CN103437704A - 推靠指向式旋转导向钻井装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种推靠指向式旋转导向钻井装置，包括上稳定器（1）、中心轴（7）、控制短节（2）、稳定器套筒（3）和钻头（4），稳定器套筒（3）与控制短节（2）通过球铰接（15）连接，稳定器套筒（3）与钻头（4）固定连接，控制短节（2）内设有控制系统（9）和液压系统（11）导向液压缸（13），稳定器套筒（3）上部和控制短节（2）之间设有液压偏心装置（13），液压系统（11）带动液压偏心装置（13）动作，液压偏心装置（13）驱动稳定器套筒（3）绕球铰接（15）转动。本发明钻井装置结构简单，能完成高造斜率的造斜，在页岩气的开采中造斜点更深，最大限度地扩大了油层的暴露面积，降低开发风险，提高油气生产潜能。
Description
技术领域
本发明涉及旋转导向钻井系统，更具体地说，涉及一种推靠指向式旋转导向钻井装置。
背景技术
国内外大部分油田相继进入开发后期，而新探区大都处于海洋、滩海、沙漠等特殊环境下，必然使大位移井、超薄油气层水平井、多分枝井、垂直超深井等复杂结构井在油气勘探开发中所占比例越来越大。旋转导向技术正是为了适应这些复杂结构井钻井作业的需要而出现的一项高新技术、是现代导向钻井的新方向。但是，由于国外实行技术封锁，不对外出售任何产品，只进行高价技术服务，这对我国石油开采来说是极不经济的。
目前投入商业使用的旋转导向钻井系统主要分为静态推靠式、动态推靠式、静态指向式和动态指向式四种类型，其最大造斜率为8°/30m。随着我国页岩气的开发，造斜率为5-8°/30m的旋转导向钻井系统在使用过程中，其垂直井段较浅，水平段摩阻大，造成下套管困难。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种能完成高造斜率的造斜、结构简单的推靠指向式旋转导向钻井装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种推靠指向式旋转导向钻井装置，包括上稳定器、中心轴、控制短节、稳定器套筒和钻头，所述上稳定器与所述中心轴固定连接，所述中心轴穿过所述控制短节，所述中心轴带动所述稳定器套筒转动，所述稳定器套筒与所述控制短节通过球铰接连接，所述稳定器套筒与所述钻头固定连接，所述控制短节内设有控制系统和液压系 统，所述稳定器套筒上部和所述控制短节之间设有液压偏心装置，所述控制系统控制所述液压系统动作，所述液压系统带动所述液压偏心装置动作，所述液压偏心装置驱动所述稳定器套筒绕所述球铰接转动。
在本发明所述的推靠指向式旋转导向钻井装置中，所述液压偏心装置包括导向液压缸和轴承，所述导向液压缸的活塞杆通过球面副与所述轴承连接，所述导向液压缸设置在所述控制短节上，所述轴承固定在所述稳定器套筒上。
在本发明所述的推靠指向式旋转导向钻井装置中，所述液压系统包括油箱、液压泵、单向阀和电磁换向阀，所述油箱依次通过液压泵和单向阀与所述电磁换向阀连接，所述电磁换向阀与所述导向液压缸连接，所述控制系统与所述电磁换向阀连接。
在本发明所述的推靠指向式旋转导向钻井装置中，所述电磁换向阀和所述导向液压缸之间设有液压锁。
在本发明所述的推靠指向式旋转导向钻井装置中，所述电磁换向阀为三位四通电磁阀。
在本发明所述的推靠指向式旋转导向钻井装置中，所述控制短节内还设有电源，所述电源为所述控制系统供电。
在本发明所述的推靠指向式旋转导向钻井装置中，所述控制短节与所述中心轴之间设有上轴承和下轴承。
在本发明所述的推靠指向式旋转导向钻井装置中，所述中心轴通过万向节与所述稳定器套筒连接。
在本发明所述的推靠指向式旋转导向钻井装置中，所述钻井装置还包括检测所述导向液压缸的伸缩程度的位移传感器，所述位移传感器与所述控制系统连接。
在本发明所述的推靠指向式旋转导向钻井装置中，所述稳定器套筒和所述控制短节之间设有密封装置，所述密封装置位于所述液压偏心装置上方。
实施本发明的推靠指向式旋转导向钻井装置，具有以下有益效果：
