CN104775757B - 静态指向式旋转导向钻井工具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种静态指向式旋转导向钻井工具，包括心轴，在所述心轴上安装有从上至下设置的随钻测量装置、驱动轴、高边标定块、外筒和钻头；在所述外筒的上部外表面上安装有至少三个与其平行的支撑翼肋，每个所述支撑翼肋设有与其垂直的动力支出梁，所述动力支出梁的输入端穿越所述外筒的侧壁与倒锥筒的外表面吻合；所述外筒与所述心轴能够形成键连接；在所述外筒内的下部偏置有调心球轴承Ⅰ和调心球轴承Ⅱ，所述心轴周向转动轴向移动地安装在所述调心球轴承Ⅰ和所述调心球轴承Ⅱ内。本发明的心轴与外筒轴线形成夹角，从而能够实现钻具旋转时定向钻进的目的，可在高难度定向井定向钻进时有效增强钻井液的携砂能力，预防粘卡等事故。
Description
技术领域
本发明属于钻井工具领域，尤其涉及一种工具无需电子测量和控制装置，利用随钻测量工具实现旋转定向钻进的静态指向式旋转导向钻井工具。
背景技术
随着油田开发进程的加快及石油钻井工艺技术的发展，大斜度井、大位移井、“S”型井等高难度定向井越来越多，这些井轨迹复杂，井下摩阻大，常规螺杆钻具由于在定向钻进时本体及钻具都不能旋转，只能滑动钻进，致使定向钻进时工具面不稳定，易发生粘卡等事故。目前上述高难度定向井一般都使用国外先进的旋转导向钻井工具完成，不但成本高，且由于国外工具数量有限，影响国内油田开发进程。
旋转导向钻井工具是目前世界上最先进、高效的石油定向钻井工具，它能够在钻具旋转模式下实现三维复杂井眼轨迹的钻进作业和控制。根据造斜原理分为推靠式和指向式，根据定向钻进时外筒是否旋转分为静态式和动态式。推靠式利用推靠方式提供钻头侧向力以实现导向，推靠井壁产生的振动影响工具的稳定性和寿命，钻出的井眼不光滑且造斜率受排量及井径扩大等因素影响较大；指向式通过为钻头提供一个与井眼轴线不一致的倾角产生导向作用，造斜能力强，钻出的井眼光滑且造斜率不受排量、井径和地层因素的限制。目前国外三大石油公司Baker Hughes、Schlumberger和Halliburton通过各种方式分别形成了其各自商业化应用的旋转导向钻井工具。由于受电子测量和控制装置等技术的限制，目前国内尚无商业化应用的旋转导向钻井工具，且目前相关在研科研项目多为推靠式旋转导向钻井工具，指向式旋转导向钻井工具更处于空白状态。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种静态指向式旋转导向钻井工具。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种静态指向式旋转导向钻井工具，包括心轴，在所述心轴上安装有从上至下设置的随钻测量装置、驱动轴、高边标定块、外筒和钻头；所述外筒的上端和下端各通过一密封装置与所述心轴连接；在所述外筒的上部外表面上安装有至少三个与其平行的支撑翼肋，所有所述支撑翼肋均布在同一圆周上，每个所述支撑翼肋设有与其垂直的动力支出梁，所述动力支出梁的输入端穿越所述外筒的侧壁与倒锥筒的外表面吻合，所述倒锥筒轴向固定周向转动地连接在所述心轴上；在所述支撑翼肋的外表面上安装有纵向滚轮，所述支撑翼肋通过分设在所述动力支出梁两侧的两个拉伸弹簧Ⅰ和分设在所述动力支出梁两侧的两个销钉与所述外筒的外表面连接；在所述外筒的中部内表面上形成有导向键槽，在所述心轴上安装有导向键，在定向钻进时，所述导向键位于所述导向键槽的下方，所述导向键和所述高边标定块位于所述心轴外表面的同一母线上；在所述外筒内的下部偏置有调心球轴承Ⅰ和调心球轴承Ⅱ，所述调心球轴承Ⅱ位于所述调心球轴承Ⅰ的下方，所述心轴周向转动轴向移动地安装在所述调心球轴承Ⅰ和所述调心球轴承Ⅱ内；在所述外筒和所述心轴之间形成的环空内充满有液压油。
所述导向键槽为上深下浅的阶梯槽，在所述导向键内嵌装有与上部深槽适配的滑动键，所述滑动键与所述心轴的外表面通过拉伸弹簧Ⅱ连接。
对应所述外筒的上部在所述心轴上悬挂有两个滚动轴承，两个所述滚动轴承分设在所述倒锥筒的上方和下方。
在所述外筒的下部外表面上固定有稳定器。
