CN107795280B - 一种水平钻井复合造斜导向钻具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水平钻井复合造斜导向钻具，属石油钻采井下工具技术领域。它由支撑装置和造斜导向装置构成，支撑装置和造斜导向装置相互螺纹连接，支撑装置由壳体、套筒、下芯轴、上芯轴、上支撑块和下支撑块构成，壳体内装有上芯轴，上芯轴一侧装有下芯轴，下芯轴与上芯轴之间螺纹连接。该钻具通过上支撑块和下支撑块可实现工具的整体定位，通过定位杆与深度不等的定位齿的配合，可控制上支撑块和下支撑块径向伸出的高度，通过造斜导向装置可准确地控制井眼的井斜角，解决了现有工具使用不方便，需要进行多次反复操作；且调整的精度存在误差的问题；具有导向准确可靠，操作简单方便的特点；有着积极的推广意义。

Description

一种水平钻井复合造斜导向钻具

技术领域

本发明涉及一种水平钻井复合造斜导向钻具，属石油钻采井下工具技术领域。

背景技术

随着页岩气、致密油等非常规油气的规模开发，水平井钻井技术得到了广泛的应用，水平井钻井流程主要分为钻前工程、钻井工程、完井工程、钻后治理、试油、压裂等，其中钻井工程又可以分为四段，分别为一开直井段、二开直井段、二开斜井段、三开水平段。在水平井钻井过程，二开斜井段钻井技术和钻井成本是影响水平井大规模应用的主要难题之一。目前，螺杆钻具弯壳体有固定角度弯壳体和可调角度弯壳体两种。安装有固定角度弯壳体的螺杆钻具只能满足某一固定的造斜率的要求，这就增加了所需工具的数量，因而增加施工作业成本。现有可调弯壳体具有在井口控制调整井下弯壳体角度的功能，但是具有调整不方便的缺点，往往需要进行多次反复的操作试验，才能够准确调整到某一角度时，而且调整的精度存在误差，对施工作业造成很大的不便。因此，需要设计出钻井用井下导向工具，并将其与井下动力钻具共同发挥作用，可大大节省石油钻采的时间与经费，极大地促进石油行业的发展。

发明内容

本发明目的目的在于：提供一种结构简单、实用性好，水平钻井过程中能准确地控制井眼的井斜角，从而提高机械钻速，以解决现有工具需要进行多次反复操作；且调整的精度存在误差问题的水平钻井复合造斜导向钻具。

本发明的技术方案是：

一种水平钻井复合造斜导向钻具，它由支撑装置和造斜导向装置构成，其特征在于：支撑装置和造斜导向装置相互螺纹连接，支撑装置由壳体、套筒、下芯轴、上芯轴、上支撑块和下支撑块构成，壳体内通过推力轴承A和推力轴承B安装有上芯轴，上芯轴一侧的壳体内通过对称设置的推力轴承C和推力轴承D安装有下芯轴，下芯轴与上芯轴之间螺纹连接；上芯轴对应的壳体圆周上均布有多个上装配孔，上装配孔内装有上支撑块，上支撑块一侧的壳体圆周上均布有多个下装配孔，下装配孔内装有下支撑块，上支撑块和下支撑块对应的上芯轴上设置有上凸台和下凸台，上支撑块和下支撑块通过与上凸台和下凸台的配合与上芯轴滑动连接；推力轴承C和推力轴承D之间的下芯轴上装有上限位套，推力轴承C一侧的下芯轴上固装有旋转套，旋转套一侧的下芯轴上装有下限位套；上限位套与旋转套相互间歇活动卡接。

所述的造斜导向装置由上壳体、下壳体、调整套和中间轴管构成，中间轴管的一端螺纹安装有上壳体，中间轴管的另一端螺纹安装有下壳体，上壳体和下壳体之间的中间轴管上活动安装有调整套，调整套与上壳体和下壳体接触连接。

所述的中间轴管两端的外螺纹和与其对应的上壳体和下壳体的内螺纹分别与其中心轴线具有1.5°的夹角；所述的中间轴管两端的外螺纹中间部位分别设置有密封槽，密封槽内设置有密封圈。

所述的调整套的一端端面圆周上均布有多个调节齿，与调节齿对应的上壳体端面圆周上均布有多个调节槽，调整套与上壳体之间通过调节齿和调节槽的配合相互嵌合接触连接。

所述的调节齿的长度不等，所述的调节槽的深度不等。

所述的造斜导向装置由上壳体、装配套、下壳体、调整套和中间轴管构成，中间轴管的一端螺纹安装有下壳体，中间轴管的另一端端头设置有球形凸起，上壳体的一端螺纹安装有装配套，上壳体和装配套的内壁上设置有与球形凸起对应的球形凹，上壳体和装配套通过球形凹与球形凸起的配合滑动密封安装在中间轴管上，装配套和下壳体之间的中间轴管上设置有调整套，调整套分别与装配套和下壳体接触连接。

所述的调整套一端端面圆周上设置有环状的调整凸起，与调整凸起对应的装配套圆周上设置有环状的调整槽，调整槽的底部和调整凸起的顶部分别呈斜形坡面设置。调整套与装配套之间通过调整凸起与调整槽的配合滑动接触连接。

所述的造斜导向装置由上壳体、下壳体、调整套、装配套和中间轴管构成，中间轴管的一端螺纹安装有下壳体，中间轴管的另一端设置有球形凸起，上壳体的一端螺纹安装有装配套，上壳体和装配套的内壁上设置有与球形凸起对应的球形凹，上壳体和装配套通过球形凹与球形凸起的配合滑动密封安装在中间轴管上，装配套和下壳体之间的中间轴管上设置有调整套，调整套一端端面圆周上设置有环状的凸缘，凸缘上均布有调整栓，调整套通过调整栓与装配套抵触连接。

所述的上限位套、推力轴承C和推力轴承D分别与壳体固定连接，上限位套、推力轴承C和推力轴承D分别与下芯轴滑动连接，所述的下芯轴端头的壳体内通过套筒安装有梭型头，下芯轴与套筒滑动连接。

