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申请/专利权人：吉林大学

摘要：本发明公开了一种自行走自变向导向钻进系统，涉及一种适用于地质钻探、能源钻井、科学钻探和救援钻孔等技术领域的自行走自变向导向钻进系统，该钻具系统由泥浆循环组件、第一支撑组件、第一从动变向组件、第一行走组件、第二支撑组件、第二从动变向组件、第二行走组件、第三支撑组件、参数测控腔体、主动变向和定向组件及自平衡钻进组件组成；本发明使钻进系统能够在井内实现自主加压行走、自动变向和导向、近钻头原位监测、实时数据传输及对钻进系统的精准控制，是一种高度集成化、自动化的导向钻进系统，填补了井下扭矩自平衡有缆钻具系统行走给进和变向钻进方面的空白，应用范围广泛，具有重大意义。

主权项：1.一种自给进自变向导向钻进系统，其特征在于：由泥浆循环组件1、第一支撑组件2、第一从动变向组件3、第一行走组件4、第二支撑组件5、第二从动变向组件6、第二行走组件7、第三支撑组件8、参数测控腔体9、主动变向和定向组件10及自平衡钻进组件11组成；其中泥浆循环组件1包括PVC缆管衬套101、缆管过渡接头102、提引环103、密封接头104、石墨密封环弹簧105、石墨密封环106、螺旋叶片导正轴承107、上螺旋叶片108、上螺旋叶片活动支撑109、螺旋叶片驱动电机110、螺旋叶片驱动电机传扭轴111、下螺旋叶片112和下螺旋叶片活动支撑113，所述PVC缆管衬套101嵌套在缆管和缆管过渡接头102之间，缆管、缆管衬套101和缆管过渡接头102之间过盈配合；所述提引环103套在缆管过渡接头102的环形槽内，固定配合；所述密封接头104上部与缆管过渡接头102固定配合；所述石墨密封环弹簧105和石墨密封环106安装在密封接头104下部的环形槽内，石墨密封环弹簧105在上，石墨密封环106在下，石墨密封环弹簧105始终处于压缩状态；所述上螺旋叶片活动支撑109上部与密封接头104固定配合；所述螺旋叶片导正轴承107外圈与上螺旋叶片活动支撑109过盈配合，内圈与上螺旋叶片108过盈配合；所述上螺旋叶片108顶部与石墨密封环106滑动配合；所述螺旋叶片驱动电机110为中空电机，上部与上螺旋叶片活动支撑109固定配合；所述螺旋叶片驱动电机传扭轴111上部与上螺旋叶片108固定配合；所述下螺旋叶片112上部与螺旋叶片驱动电机传扭轴111固定配合；所述下螺旋叶片活动支撑113上部与螺旋叶片驱动电机110固定配合；其中第一支撑组件2包括第一支撑组件外壳201、第一支撑组件高压细管202、第一支撑组件高压微型泵203、第一支撑组件弹性液力支撑块204和第一支撑组件储能气囊205，所述第一支撑组件外壳201与下螺旋叶片活动支撑113固定配合，内部有空腔用于安装第一支撑组件高压细管202、第一支撑组件高压微型泵203、第一支撑组件弹性液力支撑块204和第一支撑组件储能气囊205；所述第一支撑组件储能气囊205、第一支撑组件高压微型泵203、第一支撑组件高压细管202和第一支撑组件弹性液力支撑块204依次连接；其中第二支撑组件5和第三支撑组件8与第一支撑组件2结构相同，第二支撑组件外壳501分别与第一行走组件第二行走内衬415和第二从动变向组件过渡接头601固定配合，第三支撑组件外壳801分别与第二行走组件第二行走内衬715和参数测控腔体9固定配合；其中第一从动变向组件3包括第一从动变向组件过渡接头301、N个第一变向组和一个第一底部变向组构成，第一从动变向组件过渡接头301固定连接在第一支撑组件外壳201下端与第一变向组上端之间，第一底部变向组固定连接在第一变向组下端与第一行走组件第一行走内衬401上端之间；第一变向组包括第一从动变向组件同径弹簧胶管302、第一从动变向组件变向球头限位303、第一从动变向组件变向球