(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 106703693 A(43)申请公布日 2017.05.24
(21)申请号 201611272071.2(22)申请日 2016.12.30
(71)申请人 裴绪建
地址 457001 河南省濮阳市中原路超越小
区23楼3单元6室(72)发明人 裴绪建 (51)Int.Cl.
E21B 7/04(2006.01)
权利要求书2页 说明书7页 附图1页
CN 106703693 A(54)发明名称
一种工具面控制范围恒为60°的导向装置(57)摘要
本发明专利提供了一种工具面控制范围恒为60°的导向装置，主要由圆环轨道面、控制开关、半圆控制环和重力驱动机构组成。利用该导向装置，可研制出多种新型矿藏导向钻井工具，包括垂直钻井工具、旋转导向钻井工具等。在钻进过程中，无论矿藏导向钻井工具处在何种工作状态，圆环轨道面及其三个120°均布控制开关、半圆控制环相互作用，不仅工具面控制范围恒为60°，而且井壁反作用力持续不断，连续导向钻进；其次，重力驱动机构中金属球或偏重块利用
并通自身重力作用始终处在圆环轨道面最低处，
过其他联动部件驱动半圆控制环处在圆环轨道面某特定位置，自动识别井眼重力高边，独立导向钻进。
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权 利 要 求 书
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1.一种工具面控制范围恒为60°的导向装置主要由圆环轨道面(1)、控制开关(2)、半圆控制环(3)和重力驱动机构(4)组成；
所述圆环轨道面(1)是矿藏导向钻井工具中液压端上端面，沿矿藏导向钻井工具传动轴自上而下观察，圆环轨道面(1)就是液压端顶部的圆环形平面；
所述控制开关(2)加工安装在圆环轨道面(1)上，且三个控制开关(2)呈120°均布；所述控制开关(2)可以是液体通道，直接连通液体腔室和柱塞缸；也可以是电子触碰开关，通过电子触碰开关、伺服电机和液压油泵间接连通液体腔室和柱塞缸；
所述半圆控制环(3)放置在圆环轨道面(1)上面，当控制开关(2)为液体通道时，半圆控制环(3)和圆环轨道面(1)接触面需配套研磨，确保密封承压；
所述重力驱动机构(4)可以是金属球，可以是偏重块、圆形金属管和半圆金属管组合体，甚至可以是偏重块、电机、齿轮、圆形金属管和半圆盘组成的复杂组合体。
2.根据权利要求1所述的一种工具面控制范围恒为60°的导向装置，其特征在于：圆环轨道面(1)通过液压端中心孔安装在矿藏导向钻井工具传动轴上，二者之间相互旋转，且圆环轨道面(1)与井眼轴线垂直；
由于所钻井眼都是倾斜的，因此，圆环轨道面(1)一定是斜平面；
重力驱动机构(4)中金属球或偏重块利用自身重力作用始终处在圆环轨道面(1)最低处，并通过其他联动部件驱动半圆控制环(3)处在圆环轨道面(1)某特定位置。
3.根据权利要求1或2所述的一种工具面控制范围恒为60°的导向装置，其特征在于：圆环轨道面(1)及其三个120°均布控制开关(2)、半圆控制环(3)相互作用，不仅工具面控制范围恒为±30°或60°，而且井壁反作用力持续不断，连续导向钻进；
当半圆控制环(3)位于圆环轨道面(1)下半圆位置时，工具面控制范围恒为±30°或60°，矿藏导向钻井工具降井斜钻进；
当半圆控制环(3)位于圆环轨道面(1)上半圆位置时，工具面控制范围恒为±30°或60°，矿场导向钻井工具增井斜钻进；
当半圆控制环(3)位于圆环轨道面(1)左半圆位置时，工具面控制范围恒为±30°或60°，矿藏导向钻井工具减方位钻进；
