CN101037927B

CN101037927B - 旋转推靠式导向钻井工具

Info

Publication number: CN101037927B
Application number: CN2007100143772A
Authority: CN
Inventors: 倪红坚
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-04-26
Filing date: 2007-04-26
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2027-04-26
Also published as: CN101037927A

Abstract

旋转推靠式导向钻井工具，它包括转换接头、上心轴、轴承、壳体、下心轴、导向筒、导向轴、导向阀、活塞、节流棒、节流环、钻头短节和稳定块，其原理是利用钻井液循环在钻柱内外形成的压差，推动活塞靠向井壁，对钻头周期性施加侧向力，并可利用导向阀调整侧向力的作用方向，调控井眼的井斜和方位，该导向钻井工具具有结构简单、工作可靠、可控性高和适应性强等特点，可有效提高钻进效率和井身质量、降低生产成本，具有非常广阔的现场应用前景。

Description

旋转推靠式导向钻井工具

技术领域

本发明属于石油、天然气钻井的配套装置。

背景技术

钻井的根本目的是采用破岩钻井工具，破碎地层岩石，为开发地下资源形成通道，即井眼。因此，井眼质量的好坏直接关系到地下资源开发的成败和效率的高低，也就必须对破岩钻井、延伸井眼等井下过程进行控制。

井眼轨迹控制是井下过程控制技术中极其重要的一个方面，是指对井眼进行导向，控制井眼按设计的井斜、方位，向预定地层目标延伸。现代钻井工程在发展的过程中，形成了多种控制井眼轨迹的工具和技术，基本可以概括为以下几种：

一、采用转盘钻钻具组合，即利用经验和力学分析，设计井底钻具组合，达到控制井斜的目的。该方法的弊病是降斜效率较低、机械钻速慢，例如用于直井纠斜用的钟摆组合要求“轻压吊打”，这实际上是一种以牺牲钻井速度换取质量，将井身质量与经济效益对立起来了的消极方法，不利于控制钻井成本。

二、采用弯外壳井下动力钻具钻进。这种方式控制精度不高，施工难度大，对钻井液净化要求高，形成的井眼轨迹不光滑，井眼质量难以保证，易造成井下复杂情况，导致建井周期延长，钻井成本增加。

三、近年来国外发展的自动闭环控制钻井系统。例如KTB项目组和德国Eastman Teleco公司联合研究开发了垂直钻井系统VDS、Schlumberger Oilfield Service公司的

意大利Agip公司和美国Baker Hushes INTEQ公司联合开发的垂直钻井系统SSD等。由于自动闭环导向钻井系统是机电液一体的高技术产品，结构复杂，对配套工具、工艺和设备的要求很高，使用维护成本极高，难以普遍推广。

综合上述分析来看，研制适应性强、可靠性高，精度满足现场要求，能够合理兼顾“经济”和“效率”的钻井工具，是井眼轨迹控制技术发展的一个重要方向。

发明内容

本发明正是为实现经济、高效地控制井眼轨迹，提高钻井效率和井身质量而设计的，其原理是利用钻井液循环在钻柱内外形成的压差，推动活塞靠向井壁，对钻头周期性施加侧向力，并可利用导向阀调整侧向力的作用方向，调控井眼的井斜和方位，本发明的目的就是为现场提供一种旋转推靠式导向钻井工具。

