CN106285478B - 推靠式全旋转导向工具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种推靠式全旋转导向工具，包括扶正器机构、导向执行机构、花键万向轴机构。所述的导向执行机构前端连接花键万向轴机构，后端连接扶正器机构，当旋转导向工具进行导向钻进时，控制系统控制井下电机在指定位置将大齿轮上的指定孔与导向机构上部主体和导向机构下部主体上的钻井液通道连通。从而使不旋转外壳调整到与所需导向的井斜、方位相同的位置上，这时钻具沿所需的井斜及方位进行钻进，并由各随钻测试仪器随时监测井眼轨迹。本发明的推靠式全旋转导向工具具有造斜率高，适用范围广，所得井眼轨迹质量较高的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于石油天然气工程领域的推靠式全旋转导向工具，其主要应用于钻井工程。
背景技术
旋转导向系统是一个集机、电、液于一体的闭环自动控制系统，并且以旋转钻井为其技术特征，因此在减少井下摩阻、提高钻深能力和控制精度方面具备特有的优势，所以成为大位移井长稳斜段钻井作业的常用工具，也适合于水平井水平段(特别是薄油水层水平井)的钻进与控制作业。自20世纪80年代后期，国际上开始加强对旋转导向钻井技术的研究；到90年代初期，旋转导向钻井技术已呈现商业化。目前国内也正在研制开发旋转导向系统，从各个油田和区块的应用实例看，旋转导向钻井工具具有在旋转钻进时连续导向的能力，可以提高井眼的清洁度和机械钻速，减少压差卡钻；还具有井眼轨迹自动控制的能力，从而提高井眼轨迹的光滑度，降低扭矩和摩阻，也就相应地增加了水平井的延伸长度。但该系统对设备要求比较高，要求设备、钻具等能承受高转速、大扭矩、高泵压，在某种程度上加大了对设备、钻具等的损伤，而且该系统造价比较昂贵，一次性投入较大，并不是每个区块和地层都适用这种钻井技术。
旋转导向系统在现在的钻井作业中应用越来越多，对其的要求液越来越高。因此要不断的对旋转导向系统进行技术性改进和突破，才能满足钻井的要求，提高油气采收率。随着深井、超深井、大位移井和长距离水平井技术的发展，复杂结构井的数量不断增多。目前通行的滑动钻井技术已经不能满足现代钻井的需要，因此开发新型旋转导向钻井工具逐渐成为钻井技术发展的重要方向。
发明内容
为了探索解决背景技术中所述的旋转钻进时连续导向功能，提高井眼轨迹质量，降低扭矩和摩阻，本发明提供了一种推靠式全旋转导向工具，可应用于水平井、大位移井等复杂结构井。本发明的旋转导向工具进行导向钻进时，控制系统控制井下电机在指定位置将大齿轮上的指定孔与导向机构上部主体和导向机构下部主体上的钻井液通道连通。从而使不旋转外壳调整到与所需导向的井斜、方位相同的位置上，这时钻具沿所需的井斜及方位进行钻进，并由各随钻测试仪器随时监测井眼轨迹。
本发明的技术方案是：推靠式全旋转导向工具包括扶正器机构、导向执行机构、花键万向轴机构，在导向执行机构前端连接花键万向轴机构，后端连接扶正器机构；所述扶正器机构包括锁紧环、卡环、变径块、扶正器主体，将变径块焊接在卡环上后，将其组合体安装到扶正器主体上，并利用锁紧环进行锁紧固定，卡环由左右两部分组成，通过矩形齿使左右两部分连接在一起，旋转导向工具在导向钻进时，变径块与井壁接触，实现扶正器作用；所述导向执行机构包括上主体、定位环、敲击环、螺钉、可换式外壳、电机系统、齿轮轴、密封片a、锁紧螺母、滚针轴承、密封片b、电磁阀、下主体、外壳、小齿轮、大齿轮、平键、侧推活塞、橡胶弹簧、O形密封圈b、O形密封圈c，将上主体安装到扶正器主体前端后，安装定位环，再通过螺钉将敲击环固定在上主体圆周上，将电机系统固定安装到上主体圆周上，再将齿轮轴安装到电机系统前端，在齿轮轴安装平键与小齿轮，再利用锁紧螺母对其进行锁紧固定，将密封片a、滚针轴承、密封片b与大齿轮安装到上主体前端，再安装下主体进行轴向定位，然后在下主体圆周上的通孔内安装电磁阀，再在其圆周上的凹槽内安装侧推活塞、橡胶弹簧、O形密封圈b、O形密封圈c，最后将可换式外壳安装到外壳后端，并将二者安装到敲击环前端，当需要进行导向钻进时，电机系统驱动小齿轮转动，从而带动大齿轮转动，当大齿轮上的通孔与上主体、下主体通孔连通时，钻井液进入导流通道，作用在橡胶弹簧上，从而推动侧推活塞运动，产生侧向推力作用在外壳上，从而实现导向钻进，在导向钻进过程中，实现一个侧推活塞与外壳作用，或根据需要实现任意两个侧推活塞与外壳作用，从而产生不同的侧向推力，实现旋转导向工具的全旋转功能，当导向过程结束时，导流通道关闭，电磁阀打开，液压腔泄压，侧推活塞回到初始位置；所述花键万向轴机构包括球形花键轴、花键锁紧环、密封片c、花键接头、O形密封圈a、转换接头，将花键锁紧环安装到球形花键轴上后，将密封片c与花键接头安装到球形花键轴前端，并旋紧花键锁紧环，再将球形花键轴安装到下主体前端，在花键接头圆周上安装O形密封圈a，最后安装转换接头对外壳进行固定，当工具产生导向作用时，通过花键锁紧环与球形花键轴的圆弧接触面，可以实现下部结构的偏转，从而使钻头实现导向钻进。