当半圆控制环(3)位于圆环轨道面(1)右半圆位置时，工具面控制范围恒为±30°或60°，矿藏导向钻井工具增方位钻进；
当半圆控制环(3)位于圆环轨道面(1)某特定位置时，工具面控制范围恒为±30°或60°，矿藏导向钻井工具增(或降)井斜和/或增(或减)方位钻进。
4.根据权利要求1或2所述的一种工具面控制范围恒为60°的导向装置，其特征在于：重力驱动机构(4)中金属球或偏重块利用自身重力作用始终处在圆环轨道面(1)最低处，自动识别井眼重力高边，独立导向钻进；
当半圆控制环(3)位于圆环轨道面(1)下半圆位置时，工具面恒为180°，矿藏导向钻井工具降井斜钻进；
当半圆控制环(3)位于圆环轨道面(1)上半圆位置时，工具面恒为0°，矿场导向钻井工具增井斜钻进；
当半圆控制环(3)位于圆环轨道面(1)左半圆位置时，工具面恒为270°，矿藏导向钻井工具减方位钻进；
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权 利 要 求 书
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当半圆控制环(3)位于圆环轨道面(1)右半圆位置时，工具面恒为90°，矿藏导向钻井工具增方位钻进；
当半圆控制环(3)位于圆环轨道面(1)某特定位置时，工具面恒为半圆控制环(3)所在位置方位，矿藏导向钻井工具增(或降)井斜和/或增(或减)方位钻进。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种工具面控制范围恒为60°的导向装置，其特征在于：利用工具面控制范围恒为60°的导向装置可研制一种机械垂直钻井工具，其工具面恒为180°，工具面控制范围恒为±30°或60°，机械垂直钻井工具降井斜钻进；
在机械垂直钻井工具中，液压端上端面相当于圆环轨道面(1)，液体通道相当于控制开关(2)，半圆密封环相当于半圆控制环(3)，金属球相当于重力驱动机构(4)。
6.根据权利要求1或2或3或4所述的一种工具面控制范围恒为60°的导向装置，其特征在于：利用工具面控制范围恒为60°的导向装置可研制一种机械导向钻井工具，其工具面恒为0°、或90°、或180°、或270°，工具面控制范围恒为±30°或60°，机械导向钻井工具增井斜、或增方位、或降井斜、或减方位导向钻进；
在机械导向钻井工具中，三个液体通道所在内壁圆柱面相当于圆环轨道面(1)，液体通道相当于控制开关(2)，半圆金属管相当于半圆控制环(3)，偏重块、圆形金属管和半圆金属管相当于重力驱动机构(4)。
7.根据权利要求1或2或3或4所述的一种工具面控制范围恒为60°的导向装置，其特征在于：利用工具面控制范围恒为60°的导向装置还可研制一种电子控制旋转导向钻井工具，其工具面恒在360°范围内某特定位置，工具面控制范围恒为±30°或60°，旋转导向钻井工具增(或降)井斜和/或增(或减)方位导向钻进；
在旋转导向钻井工具中，三个电子触碰开关所固定的液压端上端面、或外筒内壁圆柱面、或圆形金属管外壁圆柱面相当于圆环轨道面(1)，电子触碰开关相当于控制开关(2)，半圆盘相当于半圆控制环(3)，偏重块、电机、齿轮、圆形金属管和半圆盘相当于重力驱动机构(4)。
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说 明 书
一种工具面控制范围恒为60°的导向装置
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技术领域
