一种调制推靠式和偏心环指向式混合型导向钻井工具

摘要

一种调制推靠式和偏心环指向式混合型导向工具，包括调制推靠式导向钻井短节和偏心环指向式工具短节等两部分所组成；使用时，推靠肋板总在相同的角度位置推靠井壁，其累积效果是可以造成有一定斜度增量的井眼，此为“增斜”或“造斜”钻进；当偏心环相对大地静止时，偏心环推靠控制轴，使控制轴轴心线保持偏离钻铤中心线的状态，控制轴经过万向节支点，带动钻头，使得钻头总在相同的角度位置斜向切削井壁，其累积效果是可以造成有一定斜度增量的井眼，是为“增斜”或“造斜”钻进；本发明具有旋转导向且造斜率高的优点，推广价值高。

权利要求

1.一种调制推靠式和偏心环指向式混合型导向工具，其特征在于，包括钻铤(27)，钻铤(27)内设置有第一测控电子舱(3)，第一测控电子舱(3)上分别设置有第一涡轮发电机(1)和涡轮力矩电机(2)，涡轮力矩电机(2)的输出端通过控制主轴(31)连接上盘阀(4)；上盘阀(4)的另一端与下盘阀(5)的一端，紧密接触；下盘阀(5)的另一端连接有钻井液流道(6)，钻井液流道(6)连接推靠肋板(7)，推靠肋板(7)可伸缩的设置在钻铤(27)表面；钻井液流道(6)的下方设置有控制轴(26)，控制轴(26)的一端设置有用于供电的第二涡轮发电机(10)，控制轴(26)上套设偏心环(9)，偏心环(9)通过内外支点轴承(11)固定在钻铤(27)与控制轴(26)之间，偏心环(9)通过涡轮—偏心环柔性联结筒(13)连接涡轮刹车筒(15)，涡轮刹车筒(15)与控制轴(26)之间设置有水力涡轮(12)，涡轮刹车筒(15)外表面连接不变形锥形摩擦筒(16)，不变形锥形摩擦筒(16)内设置可变形锥形摩擦筒(17)，可变形锥形摩擦筒(17)设置在控制轴(26)上，可变形锥形摩擦筒(17)下方的控制轴(26)上套设有推紧套筒(14)，推紧套筒(14)通过液压缸套(18)连接微液压系统(19)，微液压系统(19)设置在第二测控电子舱(20)内，第二测控电子舱(20)设置在控制轴(26)上，控制轴(26)通过万向轴(21)连接钻铤(27)内，控制轴(26)另一端穿过柔性变径短接头(22)连接钻头(23)，柔性变径短接头(22)设置在钻铤(27)下部。

2.根据权利要求1所述的一种调制推靠式和偏心环指向式混合型导向工具，其特征在于，所述的钻铤(27)上部设置有扶正器。

3.根据权利要求1所述的一种调制推靠式和偏心环指向式混合型导向工具，其特征在于，所述的第一测控电子舱(3)通过上支撑轴承(24)和下支撑轴承(25)固定在钻铤(27)内。

4.根据权利要求1所述的一种调制推靠式和偏心环指向式混合型导向工具，其特征在于所述的控制轴(26)上套设有柔性阻砂环(8)；柔性阻砂环(8)设置在第二涡轮发电机(10)与偏心环(9)之间。

5.根据权利要求1所述的一种调制推靠式和偏心环指向式混合型导向工具，其特征在于所述的柔性变径短接头(22)通过外螺纹(29)设置在钻铤(27)内，控制轴(26)通过内螺纹(28)连接柔性变径短接头(22)，钻头通过螺纹(30)连接控制轴(26)。

6.根据权利要求1所述的一种调制推靠式和偏心环指向式混合型导向工具，其特征在于所述的偏心环(9)与控制轴(26)之间存在一个偏心距。

说明书

一种调制推靠式和偏心环指向式混合型导向钻井工具

技术领域

[0001] 本发明属于石油钻井工程领域，具体涉及一种调制推靠式和偏心环指向式混合型导向工具。

背景技术

[0002] 为了满足油气资源勘探开发特别是海洋油气资源开发，以及油田后期的复杂油气藏中钻超深井、高难定向井、丛式井、水平井、大位移井、分支井及三维复杂结构井等特殊工艺井的开发要求，同时也满足闭环自动钻井发展的需要，迫切需要一种高造斜率的旋转导向钻井工具。

[0003] 旋转导向钻井技术不仅可以解决钻井过程中大位移井等类复杂结构井面临的钻井技术方面的难题，降低开发成本，还可以实现增大石油产量的目的。旋转导向钻井技术是展现一个国家或集团的钻井工程自动化技术水平高低的重要依据之一。