本发明的有益效果是：(1)造斜率较高，侧向力大,通过三个侧推活塞推动不旋转外壳来实现导向，其侧向力直接由侧推活塞的推力来决定,而侧推活塞的推力可以控制，能够达到较大的侧向力，从而使造斜率提高；(2)能钻出较平滑的井眼、摩阻和扭矩较小,推靠式全旋转导向工具推块与井壁不直接接触，其摩阻和扭矩都可以达到较小值；(3)设计新型组合扶正器,结构简单,拆卸、安装方便；(4)工具结构简单，能够实现钻进过程中的连续导向功能。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明图1中的Ⅰ部分放大视图。
图3是本发明图1中的A-A截面图。
图4是本发明图1中的B-B截面图。
图5是本发明图1中的C-C截面图。
图6是本发明图1中的D-D截面图。
图7是本发明图1中的E-E截面图。
图8是变径块组合体的结构示意图。
图9是球形花键轴的结构示意图。
图10是花键接头的结构示意图。
图中1.锁紧环，2.卡环，3.变径块，4.扶正器主体，5.上主体，6.定位环，7.敲击环，8.螺钉，9.可换式外壳，10.电机系统，11.齿轮轴，12.密封片a，13.锁紧螺母，14.滚针轴承，15.密封片b，16.电磁阀，17.下主体，18.外壳，19.球形花键轴，20.花键锁紧环，21.密封片c，22.花键接头，23.O形密封圈a，24.转换接头，25.小齿轮，26.大齿轮，27.平键，28.侧推活塞，29.橡胶弹簧，30.O形密封圈b，31.O形密封圈c。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
参见附图1，推靠式全旋转导向工具由扶正器机构、导向执行机构、花键万向轴机构组成，所述的导向执行机构前端连接花键万向轴机构，后端连接扶正器机构；所述扶正器机构包括锁紧环1、卡环2、变径块3、扶正器主体4，将变径块3焊接在卡环2上后，将其组合体安装到扶正器主体4上，并利用锁紧环1进行锁紧固定，卡环2由左右两部分组成，通过矩形齿使左右两部分连接在一起，旋转导向工具在导向钻进时，变径块3与井壁接触，实现扶正器作用。
所述导向执行机构包括上主体5、定位环6、敲击环7、螺钉8、可换式外壳9、电机系统10、齿轮轴11、密封片a12、锁紧螺母13、滚针轴承14、密封片b15、电磁阀16、下主体17、外壳18、小齿轮25、大齿轮26、平键27、侧推活塞28、橡胶弹簧29、O形密封圈b30、O形密封圈c31，将上主体5安装到扶正器主体4前端后，安装定位环6，再通过螺钉8将敲击环7固定在上主体5圆周上，将电机系统10固定安装到上主体5圆周上，再将齿轮轴11安装到电机系统10前端，在齿轮轴11安装平键27与小齿轮25，再利用锁紧螺母13对其进行锁紧固定，将密封片a12、滚针轴承14、密封片b15与大齿轮26安装到上主体5前端，再安装下主体17进行轴向定位，然后在下主体17圆周上的通孔内安装电磁阀16，再在其圆周上的凹槽内安装侧推活塞28、橡胶弹簧29、O形密封圈b30、O形密封圈c31，最后将可换式外壳9安装到外壳18后端，并将二者安装到敲击环7前端，当需要进行导向钻进时，电机系统10驱动小齿轮25转动，从而带动大齿轮26转动，当大齿轮26上的通孔与上主体5、下主体17通孔连通时，钻井液进入导流通道，作用在橡胶弹簧29上，从而推动侧推活塞28运动，产生侧向推力作用在外壳18上，从而实现导向钻进，在导向钻进过程中，实现一个侧推活塞28与外壳18作用，或根据需要实现任意两个侧推活塞28与外壳18作用，从而产生不同的侧向推力，实现旋转导向工具的全旋转功能，当导向过程结束时，导流通道关闭，电磁阀16打开，液压腔泄压，侧推活塞28回到初始位置。
所述花键万向轴机构包括球形花键轴19、花键锁紧环20、密封片c21、花键接头22、O形密封圈a23、转换接头24，将花键锁紧环20安装到球形花键轴19上后，将密封片c21与花键接头22安装到球形花键轴19前端，并旋紧花键锁紧环20，再将球形花键轴19安装到下主体17前端，在花键接头22圆周上安装O形密封圈a23，最后安装转换接头24对外壳18进行固定，当工具产生导向作用时，通过花键锁紧环20与球形花键轴19的圆弧接触面，可以实现下部结构的偏转，从而使钻头实现导向钻进。
Claims (3)