头304和第一从动变向组件变向中间接头305，所述最上部的第一从动变向组件同径弹簧胶管302上部与第一从动变向组件过渡接头301固定配合；所述第一从动变向组件变向球头限位303上部与第一从动变向组件同径弹簧胶管302固定配合；所述第一从动变向组件变向球头304两端分为柱面端和球面端，其柱面端与第一从动变向组件过渡接头301固定配合，其球面端与第一从动变向组件变向球头限位303的球面端和第一从动变向组件变向中间接头305的球面端处于类球铰式的滑动配合，球面端还有一对环形键，与第一从动变向组件变向中间接头305球面端的一对键槽滑动配合，对其运动方向进行限定；所述第一从动变向组件变向中间接头305外壁上部与第一从动变向组件变向球头限位303固定配合；第一底部变向组包括第一从动变向组件同径弹簧胶管302、第一从动变向组件变向球头限位303、第一从动变向组件变向球头304和第一从动变向组件下接头306，第一从动变向组件同径弹簧胶管302上部与第一变向组的第一从动变向组件变向中间接头305固定连接，所述第一从动变向组件变向球头限位303上部与第一从动变向组件同径弹簧胶管302固定配合；所述第一从动变向组件变向球头304两端分为柱面端和球面端，其柱面端与第一从动变向组件过渡接头301固定配合，其球面端与第一从动变向组件变向球头限位303的球面端和第一从动变向组件下接头306的球面端处于类球铰式的滑动配合，球面端还有一对环形键，与第一从动变向组件下接头306球面端的一对键槽滑动配合，对其运动方向进行限定；所述第一从动变向组件下接头306外壁上部与第一从动变向组件变向球头限位303固定配合；第一从动变向组件变向中间接头305和第一从动变向组件下接头306球面端的键槽在安装时在水平面上呈360°N+1的角度；第二从动变向组件6与第一从动变向组件3结构相同，第二从动变向组件过渡接头601与第二支撑组件外壳501之间固定配合，第二从动变向组件下接头606与第二行走组件第一行走内衬701之间固定配合；其中第一行走组件4包括第一行走组件第一行走内衬401、第一行走组件第一行走外壳402、第一行走组件反向传压杆403、第一行走组件反向传扭轴第一固定螺母404、第一行走组件反向传扭轴405、第一行走组件第一行走驱动电机406、第一行走组件反向传扭轴第二固定螺母407、第一行走组件电机双接头408、第一行走组件传扭轴第一固定螺母409、第一行走组件第二行走驱动电机410、第一行走组件传扭轴411、第一行走组件传压杆412、第一行走组件传扭轴第二固定螺母413、第一行走组件第二行走外壳414和第一行走组件第二行走内衬415；所述第一行走组件第一行走内衬401上部与第一从动变向组件下接头306固定连接；所述第一行走组件第一行走外壳402上部与第一行走组件第一行走内衬401径向滑动配合，下部固定在第一行走组件第一行走驱动电机406上；所述第一行走组件反向传压杆403上部与第一行走组件第一行走内衬401固定配合；所述第一行走组件反向传扭轴405内壁与第一行走组件反向传压杆403外壁进行公母螺纹配合；所述第一行走组件第一行走驱动电机406上部与第一行走组件第一行走外壳402固定连接，转子与第一行走组件反向传扭轴405进行键配合；所述第一行走组件反向传扭轴第一固定螺母404和第一行走组件反向传扭轴第二固定螺母407分别固定第一行走组件反向传扭轴405的上端和下端；所述第一行走组件电机双接头408将第一行走组件第一行走驱动电机406和第一行走组件第二行走驱动电机410固定连接在一起；所述第一行走组件第二行走驱动电机410上部与第一行走组件电机双接头408固定配合，转子与第一行走组件传扭轴411进行键配合；所述第一行走组件传压杆412下部与第一行走组件第二行走内衬415固定配合，外壁与第一行走组件传扭轴411的内壁母螺纹进行公母螺纹配合；