[0001]本发明专利属于矿场钻井机械领域，具体涉及一种工具面控制范围恒为60°的导向装置，主要用于研制地质、石油和煤炭等各种矿藏导向钻井工具，包括垂直钻井工具和旋转导向钻井工具。
背景技术[0002]钻井是发现或开采地下矿藏资源的必然途径。根据设计井眼轨迹不同，矿藏井可划分成直井、定向井(或斜井)和水平井。[0003]为确保实钻井眼轨迹沿着设计井眼轨迹钻进，必须按照设计测斜井深或测斜间距测斜，并计算出实钻井眼空间参数。如果实钻井眼轨迹偏离设计井眼轨迹，那么，就要利用特种钻井工具(例如弯螺杆钻具，旋转导向钻井工具等)调整井眼轨迹或改变井眼空间钻进方向，使其回到设计井眼轨迹控制范围内。在钻井术语中，把利用特种钻井工具调整井眼轨迹的方法称之为定向，井眼轨迹所在平面上倾方向称之为井眼高边，特种钻井工具所在平面称之为工具面，二者之间夹角称之为装置角。工具面等于井眼高边与装置角二者之和，装置角不同，定向钻进结果迥异。当装置角0°时，增井斜钻进；当装置角90°时，增方位钻进；当装置角180°时，降井斜钻进；当装置角270°时，减方位钻进；当装置角介于任意二者之间时，增(或降)井斜和/或增(或减)方位钻进。[0004]通常情况下，当井斜角＜3°时，采用磁性高边定向法；当井斜角≥3°时，采用重力高边定向法。所谓重力高边定向法，就是井眼轨迹所在铅垂平面上倾方向为井眼重力高边，表示为0°，因此，简单地认为工具面就是装置角，可直接按照工具面定向钻进。当工具面0°时，增井斜钻进；当工具面90°时，增方位钻进；当工具面180°时，降井斜钻进；当工具面270°时，减方位钻进；当工具面介于任意二者之间时，增(或降)井斜和/或增(或减)方位钻进。[0005]目前，国外油服公司拥有成熟的垂直钻井工具和旋转导向钻井工具，租赁服务费用昂贵。国内多家科技院校和油田企业尚处在研制过程中，至今未商业化推广应用。现有垂直钻井工具和旋转导向钻井工具主要由控制端和液压端组成，其中，控制端包括电源或自发电系统、电子或陀螺井斜测量装置、地面指令信号接收及反馈确认装置、工具面数据处理及控制集成电路、伺服电机和液压油泵等，除垂直钻井工具预置工具面180°外，旋转导向钻井工具需要根据地面指令信号和最新测斜数据不断更新工具面；液压端通常120°均布设计三个扶正棱，每个扶正棱上均加工安装有液压油腔室、液压油通道、溢流阀、柱塞缸、柱塞、推板和压板等，且三个推板在控制端操纵下有序伸出或收回，迫使垂直钻井工具或旋转导向钻井工具按照特定工具面导向钻进。[0006]为确保垂直钻井工具或旋转导向钻井工具持续高效导向钻进，除预置或通过地面指令信号给定工具面外，各油服公司还设置有50°-70°工具面控制范围，当垂直钻井工具或旋转导向钻井工具某推板旋转进工具面控制范围时，工具面数据处理及控制集成电路打开伺服电机电源，驱动液压油泵给柱塞缸供油，柱塞伸出，推动推板支撑在井壁上，当某推板旋转出工具面控制范围时，关闭伺服电机电源，推板被井壁挤压收回。工具面控制范围因油
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服公司不同而大小不等，因此，作用在垂直钻井工具或旋转导向钻井工具上井壁反作用力持续时间也不同。另外，现有垂直钻井工具或旋转导向钻井工具必须与井斜测量装置组合使用，工具面数据处理及控制集成电路通过最新测斜数据不断处理更新工具面。[0007]本发明专利提出了一种工具面控制范围恒为60°的导向装置，其导向机理与现有垂直钻井工具或旋转导向钻井工具截然不同，操作简单，有助于研制成功多种新型矿藏导向钻井工具。[0008]发明专利内容[0009]本发明专利的目的是提供一种工具面控制范围恒为60°的导向装置，主要用于研制地质、石油和煤炭等各种矿藏导向钻井工具，包括垂直钻井工具和旋转导向钻井工具。