具体实施方式

以下将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，以下所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，并非全部实施例，也并未对本发明做任何形式上的限制，凡是利用本实施例的技术方案，包括对本实施例做了简单的变化，均属于本发明保护的范围。

本公开中提到的方位词，比如“轴向”指的是图中导向柱2所在的轴向，“径向”指的是与轴向垂直的方向。“周向”指的是筒形部件的横切面的圆周方向；本公开中提到的“腔”指的是至少端面开口的封闭空间，“面”指的是位于一个方向的板面，“台”指的是带有至少一个功能面的块体。“内、外、上、下、左、右”均是面对文中附图时所对应的方位朝向。

结合图1-3，本发明的自适应井下转向装置，设置导向柱2，于导向柱2侧壁开口嵌设支撑臂3，支撑臂3一端与导向柱2铰接；导向柱2端部轴接转向动力总成5；与转向动力总成5和支撑臂3的另一端分别滑动铰接设置支撑杆4；通过转向动力总成5的轴向位移，带动支撑杆4连同支撑臂3相对于导向柱2在0～90°的范围内转动。转向机械总成包含丢手1、导向柱2、支撑臂3及支撑杆4，丢手1上端通过螺纹与油管柱相连接，下端通过销钉与下端导向柱2连接，导向柱2下端通过螺纹与转向动力筒51连接，支撑臂3通过轴销与导向柱2连接，支撑杆4上端通过轴销与支撑臂3连接，支撑杆4下端通过轴销7与转向动力总成5的推杆52的上部连接。用于连接丢手1的销钉在施工过程中出现井下事故，管柱无法正常提出时，可通过上提一定拉力，剪断销钉，实现上部管柱的顺利提出，销钉数量可结合所用管柱的强度和作业车的拉力综合考虑确定，对于1000m以浅的作业井，拉力30t作业车，一般可考虑3-4个销钉。导向柱2上部设置有导向轮21，利于钻头和高压管通过，下部设置支撑臂卡槽22用于支撑臂3和支撑杆4的伸出和回收。导向柱2的主体为柱形或棱柱形结构。推杆52、支撑杆4和支撑臂3形成三连杆机构，推杆52可以带动支撑杆4和支撑臂3运动，支撑臂3围绕导向柱2上的轴销在平行于导向柱2(处于导向柱内)和垂直于导向柱2之间运动。

在本公开的实施例中，与转向动力总成5轴接设置电源控制总成6，电源控制总成6设置连接筒61，连接筒61内设置电源控制筒62，电源控制筒62上嵌设电源控制主板63，且连接筒61端部设置堵头64。电源控制总成6包含电源控制筒62，电源控制筒62包括连接筒61和堵头64三部分，连接筒61通过螺纹与转向动力筒51连接，电源控制主板63放置于连接筒61内，电源控制主板63进行密封设计实现独立防水。

在本公开的实施例中，在支撑臂3与导向柱2的铰接端设置传感器安装位313；在支撑杆4上沿偏心方向嵌设一端开放的引鞋卡槽42，与引鞋卡槽42于径向连通设置多个排渣孔41。支撑杆4设置有光纤陀螺测量仪的引鞋卡槽42，支撑杆在垂直状态，光纤陀螺测量仪引鞋能够进入引鞋卡槽42在引鞋卡位键的作用下实现支撑臂3方位的测量。引鞋卡槽42周边设置有2个排渣孔41，以防止钻屑落入支撑杆引鞋卡槽42，造成测量仪器引鞋无法再次顺利进入引鞋卡槽42而定位失败，支撑杆4的两端具体通过支撑杆第一铰接孔43和支撑杆第二铰接孔44分别与支撑臂3和推杆5铰接。

在本公开的实施例中，传感器安装位313上安装的传感器33包括霍尔传感器和/或倾角传感器；引鞋卡槽42上安装光纤陀螺测量仪引鞋。霍尔传感器用于测量钻头是否到位，选择倾角传感器用于测量支撑臂3伸出的角度；光纤陀螺测量仪获取支撑臂3的方位。

在本公开的实施例中，支撑臂3设置滑动插接的第一臂体31和第二臂体32；第二臂体32上滑动铰接支撑杆4，且第一臂体31与第二臂体32通过复位弹簧321连接。比如在本公开的实施例中，第一臂体31为四棱状的构件，其内沿轴向设置第一通槽311，左端设置铰接孔312，用于与导向柱2铰接，与铰接孔312相邻，在第一臂体31上设置传感器安装位313，第一臂体31下部的传感器安装位313处设置有传感器33，选择霍尔传感器用于测量钻头是否到位，选择倾角传感器用于测量支撑臂3伸出的角度；第一臂体31上设置第一滑动槽314和第二滑动槽315，第一滑动槽314用于第二臂体32与第一臂体31的滑动插接，第二滑动槽315用于与支撑杆4的滑动铰接；在第一臂体31的右下方设置弹簧安装杆安装孔316，用于安装复位弹簧321套接的弹簧安装杆322。比如，在本公开的实施例中，第二臂体32为与第一臂体31插接的四棱状的构件，其内沿轴向设置第二通槽323；在第二臂体32下设置与第一臂体31连接的复位弹簧321。支撑臂3由第一臂体31和第二臂体32组成，第一臂体31上的第一滑动槽314和第二臂体32的第一滑动槽连接孔324通过轴销连接，连接第一臂体31和第二臂体32的轴销可在第一臂体31第一滑动槽314中运动，第一臂体31和第二臂体32下部设置复位弹簧安装位327，通过装有复位弹簧321的弹簧安装杆322连接，从而使第二臂体32在支撑臂3回收状态时可以回到与第一臂体31连接的最初位置。支撑臂3外形为四棱状结构，支撑臂3在长度方向上是中空的，为近圆柱状，利于钻头和高压管通过。支撑臂3在上部和出口位置的下部各设置有滑动轮，即第一滑动轮325和第二滑动轮328，利于钻头和高压管通过。支撑臂3的4个壁面都设置有排渣槽326，确保钻屑不在臂内堆积，影响钻具前进或收回。

