本发明公开了一种降低定向钻具组合外角差测量误差的方法，它包括以下步骤：S1、在无磁钻铤（2）连接弯螺杆（3）的一端设置定向槽（5），然后将MWD短节（1）与无磁钻铤（2）固定连接；S2、测出MWD短节（1）的定向键（4）与定向槽（5）之间的夹角θ1；S3、将无磁钻铤（2）与弯螺杆（3）固定连接，测出定向槽（5）与弯螺杆（3）的高边的夹角θ2；S4、弯螺杆（3）的高边和定向键（4）之间的外角差θ=θ1±θ2；还公开了采用该方法测量外角差的钻具。本发明的有益效果是：θ1能够在地面方便、精确地测定，有效地降低定向钻具组合外角差测量的误差，有利于提高定向井施工过程中施工的精度，获得更为理想的井眼轨迹。
1.一种降低定向钻具组合外角差测量误差的方法，其特征在于：它包括以下步骤：
S1、在无磁钻铤（2）连接弯螺杆（3）的一端的外壁设置一个定向槽（5），然后将MWD短节（1）与无磁钻铤（2）固定连接；
S2、在地面测出MWD短节（1）的定向键（4）与无磁钻铤（2）的定向槽（5）之间的夹角θ1；
S3、将无磁钻铤（2）与弯螺杆（3）固定连接，测出无磁钻铤（2）的定向槽（5）与弯螺杆（3）的高边的夹角θ2；
S4、当MWD短节（1）的定向键（4）与弯螺杆（3）的高边位于无磁钻铤（2）的定向槽（5）的同侧时，弯螺杆（3）的高边和MWD短节（1）的定向键（4）之间的外角差θ=θ1-θ2，当MWD短节（1）的定向键（4）与弯螺杆（3）的高边位于无磁钻铤（2）的定向槽（5）的异侧时，弯螺杆（3）的高边和MWD短节（1）的定向键（4）之间的外角差θ=θ1+θ2。
2.根据权利要求1所述的一种降低定向钻具组合外角差测量误差的方法，其特征在于：所述的定向槽（5）宽度为1.0～1.5cm，定向槽（5）轴向长度为6～9cm。
3.根据权利要求1所述的一种降低定向钻具组合外角差测量误差的方法，其特征在于：所述的定向槽（5）距离无磁钻铤（2）连接弯螺杆（3）的一端的外壁端部的距离与MWD短节（1）上的定向键（4）距离顶端的距离相等。
4.根据权利要求1所述的一种降低定向钻具组合外角差测量误差的方法，其特征在于：所述的无磁钻铤（2）与弯螺杆（3）固定连接方式为将MWD短节（1）与无磁钻铤（2）组装或将MWD短节（1）与无磁钻铤（2）通过精密铸造方式直接一体化生产。
5.采用如权利要求1所述的一种降低定向钻具组合外角差测量误差的方法测量外角差的钻具，其特征在于：它包括依次连接的MWD短节（1）、无磁钻铤（2）和弯螺杆（3），MWD短节（1）的上端设置有定向键（4），无磁钻铤（2）连接弯螺杆（3）的一端的外壁设置一个定向槽（5）。
6.根据权利要求5所述的钻具，其特征在于：所述的定向槽（5）宽度为1.0～1.5cm，定向槽（5）轴向长度为6～9cm。
7.根据权利要求5所述的钻具，其特征在于：所述的定向槽（5）距离无磁钻铤（2）连接弯螺杆（3）的一端的外壁端部的距离与MWD短节（1）上的定向键（4）距离顶端的距离相等。
一种降低定向钻具组合外角差测量误差的方法及钻具
技术领域
[0001] 本发明涉及定向钻具角测量技术领域，特别是一种降低定向钻具组合外角差测量误差的方法及钻具。
背景技术
[0002] 在钻井过程中，为了能够按照预定的方位和井斜高精度的钻进，就需要精确的测量定向工具的工具面角差。定向钻具组合通常采用弯螺杆，弯螺杆具有弯点，即高边，它和MWD(随钻测量)短节定向键之间有角度差(外角差)，定向键与探管工具面之间也存在一定的角差(内角差)，通过这两个角度差可以计算出高边和探管工具面的角差。
