本发明公开了一种叶轮驱动的旋转导向钻井工具，包括芯轴、控制单元、执行单元和辅助单元。其技术方案是：盘阀通过键连接在叶轮转轴下部，叶轮在高压钻井液的作用下转动，并带动盘阀转动，当盘阀与外筒c的径向通道孔连通时，滑块在钻井液压力的作用下向下移动，使芯轴与外筒d的径向通道相连通，伸缩块向外移动，实现导向功能；当降低泵压，叶轮转速降低至停止，滑块在弹簧a的作用下向上移动至上极限位置时，外筒d的径向通道孔与滑块的滑动槽相连通，钻井液从旁通阀排出，伸缩块收回，工具停止导向作业。本发明的一种叶轮驱动的旋转导向钻井工具，能够实现井眼轨迹控制和提高井眼质量，适宜在分支井、大斜度井、水平井等结构井中使用。
1.叶轮驱动的旋转导向钻井工具，其特征在于：所述的叶轮驱动的旋转导向钻井工具包括芯轴(1)、控制单元、执行单元和辅助单元；所述的控制单元包括密封圈a(2)、外筒a(3)、密封套a(4)、定位套a(5)、串轴承a(6)、轴承内圈定位套a(7)、轴承外圈定位套a(8)、单向阀a(9)、密封圈b(10)、外筒b(11)、叶轮转轴(12)、轴承挡圈a(13)、串轴承b(14)、轴承挡圈b(15)、叶轮(16)、外筒c(17)、单向阀b(18)、密封圈c(19)、盘阀(20)、轴承挡圈c(21)、串轴承c(22)和轴承挡圈d(23)，密封套a(4)、定位套a(5)、串轴承a(6)、轴承内圈定位套a(7)、轴承外圈定位套a(8)从上往下依次安装在外筒a(3)上部空腔内；单向阀a(9)通过螺纹连接在外筒a(3)上；外筒b(11)通过螺纹连接在外筒a(3)下端；轴承挡圈a(13)、串轴承b(14)、轴承挡圈b(15)从上往下依次安装在叶轮转轴(12)上；叶轮(16)通过键连接固定在叶轮转轴(12)上；外筒c(17)通过螺纹连接在外筒b(11)下端；单向阀b(18)通过螺纹连接固定在外筒b(11)下端；盘阀(20)通过键连接固定在叶轮转轴(12)上；轴承挡圈c(21)、串轴承c(22)和轴承挡圈d(23)从上往下依次安装在叶轮转轴(12)的下端；所述的执行单元包括滑块限位筒(24)、外筒d(25)、滑块(26)、密封块a(27)、弹簧a(28)，伸缩块(29)、移动件(30)、弹簧b(31)、挡块(32)、密封圈d(33)、旁通阀(34)和密封块b(43)；外筒d(25)通过螺纹连接在外筒c(17)下端；滑块(26)安装在滑块限位筒(24)的凹槽中，滑块限位筒(24)通过螺纹连接在外筒c(17)下端；弹簧a(28)安装在滑块(26)与外筒d(25)之间；伸缩块(29)通过螺纹连接在移动件(30)上，挡块(32)通过螺纹连接固定在外筒d(25)上，弹簧b(31)安装在移动件(30)与挡块(32)之间；旁通阀(34)通过螺纹连接在外筒d(25)上；所述的辅助单元包括轴承内圈定位套b(35)、轴承外圈定位套b(36)、串轴承d(37)、密封套b(38)、定位套b(39)、外筒e(40)、密封圈e(41)和下接头(42)，轴承内圈定位套b(35)、轴承外圈定位套b(36)、串轴承d(37)、密封套b(38)、定位套b(39)从上往下依次安装在芯轴(1)下端；外筒e(40)通过螺纹连接在外筒d(25)下端；下接头(42)通过螺纹连接在芯轴(1)下端；所述的叶轮驱动的旋转导向钻井工具在进行不导向钻进时，钻井液通过芯轴(1)进入到下部钻具，完成正常钻进条件下的钻井液循环；当需要导向钻进时，增大泵压，叶轮(16)在高压钻井液的作用下转动，带动盘阀(20)转动，当盘阀(20)与外筒c(17)的径向通道孔连通时，滑块(26)在钻井液压力的作用下向下移动，使芯轴(1)与外筒d(25)的径向通道相连通，伸缩块(29)向外移动，实现导向功能；当降低泵压，叶轮(16)转速降低至停止，滑块(26)在弹簧a(28)的作用下向上移动至上极限位置时，外筒d(25)的径向通道孔与滑块(26)的滑动槽相连通，钻井液从旁通阀(34)排出，伸缩块(29)收回，工具停止导向作业。