本发明具有的优点和积极效果是：心轴在偏置调心球轴承和关节球轴承的作用下与外筒轴线形成夹角，通过随钻测量装置和心轴与外筒之间的键配合可确定工具定向钻进时的工具面，在驱动轴的带动下旋转，从而能够实现钻具旋转时定向钻进的目的，可在高难度定向井定向钻进时有效增强钻井液的携砂能力，预防粘卡等事故。本发明结构简单，成本低，操作方便，在国内旋转导向钻井工具未取得实质性技术突破的情况下，可在大斜度井、大位移井、“S”型井等高难度定向井的复杂井段代替国外旋转导向钻井工具，降低钻井作业成本。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明支撑翼肋处的放大图；
图3为本发明调心球轴承处的横剖图；
图4为本发明导向键槽和导向键处的放大图。
图中：1、随钻测量装置，2、驱动轴，3、高边标定块，4、密封装置，5、滚动轴承，6、倒锥筒，7、支撑翼肋，8、导向键槽，9、导向键，10、调心球轴承Ⅰ，11、外筒，12、调心球轴承Ⅱ，13、稳定器，14、心轴，15、钻头，16、拉伸弹簧Ⅰ，17、销钉，18、纵向滚轮，19、调心球轴承的中心，20、外筒的中心，21、调心球轴承的滚珠，22、拉伸弹簧Ⅱ，23、滑动键。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参阅图1～图4，一种静态指向式旋转导向钻井工具，包括心轴14，在所述心轴14上安装有从上至下设置的随钻测量装置(简称MWD)1、驱动轴2、高边标定块3、外筒11和钻头15；所述外筒11的上端和下端各通过一密封装置4与所述心轴14连接。
在所述外筒11的上部外表面上安装有至少三个与其平行的支撑翼肋7，所有所述支撑翼肋7均布在同一圆周上，每个所述支撑翼肋7设有与其垂直的动力支出梁，所述动力支出梁的输入端穿越所述外筒11的侧壁与倒锥筒6的外表面吻合，所述倒锥筒6轴向固定周向转动地连接在所述心轴14上；在所述支撑翼肋7的外表面上安装有纵向滚轮18，所述支撑翼肋7通过分设在所述动力支出梁两侧的两个拉伸弹簧Ⅰ16和分设在所述动力支出梁两侧的两个销钉17与所述外筒11的外表面连接。
在所述外筒11的中部内表面上形成有导向键槽8，在所述心轴14上安装有导向键9，在定向钻进时，所述导向键9位于所述导向键槽8的下方，所述导向键9和所述高边标定块3位于所述心轴14外表面的同一母线上。
在所述外筒11内的下部偏置有调心球轴承Ⅰ10和调心球轴承Ⅱ12，所述调心球轴承Ⅱ12位于所述调心球轴承Ⅰ10的下方，所述心轴14周向转动轴向移动地安装在所述调心球轴承Ⅰ10和所述调心球轴承Ⅱ12内。
在所述外筒11和所述心轴14之间形成的环空内充满有液压油。
在本实施例中，为了使所述心轴14与所述外筒11之间的键配合更加稳定可靠，所述导向键槽8为上深下浅的阶梯槽，在所述导向键9内嵌装有与上部深槽适配的滑动键23，所述滑动键23与所述心轴14的外表面通过拉伸弹簧Ⅱ22连接。在提钻过程中，为了对所述心轴14的径向进行一定程度的约束，对应所述外筒11的上部在所述心轴14上悬挂有两个滚动轴承5，两个所述滚动轴承5分设在所述倒锥筒6的上方和下方。为了使工具的工作状况更加稳定，在所述外筒11的下部外表面上固定有稳定器13。所述导向键9与所述高边标定块3位于同一圆柱面母线上，方位相同。所述外筒11上下端的所述密封装置4，推荐使用机械密封，以使工具在高转速、高压、高温及腐蚀性介质条件下都有良好的密封效果。所述心轴14与所述外筒11之间充满的液压油通过密封装置与井筒中的钻井液隔离，在轴承高速旋转时起到润滑、冷却作用，并且当井下钻具振动时，液压油可起到减振的作用。推荐所述滚动轴承5采用向心轴承。所述滚动轴承5可防止所述心轴14在锥筒处晃荡幅度过大，对所述心轴14形成径向约束。请参见图3，偏置的所述调心球轴承Ⅰ10的中心19与所述外筒11的中心20不同心，从所述调心球轴承Ⅰ10的滚珠21的分布可以看出调心球轴承Ⅰ10不是偏心的。所述调心球轴承Ⅱ12与所述外筒11同心，所述调心球轴承Ⅰ10与所述调心球轴承Ⅱ12配合使用，使所述心轴14与所述外筒11轴线形成一个固定的夹角。在钻具旋转钻进时，所述外筒11不旋转，所述心轴14与所述外筒11夹角的方位不变，进而能够实现旋转定向钻进的目的。在所述支撑翼肋7内设置的拉伸弹簧Ⅰ16还由其它回复力机构代替，例如液压机构。
本发明的工作原理：
入井前，采用随钻测量装置(简称MWD)测量高边标定块3与MWD基准线之间的夹角，进而由MWD测量的方位可确定心轴14的方位；利用随钻测量装置完成井斜、方位和工具面的测量。不需井斜、方位等测量装置和轨迹控制装置。