[0010]本发明专利采用如下具体技术方案实现：[0011]工具面控制范围恒为60°的导向装置主要由圆环轨道面、控制开关、半圆控制环和重力驱动机构组成。[0012]圆环轨道面是矿藏导向钻井工具中液压端上端面。沿矿藏导向钻井工具传动轴自上而下观察，圆环轨道面就是液压端顶部圆环形平面。[0013]控制开关加工安装在圆环轨道面上，且三个控制开关呈120°均布。[0014]控制开关可以是液体通道，直接连通液体腔室和柱塞缸；也可以是电子触碰开关，通过电子触碰开关、伺服电机和液压油泵间接连通液体腔室和柱塞缸。[0015]半圆控制环放置在圆环轨道面上，且技术参数与圆环轨道面相匹配。当控制开关为液体通道时，半圆控制环和圆环轨道面接触面需配套研磨，确保密封承压。[0016]所述重力驱动机构可以是金属球，可以是偏重块、圆形金属管和半圆金属管组合体，甚至可以是偏重块、电机、齿轮、圆形金属管和半圆盘组成的复杂组合体。[0017]圆环轨道面通过液压端中心孔安装在矿藏导向钻井工具传动轴上，二者之间相互旋转，且圆环轨道面与传动轴垂直，传动轴与井眼轴线平行，由此可知，圆环轨道面与井眼轴线也垂直。由于所钻井眼都是倾斜的，因此，圆环轨道面一定是斜平面。重力驱动机构中金属球或偏重块利用自身重力作用始终处在圆环轨道面最低处，并通过其他联动部件驱动半圆控制环处在圆环轨道面某特定位置。[0018]当半圆控制环位于圆环轨道面下半圆位置时，三个控制开关中始终有一个或两个控制开关处在上半圆轨道面，另外两个或一个控制开关处在下半圆轨道面且被半圆控制环所遮盖。当液体腔室内液体在高压作用下通过控制开关流向液压端柱塞缸时，处在上半圆轨道面控制开关处于开启状态，高压液体顺利注入到与此相对应柱塞缸内，柱塞伸出，推动推板支撑在井壁上，所产生井壁反作用力是非零向量；处在下半圆轨道面控制开关处于关闭状态，高压液体无法注入到与此相对应柱塞缸内，推板无法伸出，所产生井壁反作用力是零向量。通过圆环轨道面上三个控制开关高压液体所对应产生三个井壁反作用力中，始终有一个或两个井壁反作用力是非零向量，另外两个或一个井壁反作用力是零向量，一个非零井壁反作用力方向或两个非零井壁反作用力矢量和方向恒在150°-210°，或者说，工具面恒在150°-210°。进一步说，当半圆控制环位于圆环轨道面下半圆位置时，工具面恒为180°，工具面控制范围恒为±30°或60°，矿藏导向钻井工具降井斜钻进。[0019]同理，当半圆控制环位于圆环轨道面上半圆位置时，工具面恒为0°，工具面控制范围恒为±30°或60°，矿场导向钻井工具增井斜钻进；当半圆控制环位于圆环轨道面左半圆
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位置时，工具面恒为270°，工具面控制范围恒为±30°或60°，矿藏导向钻井工具减方位钻进；当半圆控制环位于圆环轨道面右半圆位置时，工具面恒为90°，工具面控制范围恒为±30°或60°，矿藏导向钻井工具增方位钻进；当半圆控制环位于圆环轨道面某特定位置时，工具面恒为半圆控制环所在位置方位，工具面控制范围恒为±30°或60°，矿藏导向钻井工具增(或降)井斜和/或增(或减)方位钻进。[0020]与现有垂直钻井工具和旋转导向钻井工具相比，圆环轨道面及其三个120°均布控制开关、半圆控制环相互作用，使通过圆环轨道面上三个控制开关高压液体所对应产生三个井壁反作用力中，始终有一个或两个井壁反作用力是非零向量，不仅工具面控制范围恒为±30°或60°，而且井壁反作用力大小恒定，持续不断，连续导向钻进；其次，重力驱动机构中金属球或偏重块利用自身重力作用始终处在圆环轨道面最低处，无需借助电子或陀螺井斜测量装置，自动识别井眼重力高边，独立导向钻进。