所述的推力轴承A和推力轴承B之间的上芯轴上套装有上弹簧；所述的推力轴承A与壳体固定连接，推力轴承A与上芯轴滑动连接，所述的推力轴承B与壳体滑动连接；推力轴承B与上芯轴固定连接。

所述的上凸台和下凸台分别呈锥形，上支撑块和下支撑块的底部分别为与上凸台和下凸台对应的坡面。所述的上芯轴端头螺纹安装有节流套，节流套与推力轴承B接触连接。

所述的下限位套一端的端面上设置有多个下坡面凸台。

所述的上限位套一端的端面上设置有多个V型定位槽，各V型定位槽一侧的槽壁上分别呈阶梯状设置有多个定位齿；各V型定位槽另一侧的槽壁为光滑面。

所述的旋转套一端的端面上设置有与下坡面凸台对应的上坡面凸台，旋转套另一端的端面上设置有与V型定位槽对应的定位杆。

本发明的有益效果是：

该水平钻井复合造斜导向钻具结构简单、实用性好，通过上支撑块和下支撑块可实现工具的整体定位，通过定位杆与深度不等的定位齿的配合，可控制上支撑块和下支撑块径向伸出的高度，通过造斜导向装置可准确地控制井眼的井斜角、提高机械钻速和井身质量、缩短钻井周期，进而减少起下钻次数，降低钻井成本，提高钻井效率。解决了现有工具使用不方便，需要进行多次反复操作；且调整的精度存在误差的问题；具有导向准确可靠，操作简单方便的特点；有着积极的推广意义。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的下限位套的结构示意图；

图3为本发明的旋转套的结构示意图；

图4为本发明的旋转套的立体结构示意图；

图5为本发明的上限位套的结构示意图；

图6为本发明的上限位套立体的结构示意图；

图7为本发明的上限位套、旋转套和上限位套的对应展开示意图；

图8为本发明的上壳体的立体结构示意图；

图9为本发明的调整套的立体结构示意图；

图10为本发明的中间轴管的立体结构示意图；

图11为本发明实施例2的造斜导向装置的结构示意图；

图12为本发明实施例3的造斜导向装置的结构示意图。

图中：1、壳体，2、套筒，3、下芯轴，4、上芯轴，5、上支撑块，6、下支撑块，7、推力轴承A，8、推力轴承B，9、推力轴承C，10、推力轴承D，11、上弹簧，12、上凸台，13、下凸台，14、节流套，15、下限位套，16、旋转套，17、上限位套，18、梭型头，19、调节槽，20、下坡面凸台，21、定位齿，22、V型定位槽，23、上坡面凸台，24、定位杆，25、上壳体，26、下壳体，27、调整套，28、中间轴管，29、密封槽，30、装配套，31、调节齿，32、调整凸起，33、凸缘，34、调整栓，35、球形凸起。

具体实施方式

实施例1：

该水平钻井复合造斜导向钻具由支撑装置和造斜导向装置构成，支撑装置和造斜导向装置相互螺纹连接，支撑装置由壳体1、套筒2、下芯轴3、上芯轴4、上支撑块5和下支撑块6构成，壳体1内通过推力轴承A7和推力轴承B8安装有上芯轴4，推力轴承A7和推力轴承B8之间的上芯轴4上套装有上弹簧11；推力轴承A7与壳体1固定连接，推力轴承A7与上芯轴4滑动连接，推力轴承B8与壳体1滑动连接；推力轴承B8与上芯轴4固定连接。

上芯轴4对应的壳体1圆周上均布有多个上装配孔，上装配孔内装有上支撑块5，上支撑块5一侧的壳体1圆周上均布有多个下装配孔，下装配孔内装有下支撑块6，上支撑块5和下支撑块6对应的上芯轴4上设置有上凸台12和下凸台13，上凸台12和下凸台13分别呈锥形，上支撑块5和下支撑块6的底部分别为与上凸台12和下凸台13对应的坡面；上支撑块5和下支撑块6通过与上凸台12和下凸台13的配合与上芯轴4滑动连接；上芯轴4端头螺纹安装有节流套14，节流套14与推力轴承B8接触连接。

上芯轴4一侧的壳体1内通过推力轴承C9和推力轴承D10安装有下芯轴3，下芯轴3与上芯轴4之间螺纹连接；推力轴承C9和推力轴承D10之间的下芯轴3上装有上限位套17；上限位套17、推力轴承C9和推力轴承D10分别与壳体1固定连接，上限位套17、推力轴承C9和推力轴承D10分别与下芯轴3滑动连接，

推力轴承C9一侧的下芯轴3上固装有旋转套16，旋转套16一侧的下芯轴3上装有下限位套15；下限位套15一端的端面上设置有3个下坡面凸台20。上限位套17一端的圆周端面上设置有3个V型定位槽22，各V型定位槽22一侧的槽壁上分别呈阶梯状设置有多个定位齿21；各V型定位槽22另一侧的槽壁为光滑面。

旋转套16一端的端面上设置有与下坡面凸台20对应的3个上坡面凸台23，旋转套16另一端的端面上设置有与V型定位槽22对应的定位杆24；定位杆24端头呈锥形。上限位套17与旋转套16之间通过定位齿21和定位杆24的配合相互间歇活动卡接。下限位套15与壳体1固定连接，下限位套15与下芯轴3滑动连接，旋转套16与壳体1滑动连接。下芯轴3端头的壳体1内固装有套筒2，套筒2的一端安装有梭型头18，下芯轴3与套筒2滑动连接。梭型头18头尾端设置成不同大小的截面，与引流体一起发生作用，当引流体与梭型头18处在不同的距离时，流过引流体的流量大小不同。

造斜导向装置由上壳体25、下壳体26、调整套27和中间轴管28构成，中间轴管28的一端螺纹安装有上壳体25，中间轴管28的另一端螺纹安装有下壳体26，上壳体25和下壳体26之间的中间轴管28上活动安装有调整套27，调整套27与上壳体25和下壳体26接触连接。

中间轴管28两端的外螺纹和与其对应的上壳体25和下壳体26的内螺纹分别与其中心轴线具有1.5°的夹角；中间轴管28两端的外螺纹中间部位分别设置有密封槽29，密封槽内设置有密封圈。

