随着钻探工艺的发展,垂直钻进系统在科学钻孔、石油钻井和地质超深钻探中广泛应用,而在钻进过程中,由于钻进地层的复杂性和钻探机械、钻探工艺的自身原因,钻孔弯曲几乎是不可避免的。因此垂直钻进系统的研制与开发具有重要意义。为了克服现有垂直钻井工具所存在的费用高、刺断钻具、高压油系统的密封、测斜系统的抗干扰、耐高温、低压慢打等问题,使钻具能够高压快打,充分的释放钻压,更好的适应于复杂地层,本方案提供了一套结构简单、成本费用低,不需要液压系统、不需要电磁测斜系统,不需要电路控制系统,仅依靠偏重块重心位置的自行调节,将扭矩转化为径向纠斜力,从而实现对钻孔轨迹纠斜的机械式自动垂直钻进系统。新研究设计的机械式自动垂直钻进系统包括上偏重块、下偏重块、限位件、内偏心环、外偏心环和鼓型齿绞织点等关键部件。双偏心环处的设计允许偏移量为8.7mm,能够实现0.8度的纠斜角。新研究设计的机械式垂钻系统通过两种作用方式同时对倾斜钻具纠斜。1、上偏重块和下偏重块通过限位件实行90度限位,当钻孔轨迹发生倾斜时,钻具倾斜,上偏重块和下偏重块会根据自身重心的位置,自动调节到与倾斜方向低面45度夹角的位置,上偏重块带动内偏心环转动,下偏重块带动外偏心环转动,为了降低内偏心环和外偏心环间的摩擦系数,在内偏心环和外偏心环间安装滚针轴承,通过内、外偏心环的相互挤压咬合,产生径向纠斜力,再通过内偏心环和鼓型齿轴间的滚针轴承,将径向纠斜力传递到鼓型齿轴上,以鼓型齿绞支点为支撑点,根据杠杆原理,从而实现对倾斜钻具的纠斜。2、通过90度限位的上偏重块和下偏重块会分别带动内偏心环和外偏心环旋转到与钻具倾斜低面45度夹角的位置,当上偏重快和下偏重块没有旋转到与钻具倾斜低面45度夹角的位置时,会存在内偏心环和外偏心环向钻具倾斜低面45度夹角位置转动的趋势,在这两种情况下,都会产生对鼓型齿轴的机械限位,从而增强对倾斜钻具的纠斜。