[0021]本发明专利的有益效果是：利用工具面控制范围恒为60°的导向装置可研制一种机械垂直钻井工具。机械垂直钻井工具液压端三个柱塞缸液体通道向上延伸到液压端上端面，三个液体通道在上端面呈120°均布，上端面放置有金属球和半圆密封环，金属球驱动半圆密封环移动。对比可知，液压端上端面相当于圆环轨道面，液体通道相当于控制开关，半圆密封环相当于半圆控制环，金属球相当于重力驱动机构。由于所钻井眼都是倾斜的，因此，液压端上端面一定是斜平面，金属球利用重力作用始终处在上端面最低处，驱动半圆密封环始终处在上端面下半圆位置且左右对称，工具面恒为180°，工具面控制范围恒为±30°或60°，机械垂直钻井工具降井斜钻进。[0022]利用工具面控制范围恒为60°的导向装置可研制一种机械导向钻井工具。机械导向钻井工具液压端三个柱塞缸液体通道向内延伸到中心孔内壁，三个液体通道在内壁圆柱面呈120°均布，中心孔内安装偏重块和圆形金属管，且圆形金属管在液体通道附近被加工成半圆金属管。对比可知，沿圆形金属管自上而下观察，中心孔内壁三个液体通道所在内壁圆柱面相当于圆环轨道面，液体通道相当于控制开关，半圆金属管相当于半圆控制环，偏重块、圆形金属管和半圆金属管相当于重力驱动机构。由于所钻井眼都是倾斜的，因此，圆形金属管一定是倾斜的，偏重块利用重力作用始终处在圆形金属管所在铅垂平面正下方，根据半圆金属管与偏重块方向不同，工具面恒在0°、或90°、或180°、或270°，工具面控制范围恒为±30°或60°，机械导向钻井工具增井斜、或增方位、或降井斜、或减方位导向钻进。[0023]利用工具面控制范围恒为60°的导向装置还可研制一种电子控制旋转导向钻井工具。旋转导向钻井工具液压端三个柱塞缸通过电子触碰开关、伺服电机和液压油泵间接连通液体腔室和柱塞缸，三个电子触碰开关固定在液压端上端面、或偏重块空间外筒内壁、或圆形金属管外壁且呈120°均布安装，在电子触碰开关所在位置安装半圆盘，偏重块、电机、齿轮和圆形金属管共同驱动半圆盘旋转。对比可知，三个电子触碰开关所固定的液压端上端面、或外筒内壁圆柱面、或圆形金属管外壁圆柱面相当于圆环轨道面，电子触碰开关相当于控制开关，半圆盘相当于半圆控制环，偏重块、电机、齿轮、圆形金属管和半圆盘相当于重力驱动机构。由于所钻井眼都是倾斜的，因此，圆形金属管一定是倾斜的，偏重块利用重力作用始终处在圆形金属管所在铅垂平面正下方，根据半圆盘与偏重块方向不同，工具面恒在360°范围内某特定位置，工具面控制范围恒为±30°或60°，旋转导向钻井工具增(或降)井斜和/或增(或减)方位导向钻进。
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附图说明[0024]附图1是本发明专利一种工具面控制范围恒为60°的导向装置俯视图及A-A剖面图。[0025]附图标记说明：1-圆环轨道面、2-控制开关、3-半圆控制环、4-重力驱动机构。具体实施方式[0026]一种工具面控制范围恒为60°的导向装置主要由圆环轨道面(1)、控制开关(2)、半圆控制环(3)和重力驱动机构(4)组成。[0027]下面结合附图和实施例对本发明专利一种工具面控制范围恒为60°的导向装置作进一步说明。[0028]圆环轨道面(1)是矿藏导向钻井工具中液压端上端面。沿矿藏导向钻井工具传动轴自上而下观察，圆环轨道面(1)就是液压端顶部圆环形平面。[0029]控制开关(2)加工安装在圆环轨道面(1)上，且三个控制开关(2)呈120°均布。[0030]控制开关(2)可以是液体通道，直接连通液体腔室和柱塞缸；也可以是电子触碰开关，通过电子触碰开关、伺服电机和液压油泵间接连通液体腔室和柱塞缸。