[0004] 旋转导向钻井工具是旋转导向钻井系统的核心，按其工作方式划分主要有四种类型：静态推靠式、静态指向式、动态推靠式与动态指向式等。推靠式旋转导向钻井工具钻头的侧向力大，造斜率高，但旋转导向钻出的井眼狗腿大，轨迹波动大，不平滑。指向式旋转导向井下工具钻头的侧向力较小，造斜率较低，但旋转导向钻出的井眼狗腿小，轨迹平缓。从应用情况来看，指向式是旋转导向钻井系统的发展趋势。目前而言，国外较为成熟的旋转导向钻井工具主要以Baker Hughes的Auto Track系列、Schlumberger公司的PowerDrive系列、Halliburton公司的Geo-Pilot系列最具代表性。贝克休斯公司的AutoTrack是典型的推靠式工具，其“驱动轴-不旋转套”结构通过控制不旋转外套上推力块作用于井壁的合力大小及方向进行导向作业(参照专利文献W02008101020A、US2013256034A等)。而典型的钻头指向式旋转导向工具如哈里伯顿公司的Geo-Pilot(参照专利文献W02014055068A)、威德福公司的Revolution(参照专利文献W02008120025A)及斯伦贝谢公司的Power Drive Xceed(参照专利文献N020061119A)等。其中Geo-Pilot和Revolution是静态指向式旋转导向工具，工具的造斜能力通过调整井下导向工具偏置位移实现，且可连续调节。而“全旋转”结构的Power Drive Xceed采用了固定导向偏置结构，其造斜率通过交替变化的导向和稳斜钻进模式来实现，依靠地面系统下传导向参数(工具面及导向比例)来进行控制。

[0005] 无论推靠式还是指向式都存在各自的优点和不足，单一方式的结构都不能很好满足高造斜的钻井要求，因此两者的结合可有效避免单一形式的缺点，混合式结构成为现行的趋势。国内在这方面的研究起步较晚，还未研发出能够成功商业化应用的高造斜旋转导向钻井工具。耿艳峰等人发明的“动态指向式旋转导向钻井工具及其测控方法”(授权公告号CN 104832088 B)，采用双偏心环机构进行造斜，结构复杂；唐雪平等人发明的“一种全旋转指向式导向工具及导向方法”(授权公告号104499940 B)，针对斯伦贝谢公司的Power Drive Xceed全旋转指向式导向工具存在的缺点，提出了一种改进的全旋转指向式导向工具；张晓广等人发明的“静态指向式旋转导向钻井工具”(授权公告号CN 104775757 B)，其上面部分是不旋转的静态结构；李洪涛等人发明的“指向式旋转导向钻井工具”(授权公告号CN 104343389 B)，采用集成液压缸实现芯轴的偏置，进而造斜，该发明只包含钻头指向式产生造斜；张策发明的“推靠指向式旋转导向钻井装置”(授权公告号CN 103437704 B)，采用稳定器与液压系统连接结构，其稳定器为不旋转装置，且只有钻头指向部分进行造斜。

发明内容

[0006] 为了克服上述现有技术的不足，本发明专利提供了一种调制推靠式和偏心环指向式混合型导向工具，能够实现旋转导向且造斜率高，推广价值高。

[0007] 为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

[0008] 一种调制推靠式和偏心环指向式混合型导向工具，包括钻铤27，钻铤27内设置有第一测控电子舱3，第一测控电子舱3上分别设置有第一涡轮发电机1和涡轮力矩电机2，涡轮力矩电机2的输出端通过控制主轴31连接上盘阀4；上盘阀4的另一端与下盘阀5的一端，紧密接触；下盘阀5的另一端连接有钻井液流道6，钻井液流道6连接推靠肋板7，推靠肋板7设置在钻铤27表面，可伸缩；钻井液流道6的下方设置有控制轴26，控制轴26的一端设置有用于供电的第二涡轮发电机10，控制轴26上套设偏心环9，偏心环9通过内外支点轴承11固定在钻铤27与控制轴26之间，偏心环9通过涡轮—偏心环柔性联结筒13连接涡轮刹车筒15，涡轮刹车筒15与控制轴26之间设置有水力涡轮12，涡轮刹车筒15外表面连接不变形锥形摩擦筒16，不变形锥形摩擦筒16内设置可变形锥形摩擦筒17，可变形锥形摩擦筒17设置在控制轴26上，可变形锥形摩擦筒17下方的控制轴26上套设有推紧套筒14，推紧套筒14通过液压缸套18连接微液压系统19，微液压系统19设置在第二测控电子舱20内，第二测控电子舱20设置在控制轴26上，控制轴26通过万向轴21连接于钻铤27内，控制轴26另一端穿过柔性变径接头22连接钻头23，柔性变径接头22设置在钻铤27下部。