在本公开的实施例中，转向动力总成5设置转向动力筒51，转向动力筒51内套设推杆52；导向柱2上沿轴向设置支撑杆滑轨23，推杆52端部与所述的支撑杆4端部于支撑杆滑轨23处铰接。转向动力总成包含转向动力筒51及推杆52，外筒上端通过螺纹与导向柱2下端连接，下端通过螺纹与连接筒61连接，推杆52安装于转向动力筒51内，推杆52上部与支撑杆下端通过轴销连接，推杆52下部电源线与电源控制总成中电源相连接。推杆52与导向柱2之间设置有密封件，密封件为阻力小且密封可靠的密封件，本实施例中选用丁腈橡胶材质的o型圈。

在本公开的实施例中，还设置线缆总成7，线缆总成7设置地面控制台71、线缆绞车72、总线缆73和分线缆74；并于转向动力总成5端部设置线缆连接头75，总线缆73和分线缆74于线缆连接头75处穿插设置。线缆连接头75设置有主线缆安装环751和分线缆安装环752，通过孔进行了耐压密封。总线缆73、分线缆74用于供电和通讯，线缆绞车72用于下放和回收线缆，地面控制台71用于指令的发布、井下转向装置状态的监控

本发明提供的自适应井下转向装置施工方法，以在500米井深煤层气井施工为背景，结合图4，具体包括以下步骤：

步骤1，依次连接丢手1、导向柱2、支撑臂3、支撑杆4、转向动力总成5、电源控制总成6和线缆总成7形成自适应井下转向装置，总线缆73连同下井管柱下至设计深度；采用接箍用线缆保护器将总线缆73固定于管柱上，其中接箍用线缆保护器用于管柱接箍处，避免管柱下入过程或施工过程对线缆的磨损和磕碰；

步骤2，导向管2内下入光纤陀螺测量仪，光纤陀螺测量仪引鞋进入支撑杆4的引鞋卡槽42，获取支撑臂3的方位；从下井管柱内下入光纤陀螺测量仪，光纤陀螺测量仪引鞋进入井下转向装置支撑杆引鞋卡槽42，实现光纤陀螺测量仪测量方位的固定，并通过引鞋卡槽42定位与井下转向装置支撑臂3的对应关系，获取支撑臂3的方位；转动下井管柱使支撑臂3至设计方位，起出光纤陀螺测量仪；

步骤3，导向管2内下入高压水射流钻头，通过高压水射流钻头经过支撑臂3上的霍尔传感器，判断高压水射流钻头是否达到支撑臂3预定位置；

步骤4，启动地面控制台71，实现支撑臂3的转向，利用倾角传感器判断支撑臂(3)是否转向到预定角度；

井下转向装置地面控制台71通过总线缆73和分线缆74进行供电和通讯，推杆52获得指令后，推杆52上推带动支撑杆4和支撑臂3运动，当支撑臂3到达90度后，如果井壁有垮塌现象，支撑臂3无法贴上井壁，则第二臂体32开始外伸，实现支撑臂3的伸长；此外，可通过电机电流变化判断支撑臂3所处状态，正常支撑臂3抬起的电流为0.5A左右，当支撑臂3转向未到达90度而出现电流急剧增大的现象，即可判断支撑臂3提前遇阻，此处扩孔未达到预定直径要求，当支撑臂3转向到达90度，第二臂体32开始外伸，此时出现电流急剧增大的现象，则说明支撑臂3已经碰上井壁；

步骤5，进行侧钻水平井钻进；

步骤6，回收钻具进入支撑臂3，回收支撑臂3进入导向柱2的支撑臂卡槽22内，起出钻具；施工完成后，推杆52回收，第一臂体31和第二臂体32在复位弹簧321的作用下回收到最初装配长度，随着推杆52收回，支撑杆4及支撑臂3收回到导向柱2槽中。此时，也可通过电机电流变化判断支撑臂3所处状态，正常支撑臂3回收的电流为0.2A左右，当支撑臂3回收未到达0度而出现电流急剧增大的现象，即可判断支撑臂3遇阻，可能是支撑臂3回收路线有岩屑堆积，则需要停止回收，先进行冲屑处理；

步骤7，井口旋转下井管柱，重复步骤2-步骤6完成设计钻孔的钻进。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。