CN103527083B - 旋转导向钻井工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种井下导向钻井工具，属石油工程地层钻探井下工具技术领域。本发明由不旋转外套、旋转心轴、定向控制机构组成。不旋转外套外表面安装有固定扶正器和导向滚轮，内腔安装有定向控制机构，通过钻具的旋转和上下活动，可控制导向滚轮的伸出和收缩。导向滚轮伸出时对钻头施加一个侧向推力，使井眼轨迹沿某一方向前进。滚轮伸出时支撑在井壁上，防止不旋转外套转动，但送钻时可向下移动，从而实现钻具在旋转状态下定向钻进的目的。导向滚轮收缩时，无导向功能，按常规钻具特点钻进。

Description

旋转导向钻井工具

技术领域：

本发明涉及一种井下定向钻井工具，属石油工程地层钻探井下工具技术领域。

背景技术

在油气井钻探中，由于受地面客观条件限制或油层分布等诸多因素的影响，需要对钻井井眼轨迹进行控制，使之沿一定方向前进，顺利钻达油气层，实现产油产气的目的，如常规定向井、水平井、分支井、多底井、三维绕障井等都需要用到定向钻井技术。

滑动定向钻井技术发展到20世纪80年代末期已趋于成熟，目前，该技术在定向钻井施工中得到普遍应用。滑动定向钻井技术采用井下动力钻具螺杆或涡轮实施定向钻井，在软到中硬地层，主要采用螺杆钻具配合有线随钻测斜仪或无线随钻测斜仪实施定向作业，在硬到极硬地层，主要采用涡轮钻具配合无线随钻测斜仪实施定向作业。从现场应用情况来看，滑动定向钻井技术工艺成熟，可靠度较高，但仍存在一些问题，归纳起来，主要有以下四点不足：一是定向钻进速度慢。定向时钻具不旋转，驱动钻头旋转的动力来自于泥浆流动时对动力钻具涡杆或涡轮产生的推力，涡杆或涡轮旋转带动钻头转动，这个力量最终由泥浆泵提供，而不能由转盘提供，使得钻头获得的破岩扭矩小，定向钻井速度较低。二是井下摩阻大时钻具难以往前滑动，即发生“托压”现象，钻压不能充分加到钻头上，定向钻进困难。三是工具面不容易稳定，影响定向施工的准确度和效率。四是定向时有一定风险，容易发生钻具粘卡等井下事故。

发明内容

本发明是针对上述定向工具存在的不足而提供一种能够提高定向钻井速度、降低定向钻井风险的旋转导向钻井工具，起到提高钻井效率、降低钻井综合成本的作用。

本发明由不旋转外套、旋转心轴、导向器、定向控制机构组成，不旋转外套为空心管状体，上、下两端为缩径段，在不旋转外套下部的外管壁上由上至下安装有导向器和固定扶正器；旋转心轴由上旋转心轴和下旋转心轴组成，上旋转心轴与不旋转外套缩径段之间设有密封圈及滚珠，上旋转心轴下部开有内卡槽，其外部通过滚珠套装有环状推体，环状推体下部为锥形推块，上部为挡块，锥形推块通过弹簧悬挂在挡块下部；下旋转心轴的中部为与上旋转心轴下部内卡槽相对应的插杆，并插接在上旋转心轴下部内卡槽内，下旋转心轴的下部通过滚珠与不旋转外套相连。

所述的导向器为滚轮导向器，由导向滚轮、滚轮轴承、滚轮支架、支架缸套、导向推块组成，滚轮支架通过支架缸套安装在不旋转外套下部的外管壁上，导向滚轮通过滚轮轴承安装在滚轮支架上，导向推块焊接在滚轮支架的内侧，滚轮支架与支架缸套之间安装有拉簧。

本发明是一种旋转导向钻井工具，其通过旋转钻进的方式进行定向作业，能有效解决滑动定向钻井工具在水平井、大位移井、大斜度井内定向钻进时速度慢、效率低的问题，起到缩短钻井周期、降低钻井综合成本的作用。使用本发明定向时，由于钻具在旋转，还能降低钻具发生粘卡的风险。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

具体实施方式

由图1可知，本发明由不旋转外套3、旋转心轴、导向器、定向控制机构组成，不旋转外套3为空心管状体，上、下两端为缩径段，在不旋转外套3下部的外管壁上由上至下安装有导向器和固定扶正器20；旋转心轴由上旋转心轴26和下旋转心轴31组成，上旋转心轴26与不旋转外套3缩径段之间设有密封圈1及滚珠2，上旋转心轴26下部开有内卡槽29，其外部通过滚珠9套装有环状推体23，环状推体23下部为锥形推块12，上部为挡块10，锥形推块12通过弹簧11悬挂在挡块10下部；下旋转心轴31的中部为与上旋转心轴26下部内卡槽29相对应的插杆30，并插接在上旋转心轴26下部内卡槽29内，下旋转心轴31的下部通过滚珠32与不旋转外套3相连。

导向器为滚轮导向器，由导向滚轮14、滚轮轴承15、滚轮支架16、支架缸套13、导向推块24组成，滚轮支架16通过支架缸套13安装在不旋转外套3下部的外管壁上，导向滚轮14通过滚轮轴承15安装在滚轮支架16上，导向推块24焊接在滚轮支架16的内侧，滚轮支架16与支架缸套13之间安装有拉簧18。