1、本发明结合推靠式和指向式旋转导向技术的优点，能完成高造斜率的造斜，在页岩气的开采中造斜点更深，最大限度地扩大了油层的暴露面积，降 低开发风险，提高油气生产潜能。
2、本发明采用控制系统和液压系统带动液压偏心装置动作，液压偏心装置带动稳定器套筒转动，从而实现钻头的转动。本发明消耗的电能明显减少，并且不需要放置井下发电机，从而简化工具结构，降低了生产成本。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明推靠指向式旋转导向钻井装置的结构示意图；
图2是本发明推靠指向式旋转导向钻井装置的剖视图；
图3是液压偏心装置的局部放大图；
图4是液压系统原理图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1、图2所示，本发明的推靠指向式旋转导向钻井装置包括上稳定器1、中心轴7、控制短节2、控制系统9、液压系统11、液压偏心装置13、稳定器套筒3和钻头4。
上稳定器1与中心轴7固定连接，本实施例中通过螺纹连接。中心轴7穿过控制短节2，稳定器套筒3与控制短节2通过球铰接15连接，稳定器套筒3与钻头4固定连接。在一个优选的实施例中，中心轴7通过万向节17与稳定器套筒3连接，万向节17外侧设有短接18。通过上稳定器1带动中心轴7转动，中心轴7转动时可以带动稳定器套筒3和钻头4转动。上稳定器1可以与钻铤等装置连接。
控制短节2上设有控制系统9和液压系统11。稳定器套筒3上部和控制短节2之间设有液压偏心装置13。控制系统9控制液压系统11动作，液压系统11带动液压偏心装置13动作，液压偏心装置13驱动稳定器套筒3绕球铰接15转动，使稳定器套筒3和控制短节2产生夹角，调整钻头4所指的方向。
如图3所示，进一步的，液压偏心装置13包括导向液压缸1301和轴承1302，导向液压缸1301的活塞杆通过球面副1303与轴承1302连接，导向液压缸1301设置在控制短节2上，轴承1302固定在稳定器套筒3上。通过导向液压缸1301的伸缩可以带动稳定器套筒3绕球铰接15旋转，使稳定器套筒3和控制短节2产生夹角，调整钻头4所指的方向。本实施例中的导向液压缸1301有两对，共四个，两对导向液压缸1301相互垂直。
如图4所示，液压系统11包括油箱22、液压泵19、单向阀20和电磁换向阀23。油箱22依次通过液压泵19和单向阀20与电磁换向阀23连接，电磁换向阀23与导向液压缸1301连接，控制系统9与电磁换向阀23连接，本实施例中的电磁换向阀23为三位四通电磁阀，电磁换向阀23有两个，分别连接一对导向液压缸1301。电磁换向阀23和导向液压缸1301之间设有液压锁24，每个导向液压缸1301连接一个液压锁24。液压泵19和油箱22之间还设有溢流阀21。
钻井装置还包括电源10和位移传感器，电源10为控制系统9供电，设置在控制短节2内。本实施例中的电源10为锂电池。通过位移传感器检测导向液压缸1301的伸缩程度，即导向液压缸1301的活塞杆的位移，本实施例中的位移传感器设置在导向液压缸1301内。
结合图2，本发明钻井装置的纠斜过程如下：当井眼轨迹发生偏移时，配套使用的MWD/LWD能最准确的测量井眼的井斜及翼肋相对于井眼高边的方位，并将数据传递给控制系统9的微处理器，井下控制系统9接受MWD/LWD测得的数据，比对工具下井前预设的井眼轨迹数据，控制系统9发出指令控制三位四通电磁换向阀23动作，液压油进入导向液压缸1301内，活塞杆动作，稳定器套筒3绕球铰接15旋转，使稳定器套筒3和不旋转控制短节2产生夹角。位移传感器测得位移数据反馈给微处理器，当导向液压缸1301的活塞杆达指定位置后，电磁换向阀23在控制系统9的控制下回到中位，液压锁24锁紧导向液压缸1301，钻头4指向所要求的方向，从而使井眼回到预设轨迹上来。在井眼回到预设轨迹上后，井下控制系统9发出指令，三位四通电磁阀反向换向，导向液压缸1301回到初始位置，这样在井下形成的一种自动反馈 闭环控制，提高了井眼轨迹的控制精度，还节约了钻井作业时间。
