CN108930515B - 歪头旋转导向工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油、天然气等钻探领域的钻井工具，是一种歪头旋转导向工具。技术问题：现有旋转导向钻井工具结构复杂，内部空腔多，不紧凑。技术方案：旋转导向工具靠近钻头的一端偏离钻柱轴线，使钻头偏向一侧井壁。技术特征：包括，芯轴，万向节，外筒，基座；基座固定连接钻柱；基座连接万向节，万向节连接芯轴，芯轴固定连接钻头；外筒后端可旋转的套接基座，外筒前端可旋转的套接芯轴；所述歪头旋转导向工具的前端向一侧倾斜。有益效果：前端向一侧倾斜，外筒与井壁横向静止，可导致钻头也向一侧井壁倾斜，从而加大了钻头的单边切削，实现造斜效果；本方案结构紧凑、内部空腔少，有益于降低材料要求，提高工作寿命。

Description

歪头旋转导向工具

技术领域

本发明涉及石油、天然气等钻探领域的钻井工具，是一种歪头旋转导向工具。

背景技术

现有技术中，旋转导向钻井工具主要有推靠式和指向式两种。其中，推靠式旋转导向钻井工具是在工具外周均匀设置三个可伸缩翼肋,三个翼肋可选择的推靠设定方向的井壁，导致钻头偏移，从而加大了钻头的单边切削，实现对钻头钻进方向的控制，达到导向的目的；然而，导向钻井工具的体积尤其是半径大小是受限的，设置三个可伸缩翼肋使其构造复杂，而且内部空腔大，对材料要求高。

指向式旋转导向钻井工具通过一个内置的偏置机构可为钻头提供一个与井眼轴线不一致的倾角，进而产生导向作用。然而，该工具结构复杂，活动部件多，内部空腔大，结构不够紧凑。

发明一种结构简单，内部空腔少，结构紧凑的旋转导向钻井工具，是时之所需。

发明内容

本发明针对的技术问题是：现有旋转导向钻井工具结构复杂，内部空腔多，不紧凑。

本发明采用的技术方案是：使旋转导向工具靠近钻头的一端偏离钻柱轴线，可设定的使钻头偏向一侧井壁，从而加大钻头的单边切削，以实现导向目的。

本发明包括的技术特征有：歪头旋转导向工具，包括，芯轴，万向节，外筒，基座。

基座后端固定连接钻柱，用于将所述歪头旋转导向工具连接在钻柱上；基座前端连接万向节，万向节连接芯轴，芯轴前端固定连接钻头，用于将钻柱旋转产生的扭矩传递到钻头，实现对岩层的切削。万向节在基座与芯轴之间的位置改变了传动轴线方向，实现了基座与芯轴之间的变角度动力传递。

外筒后端可旋转的套接在基座上，外筒前端可旋转的套接在芯轴上；用于包裹所述歪头旋转导向工具内部组件，外筒可通过摩擦以相对井壁横向静止（相对井壁不转动），为芯轴转动提供支承。

其特征在于：所述歪头旋转导向工具的前端向一侧倾斜；导致钻头也向一侧井壁倾斜，从而加大了钻头的单边切削，实现造斜效果。

本申请中，所述前端是指靠近钻头的一端；所述后端，与前端对应，是指靠近钻柱的一端。本申请中，设定一词是指事先设置、确定。

进一步，所述歪头旋转导向工具还包括驱动机构；驱动机构设置于外筒与基座之间，可受控驱动外筒与基座相对转动。在定向钻进过程中，歪头旋转导向工具可能偏离设定的偏置方向，通过驱动外筒与基座相对转动，可维持歪头旋转导向工具始终指向设定的偏置方向。

进一步，所述歪头旋转导向工具还包括锁紧机构，锁紧机构设置于外筒与基座之间，可把基座与外筒锁紧在一起，用于稳斜钻进。

进一步，锁紧机构可以是摩擦型锁紧机构； 摩擦型锁紧机构包括腔体、推力机构、摩擦块、摩擦面；推力机构可在腔体内来回移动，推动摩擦块挤压或脱离摩擦面，用于实现锁紧或解锁状态。

进一步，锁紧机构也可以是卡合型锁紧机构，卡合型锁紧机构包括腔体、推力机构、活动卡舌、卡槽；推力机构可在腔体内来回移动，推动活动卡舌插入或拔出卡槽，用于实现锁紧或解锁状态。

进一步，所述歪头旋转导向工具倾斜的起始位置在外筒内，万向节穿过歪头旋转导向工具倾斜的起始位置，用于为万向节、芯轴的转动提供适当的内部空间。

进一步，所述歪头旋转导向工具前端倾斜的角度在0.5度至1.5度之间。以适合水平井造斜段、水平井阶梯段、特殊地层段造斜要求，这些位置通常每10米最大造斜要求在3度左右。