调整套27的一端端面圆周上均布有多个调节齿31，调节齿31的长度不等，与调节齿31对应的上壳体25端面圆周上均布有多个调节槽19，调节槽19的深度不等。调整套27与上壳体25之间通过调节齿31和调节槽19的配合相互嵌合接触连接。

该水平钻井复合造斜导向钻具工作时，首先在地面调整好造斜角度；具体为：首先旋松上壳体25与中间轴管28的连接螺纹，使得调整套27的调节齿31与调节槽19脱离即可；再旋转上壳体25到需要的斜度，然后旋紧上壳体25与中间轴管28的连接螺纹，使调节齿31和调节槽19相互嵌合，旋紧下壳体26使其抵触调整套27，斜度的调整既告完成，调节齿31每旋转一个调节槽19位置，上壳体25相对中间轴管28斜度可变化1—3°。

上述调整完成与管柱连接后，即可整体入井，入井工作时，在泵压作用下洗井液通过节流套14推动上芯轴4和下芯轴3整体下行，这一过程中，由于上芯轴4上的上凸台12和下凸台13与上支撑块5和下支撑块6接触连接，且上凸台12和下凸台13分别呈锥形，上支撑块5和下支撑块6的底部分别为与上凸台12和下凸台13对应的坡面；上芯轴4下行过程中通过上凸台12和下凸台13逐步将上支撑块5和下支撑块6径向顶出壳体1并与井壁接触，这一过程中，，通过旋转套16上的定位杆24与上限位套17上不同深度的定位齿21的配合，可控制上支撑块5和下支撑块6径向的伸出度，具体为：

上芯轴4和下芯轴3整体下行过程中，下限位套15上的下坡面凸台20与旋转套16上的上坡面凸台23接触，在压力的作用下，下坡面凸台20与上坡面凸台23之间由最高点向下滑行，这一过程中，旋转套16带动下芯轴3转动，泵压停止后，在上弹簧11和下弹簧19的作用下，上芯轴4和下芯轴3整体复位，由此使旋转套16上的定位杆24插入至V型定位槽22其中一个的定位齿21内。由于泵压不同，下限位套15上的下坡面凸台20与旋转套16上的上坡面凸台23接触压力不同，从而两者之间由最高点向下滑行的行程不同，即上芯轴4和下芯轴3整体转动的角度不同，上芯轴4和下芯轴3整体复位时，致使旋转套16上的定位杆24可插入至不同的V型定位槽22中，由此可控制支撑块径向向外延伸的高度，实现相对井壁的固定。

当泵压继续加大，下坡面凸台20与上坡面凸台23之间由最高点向下滑行至最低点时，泵压停止后，在上弹簧11的作用下，上芯轴4和下芯轴3整体复位，这一过程中，定位杆24端头与V型定位槽22另一侧的光滑面槽壁接触，由此使旋转套16在复位过程中继续旋转，从而使下坡面凸台20与上坡面凸台23回复至原始起点位置，再次打压后，即可循环工作。

该工具通过定位杆24与深度不等的定位齿21的配合，可控制上支撑块5和下支撑块6径向伸出的高度，从而可适应不同直径的井眼，定位完成后，即可防止管柱和钻头紧贴井壁，使其端头上扬，从而顺利造斜钻井。

该水平钻井复合造斜导向钻具通过造斜导向装置可准确地控制井眼的井斜角、提高机械钻速和井身质量、缩短钻井周期，进而减少起下钻次数，降低钻井成本，提高钻井效率。解决了现有工具使用不方便，需要进行多次反复操作；且调整的精度存在误差的问题；具有导向准确可靠，操作简单方便的特点；有着积极的推广意义。

实施例2：

该水平钻井复合造斜导向钻具由支撑装置和造斜导向装置构成，支撑装置和造斜导向装置相互螺纹连接，支撑装置由壳体1、套筒2、下芯轴3、上芯轴4、上支撑块5和下支撑块6构成，壳体1内通过推力轴承A7和推力轴承B8安装有上芯轴4，推力轴承A7和推力轴承B8之间的上芯轴4上套装有上弹簧11；推力轴承A7与壳体1固定连接，推力轴承A7与上芯轴4滑动连接，推力轴承B8与壳体1滑动连接；推力轴承B8与上芯轴4固定连接。

上芯轴4对应的壳体1圆周上均布有多个上装配孔，上装配孔内装有上支撑块5，上支撑块5一侧的壳体1圆周上均布有多个下装配孔，下装配孔内装有下支撑块6，上支撑块5和下支撑块6对应的上芯轴4上设置有上凸台12和下凸台13，上凸台12和下凸台13分别呈锥形，上支撑块5和下支撑块6的底部分别为与上凸台12和下凸台13对应的坡面；上支撑块5和下支撑块6通过与上凸台12和下凸台13的配合与上芯轴4滑动连接；上芯轴4端头螺纹安装有节流套14，节流套14与推力轴承B8接触连接。

上芯轴4一侧的壳体1内通过推力轴承C9和推力轴承D10安装有下芯轴3，下芯轴3与上芯轴4之间螺纹连接；推力轴承C9和推力轴承D10之间的下芯轴3上装有上限位套17；上限位套17、推力轴承C9和推力轴承D10分别与壳体1固定连接，上限位套17、推力轴承C9和推力轴承D10分别与下芯轴3滑动连接，

推力轴承C9一侧的下芯轴3上固装有旋转套16，旋转套16一侧的下芯轴3上装有下限位套15；下限位套15一端的端面上设置有3个下坡面凸台20。上限位套17一端的圆周端面上设置有3个V型定位槽22，各V型定位槽22一侧的槽壁上分别呈阶梯状设置有多个定位齿21；各V型定位槽22另一侧的槽壁为光滑面。

旋转套16一端的端面上设置有与下坡面凸台20对应的3个上坡面凸台23，旋转套16另一端的端面上设置有与V型定位槽22对应的定位杆24；定位杆24端头呈锥形。上限位套17与旋转套16之间通过定位齿21和定位杆24的配合相互间歇活动卡接。下限位套15与壳体1固定连接，下限位套15与下芯轴3滑动连接，旋转套16与壳体1滑动连接。下芯轴3端头的壳体1内固装有套筒2，套筒2的一端安装有梭型头18，下芯轴3与套筒2滑动连接。梭型头18头尾端设置成不同大小的截面，与引流体一起发生作用，当引流体与梭型头18处在不同的距离时，流过引流体的流量大小不同。