定向钻进前上提钻具，心轴14相对外筒向上移动，导向键9被上提进入导向键槽8后，带动外筒11转动至设定的造斜工具面后，下放钻具，心轴14相对外筒向下移动，倒锥筒6推动支撑翼肋7沿径向向外伸出，支撑在井筒内壁上，支撑翼肋7上的纵向滚轮18使外筒在定向钻进时向下移动，并能防止外筒11旋转，由于外筒不旋转，心轴与外筒轴线夹角的方位不变，从而达到钻具旋转时定向钻进的目的。
定向钻进结束后，上提钻具，拉伸弹簧Ⅰ16或液压等回复力机构使支撑翼肋7径向收缩。旋转钻具，导向键8内部的滑动键23在离心力的作用下，克服拉伸弹簧Ⅱ22的弹性拉力向外滑出，坐于导向键槽8的上部深槽中，使心轴14带动外筒11旋转，工具转换为稳斜钻进模式。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，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，并不是限制性的，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，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种静态指向式旋转导向钻井工具，包括心轴，其特征在于，在所述心轴上安装有从上至下设置的随钻测量装置、驱动轴、高边标定块、外筒和钻头；所述外筒的上端和下端各通过一密封装置与所述心轴连接；
在所述外筒的上部外表面上安装有至少三个与其平行的支撑翼肋，所有所述支撑翼肋均布在同一圆周上，每个所述支撑翼肋设有与其垂直的动力支出梁，所述动力支出梁的输入端穿越所述外筒的侧壁与倒锥筒的外表面吻合，所述倒锥筒轴向固定周向转动地连接在所述心轴上；在所述支撑翼肋的外表面上安装有纵向滚轮，所述支撑翼肋通过分设在所述动力支出梁两侧的两个拉伸弹簧Ⅰ和分设在所述动力支出梁两侧的两个销钉与所述外筒的外表面连接；
在所述外筒的中部内表面上形成有导向键槽，在所述心轴上安装有导向键，在定向钻进时，所述导向键位于所述导向键槽的下方，所述导向键和所述高边标定块位于所述心轴外表面的同一母线上；
在所述外筒内的下部偏置有调心球轴承Ⅰ和调心球轴承Ⅱ，所述调心球轴承Ⅱ位于所述调心球轴承Ⅰ的下方，所述心轴周向转动轴向移动地安装在所述调心球轴承Ⅰ和所述调心球轴承Ⅱ内；
在所述外筒和所述心轴之间形成的环空内充满有液压油。
2.根据权利要求1所述的静态指向式旋转导向钻井工具，其特征在于，所述导向键槽为上深下浅的阶梯槽，在所述导向键内嵌装有与上部深槽适配的滑动键，所述滑动键与所述心轴的外表面通过拉伸弹簧Ⅱ连接。
3.根据权利要求1所述的静态指向式旋转导向钻井工具，其特征在于，对应所述外筒的上部在所述心轴上悬挂有两个滚动轴承，两个所述滚动轴承分设在所述倒锥筒的上方和下方。
4.根据权利要求1所述的静态指向式旋转导向钻井工具，其特征在于，在所述外筒的下部外表面上固定有稳定器。
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6109372A (en) * | 1999-03-15 | 2000-08-29 | Schlumberger Technology Corporation | Rotary steerable well drilling system utilizing hydraulic servo-loop |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6109372A (en) * | 1999-03-15 | 2000-08-29 | Schlumberger Technology Corporation | Rotary steerable well drilling system utilizing hydraulic servo-loop |
| CN201943580U (zh) * | 2011-01-25 | 2011-08-24 | 陈林 | 机械式导向钻具 |
| CN102913131A (zh) * | 2012-08-14 | 2013-02-06 | 中国石油大学(华东) | 一种动态指向式旋转导向钻井工具 |
| CN204532068U (zh) * | 2015-03-26 | 2015-08-05 | 中国海洋石油总公司 | 静态指向式旋转导向钻井工具 |
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