1.推靠式全旋转导向工具，其特征在于：所述的旋转导向工具包括扶正器机构、导向执行机构、花键万向轴机构，在导向执行机构前端连接花键万向轴机构，后端连接扶正器机构；所述扶正器机构包括锁紧环(1)、卡环(2)、变径块(3)、扶正器主体(4)，将变径块(3)焊接在卡环(2)上后，将其组合体安装到扶正器主体(4)上，并利用锁紧环(1)进行锁紧固定，旋转导向工具在导向钻进时，变径块(3)与井壁接触，实现扶正器作用；所述导向执行机构包括上主体(5)、定位环(6)、敲击环(7)、螺钉(8)、可换式外壳(9)、电机系统(10)、齿轮轴(11)、密封片a(12)、锁紧螺母(13)、滚针轴承(14)、密封片b(15)、电磁阀(16)、下主体(17)、外壳(18)、小齿轮(25)、大齿轮(26)、平键(27)、侧推活塞(28)、橡胶弹簧(29)、O形密封圈b(30)、O形密封圈c(31)，将上主体(5)安装到扶正器主体(4)前端后，安装定位环(6)，再通过螺钉(8)将敲击环(7)固定在上主体(5)圆周上，将电机系统(10)固定安装到上主体(5)圆周上，再将齿轮轴(11)安装到电机系统(10)前端，在齿轮轴(11)安装平键(27)与小齿轮(25)，再利用锁紧螺母(13)对其进行锁紧固定，将密封片a(12)、滚针轴承(14)、密封片b(15)与大齿轮(26)安装到上主体(5)前端，再安装下主体(17)进行轴向定位，然后在下主体(17)圆周上的通孔内安装电磁阀(16)，再在其圆周上的凹槽内安装侧推活塞(28)、橡胶弹簧(29)、O形密封圈b(30)、O形密封圈c(31)，最后将可换式外壳(9)安装到外壳(18)后端，并将二者安装到敲击环(7)前端，当需要进行导向钻进时，电机系统(10)驱动小齿轮(25)转动，从而带动大齿轮(26)转动，当大齿轮(26)上的通孔与上主体(5)、下主体(17)通孔连通时，钻井液进入导流通道，作用在橡胶弹簧(29)上，从而推动侧推活塞(28)运动，产生侧向推力作用在外壳(18)上，从而实现导向钻进，当导向过程结束时，导流通道关闭，电磁阀(16)打开，液压腔泄压，侧推活塞(28)回到初始位置；所述花键万向轴机构包括球形花键轴(19)、花键锁紧环(20)、密封片c(21)、花键接头(22)、O形密封圈a(23)、转换接头(24)，将花键锁紧环(20)安装到球形花键轴(19)上后，将密封片c(21)与花键接头(22)安装到球形花键轴(19)前端，并旋紧花键锁紧环(20)，再将球形花键轴(19)安装到下主体(17)前端，在花键接头(22)圆周上安装O形密封圈a(23)，最后安装转换接头(24)对外壳(18)进行固定，当工具产生导向作用时，通过花键锁紧环(20)与球形花键轴(19)的圆弧接触面，可以实现下部结构的偏转，从而使钻头实现导向钻进。
2.根据权利要求1所述的推靠式全旋转导向工具，其特征在于：所述的电机系统(10)、齿轮轴(11)、平键(27)、小齿轮(25)、锁紧螺母(13)、侧推活塞(28)、橡胶弹簧(29)、O形密封圈b(30)、O形密封圈c(31)数量均为3件，在导向钻进过程中，实现一个侧推活塞(28)与外壳(18)作用，或根据需要实现任意两个侧推活塞(28)与外壳(18)作用，从而产生不同的侧向推力，实现旋转导向工具的全旋转功能。
3.根据权利要求1所述的推靠式全旋转导向工具，其特征在于：所述的变径块(3)数量为6件，锁紧环(1)与卡环(2)数量为2件，其中卡环(2)由左右两部分组成，通过矩形齿使左右两部分连接在一起，在锁紧环(1)的作用下固定在扶正器主体(4)圆周上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Tian Jialin Inventor after: Lin Xiaoyue Inventor after: Yang Yinglin Inventor after: Yang Lin Inventor after: Cai Xudong Inventor after: Du Fan Inventor after: Zhou Tao Inventor before: Tian Jialin Inventor before: Yang Yinglin Inventor before: Yang Lin Inventor before: Hu Shuhui Inventor before: Cai Xudong Inventor before: Du Fan Inventor before: Zhou Tao |
|
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20180508 Termination date: 20180926 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |