CN108457595A - 智能导向钻井动力工具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了智能导向钻井动力工具，包括下壳体；所述下壳体的上端套接有上壳体；下壳体下端的套接有用于连接钻头的传动轴；还包括套接在上壳体内部与传动轴连接向其输入扭矩的转子；所述上壳体和下壳体之间设置有离合器，所述离合器实现上壳体和下壳体之间的联动和脱离。在不影响井斜和方位角改变的情况下实现造斜段钻柱可转动，使得井壁和钻柱之间静摩擦变为滑动摩擦，钻压能顺利传递到钻头，解决钻头脱压和钻柱排屑不畅问题，同时通过一定规律的停止、释放钻柱的动作，利用钻柱反向扭矩调整工具面。
Description
技术领域
本发明属于石化钻井设备领域，尤其涉及一种在不影响井斜和方位角改变的情况下使得井壁和钻柱之间静摩擦变为滑动摩擦，能利用钻柱反向扭矩调整工具面的钻井工具。
背景技术
现在石油天然气钻探大量采用大斜度井施工，常规的钻井方式是使用MWD测量工具面的井斜和方位角，这种钻探方式效率较低，而且在造斜段钻柱无法转动，因为钻柱的转动会改变预先设定好的井斜和方位角，由于造斜段钻柱无法转动钻柱外壁和井壁之间处于静摩擦接触状态摩擦力处于最大状态，钻压不能有效传递到钻头，因此会导致钻头不能达到好的岩石钻进效果。进一步由于钻柱无法转动钻头钻进中产生的岩屑不能得到有效疏松并向上排出，因此会导致钻头的负荷增加，钻进效果差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，在不影响井斜和方位角改变的情况下实现造斜段钻柱可转动，使得井壁和钻柱之间静摩擦变为滑动摩擦，钻压能顺利传递到钻头，解决钻头脱压和钻柱排屑不畅问题，同时通过一定规律的停止、释放钻柱的动作，利用钻柱反向扭矩调整工具面。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
智能导向钻井动力工具，包括下壳体；所述下壳体的上端套接有上壳体；下壳体下端的套接有用于连接钻头的传动轴；还包括套接在上壳体内部与传动轴连接向其输入扭矩的转子；所述上壳体和下壳体之间设置有离合器，所述离合器实现上壳体和下壳体之间的联动和脱离。
进一步的，所述离合器为带向离合器，下壳体和传动轴之间设置有扶正器；所述下壳体呈弯折状；所述转子与传动轴之间通过万向节连接；所述传动轴靠近钻头的位置还设置有传感器和处理器。
进一步的，下壳体设置与扶正器配合的通孔，扶正器在通孔内伸缩实现下壳体与井壁的咬合和脱离。
进一步的，所述扶正器包括上伸缩杆、上活动轴杆、伸缩顶圈、下活动轴杆以及固定设置在下壳体和传动轴之间的推动缸；
推动缸推动上伸缩杆上下运动，所述上伸缩杆一端与上活动轴杆一端铰接，上活动轴杆另一端与下活动轴杆一端铰接，所述下活动轴杆另一端与传动轴表面较连接，上活动轴杆与下活动轴杆的铰接处设置有伸缩顶圈。
本发明的有益效果是：
1、上壳体和下壳体之间设置有离合器，所述单向离合器实现上壳体和下壳体之间的联动和脱离，在不影响井斜和方位角改变的情况下实现造斜段钻柱可转动，使得井壁和钻柱之间静摩擦变为滑动摩擦，钻压能顺利传递到钻头，解决钻头脱压和排屑不畅问题。
2、利用钻柱中存贮的反扭矩使上壳体产生反时针旋转，上壳体通过单向离合器带动呈弯折状的下壳体转动，在下壳体旋转动的同时，靠近钻头的位置的传感器和处理器监测到地层方位角的变化，一旦达到控制指令要求的角度是，便令扶正器伸出，顶住井壁，同时单向离合器将切换上壳体和下壳体的运动关系切换为分离，使下壳体停止旋转，实现反向扭矩调整工具面的效果。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为扶正器的结构示意图。
其中，1传动轴、2传感器和处理器、3轴承、4下壳体、5扶正器、5-1上伸缩杆、5-2上活动轴杆、5-3伸缩顶圈、5-4下活动轴杆、6推动缸、7万向节下接头、8万向节、9万向节上接头、10离合器、11推力轴承、12轴承、13上壳体、14转子
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的阐述。
图如1-2所示，智能导向钻井动力工具，包括上壳体13、套接在上壳体13外表面的呈弯折状的下壳体4、套接在下壳体4下端的用于连接钻头的传动轴1、套接在上壳体13内部向传动轴1输入扭矩的转子14；上壳体13与转子14之间设置轴承12；下壳体4与传动轴1之间设置有轴承3。
所述上壳体13与钻柱刚性连接，通过地面的转盘控制转动；所述转子14与传动轴1之间通过万向节8连接；所述上壳体13和下壳体4之间设置有推力轴承11。
钻压依次通过上壳体13、推力轴承11、下壳体4和传动轴1传递给钻头。
钻井的扭矩依次经过转子14、万向节上接头9、万向节8、万向节下接头7、传动轴1最后1带动钻头旋转切削地层，实现钻井功能。
