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专利号: 202311670102X
申请人: 西南石油大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 土层或岩石的钻进;采矿
更新日期:2025-04-10
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.实现钻柱全旋转的智能定向装置,其特征在于:实现钻柱全旋转的智能定向装置可分为驱动总成、执行总成、辅助总成三个部分;

所述实现钻柱全旋转的智能定向装置的驱动总成包括电池组盖板(4)、O型密封圈(5)、锂离子电池组(6)、主控板(7)、旋转电机(8)、绝热套(9)、电机盖板(10),所述电池组盖板(4)通过螺纹与绝热套(9)连接,上部O型密封圈(5)置于电池组盖板(4)与绝热套(9)之间,下部O型密封圈(5)置于电池组盖板(4)与电机盖板(10)之间,防止钻井液渗入,锂离子电池组(6)通过其下方固定架与绝热套(9)实现固定,主控板(7)通过其下方的卡槽与绝热套(9)实现固定,旋转电机(8)通过螺栓与电机盖板(10)连接,绝热套(9)与芯轴壳体(19)采用过盈配合;

所述实现钻柱全旋转的智能定向装置的执行总成包括圆柱滚子轴承(11)、电机轴承盖(12)、联轴器(13)、滚珠丝杆(14)、丝杆套(15)、限位螺栓(16)、推块轴(17)、推块(18),两个圆柱滚子轴承(11)分别置于联轴器(13)上下两侧,电机轴承盖(12)与芯轴壳体(19)通过螺纹连接,实现周向固定,联轴器(13)将旋转电机(8)与滚珠丝杆(14)轴向连接,丝杆套(15)通过螺纹与滚珠丝杆(14)连接,丝杆套(15)通过螺栓与推块轴(17)连接,限位螺栓(16)与滚珠丝杆(14)通过螺纹连接,推块轴(17)通过斜燕尾槽结构与推块(18)实现径向固定,防掉下接头(20)与芯轴壳体(19)通过螺纹连接;

所述实现钻柱全旋转的智能定向装置的辅助总成包括侧流道口(3)、防掉上接头(1)、滚柱外壳(2)、芯轴壳体(19)、侧流通道(191)、防掉下接头(20),侧流道口(3)将钻井液分流,避开驱动总成和执行总成,滚柱外壳(2)和芯轴壳体(19)采用硬连接,防掉上接头(1)和芯轴壳体(19)通过螺纹连接;

通过所述的防掉上接头(1)、防掉下接头(20)分别与芯轴壳体(19)通过螺纹连接,电机轴承盖(12)与芯轴壳体(19)通过螺纹连接,保证防掉上接头(1)、电机轴承盖(12)、芯轴壳体(19)、防掉下接头(20)保持相同运动状态;所述驱动总成的锂离子电池组(6)、主控板(7)、旋转电机(8)与绝热套(9)都保证周向固定,钻进作业中,电池组盖板(4)、O型密封圈(5)、锂离子电池组(6)、主控板(7)、旋转电机(8)、绝热套(9)、电机盖板(10)始终与芯轴壳体(19)保持相同运动状态;

所述的防掉上接头(1)设有两个周向180°的侧流道口(3),所述的芯轴壳体(19)设有侧流通道(191),侧流道口(3)与侧流通道(191)连通,保证钻井液从防掉上接头(1)的侧流道口(3)分流至芯轴壳体(19)的侧流通道(191)中,并于防掉下接头(20)重新汇流至钻柱中心;

当钻进作业中,需要离合控制器状态切换时,保证推块(18)与滚柱外壳(2)缺口对齐,推块轴(17)顺利将推块(18)推出与收回;同时,滚柱外壳(2)缺口处开有引导槽,推块(18)与滚柱外壳(2)的接触边线上开有倒角,有效避免因微小扰动使得旋转电机(8)旋转角度出现偏差,导致推块(18)无法顺利推出和旋转电机(8)过载。

2.根据权利要求1所述实现钻柱全旋转的智能定向装置,其特征在于:所述主控板(7)包括主控模块、电机模块、电源模块、信号采集模块、双向通信模块五个模块;所述主控模块包含STM32F103C8T6芯片,晶振电路、复位电路、调试电路,所述电机模块包含电机正反转电路,控制旋转电机(8)的正反转;所述电源模块包含LM5161芯片和LD3985M33R芯片以及变压电路,对锂离子电池组(6)输出电压进行调节和监控,为主控板(7)其他模块供电;所述信号采集模块包含ADS831IDGKT芯片和处理电路,能采集钻井过程中钻井参数信息,并对所采集的信号进行滤波,放大,调制以及解调处理;所述双向通信模块包含TJA1050T芯片,实现低频远程无线传输,将处理后的钻井参数信息反馈至地面控制中心并接收地面控制中心发出的控制信号。

3.根据权利要求1所述实现钻柱全旋转的智能定向装置,其特征在于:所述绝热套(9)能有效隔绝芯轴壳体(19)转动时摩擦产生的热量,保证驱动总成中锂离子电池组(6)、主控板(7)、旋转电机(8)的温度始终满足正常工作要求;绝热套(9)上下两端各装配一个O型密封圈(5),有效防止钻井液或其他杂质渗入,保证芯轴壳体(19)中空环境相对干燥。

4.根据权利要求1所述实现钻柱全旋转的智能定向装置,其特征在于:滚柱外壳(2)和芯轴壳体(19)采用硬连接,有效减少传递能量的损失,从而提高钻井工具的传递效率。