造斜导向装置由上壳体25、下壳体26、调整套27、装配套30和中间轴管28构成，中间轴管28的一端螺纹安装有下壳体26，中间轴管28的另一端端头设置有球形凸起35，上壳体25的一端螺纹安装有装配套30，以方便与中间轴管28的装配；上壳体25和装配套30的内壁上设置有与球形凸起35对应的球形凹，上壳体25和装配套30通过球形凹与球形凸起35的配合滑动密封安装在中间轴管28上，装配套30和下壳体26之间的中间轴管上设置有调整套27，调整套27分别与装配套30和下壳体26接触连接。

调整套30一端端面圆周上设置有环状的调整凸起32，与调整凸起32对应的装配套30圆周上设置有环状的调整槽，调整槽的底部和调整凸起32的顶部分别呈斜形坡面设置。调整套27与装配套30之间通过调整凸起32与调整槽的配合滑动接触连接。

该水平钻井复合造斜导向钻具工作时，首先在地面调整好造斜角度；具体为：首先旋松下壳体26与中间轴管28的连接螺纹，使得调整凸起32与调整槽出现松动即可；旋转调整套27，使调整套27的斜形坡面设置的调整凸起32在调整槽的坡面由低向高滑行，从而挤压上壳体25和装配套30相对中间轴管28以球形凸起35为轴心转动至设计角度，然后旋紧下壳体26使其抵紧调整套27，以固定住所调整的斜度；斜度的调整既告完成。

上述调整完成与管柱连接后，即可整体入井，入井工作时，在泵压作用下洗井液通过节流套14推动上芯轴4和下芯轴3整体下行，这一过程中，由于上芯轴4上的上凸台12和下凸台13与上支撑块5和下支撑块6接触连接，且上凸台12和下凸台13分别呈锥形，上支撑块5和下支撑块6的底部分别为与上凸台12和下凸台13对应的坡面；上芯轴4下行过程中通过上凸台12和下凸台13逐步将上支撑块5和下支撑块6径向顶出壳体1并与井壁接触，这一过程中，通过旋转套16上的定位杆24与上限位套17上不同深度的定位齿21的配合，可控制上支撑块5和下支撑块6径向的伸出度，具体为：

上芯轴4和下芯轴3整体下行过程中，下限位套15上的下坡面凸台20与旋转套16上的上坡面凸台23接触，在压力的作用下，下坡面凸台20与上坡面凸台23之间由最高点向下滑行，这一过程中，旋转套16带动下芯轴3转动，泵压停止后，在上弹簧11和下弹簧19的作用下，上芯轴4和下芯轴3整体复位，由此使旋转套16上的定位杆24插入至V型定位槽22其中一个的定位齿21内。由于泵压不同，下限位套15上的下坡面凸台20与旋转套16上的上坡面凸台23接触压力不同，从而两者之间由最高点向下滑行的行程不同，即上芯轴4和下芯轴3整体转动的角度不同，上芯轴4和下芯轴3整体复位时，致使旋转套16上的定位杆24可插入至不同的V型定位槽22中，由此可控制支撑块径向向外延伸的高度，实现相对井壁的固定。

当泵压继续加大，下坡面凸台20与上坡面凸台23之间由最高点向下滑行至最低点时，泵压停止后，在上弹簧11的作用下，上芯轴4和下芯轴3整体复位，这一过程中，定位杆24端头与V型定位槽22另一侧的光滑面槽壁接触，由此使旋转套16在复位过程中继续旋转，从而使下坡面凸台20与上坡面凸台23回复至原始起点位置，再次打压后，即可循环工作。

该工具通过定位杆24与深度不等的定位齿21的配合，可控制上支撑块5和下支撑块6径向伸出的高度，从而可适应不同直径的井眼，定位完成后，即可防止管柱和钻头紧贴井壁，使其端头上扬，从而顺利造斜钻井。

该水平钻井复合造斜导向钻具通过造斜导向装置可准确地控制井眼的井斜角、提高机械钻速和井身质量、缩短钻井周期，进而减少起下钻次数，降低钻井成本，提高钻井效率。解决了现有工具使用不方便，需要进行多次反复操作；且调整的精度存在误差的问题；具有导向准确可靠，操作简单方便的特点；有着积极的推广意义。

实施例3：

该水平钻井复合造斜导向钻具由支撑装置和造斜导向装置构成，支撑装置和造斜导向装置相互螺纹连接，支撑装置由壳体1、套筒2、下芯轴3、上芯轴4、上支撑块5和下支撑块6构成，壳体1内通过推力轴承A7和推力轴承B8安装有上芯轴4，推力轴承A7和推力轴承B8之间的上芯轴4上套装有上弹簧11；推力轴承A7与壳体1固定连接，推力轴承A7与上芯轴4滑动连接，推力轴承B8与壳体1滑动连接；推力轴承B8与上芯轴4固定连接。

上芯轴4对应的壳体1圆周上均布有多个上装配孔，上装配孔内装有上支撑块5，上支撑块5一侧的壳体1圆周上均布有多个下装配孔，下装配孔内装有下支撑块6，上支撑块5和下支撑块6对应的上芯轴4上设置有上凸台12和下凸台13，上凸台12和下凸台13分别呈锥形，上支撑块5和下支撑块6的底部分别为与上凸台12和下凸台13对应的坡面；上支撑块5和下支撑块6通过与上凸台12和下凸台13的配合与上芯轴4滑动连接；上芯轴4端头螺纹安装有节流套14，节流套14与推力轴承B8接触连接。

上芯轴4一侧的壳体1内通过推力轴承C9和推力轴承D10安装有下芯轴3，下芯轴3与上芯轴4之间螺纹连接；推力轴承C9和推力轴承D10之间的下芯轴3上装有上限位套17；上限位套17、推力轴承C9和推力轴承D10分别与壳体1固定连接，上限位套17、推力轴承C9和推力轴承D10分别与下芯轴3滑动连接，