[0031]半圆控制环(3)放置在圆环轨道面(1)上，且技术参数与圆环轨道面(1)相匹配。当控制开关(2)为液体通道时，半圆控制环(3)和圆环轨道面(1)接触面需配套研磨，确保密封承压。[0032]所述重力驱动机构(4)可以是金属球，可以是偏重块、圆形金属管和半圆金属管组合体，甚至可以是偏重块、电机、齿轮、圆形金属管和半圆盘组成的复杂组合体。[0033]圆环轨道面(1)通过液压端中心孔安装在矿藏导向钻井工具传动轴上，二者之间相互旋转，且圆环轨道面(1)与传动轴垂直，传动轴与井眼轴线平行，由此可知，圆环轨道面(1)与井眼轴线也垂直。由于所钻井眼都是倾斜的，因此，圆环轨道面(1)一定是斜平面。重力驱动机构(4)中金属球或偏重块利用自身重力作用始终处在圆环轨道面(1)最低处，并通过其他联动部件驱动半圆控制环(3)处在圆环轨道面(1)某特定位置。[0034]当半圆控制环(3)位于圆环轨道面(1)下半圆位置时，控制开关S1处在上半圆轨道面即开启状态，液体腔室内液体在外部压力作用下通过控制开关S1注入到与此相对应柱塞缸内，柱塞伸出，推动推板支撑在井壁上，井壁反作用力是非零向量，其大小等于液体压力乘以柱塞底面积，其方向是自点S1至圆心O方向；控制开关S2和S3处在下半圆轨道面且被半圆控制环(3)所遮盖即关闭状态，液体腔室内液体在外部压力作用下无法通过控制开关S2和S3注入到与此相对应柱塞缸内，推板无法伸出，所产生井壁反作用力是零向量。当矿藏导向钻井工具旋转时，圆环轨道面(1)随之旋转，控制开关S1、S2和S3依次有序开启或关闭，所对应产生井壁反作用力依次有序出现或消失，但是，控制开关S1、S2和S3中始终有一个或两个控制开关(2)处在上半圆轨道面，另外两个或一个控制开关(2)处在下半圆轨道面，或者说，通过圆环轨道面(1)上三个控制开关(2)高压液体所对应产生三个井壁反作用力中，始终有一个或两个井壁反作用力是非零向量，另外两个或一个井壁反作用力是零向量，且非零井壁反作用力方向均通过圆心O。[0035]由于矿藏导向钻井工具三组柱塞技术参数相同，即底面积相等，同时，对于任意时
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间点，液体上外部压力也相等，因此，在同一时间点开启的任意两个控制开关(2)所产生两个井壁反作用力大小相等，但方向不同。根据向量性质，两个向量都通过圆心O，大小相等，二者之间夹角120°。根据向量矢量和运算法则，两个向量矢量和大小等于任意一个向量大小，矢量和方向为两个向量角平分线方向，换句话说，在同一时间点开启任意两个控制开关(2)所产生两个井壁反作用力矢量和，大小也等于液体压力乘以柱塞底面积，方向自圆心O指向另一个控制开关(2)方向。[0036]由于控制开关S1、S2和S3中始终有一个或两个控制开关(2)处于开启状态，另外两个或一个控制开关(2)处于关闭状态，且零向量对矢量和运算结果没有任何影响，因此，下文所述矢量和时不再称为一个非零向量与两个零向量矢量和或两个非零向量与一个零向量矢量和，而是统称为三个向量矢量和。[0037]如附图1所示，以圆环轨道面(1)圆心O为原点，在圆环轨道面(1)上建立平面直角坐标系，由于半圆控制环(3)处在圆环轨道面(1)下半圆位置且左右对称，因此，按照顺时针方向旋转，圆环轨道面(1)顶部方位为0°，半圆控制环(3)右端方位为90°，圆环轨道面(1)底部方位为180°，半圆控制环(3)左端方位为270°。[0038]当控制开关S1所在方位为330°时，控制开关S2所在方位为90°，控制开关S3所在方位为210°。