[0009] 进一步的，所述的钻铤27上部设置有扶正器。

[0010] 进一步的，所述的第一测控电子舱3通过上支撑轴承24和下支撑轴承25固定在钻铤27内。

[0011] 进一步的，所述的控制轴26上套设有柔性阻砂环8；柔性阻砂环8设置在第二涡轮发电机10与偏心环9之间。

[0012] 进一步的，所述的柔性变径接头22通过外螺纹29设置在钻铤27内，控制轴26通过内螺纹28连接柔性变径接头22，钻头通过螺纹30连接控制轴26。

[0013] 进一步的，所述的偏心环9与控制轴26之间存在一个偏心距。

[0014] 本发明的有益效果：

[0015] 本发明采用推靠肋板7总在相同的角度位置推靠井壁，其累积效果是可以造成有一定斜度增量的井眼，此为“增斜”或“造斜”钻进；当偏心环9相对大地静止时，偏心环9推靠控制轴26，使控制轴26轴心线保持偏离钻铤中心线的状态，控制轴经过万向支点，带动钻头，使得钻头总在相同的角度位置斜向切削井壁，其累积效果是可以造成有一定斜度增量的井眼，是为“增斜”或“造斜”钻进。

附图说明

[0016] 图1为本发明的结构示意图。

[0017] 图2为本发明柔性变径短接头、控制轴、钻头的连接示意图。

[0018] 图3为本发明指向式偏心环剖视图。

具体实施方式

[0019] 下面结合附图对本发明作进一步描述。

[0020] 参照图1所示，一种调制推靠式和偏心环指向式混合型导向工具，包括钻铤27，钻铤27上部设置有扶正器，钻铤27内设置有第一测控电子舱3，第一测控电子舱3上分别设置有第一涡轮发电机1和涡轮力矩电机2，涡轮力矩电机2的输出端通过控制主轴31连接上盘阀4；上盘阀4的另一端与下盘阀5的一端，紧密接触；下盘阀5的另一端连接有钻井液流道6，钻井液流道6连接推靠肋板7，推靠肋板7设置在钻铤27表面，可伸缩；钻井液流道6的下方设置有控制轴26，控制轴26的一端设置有用于供电的第二涡轮发电机10，所述的控制轴26上套设有柔性阻砂环8；柔性阻砂环8设置在第二涡轮发电机10与偏心环9之间；控制轴26上套设偏心环9，偏心环9通过内外支点轴承11固定在钻铤27与控制轴26之间，偏心环9通过涡轮—偏心环柔性联结筒13连接涡轮刹车筒15，涡轮刹车筒15与控制轴26之间设置有水力涡轮12，涡轮刹车筒15外表面连接不变形锥形摩擦筒16，不变形锥形摩擦筒16内设置可变形锥形摩擦筒17，可变形锥形摩擦筒17设置在控制轴26上，可变形锥形摩擦筒17下方的控制轴26上套设有推紧套筒14，推紧套筒14通过液压缸套18连接微液压系统19，微液压系统19设置在第二测控电子舱20内，第二测控电子舱20设置在控制轴26上，控制轴26通过万向轴21连接于钻铤27内，控制轴26另一端穿过柔性变径接头22连接钻头23，柔性变径接头22设置在钻铤27下部。

[0021] 参照图2所示，所述的柔性变径接头22通过外螺纹29设置在钻铤27内，控制轴26通过内螺纹28连接柔性变径接头22，钻头通过螺纹30连接控制轴26。

[0022] 参照图3所示，所述的偏心环9与控制轴26之间存在一个偏心距。

[0023] 本发明的工作原理：

[0024] 由第一涡轮发电机1提供动力，第一测控电子舱3完成对近钻头信息的采集处理并产生相应的控制信号，从而驱动涡轮力矩电机2改变作用力矩，控制主轴31连接的上盘阀4稳定或运动；当的所有作用力矩平衡时，将相对大地稳定即不做旋转运动，从而使通过下盘阀5及钻井液流道6的泥浆推动推靠肋板7总在同一个位置伸出、推靠井壁，从而达到造斜的目的。而当稳定平台相对大地匀速旋转时，推靠肋板7均匀拍打、推靠井壁，其累积效果是可以保持井眼斜度稳定，是为“稳斜”钻进；

[0025] 偏心环指向式短节中钻头23和柔性变径短接头22连接，钻头通过螺纹30与控制轴26连接，并随控制轴26偏转和旋转，且连通控制轴的钻井液流道；柔性变径短接头22通过外螺纹29与钻铤27相连，同时通过内螺纹28与控制轴26连接，以将钻铤27的旋转力矩通过控制轴26，传递给钻头23，带动钻头23旋转破碎岩石；当控制轴26偏转时，其可柔性变形，以适应控制轴的偏转。当偏心环9相对大地静止时，偏心环9推靠控制轴26，使控制轴26轴心线保持偏离钻铤27中心线的状态，控制轴26经过万向支点，带动钻头23，使得钻头23总在相同的角度位置斜向切削井壁，其累积效果是可以造成有一定斜度增量的井眼，是为“增斜”或“造斜”钻进；当偏心环9相对大地匀速旋转时，钻头23各处均匀斜向切削井壁，其累积效果是可以保持井眼中心稳定，但有一定扩眼效果，是为“稳斜”钻进。