[0003] 在测量弯螺杆高边与MWD短节定向键之间的角差时，常规方法需要将MWD短节定向键和弯螺杆标志线投影到一个平面内进行测量。用此测量方法得到的工具面角差与真实的角差一致，这样才能得到理想的井眼轨迹。现有技术中用到的测量工具在平面上投影后，由于各种操作上的原因，很难辨认投影是否与无磁钻铤轴线方向平行，且无磁钻铤长度约为10米，微小误差有可能经过放大后达到一个较大值，因此测量误差较大，导致不能得到理想的井眼轨迹，甚至偏离预定目标。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种测量方便、精确、降低定向钻具组合外角差测量误差的方法及钻具。
[0005] 本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种降低定向钻具组合外角差测量误差的方法，它包括以下步骤：
[0006] S1、在无磁钻铤连接弯螺杆的一端的外壁设置一个定向槽，然后将MWD短节与无磁钻铤固定连接；
[0007] S2、在地面测出MWD短节的定向键与无磁钻铤的定向槽之间的夹角θ1；
[0008] S3、将无磁钻铤与弯螺杆固定连接，测出无磁钻铤的定向槽与弯螺杆的高边的夹角θ2；
[0009] S4、当MWD短节的定向键与弯螺杆的高边位于无磁钻铤的定向槽的同侧时，弯螺杆的高边和MWD短节的定向键之间的外角差θ＝θ1-θ2，当MWD短节的定向键与弯螺杆的高边位于无磁钻铤的定向槽的异侧时，弯螺杆的高边和MWD短节的定向键之间的外角差θ＝θ1+θ2。
[0010] 所述的定向槽宽度为1.0～1.5cm，定向槽轴向长度为6～9cm。
[0011] 所述的定向槽距离无磁钻铤连接弯螺杆的一端的外壁端部的距离与MWD短节上的定向键距离顶端的距离相等。
[0012] 所述的无磁钻铤与弯螺杆固定连接方式为将MWD短节与无磁钻铤组装或将MWD短节与无磁钻铤通过精密铸造方式直接一体化生产。
[0013] 采用上述方法测量外角差的钻具，它包括依次连接的MWD短节、无磁钻铤和弯螺杆，MWD短节的上端设置有定向键，无磁钻铤连接弯螺杆的一端的外壁设置一个定向槽。
[0014] 所述的定向槽宽度为1.0～1.5cm，定向槽轴向长度为6～9cm。
[0015] 所述的定向槽距离无磁钻铤连接弯螺杆的一端的外壁端部的距离与MWD短节上的定向键距离顶端的距离相等。
[0016] 本发明具有以下优点：本发明通过在无磁钻铤底端加工出一个类似于定向键的定向槽，按照要求在地面进行MWD短节和无磁钻铤的一体化组装或者通过精密铸造进行MWD短节和无磁钻铤的一体化，一体化后的MWD短节定向键与无磁钻铤上的定向槽间的夹角θ1能够在地面方便、精确地测定，在无磁钻铤与弯螺杆在钻台上连接后，再测定无磁钻铤上定向槽与弯螺杆高边的角差θ2，经过本方法，能够有效地降低定向钻具组合外角差测量的误差，有利于提高定向井施工过程中施工的精度，获得更为理想的井眼轨迹，也有利于避免钻进过程中卡钻和下套管过程中卡套管等复杂情况的出现。
[0017] 在无磁钻铤底端加工的定向槽，不会在高温高压下被冲蚀掉，可靠性高；在MWD短节和无磁钻铤的固定连接后测定夹角θ1，从而减小MWD短节定向键在纵向上距离投影面的位置，纵向即使两个定向键的位置存在一定的角度，也可以很方便、精确的测量，能够有效地降低有人员操作引起的误差，从而起到降低外角差的测量误差的作用。
附图说明
[0018] 图1为本发明的结构示意图
[0019] 图2为本发明的MWD短节的结构示意图
[0020] 图3为本发明的无磁钻铤的结构示意图