推力轴承C9一侧的下芯轴3上固装有旋转套16，旋转套16一侧的下芯轴3上装有下限位套15；下限位套15一端的端面上设置有3个下坡面凸台20。上限位套17一端的圆周端面上设置有3个V型定位槽22，各V型定位槽22一侧的槽壁上分别呈阶梯状设置有多个定位齿21；各V型定位槽22另一侧的槽壁为光滑面。

旋转套16一端的端面上设置有与下坡面凸台20对应的3个上坡面凸台23，旋转套16另一端的端面上设置有与V型定位槽22对应的定位杆24；定位杆24端头呈锥形。上限位套17与旋转套16之间通过定位齿21和定位杆24的配合相互间歇活动卡接。下限位套15与壳体1固定连接，下限位套15与下芯轴3滑动连接，旋转套16与壳体1滑动连接。下芯轴3端头的壳体1内固装有套筒2，套筒2的一端安装有梭型头18，下芯轴3与套筒2滑动连接。梭型头18头尾端设置成不同大小的截面，与引流体一起发生作用，当引流体与梭型头18处在不同的距离时，流过引流体的流量大小不同。

造斜导向装置由上壳体25、下壳体26、调整套27、装配套30和中间轴管28构成，中间轴管28的一端螺纹安装有下壳体26，中间轴管28的另一端端头设置有球形凸起35，上壳体25的一端螺纹安装有装配套30，以方便与中间轴管28的装配；上壳体25和装配套30的内壁上设置有与球形凸起35对应的球形凹，上壳体25和装配套30通过球形凹与球形凸起35的配合滑动密封安装在中间轴管28上，装配套30和下壳体26之间的中间轴管上设置有调整套27，调整套27一端端面圆周上设置有环状的凸缘33，凸缘33上均布有调整栓34，调整套27通过调整栓34与装配套30抵触连接。

该水平钻井复合造斜导向钻具工作时，首先在地面调整好造斜角度；具体为：通过对调整栓34旋进的不同，挤压上壳体25和装配套30相对中间轴管28以球形凸起35为轴心转动至设计角度，既告完成斜度的调整。

上述调整完成与管柱连接后，即可整体入井，入井工作时，在泵压作用下洗井液通过节流套14推动上芯轴4和下芯轴3整体下行，这一过程中，由于上芯轴4上的上凸台12和下凸台13与上支撑块5和下支撑块6接触连接，且上凸台12和下凸台13分别呈锥形，上支撑块5和下支撑块6的底部分别为与上凸台12和下凸台13对应的坡面；上芯轴4下行过程中通过上凸台12和下凸台13逐步将上支撑块5和下支撑块6径向顶出壳体1并与井壁接触，这一过程中，通过旋转套16上的定位杆24与上限位套17上不同深度的定位齿21的配合，可控制上支撑块5和下支撑块6径向的伸出度，具体为：

上芯轴4和下芯轴3整体下行过程中，下限位套15上的下坡面凸台20与旋转套16上的上坡面凸台23接触，在压力的作用下，下坡面凸台20与上坡面凸台23之间由最高点向下滑行，这一过程中，旋转套16带动下芯轴3转动，泵压停止后，在上弹簧11和下弹簧19的作用下，上芯轴4和下芯轴3整体复位，由此使旋转套16上的定位杆24插入至V型定位槽22其中一个的定位齿21内。由于泵压不同，下限位套15上的下坡面凸台20与旋转套16上的上坡面凸台23接触压力不同，从而两者之间由最高点向下滑行的行程不同，即上芯轴4和下芯轴3整体转动的角度不同，上芯轴4和下芯轴3整体复位时，致使旋转套16上的定位杆24可插入至不同的V型定位槽22中，由此可控制支撑块径向向外延伸的高度，实现相对井壁的固定。

当泵压继续加大，下坡面凸台20与上坡面凸台23之间由最高点向下滑行至最低点时，泵压停止后，在上弹簧11的作用下，上芯轴4和下芯轴3整体复位，这一过程中，定位杆24端头与V型定位槽22另一侧的光滑面槽壁接触，由此使旋转套16在复位过程中继续旋转，从而使下坡面凸台20与上坡面凸台23回复至原始起点位置，再次打压后，即可循环工作。

该工具通过定位杆24与深度不等的定位齿21的配合，可控制上支撑块5和下支撑块6径向伸出的高度，从而可适应不同直径的井眼，定位完成后，即可防止管柱和钻头紧贴井壁，使其端头上扬，从而顺利造斜钻井。

该水平钻井复合造斜导向钻具通过造斜导向装置可准确地控制井眼的井斜角、提高机械钻速和井身质量、缩短钻井周期，进而减少起下钻次数，降低钻井成本，提高钻井效率。解决了现有工具使用不方便，需要进行多次反复操作；且调整的精度存在误差的问题；具有导向准确可靠，操作简单方便的特点；有着积极的推广意义。

Claims (3)