所述第一行走组件传扭轴第一固定螺母409和第一行走组件传扭轴第二固定螺母413分别固定第一行走组件传扭轴411的上端和下端；所述第一行走组件第二行走外壳414上部与第一行走组件第二行走驱动电机410固定连接，下部与第一行走组件第二行走内衬415径向滑动配合；所述第一行走组件第二行走内衬415上部与第一行走组件传压杆4120固定连接；其中第二行走组件7与第一行走组件4结构相同，第二行走组件第一行走内衬701与第二从动变向组件下接头606之间固定配合，第二行走组件第二行走内衬715与第三支撑组件外壳801之间固定配合；其中参数测控腔体9上部与第三支撑组件外壳801固定配合；其中主动变向和定向组件10包括变角电机双接头1001、伺服变向调角电机1002、变角电机下接头1003、变角电机轴保护推力轴承内限位1004、变角电机轴保护推力轴承1005、变角电机轴保护推力轴承外限位1006、变角电机上接头1007、伺服变向电机1008、变向电机接头1009、变向接头1010、变向筋调节头1011、变向筋1012、变向过渡接头1013、主动变向和定向组件同径弹簧胶管1014、主动变向球头限位1015、主动变向球头1016、主动变向球头下接头1017和调压电机上接头1018；所述变角电机双接头1001上部与参数测控腔体9固定配合；所述伺服变向调角电机1002上部与变角电机双接头1001固定配合；所述变角电机下接头1003为一空心管件，上部与伺服变向调角电机1002固定配合；所述变角电机上接头1007上部与伺服变向调角电机1002的转子固定连接；所述变角电机轴保护推力轴承内限位1004内壁与变角电机上接头1007固定配合；所述变角电机轴保护推力轴承1005外圈坐在变角电机下接头的环形阶梯上，其内圈坐在变角电机上接头1007的环形阶梯上；所述变角电机轴保护推力轴承外限位1006固定在变角电机下接头1003上；所述变向电机接头1009上部与伺服变向电机1008定子固定连接，变向电机接头1009内壁与变向接头1010外壁滑动配合；所述变向接头1010上部与伺服变向电机1008转子固定配合，在其外壁上设有环形阶梯，变向筋调节头1011侧壁有一凸起钩挂在变向接头1010的环形阶梯上，变向筋调节头1011始终和变向接头1010在环形阶梯处滑动配合；所述变向筋调节头1011为一在侧壁有一个凸起的中空管件，安装在变向电机接头1009中间通道两边的通孔里，侧壁的凸起始终和变向接头1010的环形阶梯滑动配合；所述变向筋1012上部与变向筋调节头1011固定连接，下部与变向球头限位1015固定连接；所述变向过渡接头1013上部与变向电机接头1009固定配合，上表面与变向接头1010下表面滑动配合；所述主动变向和定向组件同径弹簧胶管1014上部与变向过渡接头1013固定配合；所述主动变向球头限位1015上部与主动变向和定向组件同径弹簧胶管1014固定配合；所述主动变向球头1010两端分为柱面端和球面端，其柱面端与变向过渡接头1013固定配合，其球面端与主动变向球头限位1015的球面端和主动变向球头下接头1017的球面端处于类球铰式的滑动配合，此外，球面端还有一对环形键，与主动变向球头下接头1017球面端的一对键槽滑动配合；所述主动变向球头下接头1017外壁上部与主动变向球头限位1015固定配合；所述调压电机上接头1018上部与主动变向球头下接头1017固定配合，内壁与滑动管1107滑键配合；其中自平衡钻进组件11的调压电机1108定子与主动变向和定向组件10的调压电机上接头1018固定配合；滑动管1107外壁有键槽，与调压电机上接头1018内壁的键进行滑键配合；第一泥浆通道1101上表面与泥浆循环组件1下表面滑动接触配合。

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