此时，控制开关S2比较特殊，经过控制开关S1和S2高压液体所产生两个井壁反作用力矢量和方向过控制开关S3，即三个向量矢量和方向为210°，或者说，工具面为210°。[0039]当控制开关S1所在方位大于330°且小于30°时，控制开关S2所在方位大于90°小于150°，控制开关S3所在方位大于210°小于270°。此时，经过控制开关S1高压液体所产生井壁反作用力方向为150°-210°，即三个向量矢量和方向为150°-210°，或者说，工具面为150°-210°。[0040]当控制开关S1所在方位为30°时，控制开关S2所在方位为150°，控制开关S3所在方位为270°。此时，控制开关S3比较特殊，经过控制开关S3和S1高压液体所产生两个井壁反作用力矢量和方向过控制开关S2，即三个向量矢量和方向为150°，或者说，工具面为150°。[0041]当控制开关S1所在方位大于30°且小于90°时，控制开关S2所在方位大于150°小于210°，控制开关S3所在方位大于270°小于330°。此时，经过控制开关S3和S1高压液体所产生两个井壁反作用力矢量和方向过控制开关S2，即三个向量矢量和方向为150°-210°，或者说，工具面为150°-210°。[0042]当控制开关S1所在方位为90°时，控制开关S2所在方位为210°，控制开关S3所在方位为330°。此时，控制开关S3将遵循控制开关S1的矢量和方向或工具面变化规律，依此类推，控制开关S2也将遵循控制开关S1的矢量和方向或工具面变化规律。[0043]综合上述，通过圆环轨道面(1)上三个控制开关(2)高压液体所产生三个井壁反作用力矢量和方向恒在150°-210°，即工具面恒在150°-210°。进一步说，当半圆控制环(3)位于圆环轨道面(1)下半圆位置时，工具面恒为180°，工具面控制范围恒为±30°或60°，矿藏导向钻井工具降井斜钻进。[0044]同理，当半圆控制环(3)位于圆环轨道面(1)上半圆位置时，工具面恒为0°，工具面控制范围恒为±30°或60°，矿场导向钻井工具增井斜钻进；当半圆控制环(3)位于圆环轨道面(1)左半圆位置时，工具面恒为270°，工具面控制范围恒为±30°或60°，矿藏导向钻井工具减方位钻进；当半圆控制环(3)位于圆环轨道面(1)右半圆位置时，工具面恒为90°，工具
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面控制范围恒为±30°或60°，矿藏导向钻井工具增方位钻进；当半圆控制环(3)位于圆环轨道面(1)某特定位置时，工具面恒为半圆控制环(3)所在位置方位，工具面控制范围恒为±30°或60°，矿藏导向钻井工具增(或降)井斜和/或增(或减)方位钻进。[0045]与现有垂直钻井工具和旋转导向钻井工具相比，圆环轨道面(1)及其三个120°均布控制开关(2)、半圆控制环(3)相互作用，使通过圆环轨道面(1)上三个控制开关(2)高压液体所对应产生三个井壁反作用力中，始终有一个或两个井壁反作用力是非零向量，不仅工具面控制范围恒为±30°或60°，而且井壁反作用力大小恒定，持续不断，连续导向钻进；其次，重力驱动机构(4)中金属球或偏重块利用自身重力作用始终处在圆环轨道面(1)最低处，无需借助电子或陀螺井斜测量装置，自动识别井眼重力高边，独立导向钻进。[0046]实施例1[0047]利用工具面控制范围恒为60°的导向装置可研制一种机械垂直钻井工具。机械垂直钻井工具液压端三个柱塞缸液体通道向上延伸到液压端上端面，三个液体通道在上端面呈120°均布，上端面放置有金属球和半圆密封环，金属球驱动半圆密封环移动。