1.一种水平钻井复合造斜导向钻具，它由支撑装置和造斜导向装置构成，支撑装置和造斜导向装置相互螺纹连接，其特征在于：支撑装置包括壳体（1）、套筒（2）、下芯轴（3）、上芯轴（4）、上支撑块（5）和下支撑块（6），壳体（1）内通过推力轴承A（7）和推力轴承B（8）安装有上芯轴（4），上芯轴（4）一侧的壳体（1）内通过对称设置的推力轴承C（9）和推力轴承D（10）安装有下芯轴（3），下芯轴（3）与上芯轴（4）之间螺纹连接；上芯轴（4）对应的壳体（1）圆周上均布有多个上装配孔，上装配孔内装有上支撑块（5），上支撑块（5）一侧的壳体（1）圆周上均布有多个下装配孔，下装配孔内装有下支撑块（6），上支撑块（5）和下支撑块（6）对应的上芯轴（4）上设置有上凸台（12）和下凸台（13），上凸台（12）和下凸台（13）分别呈锥形，上支撑块（5）和下支撑块（6）的底部分别为与上凸台（12）和下凸台（13）对应的坡面；上支撑块（5）和下支撑块（6）通过与上凸台（12）和下凸台（13）的配合与上芯轴（4）滑动连接；推力轴承C（9）和推力轴承D（10）之间的下芯轴（3）上装有上限位套（17），推力轴承C（9）一侧的下芯轴（3）上固装有旋转套（16），旋转套（16）一侧的下芯轴（3）上装有下限位套（15）；所述的下限位套（15）一端的端面上设置有多个下坡面凸台（20）；所述的上限位套（17）一端的端面上设置有多个V型定位槽（22），各V型定位槽（22）一侧的槽壁上分别呈阶梯状设置有多个定位齿（21）；各V型定位槽（22）另一侧的槽壁为光滑面；上限位套（17）与旋转套（16）相互间歇活动卡接；所述的上限位套（17）、推力轴承C（9）和推力轴承D（10）分别与壳体（1）固定连接，上限位套（17）、推力轴承C（9）和推力轴承D（10）分别与下芯轴（3）滑动连接，所述的下芯轴（3）端头的壳体（1）内通过套筒（2）安装有梭型头（18），下芯轴（3）与套筒（2）滑动连接；所述的推力轴承A（7）和推力轴承B（8）之间的上芯轴（4）上套装有上弹簧（11）；所述的推力轴承A（7）与壳体（1）固定连接，推力轴承A（7）与上芯轴（4）滑动连接，所述的推力轴承B（8）与壳体（1）滑动连接；推力轴承B（8）与上芯轴（4）固定连接；所述的上芯轴（4）端头螺纹安装有节流套（14），节流套（14）与推力轴承B（8）接触连接；旋转套（16）一端的端面上设置有与下坡面凸台（20）对应的上坡面凸台（23），旋转套（16）另一端的端面上设置有与V型定位槽（22）对应的定位杆（24）；

所述的造斜导向装置包括上壳体（25）、下壳体（26）、调整套（27）和中间轴管（28），中间轴管（28）的一端螺纹安装有上壳体（25），中间轴管（28）的另一端螺纹安装有下壳体（26），上壳体（25）和下壳体（26）之间的中间轴管（28）上活动安装有调整套（27），调整套（27）与上壳体（25）和下壳体（26）接触连接；所述的中间轴管（28）两端的外螺纹和与其对应的上壳体（25）和下壳体（26）的内螺纹分别与其中心轴线具有1.5°的夹角；所述的中间轴管（28）两端的外螺纹中间部位分别设置有密封槽（29），密封槽（29）内设置有密封圈；所述的调整套（27）的一端端面圆周上均布有多个调节齿（31），与调节齿（31）对应的上壳体（25）端面圆周上均布有多个调节槽（19），调整套（27）与上壳体（25）之间通过调节齿（31）和调节槽（19）的配合相互嵌合接触连接；所述的调节齿（31）的长度不等，所述的调节槽（19）的深度不等；

该水平钻井复合造斜导向钻具工作步骤为：

1）、首先在地面调整好造斜角度；即：首先旋松上壳体（25）与中间轴管（28）的连接螺纹，使得调整套（27）的调节齿（31）与调节槽（19）脱离即可；

2）、再旋转上壳体（25）到需要的斜度，然后旋紧上壳体（25）与中间轴管（28）的连接螺纹，使调节齿（31）和调节槽（19）相互嵌合，

3）、旋紧下壳体（26）使其抵触调整套（27），斜度的调整既告完成，调节齿（31）每旋转一个调节槽（19）位置，上壳体（25）相对中间轴管（28）斜度可变化1—3°；

4）、上述调整完成与管柱连接后，即可整体入井，入井工作时，在泵压作用下洗井液通过节流套（14）推动上芯轴（4）和下芯轴（3）整体下行，

5）、上芯轴（4）和下芯轴（3）整体下行过程中，下限位套（15）上的下坡面凸台（20）与旋转套（16）上的上坡面凸台（23）接触，在压力的作用下，下坡面凸台（20）与上坡面凸台（23）之间由最高点向下滑行，

6）、滑行过程中，旋转套（16）带动下芯轴（3）转动，泵压停止后，在上弹簧（11）和下弹簧的作用下，上芯轴（4）和下芯轴（3）整体复位，由此使旋转套（16）上的定位杆（24）插入至V型定位槽（22）其中一个的定位齿(21)内；

7）、由于泵压不同，下限位套（15）上的下坡面凸台（20）与旋转套（16）上的上坡面凸台（23）接触压力不同，从而两者之间由最高点向下滑行的行程不同，即上芯轴（4）和下芯轴（3）整体转动的角度不同，上芯轴（4）和下芯轴（3）整体复位时，致使旋转套（16）上的定位杆（24）可插入至不同的V型定位槽（22）中，由此可控制支撑块径向向外延伸的高度，实现相对井壁的固定；

8）、当泵压继续加大，下坡面凸台（20）与上坡面凸台（23）之间由最高点向下滑行至最低点时，泵压停止后，在上弹簧（11）的作用下，上芯轴（4）和下芯轴（3）整体复位，这一过程中，定位杆（24）端头与V型定位槽（22）另一侧的光滑面槽壁接触，由此使旋转套（16）在复位过程中继续旋转，从而使下坡面凸台（20）与上坡面凸台（23）回复至原始起点位置，再次打压后，即可循环工作；通过定位杆（24）与深度不等的定位齿（21）的配合，可控制上支撑块（5）和下支撑块（6）径向伸出的高度，以适应不同直径的井眼，定位完成后，可防止管柱和钻头紧贴井壁，使其端头上扬，从而顺利造斜钻井。