2.根据权利要求1所述的叶轮驱动的旋转导向钻井工具，其特征在于：所述的芯轴(1)上部周向均布6个径向通道孔，中部沿圆周等距开设3个径向通道孔，下部沿圆周呈90°均匀分布4个径向通道孔。
3.根据权利要求1所述的叶轮驱动的旋转导向钻井工具，其特征在于：所述的盘阀(20)沿圆周均布3个径向通道孔，外筒c(17)下部开设4个呈90°分布的径向通道孔，且盘阀(20)的径向通道孔截面面积大于外筒c(17)的径向通道孔截面面积。
4.根据权利要求1所述的叶轮驱动的旋转导向钻井工具，其特征在于：所述的叶轮转轴(12)下部沿周向均布3个径向孔，并在叶轮转轴(12)内部沿圆周开设一个连通这3个径向孔的环形空间；滑块限位筒(24)下部沿圆周呈90°均布4个径向孔，并在滑块限位筒(24)内部沿圆周开设一个连通这4个径向孔的环形空间。
5.根据权利要求1所述的叶轮驱动的旋转导向钻井工具，其特征在于：所述的弹簧a(28)和弹簧b(31)在安装好后均需要保证足够的预应力。
叶轮驱动的旋转导向钻井工具
技术领域
[0001] 本发明涉及一种用于油气开采的叶轮驱动的旋转导向钻井工具，尤其适用于分支井、大斜度井、水平井等结构井。
背景技术
[0002] 随着现代油气钻井技术装备发展逐渐成熟，各类新型油气装备不断被研发制造，为钻井工程提供基础技术支持。在油气钻井装备呈现多元化发展的同时，具有核心竞争力的关键技术装备迅速占领国内外市场，成为各大油服企业的核心产品。尤其是二十一世纪以来，随着传统油气资源的不断开发，石油天然气开发逐渐向非常规能源转变，为适应新形势下的油气井钻井工程，旋转导向钻井工具被设计开发出来，为定向井、水平井等现代钻井技术服务，并随着现代钻井技术的发展逐渐发展完善。
[0003] 目前，旋转导向钻井技术的关键技术仍然被少数国家或者油服公司所掌握，世界范围内对旋转导向钻井的研究虽然支持力度大、投入很多，但所取得的研究成果不理想，无法形成具有强大竞争力的旋转导向钻井技术装备。因此为了突破旋转导向钻井技术的技术垄断，研究开发旋转导向钻井技术装备显得尤为必要。旋转导向钻井技术具有明显的优势，包括可以实现井眼轨迹控制、提高井眼质量、降低钻井成本等。所以进行旋转导向钻井技术装备的研发设计具有潜在的市场价值，也符合现代油气钻井技术发展的需求，具有重要的研究意义。
发明内容
[0004] 为了探索解决背景技术中所述的井眼轨迹控制、提高井眼质量、降低钻井成本，本发明提供了一种叶轮驱动的旋转导向钻井工具。本发明的一种叶轮驱动的旋转导向钻井工具在工作时，若不需要导向功能，工具内部不产生任何动作；当需要导向钻进时，通过调整钻井液压力，实现导向功能控制，通过改变钻井液流道，使钻井液在工具内部形成分流，控制导向伸缩块动作，实现导向钻进功能。
[0005] 本发明的技术方案为：所述的叶轮驱动的旋转导向钻井工具包括芯轴、控制单元、执行单元和辅助单元；所述的控制单元包括密封圈a、外筒a、密封套a、定位套a、串轴承a、轴承内圈定位套a、轴承外圈定位套a、单向阀a、密封圈b、外筒b、叶轮转轴、轴承挡圈a、串轴承b、轴承挡圈b、叶轮、外筒c、单向阀b、密封圈c、盘阀、轴承挡圈c、串轴承c和轴承挡圈d，密封套a、定位套a、串轴承a、轴承内圈定位套a、轴承外圈定位套a从上往下依次安装在外筒a上部空腔内；单向阀a通过螺纹连接在外筒a上；外筒b通过螺纹连接在外筒a下端；轴承挡圈a、串轴承b、轴承挡圈b从上往下依次安装在叶轮转轴上；叶轮通过键连接固定在叶轮转轴上；外筒c通过