盘的顶部固定连接有安装架，所述安装架内转动连接有连接轴，所述连接轴上转动连接有斜板，所述斜板的底部固定连接有配重块，所述安装盘的顶部固定连接有传动箱，所述传动箱内转动连接有螺纹杆，所述螺纹杆的外表面连接有用于驱动螺纹杆绕其自身轴线方向转动的第二驱动机构，所述螺纹杆的外表面螺纹配合有传动板，所述传动板的一侧固定连接有与传动箱滑动连接的调节柱，所述调节柱的一端转动连接有第一滚珠，所述第一滚珠与斜板的底部抵接。

4、进一步地，所述第一驱动机构包括与安装箱固定连接的第一伸缩驱动件，所述第一伸缩驱动件的输出端固定连接有第一传动齿条，所述第一传动齿条的一侧啮合连接有与安装轴固定套接的第一齿轮。

5、进一步地，所述第二驱动机构包括与传动箱固定连接的第二伸缩驱动件，所述第二伸缩驱动件的输出端固定连接有第二传动齿条，所述第二传动齿条的一侧啮合连接有与螺纹杆固定套接的第二齿轮。

6、进一步地，所述安装箱内转动连接有传动圈，所述传动圈上开设有弧形传动槽，所述弧形传动槽内滑动连接有传动柱，所述传动柱的顶端固定连接有连接块，所述连接块上固定连接有与安装箱滑动连接的支撑柱，所述支撑柱的一端固定连接有支撑固定板，所述传动圈的一侧传动连接有与安装箱相连接的传动机构，所述传动机构用于驱动传动圈进行转动。

7、进一步地，所述传动机构包括与安装箱固定连接的第三伸缩驱动件，所述第三伸缩驱动件的输出端固定连接有第三传动齿条，所述第三传动齿条的一侧啮合连接有第三齿轮，所述第三齿轮的中间固定套接有传动轴，所述传动轴与传动圈固定连接。

8、进一步地，所述支撑固定板上开设有多个第一安装槽，所述第一安装槽内固定连接有弹性件，所述弹性件的一端固定连接有安装块，所述安装块与第一安装槽滑动连接，所述安装块的一侧转动连接有第二滚珠。

9、进一步地，所述斜板的顶部开设有第二安装槽，所述第二安装槽内固定连接有激光发生器。

10、进一步地，所述安装架的顶部固定连接有铁板，所述铁板的外表面涂有防锈漆。

11、与现有技术相比，本发明提供的一种重力自定向式偏心楔变向钻具装置，具备以下有益效果：

12、通过安装箱、安装轴、安装盘、安装架、连接轴、斜板、配重块、传动箱、螺纹杆、传动板、调节柱、第一滚珠、第一伸缩驱动件、第一传动齿条、第一齿轮、第二伸缩驱动件、第二传动齿条和第二齿轮的配合使用，实现了偏心楔偏斜角度的重力自动定向调节与水平方位的独立精确调控。斜板在配重块重力作用下自动绕连接轴转动至最低点，配合调节柱的轴向位移，使偏斜角度定位无需人工干预，角度精确可靠；同时水平方位调节与偏斜调节相互独立、协同配合，使偏心楔能够在钻孔内快速精准地定向至任意所需方位角，显著提升了变向钻具在复杂地层条件下的响应速度、操作灵活性和定向精度，有效解决了传统偏心楔变向装置调节繁琐、定向误差大的技术难题。

13、通过传动圈、弧形传动槽、传动柱、连接块、支撑柱、支撑固定板、第三伸缩驱动件、第三传动齿条、第三齿轮、传动轴、第一安装槽、弹性件、安装块和第二滚珠的配合使用，实现了安装箱在钻孔内的平稳下放与可靠固定。支撑固定板在下放前可预先展开至与孔径匹配的位置，下放过程中第二滚珠与孔壁滚动接触并配合弹性件缓冲，有效减少阻力与刮擦；到达设计深度后支撑固定板进一步扩张锁紧，产生稳固径向支撑力，防止偏心楔在钻进过程中发生位移或晃动。同时，斜板顶部的激光发生器向上发出光束，便于实时监测斜板中心与钻孔轴线的重合度，配合铁板与外部电磁铁的磁吸取件设计，大幅提升了装置下放固定、姿态校准和起拔回收的便捷性与安全性。

1.一种重力自定向式偏心楔变向钻具装置，其特征在于，包括安装箱（1），所述安装箱（1）上转动连接有安装轴（2），所述安装轴（2）的外表面连接有用于驱动安装轴（2）绕其自身轴线方向转动的第一驱动机构，所述安装轴（2）的顶端固定连接有安装盘（3）；

2.根据权利要求1所述的一种重力自定向式偏心楔变向钻具装置，其特征在于，所述第一驱动机构包括与安装箱（1）固定连接的第一伸缩驱动件（21），所述第一伸缩驱动件（21）的输出端固定连接有第一传动齿条（22），所述第一传动齿条（22）的一侧啮合连接有与安装轴（2）固定套接的第一齿轮（23）。

3.根据权利要求1所述的一种重力自定向式偏心楔变向钻具装置，其特征在于，所述第二驱动机构包括与传动箱（8）固定连接的第二伸缩驱动件（24），所述第二伸缩驱动件（24）的输出端固定连接有第二传动齿条（25），所述第二传动齿条（25）的一侧啮合连接有与螺纹杆（9）固定套接的第二齿轮（26）。

4.根据权利要求1所述的一种重力自定向式偏心楔变向钻具装置，其特征在于，所述安装箱（1）内转动连接有传动圈（31），所述传动圈（31）上开设有弧形传动槽（32），所述弧形传动槽（32）内滑动连接有传动柱（33），所述传动柱（33）的顶端固定连接有连接块（34），所述连接块（34）上固定连接有与安装箱（1）滑动连接的支撑柱（35），所述支撑柱（35）的一端固定连接有支撑固定板（36），所述传动圈（31）的一侧传动连接有与安装箱（1）相连接的传动机构，所述传动机构用于驱动传动圈（31）进行转动。

5.根据权利要求4所述的一种重力自定向式偏心楔变向钻具装置，其特征在于，所述传动机构包括与安装箱（1）固定连接的第三伸缩驱动件（41），所述第三伸缩驱动件（41）的输出端固定连接有第三传动齿条（42），所述第三传动齿条（42）的一侧啮合连接有第三齿轮（43），所述第三齿轮（43）的中间固定套接有传动轴（44），所述传动轴（44）与传动圈（31）固定连接。

6.根据权利要求4所述的一种重力自定向式偏心楔变向钻具装置，其特征在于，所述支撑固定板（36）上开设有多个第一安装槽（51），所述第一安装槽（51）内固定连接有弹性件（52），所述弹性件（52）的一端固定连接有安装块（53），所述安装块（53）与第一安装槽（51）滑动连接，所述安装块（53）的一侧转动连接有第二滚珠（54）。

7.根据权利要求1所述的一种重力自定向式偏心楔变向钻具装置，其特征在于，所述斜板（6）的顶部开设有第二安装槽（61），所述第二安装槽（61）内固定连接有激光发生器（62）。

8.根据权利要求1所述的一种重力自定向式偏心楔变向钻具装置，其特征在于，所述安装架（4）的顶部固定连接有铁板（71），所述铁板（71）的外表面涂有防锈漆。