CN101059061B

CN101059061B - 滑动推靠式导向钻井工具

Info

Publication number: CN101059061B
Application number: CN200710014378A
Authority: CN
Inventors: 倪红坚
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-04-26
Filing date: 2007-04-26
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2027-04-26
Also published as: CN101059061A

Abstract

滑动推靠式导向钻井工具，它包括转换接头、滑套、锁塞、导向活塞、稳定活塞和心轴，其原理是利用钻井液循环在钻柱内外形成的压差，推动直径不同的活塞靠向井壁，在钻头旋转破岩钻进的同时，对其施加一个连续的侧向合力，并通过调整活塞推靠井壁的位置，实现对井眼轨迹的调控，该导向钻井工具具有结构简单、工作可靠、可控性高、适应性强和钻具受力合理等特点，可有效提高钻井效率和井身质量、降低生产成本，具有非常广阔的现场应用前景。

Description

滑动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，推动直径不同的活塞靠向井壁，对钻头施加连续的侧向合力，并通过调整活塞推靠井壁的位置，控制井眼按设计的井斜、方位进行延伸，本发明的目的就是为现场提供一种滑动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、滑套、锁塞、导向活塞、稳定活塞和心轴，心轴呈阶梯状，沿轴心加工有流道，上部加工有锁塞槽，中部加工有导压孔，将轴承与呈中空圆柱状的滑套和心轴顺序套装，然后把转换接头联接在心轴上端，滑套本体中部围绕其轴线均匀加工有活塞缸，导向活塞的直径大于稳定活塞的直径，导向活塞缸套的内径大于稳定活塞缸套的内径，将导向活塞与导向活塞缸套、稳定活塞与稳定活塞缸套配装后，整体装入活塞缸，并用压块压紧，压块固定在滑套本体上，在活塞缸的上部、滑套本体上加工有径向贯通的锁塞孔，将锁塞和弹簧顺序装入其中，锁塞伸入心轴上部的锁塞槽中，用挡板封堵锁塞孔，滑套表面加工有流道，挡板上加工有通孔，心轴下端与钻头相联，转换接头上端与钻柱相联，心轴与滑套内壁、锁塞孔与锁塞、导向活塞与导向活塞缸套、稳定活塞与稳定活塞缸套、导向活塞缸套与活塞缸、稳定活塞缸套与活塞缸采用密封配合，钻井液循环在钻柱内外形成的压差经导压孔传递至稳定活塞、导向活塞和锁塞，在该压差的作用下，锁塞压缩弹簧沿径向外移，脱离心轴上部的锁塞槽，而稳定活塞、导向活塞则在该压差的作用下沿径向外伸，推靠井壁，依靠稳定活塞、导向活塞和井壁之间的摩擦力，滑套在钻进的过程中只沿井壁滑动，而不随心轴和钻柱一起旋转，由于导向活塞的直径大于稳定活塞的直径，在同样压差的作用下，导向活塞推靠井壁产生的反作用力要大于稳定活塞的，因此，钻头在心轴的带动下旋转破岩钻进的同时，受到一个由导向活塞和稳定活塞推靠井壁产生的、沿导向活塞轴线指向心轴轴线的侧向合力，当需要调整该侧向合力的作用方向时，先停止钻井液循环，此时由钻井液循环在钻柱内外形成的压差消失，锁塞在压缩弹簧恢复力的作用下，沿径向内移，进入心轴上部的锁塞槽，然后旋转钻柱，带动心轴拨动锁塞，再由锁塞拨动滑套随心轴一起旋转，通过调整导向活塞和稳定活塞推靠井壁的位置，即可调整侧向合力的作用方向，实现对井眼轨迹的调控，而侧向合力的大小通过调整钻井液性能、导向活塞和稳定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，推动直径不同的活塞靠向井壁，在钻头旋转破岩钻进的同时，对其施加一个连续的侧向合力，实现对井眼轨迹的调控，本发明具有结构简单、工作可靠、可控性高、适应性强和钻具受力合理等特点，可有效提高钻井效率和井身质量、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滑动推靠式导向钻井工具示意图

图2为图1的A-A向剖视图

1.转换接头；2.轴承；3.滑套；4.锁塞槽；5.锁塞；6.锁塞孔；7.弹簧；8.挡板；9.压块；10.导压孔；11.导向活塞；12.导向活塞缸套；13.活塞缸；14.心轴；15.稳定活塞缸套；16.稳定活塞