本发明是这样来实现的，它包括转换接头、上心轴、轴承、壳体、下心轴、导向筒、导向轴、导向阀、活塞、节流棒、节流环、钻头短节和稳定块，稳定块的上端和下端分别与上心轴和下心轴相联，稳定块的轴线与上心轴和下心轴的轴线不重合，将轴承装入轴承固定环，再把轴承套入上心轴和下心轴，整流头联接在上心轴的上端，导向轴的中部外表面加工有导向槽，将导向轴装入导向筒，拨块固定在导向筒下端的内壁上，并伸入导向轴上的导向槽中，弹簧套入导向轴，并用压紧螺母压紧，导向筒联接在下心轴的下端，导向阀的上端和下端分别与导向轴和节流棒相联，导向阀的外表面沿轴向加工有流道，将轴承固定环固定在壳体内部，壳体的上端和下端分别与转换接头和钻头短节相联，节流环位于节流棒的下面，并固定在钻头短节内，钻头短节本体中部围绕其轴线均匀加工有活塞缸，活塞缸底部加工有与钻柱内部相通的导流孔，将活塞与活塞缸套配装后，一起装入活塞缸，并将活塞缸套固定，活塞与活塞缸套、活塞缸套与活塞缸采用密封配合，整流头表面加工有流道，转换接头的上端与钻柱相联，钻头短节的下端与钻头相联，钻井液经过导向阀外表面的流道时产生压降推动导向阀下行，弹簧被压缩，由于重力的作用，稳定块稳定在井眼的低边，因此导向阀不随壳体一起转动，当钻柱旋转，带动导流孔与导向阀上的流道重合时，钻井液循环在钻柱内外形成的压差经导流孔推动活塞外伸，靠向井壁，井壁即对钻头施加一个侧向反作用力，当钻柱旋转，带动导流孔与导向阀上的流道错开时，压差的传递通道被关闭，活塞不推靠井壁，因此钻柱旋转，钻头即受到周期性的侧向力作用，如果停止钻井液循环，导向轴即在压缩弹簧恢复力的作用下上行，拨块沿导向槽滑动，同时拨动导向轴和导向阀旋转一个角度，钻井液再次循环后，钻头所受侧向力的作用方向时即被调整，如此循环往复，即实现对井眼井斜和方位的调控，钻井液通过节流棒和节流环之间的间隙时，产生压降，该压降使得地面泵压增大，通过调整导向轴上的导向槽的长度等参数可获得大小不同的间隙和压力降，地面人员可根据泵压的大小判断井下工具的工作状态，而侧向力的大小则可通过调整钻井液性能、活塞的直径等参数来获得。

本发明基于现有技术分析，利用钻井液循环在钻柱内外形成的压差，推动活塞靠向井壁，在钻头旋转破岩钻进的同时，对其周期性施加侧向力，调控井眼轨迹，本发明具有结构简单、工作可靠、可控性高和适应性强等特点，可有效提高钻进效率和井身质量、降低生产成本，具有非常广阔的现场应用前景。

附图说明

图1旋转推靠式导向钻井工具示意图

1.转换接头；2.整流头；3.上心轴；4.轴承；5.壳体；6.下心轴；7.导向筒；8.压紧螺母；9.导向轴；10.拨块；11.导向阀；12.活塞缸；13.导流孔；14.活塞；15.活塞缸套；16.节流棒；17.节流环；18.钻头短节；19.轴承固定环；20.稳定块；21.弹簧；22.导向槽

具体实施方式

现结合说明书附图对本发明作进一步的描述。

当采用本发明进行导向钻井施工时，稳定块[20]的上端和下端分别与上心轴[3]和下心轴[6]相联，稳定块[20]的轴线与上心轴[3]和下心轴[6]的轴线不重合，将轴承[4]装入轴承固定环[19]，再把轴承[4]套入上心轴[3]和下心轴[6]，整流头[2]联接在上心轴[3]的上端，导向轴[9]的中部外表面加工有导向槽[22]，将导向轴[9]装入导向筒[7]，拨块[10]固定在导向筒[7]下端的内壁上，并伸入导向轴[9]上的导向槽[22]中，弹簧[21]套入导向轴[9]，并用压紧螺母[8]压紧，导向筒[7]联接在下心轴[6]的下端，导向阀[11]的上端和下端分别与导向轴[9]和节流棒[16]相联，导向阀[11]的外表面沿轴向加工有流道，将轴承固定环[19]固定在壳体[5]内部，壳体[5]的上端和下端分别与转换接头[1]和钻头短节[18]相联，节流环[17]位于节流棒[16]的下面，并固定在钻头短节[18]内，钻头短节[18]本体中部围绕其轴线均匀加工有活塞缸[12]，活塞缸[12]底部加工有与钻柱内部相通的导流孔[13]，将活塞[14]与活塞缸套[15]配装后，一起装入活塞缸[12]，并将活塞缸套[15]固定，活塞[14]与活塞缸套[15]、活塞缸套[15]与活塞缸[12]采用密封配合，整流头[2]表面加工有流道，转换接头[1]的上端与钻柱相联，钻头短节[18]的下端与钻头相联。