结合图2，本发明钻井装置的造斜过程如下：当到达设计造斜点时，操作者在地面发出指令，通过MWD/LWD/EMWD传输，并将数据传递给控制系统9的微处理器，控制系统9发出指令控制三位四通电磁换向阀23动作，液压油进入导向液压缸1301内，活塞杆动作，稳定器套筒3绕球铰接15旋转，使稳定器套筒3和不旋转控制短节2产生夹角。位移传感器测得位移数据反馈给微处理器，当导向液压缸1301的活塞杆达指定位置后，电磁换向阀23在控制系统9的控制下回到中位，液压锁24锁紧导向液压缸1301，钻头4指向所要求的方向，完成任意井斜角高造斜率的造斜。
进一步的，中心轴7和稳定器套筒3之间设有轴承16，控制短节2与中心轴7之间设有上轴承6和下轴承14，起到支撑和导向的作用。上轴承6的外部设有上端盖5，起到保护的作用。
进一步的，控制短节2上还设有防转装置8，控制短节2通过防转装置8与井壁保持相对静止，防止控制短节2转动。
进一步的，稳定器套筒3和控制短节2之间设有密封装置12，密封装置12设置在液压偏心装置13的上方，用于保护液压偏心装置13。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (10)
1.一种推靠指向式旋转导向钻井装置，其特征在于，包括上稳定器（1）、中心轴（7）、控制短节（2）、稳定器套筒（3）和钻头（4），所述上稳定器（1）与所述中心轴（7）固定连接，所述中心轴（7）穿过所述控制短节（2），所述中心轴（7）带动所述稳定器套筒（3）转动，所述稳定器套筒（3）与所述控制短节（2）通过球铰接（15）连接，所述稳定器套筒（3）与所述钻头（4）固定连接，所述控制短节（2）内设有控制系统（9）和液压系统（11），所述稳定器套筒（3）上部和所述控制短节（2）之间设有液压偏心装置（13），所述控制系统（9）控制所述液压系统（11）动作，所述液压系统（11）带动所述液压偏心装置（13）动作，所述液压偏心装置（13）驱动所述稳定器套筒（3）绕所述球铰接（15）转动。
2.根据权利要求1所述的推靠指向式旋转导向钻井装置，其特征在于，所述液压偏心装置（13）包括导向液压缸（1301）和轴承（1302），所述导向液压缸（1301）的活塞杆通过球面副（1303）与所述轴承（1302）连接，所述导向液压缸（1301）设置在所述控制短节（2）上，所述轴承（1302）固定在所述稳定器套筒（3）上。
3.根据权利要求2所述的推靠指向式旋转导向钻井装置，其特征在于，所述液压系统（11）包括油箱（22）、液压泵（19）、单向阀（20）和电磁换向阀（23），所述油箱（22）依次通过液压泵（19）和单向阀（20）与所述电磁换向阀（23）连接，所述电磁换向阀（23）与所述导向液压缸（1301）连接，所述控制系统（9）与所述电磁换向阀（23）连接。
4.根据权利要求3所述的推靠指向式旋转导向钻井装置，其特征在于，所述电磁换向阀（23）和所述导向液压缸（1301）之间设有液压锁（24）。
5.根据权利要求3所述的推靠指向式旋转导向钻井装置，其特征在于，所述电磁换向阀（23）为三位四通电磁阀。
6.根据权利要求1所述的推靠指向式旋转导向钻井装置，其特征在于，所述控制短节（2）内还设有电源（10），所述电源（10）为所述控制系统（9）供电。
7.根据权利要求1所述的推靠指向式旋转导向钻井装置，其特征在于，所述控制短节（2）与所述中心轴（7）之间设有上轴承（6）和下轴承（14）。
8.根据权利要求1所述的推靠指向式旋转导向钻井装置，其特征在于，所述中心轴（7）通过万向节（17）与所述稳定器套筒（3）连接。
9.根据权利要求2所述的推靠指向式旋转导向钻井装置，其特征在于，所述钻井装置还包括检测所述导向液压缸（1301）的伸缩程度的位移传感器，所述位移传感器与所述控制系统（9）连接。
10.根据权利要求1所述的推靠指向式旋转导向钻井装置，其特征在于，所述稳定器套筒（3）和所述控制短节（2）之间设有密封装置（12），所述密封装置（12）位于所述液压偏心装置（13）上方。
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