2.一种水平钻井复合造斜导向钻具，它由支撑装置和造斜导向装置构成，支撑装置和造斜导向装置相互螺纹连接，其特征在于：支撑装置包括壳体（1）、套筒（2）、下芯轴（3）、上芯轴（4）、上支撑块（5）和下支撑块（6），壳体（1）内通过推力轴承A（7）和推力轴承B（8）安装有上芯轴（4），上芯轴（4）一侧的壳体（1）内通过对称设置的推力轴承C（9）和推力轴承D（10）安装有下芯轴（3），下芯轴（3）与上芯轴（4）之间螺纹连接；上芯轴（4）对应的壳体（1）圆周上均布有多个上装配孔，上装配孔内装有上支撑块（5），上支撑块（5）一侧的壳体（1）圆周上均布有多个下装配孔，下装配孔内装有下支撑块（6），上支撑块（5）和下支撑块（6）对应的上芯轴（4）上设置有上凸台（12）和下凸台（13），上凸台（12）和下凸台（13）分别呈锥形，上支撑块（5）和下支撑块（6）的底部分别为与上凸台（12）和下凸台（13）对应的坡面；上支撑块（5）和下支撑块（6）通过与上凸台（12）和下凸台（13）的配合与上芯轴（4）滑动连接；推力轴承C（9）和推力轴承D（10）之间的下芯轴（3）上装有上限位套（17），推力轴承C（9）一侧的下芯轴（3）上固装有旋转套（16），旋转套（16）一侧的下芯轴（3）上装有下限位套（15）；所述的下限位套（15）一端的端面上设置有多个下坡面凸台（20）；所述的上限位套（17）一端的端面上设置有多个V型定位槽（22），各V型定位槽（22）一侧的槽壁上分别呈阶梯状设置有多个定位齿（21）；各V型定位槽（22）另一侧的槽壁为光滑面；上限位套（17）与旋转套（16）相互间歇活动卡接；所述的上限位套（17）、推力轴承C（9）和推力轴承D（10）分别与壳体（1）固定连接，上限位套（17）、推力轴承C（9）和推力轴承D（10）分别与下芯轴（3）滑动连接，所述的下芯轴（3）端头的壳体（1）内通过套筒（2）安装有梭型头（18），下芯轴（3）与套筒（2）滑动连接；所述的推力轴承A（7）和推力轴承B（8）之间的上芯轴（4）上套装有上弹簧（11）；所述的推力轴承A（7）与壳体（1）固定连接，推力轴承A（7）与上芯轴（4）滑动连接，所述的推力轴承B（8）与壳体（1）滑动连接；推力轴承B（8）与上芯轴（4）固定连接；所述的上芯轴（4）端头螺纹安装有节流套（14），节流套（14）与推力轴承B（8）接触连接；旋转套（16）一端的端面上设置有与下坡面凸台（20）对应的上坡面凸台（23），旋转套（16）另一端的端面上设置有与V型定位槽（22）对应的定位杆（24）；

所述的造斜导向装置包括上壳体（25）、装配套（30）、下壳体（26）、调整套（27）和中间轴管（28），中间轴管（28）的一端螺纹安装有下壳体（26），中间轴管（28）的另一端端头设置有球形凸起（35），上壳体（25）的一端螺纹安装有装配套（30），上壳体（25）和装配套（30）的内壁上设置有与球形凸起（35）对应的球形凹，上壳体（25）和装配套（30）通过球形凹与球形凸起（35）的配合滑动密封安装在中间轴管（28）上，装配套（30）和下壳体（26）之间的中间轴管（28）上设置有调整套（27），调整套（27）分别与装配套（30）和下壳体（26）接触连接；调整套（27）一端端面圆周上设置有环状的调整凸起（32），与调整凸起（32）对应的装配套（30）圆周上设置有环状的调整槽，调整槽的底部和调整凸起（32）的顶部分别呈斜形坡面设置，调整套（27）与装配套（30）之间通过调整凸起（32）与调整槽的配合滑动接触连接；

该水平钻井复合造斜导向钻具工作步骤为：

1）、首先在地面调整好造斜角度；具体为：首先旋松下壳体（26）与中间轴管（28）的连接螺纹，使得调整凸起（32）与调整槽出现松动即可；

2）、旋转调整套（27），使调整套（27）的斜形坡面设置的调整凸起（32）在调整槽的坡面由低向高滑行，从而挤压上壳体（25）和装配套（30）相对中间轴管（28）以球形凸起（35）为轴心转动至设计角度，然后旋紧下壳体（26）使其抵紧调整套（27），以固定住所调整的斜度；斜度的调整既告完成；

3）、上述调整完成与管柱连接后，即可整体入井，入井工作时，在泵压作用下洗井液通过节流套（14）推动上芯轴（4）和下芯轴（3）整体下行，

4）、上芯轴（4）和下芯轴（3）整体下行过程中，下限位套（15）上的下坡面凸台（20）与旋转套（16）上的上坡面凸台（23）接触，在压力的作用下，下坡面凸台（20）与上坡面凸台（23）之间由最高点向下滑行，

5）、向下滑行过程中，旋转套（16）带动下芯轴（3）转动，泵压停止后，在上弹簧（11）和下弹簧的作用下，上芯轴（4）和下芯轴（3）整体复位，由此使旋转套（16）上的定位杆（24）插入至V型定位槽（22）其中一个的定位齿（21）内；

6）、由于泵压不同，下限位套（15）上的下坡面凸台（20）与旋转套（16）上的上坡面凸台（23）接触压力不同，从而两者之间由最高点向下滑行的行程不同，即上芯轴（4）和下芯轴（3）整体转动的角度不同，上芯轴（4）和下芯轴（3）整体复位时，致使旋转套（16）上的定位杆（24）可插入至不同的V型定位槽（22）中，由此可控制支撑块径向向外延伸的高度，实现相对井壁的固定；

7）、当泵压继续加大，下坡面凸台（20）与上坡面凸台（23）之间由最高点向下滑行至最低点时，泵压停止后，在上弹簧（11）的作用下，上芯轴（4）和下芯轴（3）整体复位，这一过程中，定位杆（24）端头与V型定位槽（22）另一侧的光滑面槽壁接触，由此使旋转套（16）在复位过程中继续旋转，从而使下坡面凸台（20）与上坡面凸台（23）回复至原始起点位置，再次打压后，即可循环工作；

8）、通过定位杆（24）与深度不等的定位齿（21）的配合，可控制上支撑块（5）和下支撑块（6）径向伸出的高度，从而可适应不同直径的井眼，定位完成后，即可防止管柱和钻头紧贴井壁，使其端头上扬，从而顺利造斜钻井。