[0021] 图4为本发明的MWD短节与无磁钻铤的连接结构示意图
[0022] 图5为本发明的钻具组合外角差测量原理示意图
[0023] 图中，1-MWD短节，2-无磁钻铤，3-弯螺杆，4-定向键，5-定向槽。
具体实施方式
[0024] 下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：
[0025] 一种降低定向钻具组合外角差测量误差的方法，它包括以下步骤：
[0026] S1、在无磁钻铤2连接弯螺杆3的一端的外壁设置一个定向槽5，然后将MWD短节1与无磁钻铤2固定连接；
[0027] S2、在提上钻台前，在地面测出MWD短节1的定向键4与无磁钻铤2的定向槽5之间的夹角θ1；
[0028] S3、将无磁钻铤2与弯螺杆3固定连接，测出无磁钻铤2的定向槽5与弯螺杆3的高边的夹角θ2；
[0029] S4、当MWD短节1的定向键4与弯螺杆3的高边位于无磁钻铤2的定向槽5的同侧时，弯螺杆3的高边和MWD短节1的定向键4之间的外角差θ＝θ1-θ2，当MWD短节1的定向键4与弯螺杆3的高边位于无磁钻铤2的定向槽5的异侧时，弯螺杆3的高边和MWD短节1的定向键4之间的外角差θ＝θ1+θ2。
[0030] 所述的定向槽5宽度为1.0～1.5cm，定向槽5轴向长度为6～9cm。
[0031] 所述的定向槽5距离无磁钻铤2连接弯螺杆3的一端的外壁端部的距离与MWD短节1上的定向键4距离顶端的距离相等。该结构可保证该无磁钻铤2的强度不受影响，避免无磁钻铤2损坏；在高温高压下E位置应力集中效应明显，定向槽5距离无磁钻铤2连接弯螺杆3的一端的外壁端部的距离太近，会降低无磁钻铤强度；距离太远，测量精度会降低。E点为过C点的垂线与无磁钻铤2的外壁下端的交点。
[0032] 无磁钻铤2与弯螺杆3固定连接方式为将MWD短节1与无磁钻铤2组装或将MWD短节1与无磁钻铤2通过精密铸造方式直接一体化生产。
[0033] 如图1、图2、图3、图4所示，采用上述方法测量外角差的钻具，它包括依次连接的MWD短节1、无磁钻铤2和弯螺杆3，MWD短节1的上端设置有定向键4，无磁钻铤2连接弯螺杆3的一端的外壁设置一个定向槽5，所述的定向槽5宽度为1.0～1.5cm，定向槽5轴向长度为6～9cm，定向槽5距离无磁钻铤2连接弯螺杆3的一端的外壁端部的距离与MWD短节1上的定向键4距离顶端的距离相等，确保一体化后的无磁钻铤2满足强度要求。
[0034] 无磁钻铤2与弯螺杆3固定连接方式为将MWD短节1与无磁钻铤2组装或将MWD短节1与无磁钻铤2通过精密铸造方式直接一体化生产。
[0035] 首先，固定连接的MWD短节1与无磁钻铤2后，测量MWD短节1的定向键4与无磁钻铤2的定向槽5之间的夹角θ1，如图4所示，A为MWD短节1的定向键4的上端点，B为无磁钻铤2的定向槽5的上端点，通过测量固定连接的MWD短节1与无磁钻铤2的垂直投影上AB间顺时针方向的弧长即 结合图5所示，便可通过公式 得到θ1的值，其中r为无磁钻铤2外径；
[0036] 然后，将弯螺杆3与无磁钻铤2连接，测量无磁钻铤2的定向槽5与弯螺杆3的高边的夹角θ2，如图1所示，C为无磁钻铤2的定向槽5的下端点，E点为过C点的垂线与无磁钻铤2的外壁下端的交点，D为弯螺杆3的高边标记线的上端点，通过测量CD间D到C方向的弧长即 结合图5所示，便可通过公式 得到θ2的值，其中r为无磁钻铤2外径；
[0037] 则弯螺杆3的高边和MWD短节1的定向键4之间的外角差θ＝θ1±θ2，当弧AB与弧CD方向一致时为“+”，方向相反时为“-”。