固定扶正器20设有环形储油腔22，并开有与不旋转外套3内腔相连通的油孔19，储油腔22内安装有气囊21；不旋转外套3与旋转心轴之间的环形内腔25及储油腔22充满润滑油，气囊21预充一定压力。

定向控制机构由承托环4、定位键5、定位挡块6、挡销8组成，承托环4和挡销8焊接在不旋转外套3内管壁上，定位键5安装在承托环4下部；承托盘7焊接在承托环4和挡销8之间对应的上旋转心轴26上，承托盘7上端面上安装有定位挡块6；定位键5、挡销8、导向推块24位于同一轴线方向上。

下旋转心轴31上部为圆形管27，插在上旋转心轴26内管壁中，圆形管27与上旋转心轴26内管壁之间安装有密封圈28；下旋转心轴31下部与不旋转外套3下部缩径段之间通过密封圈33密封。

定向时，本发明上端接无磁钻铤，下端接钻头，下到井底。上提钻具一定距离，环状体承托盘7与承托环4相接触，挡块10与挡销8侧面相重叠，旋转钻具一周或以上，定位挡块6与定位键5相碰在一起，挡块10与挡销8相碰在一起。由于定位键5、挡销8、导向推块24在沿管壁的轴线方向上，此时下放钻具，锥形推块12将压住导向推块24，推动滚轮支架16及导向滚轮14向外伸出。继续下放钻具施加钻压，导向滚轮14支撑到井壁上，井壁的反推力给钻头施加一个侧向力。此时旋转钻具，由于导向滚轮14紧贴井壁，不旋转外套3不会旋转，井眼将沿着定位键5的工具面相反方向定向钻进。定位键5的工具面方向可由无磁钻铤内MWD仪器测得，其方向可通过上提和旋转钻具随时调整。

上提上旋转心轴26时，对内腔25将产生一定的抽吸作用，此时气囊21膨胀，将润滑油顶入内腔25，平衡抽吸作用。下放上旋转心轴26时，气囊21收缩，可防止润滑油外溢。固定扶正器20可防止泥沙冲蚀导向滚轮14。

不需要定向时，上提钻具，锥形推块12向上运动离开导向推块24，滚轮支架16在拉簧18的作用下，将导向滚轮14收回。轻转钻具一个角度，下放钻具，锥形推块12与导向推块24错开，导向滚轮14保持收缩状态，不起定向作用，这可通过指重表变化情况来判断，继续下放钻具，进行常规钻进。

Claims (4)

1.一种旋转导向钻井工具，由不旋转外套（3）、旋转心轴、导向器、定向控制机构组成，不旋转外套（3）为空心管状体，上、下两端为缩径段，在不旋转外套（3）下部的外管壁上由上至下安装有导向器和固定扶正器（20）；其特征是：导向器为滚轮导向器，由导向滚轮（14）、滚轮轴承（15）、滚轮支架（16）、支架缸套（13）、导向推块（24）组成，滚轮支架（16）通过支架缸套（13）安装在不旋转外套（3）下部的外管壁上，导向滚轮（14）通过滚轮轴承（15）安装在滚轮支架（16）上，导向推块（24）焊接在滚轮支架（16）的内侧，滚轮支架（16）与支架缸套（13）之间安装有拉簧（18）, 固定扶正器（20）设有环形储油腔（22），并开有与不旋转外套（3）内腔相连通的油孔（19），储油腔（22）内安装有气囊（21）；不旋转外套（3）与旋转心轴之间的环形内腔（25）及储油腔（22）充满润滑油，气囊（21）预充一定压力。

2.根据权利要求1所述的旋转导向钻井工具，其特征是：旋转心轴由上旋转心轴（26）和下旋转心轴（31）组成，上旋转心轴（26）与不旋转外套（3）缩径段之间设有密封圈（1）及滚珠（2），上旋转心轴（26）下部开有内卡槽（29），其外部通过滚珠（9）套装有环状推体（23），环状推体（23）下部为锥形推块（12），上部为挡块（10），锥形推块（12）通过弹簧（11）悬挂在挡块（10）下部；下旋转心轴（31）的中部为与上旋转心轴（26）下部内卡槽（29）相对应的插杆（30），并插接在上旋转心轴（26）下部内卡槽（29）内，下旋转心轴（31）的下部通过滚珠（32）与不旋转外套（3）相连。

3.根据权利要求1或2所述的旋转导向钻井工具，其特征是：定向控制机构由承托环（4）、定位键（5）、定位挡块（6）、挡销（8）组成，承托环（4）和挡销（8）焊接在不旋转外套（3）内管壁上，定位键（5）安装在承托环（4）下部；承托盘（7）焊接在承托环（4）和挡销（8）之间对应的上旋转心轴（26）上，承托盘（7）上端面上安装有定位挡块（6）；定位键（5）、挡销（8）、导向推块（24）位于同一轴线方向上。

4.根据权利要求1或2所述的旋转导向钻井工具，其特征是：下旋转心轴（31）上部为圆形管（27），插在上旋转心轴（26）内管壁中，圆形管（27）与上旋转心轴（26）内管壁之间安装有密封圈（28）；下旋转心轴（31）下部与不旋转外套（3）下部缩径段之间通过密封圈（33）密封。