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，心轴[14]呈阶梯状，沿轴心加工有流道，上部加工有锁塞槽[4]，中部加工有导压孔[10]，将轴承[2]与呈中空圆柱状的滑套[3]和心轴[14]顺序套装，然后把转换接头[1]联接在心轴[14]上端，滑套[3]本体中部围绕其轴线均匀加工有活塞缸[13]，导向活塞[11]的直径大于稳定活塞[16]的直径，导向活塞缸套[12]的内径大于稳定活塞缸套[15]的内径，将导向活塞[11]与导向活塞缸套[12]、稳定活塞[16]与稳定活塞缸套[15]配装后，整体装入活塞缸[13]，并用压块[9]压紧，压块[9]固定在滑套[3]本体上，在活塞缸[13]的上部、滑套[3]本体上加工有径向贯通的锁塞孔[6]，将锁塞[5]和弹簧[7]顺序装入其中，锁塞[5]伸入心轴[14]上部的锁塞槽[4]中，用挡板[8]封堵锁塞孔[6]，滑套[3]表面加工有流道，挡板[8]上加工有通孔，心轴[14]下端与钻头相联，转换接头[1]上端与钻柱相联，心轴[14]与滑套[3]内壁、锁塞孔[6]与锁塞[5]、导向活塞[11]与导向活塞缸套[12]、稳定活塞[16]与稳定活塞缸套[15]、导向活塞缸套[12]与活塞缸[13]、稳定活塞缸套[15]与活塞缸[13]采用密封配合。

当采用本发明进行导向钻井施工时，钻井液循环在钻柱内外形成的压差经导压孔[10]传递至稳定活塞[16]、导向活塞[11]和锁塞[5]，在该压差的作用下，锁塞[5]压缩弹簧[7]沿径向外移，脱离心轴[14]上部的锁塞槽[4]，而稳定活塞[16]、导向活塞[11]则在该压差的作用下沿径向外伸，推靠井壁，依靠稳定活塞[16]、导向活塞[11]和井壁之间的摩擦力，滑套[3]在钻进的过程中只沿井壁滑动，而不随心轴[14]和钻柱一起旋转，由于导向活塞[11]的直径大于稳定活塞[16]的直径，在同样压差的作用下，导向活塞[11]推靠井壁产生的反作用力要大于稳定活塞[16]的，因此，钻头在心轴[14]的带动下旋转破岩钻进的同时，受到一个由导向活塞[11]和稳定活塞[16]推靠井壁产生的、沿导向活塞[11]轴线指向心轴[14]轴线的侧向合力，当需要调整该侧向合力的作用方向时，先停止钻井液循环，此时由钻井液循环在钻柱内外形成的压差消失，锁塞[5]在压缩弹簧[7]恢复力的作用下，沿径向内移，进入心轴[14]上部的锁塞槽[4]，然后旋转钻柱，带动心轴[14]拨动锁塞[5]，再由锁塞[5]拨动滑套[3]随心轴[14]一起旋转，通过调整导向活塞[11]和稳定活塞[16]推靠井壁的位置，即可调整侧向合力的作用方向，实现对井眼轨迹的调控，而侧向合力的大小通过调整钻井液性能、导向活塞[11]和稳定活塞[16]的直径等参数来获得。

Claims

1.滑动推靠式导向钻井工具，它包括转换接头、滑套、锁塞、导向活塞、稳定活塞和心轴，其特征是心轴[14]呈阶梯状，沿轴心加工有流道，心轴[14]上部加工有锁塞槽[4]，心轴[14]中部加工有导压孔[10]，将轴承[2]与呈中空圆柱状的滑套[3]和呈阶梯状的心轴[14]顺序套装，然后把转换接头[1]联接在心轴[14]上端，滑套[3]本体中部围绕其轴线均匀加工有活塞缸[13]，导向活塞[11]的直径大于稳定活塞[16]的直径，导向活塞缸套[12]的内径大于稳定活塞缸套[15]的内径，将导向活塞[11]与导向活塞缸套[12]、稳定活塞[16]与稳定活塞缸套[15]配装后，整体装入活塞缸[13]，并用压块[9]压紧，压块[9]固定在滑套[3]本体上，在活塞缸[13]的上部、滑套[3]本体上加工有径向贯通的锁塞孔[6]，将锁塞[5]和弹簧[7]顺序装入其中，锁塞[5]伸入心轴[14]上部的锁塞槽[4]中，用挡板[8]封堵锁塞孔[6]。

2.根据权利要求1所述的滑动推靠式导向钻井工具，其特征是滑套[3]表面加工有流道，挡板[8]上加工有通孔，心轴[14]下端与钻头相联，转换接头[1]上端与钻柱相联，心轴[14]与滑套[3]内壁、锁塞孔[6]与锁塞[5]、导向活塞[11]与导向活塞缸套[12]、稳定活塞[16]与稳定活塞缸套[15]、导向活塞缸套[12]与活塞缸[13]、稳定活塞缸套[15]与活塞缸[13]采用密封配合。