螺纹连接在外筒b下端；单向阀b通过螺纹连接固定在外筒b下端；盘阀通过键连接固定在叶轮转轴上；轴承挡圈c、串轴承c和轴承挡圈d从上往下依次安装在叶轮转轴的下端；所述的执行单元包括滑块限位筒、外筒d、滑块、密封块a、弹簧a，伸缩块、移动件、弹簧b、挡块、密封圈d、旁通阀和密封块b；外筒d通过螺纹连接在外筒c下端；滑块安装在滑块限位筒的凹槽中，滑块限位筒通过螺纹连接在外筒c下端；弹簧a安装在滑块与外筒d之间；伸缩块通过螺纹连接在移动件上，挡块通过螺纹连接固定在外筒d上，弹簧b安装在移动件与挡块之间；旁通阀通过螺纹连接在外筒d上；所述的辅助单元包括轴承内圈定位套b、轴承外圈定位套b、串轴承d、密封套b、定位套b、外筒e、密封圈e和下接头，轴承内圈定位套b、轴承外圈定位套b、串轴承d、密封套b、定位套b从上往下依次安装在芯轴下端；外筒e通过螺纹连接在外筒d下端；下接头通过螺纹连接在芯轴下端；所述的叶轮驱动的旋转导向钻井工具在进行不导向钻进时，钻井液通过芯轴进入到下部钻具，完成正常钻进条件下的钻井液循环；当需要导向钻进时，增大泵压，叶轮在高压钻井液的作用下转动，带动盘阀转动，当盘阀与外筒c的径向通道孔连通时，滑块在钻井液压力的作用下向下移动，使芯轴与外筒d的径向通道相连通，伸缩块向外移动，实现导向功能；当降低泵压，叶轮转速降低至停止，滑块在弹簧a的作用下向上移动至上极限位置时，外筒d的径向通道孔与滑块的滑动槽相连通，钻井液从旁通阀排出，伸缩块收回，工具停止导向作业。
[0006] 所述的芯轴上部周向均布6个径向通道孔，中部沿圆周等距开设3个径向通道孔，下部沿圆周呈900均匀分布4个径向通道孔；所述的盘阀沿圆周均布3个径向通道孔，外筒c下部开设4个呈900分布的径向通道孔，且盘阀的径向通道孔截面面积大于外筒c的径向通道孔截面面积；所述的叶轮转轴下部沿周向均布3个径向孔，并在叶轮转轴内部沿圆周开设一个连通这3个径向孔的环形空间；滑块限位筒下部沿圆周呈900均布4个径向孔，并在滑块限位筒内部沿圆周开设一个连通这4个径向孔的环形空间；所述的弹簧a和弹簧b在安装好后均需要保证足够的预应力。
[0007] 本发明的有益效果是：(1)通过调控钻井液压力实现对钻井液流道的控制，从而实现对伸缩块的控制，操作简单，方便可靠；(2)通过设置4个导向伸缩块，可实现大范围的方位角控制，使工具的适用范围更广泛；(3)可以通过更换伸缩块，调节导向工具的伸缩量，使工具的导向功能更灵活。
附图说明
[0008] 图1是本发明的结构示意图。
[0009] 图2是本发明图1中的A-A截面图。
[0010] 图3是本发明图1中的B-B截面图。
[0011] 图4是本发明图1中的I部分放大视图。
[0012] 图5是叶轮的结构示意图。
[0013] 图6是滑块的结构示意图。
[0014] 图7是盘阀的结构示意图。
[0015] 上图中：1.芯轴，2.密封圈a，3.外筒a，4.密封套a，5.定位套a，6.串轴承a，7.轴承内圈定位套a，8.轴承外圈定位套a，9.单向阀a，10.密封圈b，11.外筒b，12.叶轮转轴，13.轴承挡圈a，14.串轴承b，15.轴承挡圈b，16.叶轮，17.外筒c，18.单向阀b，19.密封圈c，20.盘阀，21.轴承挡圈c，22.串轴承c，23.轴承挡圈d，24.滑块限位筒，25.外筒d，26.滑块，27.密封块a，28.弹簧a，29.伸缩块，30.移动件，31.弹簧b，32.挡块，33.密封圈d，34.旁通阀，35.轴承内圈定位套b，36.轴承外圈定位套b，37.串轴承d，38.密封套b，39.定位套b，40.外筒e，41.密封圈e，42.下接头，43.密封块b。
具体实施方式