3.一种水平钻井复合造斜导向钻具，它由支撑装置和造斜导向装置构成，支撑装置和造斜导向装置相互螺纹连接，其特征在于：支撑装置包括壳体（1）、套筒（2）、下芯轴（3）、上芯轴（4）、上支撑块（5）和下支撑块（6），壳体（1）内通过推力轴承A（7）和推力轴承B（8）安装有上芯轴（4），上芯轴（4）一侧的壳体（1）内通过对称设置的推力轴承C（9）和推力轴承D（10）安装有下芯轴（3），下芯轴（3）与上芯轴（4）之间螺纹连接；上芯轴（4）对应的壳体（1）圆周上均布有多个上装配孔，上装配孔内装有上支撑块（5），上支撑块（5）一侧的壳体（1）圆周上均布有多个下装配孔，下装配孔内装有下支撑块（6），上支撑块（5）和下支撑块（6）对应的上芯轴（4）上设置有上凸台（12）和下凸台（13），上凸台（12）和下凸台（13）分别呈锥形，上支撑块（5）和下支撑块（6）的底部分别为与上凸台（12）和下凸台（13）对应的坡面；上支撑块（5）和下支撑块（6）通过与上凸台（12）和下凸台（13）的配合与上芯轴（4）滑动连接；推力轴承C（9）和推力轴承D（10）之间的下芯轴（3）上装有上限位套（17），推力轴承C（9）一侧的下芯轴（3）上固装有旋转套（16），旋转套（16）一侧的下芯轴（3）上装有下限位套（15）；所述的下限位套（15）一端的端面上设置有多个下坡面凸台（20）；所述的上限位套（17）一端的端面上设置有多个V型定位槽（22），各V型定位槽（22）一侧的槽壁上分别呈阶梯状设置有多个定位齿（21）；各V型定位槽（22）另一侧的槽壁为光滑面；上限位套（17）与旋转套（16）相互间歇活动卡接；所述的上限位套（17）、推力轴承C（9）和推力轴承D（10）分别与壳体（1）固定连接，上限位套（17）、推力轴承C（9）和推力轴承D（10）分别与下芯轴（3）滑动连接，所述的下芯轴（3）端头的壳体（1）内通过套筒（2）安装有梭型头（18），下芯轴（3）与套筒（2）滑动连接；所述的推力轴承A（7）和推力轴承B（8）之间的上芯轴（4）上套装有上弹簧（11）；所述的推力轴承A（7）与壳体（1）固定连接，推力轴承A（7）与上芯轴（4）滑动连接，所述的推力轴承B（8）与壳体（1）滑动连接；推力轴承B（8）与上芯轴（4）固定连接；所述的上芯轴（4）端头螺纹安装有节流套（14），节流套（14）与推力轴承B（8）接触连接；旋转套（16）一端的端面上设置有与下坡面凸台（20）对应的上坡面凸台（23），旋转套（16）另一端的端面上设置有与V型定位槽（22）对应的定位杆（24）；

所述的造斜导向装置包括上壳体（25）、装配套（30）、下壳体（26）、调整套（27）和中间轴管（28），中间轴管（28）的一端螺纹安装有下壳体（26），中间轴管（28）的另一端设置有球形凸起（35），上壳体（25）的一端螺纹安装有装配套（30），上壳体（25）和装配套（30）的内壁上设置有与球形凸起（35）对应的球形凹，上壳体（25）和装配套（30）通过球形凹与球形凸起（35）的配合滑动密封安装在中间轴管（28）上，装配套（30）和下壳体（26）之间的中间轴管（28）上设置有调整套（27），调整套（27）一端端面圆周上设置有环状的凸缘（33），凸缘（33）上均布有调整栓（34），调整套（27）通过调整栓（34）与装配套（30）抵触连接；

该水平钻井复合造斜导向钻具工作步骤为：

1）、首先在地面调整好造斜角度；具体为：通过对调整栓（34）旋进的不同，挤压上壳体（25）和装配套（30）相对中间轴管（28）以球形凸起（35）为轴心转动至设计角度，既告完成斜度的调整；

2）、上述调整完成与管柱连接后，即可整体入井，入井工作时，在泵压作用下洗井液通过节流套（14）推动上芯轴（4）和下芯轴（3）整体下行，

3）、上芯轴（4）和下芯轴（3）整体下行过程中，下限位套（15）上的下坡面凸台（20）与旋转套（16）上的上坡面凸台（23）接触，在压力的作用下，下坡面凸台（20）与上坡面凸台（23）之间由最高点向下滑行，

4）、向下滑行过程中，旋转套（16）带动下芯轴（3）转动，泵压停止后，在上弹簧（11）和下弹簧的作用下，上芯轴（4）和下芯轴（3）整体复位，由此使旋转套（16）上的定位杆（24）插入至V型定位槽（22）其中一个的定位齿（21）内；

5）、由于泵压不同，下限位套（15）上的下坡面凸台（20）与旋转套（16）上的上坡面凸台（23）接触压力不同，从而两者之间由最高点向下滑行的行程不同，即上芯轴（4）和下芯轴（3）整体转动的角度不同，上芯轴（4）和下芯轴（3）整体复位时，致使旋转套（16）上的定位杆（24）可插入至不同的V型定位槽（22）中，由此可控制支撑块径向向外延伸的高度，实现相对井壁的固定；

6）、当泵压继续加大，下坡面凸台（20）与上坡面凸台（23）之间由最高点向下滑行至最低点时，泵压停止后，在上弹簧（11）的作用下，上芯轴（4）和下芯轴（3）整体复位，这一过程中，定位杆（24）端头与V型定位槽（22）另一侧的光滑面槽壁接触，由此使旋转套（16）在复位过程中继续旋转，从而使下坡面凸台（20）与上坡面凸台（23）回复至原始起点位置，再次打压后，即可循环工作；

7）、通过定位杆（24）与深度不等的定位齿（21）的配合，可控制上支撑块（5）和下支撑块（6）径向伸出的高度，从而可适应不同直径的井眼，定位完成后，即可防止管柱和钻头紧贴井壁，使其端头上扬，从而顺利造斜钻井。