当采用本发明进行导向钻井施工时，钻井液经过导向阀[11]外表面的流道时产生压降推动导向阀[11]下行，弹簧[21]被压缩，由于重力的作用，稳定块[20]稳定在井眼的低边，因此导向阀[11]不随壳体[5]一起转动，当钻柱旋转，带动导流孔[13]与导向阀[11]上的流道重合时，钻井液循环在钻柱内外形成的压差经导流孔[13]推动活塞[14]外伸，靠向井壁，井壁即对钻头施加一个侧向反作用力，当钻柱旋转，带动导流孔[13]与导向阀[11]上的流道错开时，压差的传递通道被关闭，活塞[14]不推靠井壁，因此钻柱旋转，钻头即受到周期性的侧向力作用，如果停止钻井液循环，导向轴[9]即在压缩弹簧[21]恢复力的作用下上行，拨块[10]沿导向槽[22]滑动，同时拨动导向轴[9]和导向阀[11]旋转一个角度，钻井液再次循环后，钻头所受侧向力的作用方向时即被调整，如此循环往复，即实现对井眼井斜和方位的调控，钻井液通过节流棒[16]和节流环[17]之间的间隙时，产生压降，该压降使得地面泵压增大，通过调整导向轴[9]上的导向槽[22]的长度等参数可获得大小不同的间隙和压力降，地面人员可根据泵压的大小判断井下工具的工作状态，而侧向力的大小则可通过调整钻井液性能、活塞[14]的直径等参数来获得。

Claims

1.旋转推靠式导向钻井工具，它包括转换接头、上心轴、轴承、壳体、下心轴、导向筒、导向轴、导向阀、活塞、节流棒、节流环、钻头短节和稳定块，稳定块[20]的上端和下端分别与上心轴[3]和下心轴[6]相联，稳定块[20]的轴线与上心轴[3]和下心轴[6]的轴线不重合，将轴承[4]装入轴承固定环[19]，再把轴承[4]套入上心轴[3]和下心轴[6]，整流头[2]联接在上心轴[3]的上端，导向轴[9]的中部外表面加工有导向槽[22]，将导向轴[9]装入导向筒[7]，拨块[10]固定在导向筒[7]下端的内壁上，并伸入导向轴[9]上的导向槽[22]中，弹簧[21]套入导向轴[9]，并用压紧螺母[8]压紧，导向筒[7]联接在下心轴[6]的下端，导向阀[11]的上端和下端分别与导向轴[9]和节流棒[16]相联，导向阀[11]的外表面沿轴向加工有流道，将轴承固定环[19]固定在壳体[5]内部，壳体[5]的上端和下端分别与转换接头[1]和钻头短节[18]相联，节流环[17]位于节流棒[16]的下面，并固定在钻头短节[18]内，钻头短节[18]本体中部围绕其轴线均匀加工有活塞缸[12]，活塞缸[12]底部加工有与钻柱内部相通的导流孔[13]，将活塞[14]与活塞缸套[15]配装后，一起装入活塞缸[12]，并将活塞缸套[15]固定。

2.根据权利要求1所述的旋转推靠式导向钻井工具，其特征是活塞[14]与活塞缸套[15]、活塞缸套[15]与活塞缸[12]采用密封配合，整流头[2]表面加工有流道，转换接头[1]的上端与钻柱相联，钻头短节[18]的下端与钻头相联。