下壳体4和传动轴1之间设置有扶正器5，下壳体4设置与扶正器5配合的通孔，扶正器5在通孔内伸缩实现下壳体4与井壁的咬合和脱离；所述上壳体13和下壳体4之间设置有离合器10，所述离合器10为单向离合器，联动时上壳体13反时针旋转带动下壳体4转动，上壳体13顺时针旋转时下壳体4不随上壳体13转动。同时单向离合器10内部集成了钻柱转动的传感器，可以接收对应的指令控制单向离合器10使得上壳体13和下壳体4之间的联动或者脱离；所述传动轴1靠近钻头的位置还设置有传感器和处理器2监测到地层方位角的变化。
如图2所示，扶正器5包括上伸缩杆5-1、上活动轴杆5-2、伸缩顶圈5-3、下活动轴杆5-4以及固定设置在下壳体4和传动轴1之间的推动缸6；
推动缸6推动上伸缩杆5-1上下运动，所述上伸缩杆5-1一端与上活动轴杆5-2一端铰接，上活动轴杆5-2另一端与下活动轴杆5-4一端铰接，所述下活动轴杆5-4另一端与传动轴1表面较连接，上活动轴杆5-2与下活动轴杆5-4的铰接处设置有伸缩顶圈5-3。
利用该工具进行正常钻进时
钻头的扭矩传递线路为：转子14—万向节上接头9—万向节8—万向节下接头7—传动轴1，传动轴1带动钻头旋转切削地层，钻压传递线路为：上壳体13—推力轴承11—下壳体4—传动轴1。
此时单向离合器10上壳体13和下壳体4控制脱离状态，钻柱转动不影响钻头井斜和方位角改变，钻压能顺利传递到钻头，钻柱(上壳体13)转动将岩屑疏松并向上排出，减少钻头的负荷增加，解决钻头脱压和排屑不畅问题。
当需要调整井斜和方位角，地面转盘停止控制上壳体13停止顺时针旋转，利用钻柱中存贮的反扭矩，反扭矩使上壳体13产生反时针旋转，向单向离合器10中发出指令，单向离合器10接受并解码指令后，向推动缸6发出指令，上伸缩杆5-1收回，伸缩顶圈从通孔中收回下壳体4脱离与井壁的咬合，单向离合器10切换到反时针啮合状态，上壳体13通过单向离合器10带动下壳体4在井下反时针旋转。
在下壳体4反时针旋转的同时，靠近钻头的传感器和处理器2监测到地层方位角的变化，经处理后传递给单向离合器10,单向离合器10对比控制角度的值和传感器和处理器2检测的实际值，控制推动缸6的动作，一旦达到控制指令要求的角度，上伸缩杆5-1伸出控制伸缩顶圈5-3伸出下壳体4上的通孔顶住井壁，同时单向离合器10将上壳体13和下壳体4分离，下壳体4停止旋转，使上壳体13继续的反时针旋转当对下壳体4没有影响，不会继续改变井斜和方位角，此时地面发出的调整井斜和方位角的指令就执行完成了。
启动转盘，转盘带动上壳体13顺时针转动进行正常钻进，转子14输出扭矩经过万向节上接头9—万向节8—万向节下接头7—传动轴1带动钻头旋转，这样就实现了钻头在一个新的角度上钻进的目的。
该工具在不影响井斜和方位角改变的情况下实现了造斜段钻柱可转动，使得井壁和钻柱之间静摩擦变为滑动摩擦，井壁和钻柱之间摩擦变小，钻压能顺利传递到钻头，解决钻头脱压的问题。钻柱(上壳体13)转动将增加岩屑疏松并向上排出，减少钻头的负荷增加，解决排屑不畅问题。同时通过一定规律的停止、释放钻柱的动作，利用钻柱反向扭矩调整工具面。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.智能导向钻井动力工具，包括下壳体(4)；所述下壳体(4)的上端套接有上壳体(13)；下壳体(4)下端的套接有用于连接钻头的传动轴(1)；还包括套接在上壳体(13)内部与传动轴(1)连接向其输入扭矩的转子(14)；
其特征在于：所述上壳体(13)和下壳体(4)之间设置有离合器(10)，所述离合器(10)实现上壳体(13)和下壳体(4)之间的联动和脱离。
2.根据权利要求1所述的智能导向钻井动力工具，其特征在于：所述离合器(10)为带向离合器，下壳体(4)和传动轴(1)之间设置有扶正器(5)；所述下壳体(4)呈弯折状；所述转子(14)与传动轴(1)之间通过万向节(8)连接；所述传动轴(1)靠近钻头的位置还设置有传感器和处理器(2)。
3.根据权利要求1或2所述的智能导向钻井动力工具，其特征在于：下壳体(4)设置与扶正器(5)配合的通孔，扶正器(5)在通孔内伸缩实现下壳体(4)与井壁的咬合和脱离。
4.根据权利要求2所述的智能导向钻井动力工具，其特征在于：所述扶正器(5)包括上伸缩杆(5-1)、上活动轴杆(5-2)、伸缩顶圈(5-3)、下活动轴杆(5-4)以及固定设置在下壳体(4)和传动轴(1)之间的推动缸(6)；
推动缸(6)推动上伸缩杆(5-1)上下运动，所述上伸缩杆(5-1)一端与上活动轴杆(5-2)一端铰接，上活动轴杆(5-2)另一端与下活动轴杆(5-4)一端铰接，所述下活动轴杆(5-4)另一端与传动轴(1)表面较连接，上活动轴杆(5-2)与下活动轴杆(5-4)的铰接处设置有伸缩顶圈(5-3)。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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