[0016] 现在将参考附图来详细描述本发明的示例性实施方式。应当理解，附图中示出和描述的实施方式仅仅是示例性的，意在阐释本发明的原理和精神，而并非限制本发明的范围。
[0017] 本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
[0018] 参见附图1，所述的叶轮驱动的旋转导向钻井工具包括芯轴1、控制单元、执行单元和辅助单元；所述的控制单元包括密封圈a2、外筒a3、密封套a4、定位套a5、串轴承a6、轴承内圈定位套a7、轴承外圈定位套a8、单向阀a9、密封圈b10、外筒b11、叶轮转轴12、轴承挡圈a13、串轴承b14、轴承挡圈b15、叶轮16、外筒c17、单向阀b18、密封圈c19、盘阀20、轴承挡圈c21、串轴承c22和轴承挡圈d23，密封套a4、定位套a5、串轴承a6、轴承内圈定位套a7、轴承外圈定位套a8从上往下依次安装在外筒a3上部空腔内；单向阀a9通过螺纹连接在外筒a3上；外筒b11通过螺纹连接在外筒a3下端；轴承挡圈a13、串轴承b14、轴承挡圈b15从上往下依次安装在叶轮转轴12上；叶轮16通过键连接固定在叶轮转轴12上；外筒c17通过螺纹连接在外筒b11下端；单向阀b18通过螺纹连接固定在外筒b11下端；盘阀20通过键连接固定在叶轮转轴12上；轴承挡圈c21、串轴承c22和轴承挡圈d23从上往下依次安装在叶轮转轴12的下端；
所述的执行单元包括滑块限位筒24、外筒d25、滑块26、密封块a27、弹簧a28，伸缩块29、移动件30、弹簧b31、挡块32、密封圈d33、旁通阀34和密封块b43；外筒d25通过螺纹连接在外筒c17下端；滑块26安装在滑块限位筒24的凹槽中，滑块限位筒24通过螺纹连接在外筒c17下端；弹簧a28安装在滑块26与外筒d25之间；伸缩块29通过螺纹连接在移动件30上，挡块32通过螺纹连接固定在外筒d25上，弹簧b31安装在移动件30与挡块32之间；旁通阀34通过螺纹连接在外筒d25上；所述的辅助单元包括轴承内圈定位套b35、轴承外圈定位套b36、串轴承d37、密封套b38、定位套b39、外筒e40、密封圈e41和下接头42，轴承内圈定位套b35、轴承外圈定位套b36、串轴承d37、密封套b38、定位套b39从上往下依次安装在芯轴1下端；外筒e40通过螺纹连接在外筒d25下端；下接头42通过螺纹连接在芯轴1下端；所述的叶轮驱动的旋转导向钻井工具在进行不导向钻进时，钻井液通过芯轴1进入到下部钻具，完成正常钻进条件下的钻井液循环；当需要导向钻进时，增大泵压，叶轮16在高压钻井液的作用下转动，带动盘阀20转动，当盘阀20与外筒c17的径向通道孔连通时，滑块26在钻井液压力的作用下向下移动，使芯轴1与外筒d25的径向通道相连通，伸缩块29向外移动，实现导向功能；当降低泵压，叶轮16转速降低至停止，滑块26在弹簧a28的作用下向上移动至上极限位置时，外筒d25的径向通道孔与滑块26的滑动槽相连通，钻井液从旁通阀34排出，伸缩块29收回，工具停止导向作业。
[0019] 所述的芯轴1上部周向均布6个径向通道孔，中部沿圆周等距开设3个径向通道孔，下部沿圆周呈900均匀分布4个径向通道孔。
[0020] 所述的盘阀20沿圆周均布3个径向通道孔，外筒c17下部开设4个呈900分布的径向通道孔，且盘阀20的径向通道孔截面面积大于外筒c17的径向通道孔截面面积。
[0021] 所述的叶轮转轴12下部沿周向均布3个径向孔，并在叶轮转轴12内部沿圆周开设一个连通这3个径向孔的环形空间；滑块限位筒24下部沿圆周呈900均布4个径向孔，并在滑块限位筒24内部沿圆周开设一个连通这4个径向孔的环形空间。
[0022] 所述的弹簧a28和弹簧b31在安装好后均需要保证足够的预应力。