对比可知，液压端上端面相当于圆环轨道面(1)，液体通道相当于控制开关(2)，半圆密封环相当于半圆控制环(3)，金属球相当于重力驱动机构(4)。由于所钻井眼都是倾斜的，因此，液压端上端面一定是斜平面，金属球利用重力作用始终处在上端面最低处，驱动半圆密封环始终处在上端面下半圆位置且左右对称，工具面恒为180°，工具面控制范围恒为±30°或60°，机械垂直钻井工具降井斜钻进。[0048]实施例2[0049]利用工具面控制范围恒为60°的导向装置可研制一种机械导向钻井工具。机械导向钻井工具液压端三个柱塞缸液体通道向内延伸到中心孔内壁，三个液体通道在内壁圆柱面呈120°均布，中心孔内安装偏重块和圆形金属管，且圆形金属管在液体通道附近被加工成半圆金属管。对比可知，沿圆形金属管自上而下观察，中心孔内壁三个液体通道所在内壁圆柱面相当于圆环轨道面(1)，液体通道相当于控制开关(2)，半圆金属管相当于半圆控制环(3)，偏重块、圆形金属管和半圆金属管相当于重力驱动机构(4)。由于所钻井眼都是倾斜的，因此，圆形金属管一定是倾斜的，偏重块利用重力作用始终处在圆形金属管所在铅垂平面正下方，根据半圆金属管与偏重块方向不同，工具面恒在0°、或90°、或180°、或270°，工具面控制范围恒为±30°或60°，机械导向钻井工具增井斜、或增方位、或降井斜、或减方位导向钻进。[0050]实施例3[0051]利用工具面控制范围恒为60°的导向装置还可研制一种电子控制旋转导向钻井工具。旋转导向钻井工具液压端三个柱塞缸通过电子触碰开关、伺服电机和液压油泵间接连通液体腔室和柱塞缸，三个电子触碰开关固定在液压端上端面、或偏重块空间外筒内壁、或圆形金属管外壁且呈120°均布安装，在电子触碰开关所在位置安装半圆盘，偏重块、电机、齿轮和圆形金属管共同驱动半圆盘旋转。对比可知，三个电子触碰开关所固定的液压端上端面、或外筒内壁圆柱面、或圆形金属管外壁圆柱面相当于圆环轨道面(1)，电子触碰开关相当于控制开关(2)，半圆盘相当于半圆控制环(3)，偏重块、电机、齿轮、圆形金属管和半圆盘相当于重力驱动机构(4)。由于所钻井眼都是倾斜的，因此，圆形金属管一定是倾斜的，偏重块利用重力作用始终处在圆形金属管所在铅垂平面正下方，根据半圆盘与偏重块方向不
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同，工具面恒在360°范围内某特定位置，工具面控制范围恒为±30°或60°，旋转导向钻井工具增(或降)井斜和/或增(或减)方位导向钻进。[0052]从实施例看，矿藏导向钻井工具结构不同，圆环轨道面(1)和半圆控制环(3)空间形态也不同。例如：如果圆环轨道面(1)是矿藏导向钻井工具中某部件顶部圆环形平面，则半圆控制环(3)底侧面是半圆环形平面；如果圆环轨道面(1)是矿藏导向钻井工具中某部件内壁圆柱面或外壁圆柱面，则半圆控制环(3)外侧面或内侧面是半圆柱面。但是，如果从圆环形平面所在圆心径向观察圆环轨道面(1)，或者从内壁圆柱面、外壁圆柱面所在轴线轴向观察圆环轨道面(1)，圆环轨道面(1)均可看作“圆”，那么，三个控制开关(2)可看作“圆”上120°均布三个“点”，半圆控制环(3)可看作与“圆”等直径“半圆”，重力驱动机构(4)中金属球或偏重块可看作始终处在“圆”最低处重心“点”，简化后数学模型相同，因此，导向机理相同。[0053]以上对本发明专利的说明仅是优选范例，并不能被理解为对本发明专利技术方案内容的限制。以上内容在具体应用中，技术人员有可能需要根据具体情况作个别调整和改变，所述调整和改变均应落入本发明专利所附权利要求的保护范围之中。
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