进一步，外筒筒壁具有一个或者以上空腔，用于设置随钻测井工具。

进一步，空腔的具有开口，开口位于外筒内壁。用于方便设置、安装随钻测井工具。

本发明还提供一种钻具组合，设置有所述歪头旋转导向工具，所述歪头旋转导向工具后端连接钻柱，前端连接钻头。

因为，歪头旋转导向工具接近钻头，而本方案导致钻头偏向钻具的一侧，所以，将本方案名称定义为歪头旋转导向工具，简单、准确、形象。

本发明中，根据本领域的公知技术，在必要的地方设置必要的部件、单元或系统。例如在钻柱上设置电源，提供给锁紧机构、驱动机构使用，或通过导电滑环传递到外筒提供给随钻测井仪器使用；在钻柱上设置控制系统，在必要处设置轴承，在必要处设置密封件；钻井液通过钻柱、基座、芯轴、钻头输送至井底。

本发明获得的有益效果有：1）所述歪头指向式旋转导向工具的前端向一侧倾斜，外筒与井壁横向静止，可导致钻头也向一侧井壁倾斜，从而加大了钻头的单边切削，实现造斜效果； 2）可通过锁紧机构锁紧，外筒随钻柱一同转动，实现稳斜钻进；3）结构紧凑、内部空腔少，有益于降低对材料的要求，提高旋转导向工具的工作寿命。

附图说明

图1 造斜状态时歪头旋转导向工具结构示意图。

图2 芯轴与外筒结构示意图。

图3 驱动机构结构示意图。

图4 锁紧机构所在位置剖面示意图。

图5 摩擦型锁紧机构结构示意图。

图6 卡合型锁紧机构结构示意图。

图中，1芯轴，2基座，3 钻柱，4钻头，5万向节，10外筒，12倾斜的起始位置，14空腔，16开口，20驱动机构，22第一部分，24第二部分，30/40 锁紧机构，32腔体，34推力机构，36摩擦块，38摩擦面，42腔体，44推力机构，46活动卡舌，48卡槽。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

下面结合图1至图6，对本发明的优选实施例作进一步详细说明。

如图1所示，描述了所述歪头旋转导向工具通过钻柱3轴线和所述歪头旋转导向工具轴线的剖面。所述歪头旋转导向工具的前端向一侧倾斜，偏离钻柱3轴线，以造成造斜效果。所述歪头旋转导向工具倾斜的起始位置12在外筒10内，万向节5穿过歪头旋转导向工具倾斜的起始位置12。

基座2后端固定连接钻柱3，用于将所述歪头旋转导向工具连接在钻柱3上；基座2前端连接万向节5，万向节5连接芯轴1，芯轴1前端固定连接钻头4，用于将钻柱3旋转产生的扭矩传递到钻头4，实现对岩层的切削。

外筒10后端可旋转的套接在基座2上，外筒10前端可旋转的套接在芯轴1上；用于包裹所述歪头旋转导向工具内部组件，可通过摩擦相对井壁横向静止相对井壁不转动，为芯轴1转动提供支承。

驱动机构20设置于外筒10与基座2之间，可受控驱动外筒10与基座2相对转动。

锁紧机构30设置于外筒10与基座2之间，可把基座2与外筒10锁紧在一起，外筒10随钻柱3一同转动，用于稳斜钻进。

外筒10筒壁具有一个或者以上空腔14，用于设置随钻测井工具。空腔14的具有开口16，开口16位于外筒10内壁，用于方便设置、安装随钻测井工具。

如图2所示，为图1中A-A剖面；外筒10前端可旋转的套接在芯轴1上,用于支承芯轴1旋转，用于当芯轴1旋转时，外筒10通过摩擦以相对井壁横向静止（相对井壁不转动），为芯轴1转动提供支承。

如图3所示，为图1中B-B剖面；驱动机构20设置于外筒10与基座2之间，可受控驱动外筒10与基座2相对转动。驱动机构20可以是这样的，包括第一部分22和第二部分24，第一部分22例如电机定子固定设置在外筒10内，第二部分24例如电机转子固定套接在基座2上，第一部分22与第二部分24配合转动，驱动外筒10与基座2相对转动。在定向钻进过程中，歪头旋转导向工具可能有偏离设定的偏置方向的趋势，通过驱动外筒10与基座2相对转动，可维持歪头旋转导向工具始终指向设定的偏置方向。

如图4所示，为图1中C-C剖面；锁紧机构30设置于外筒10与基座2之间，可把基座2与外筒10锁紧在一起，外筒10随钻柱3一同转动，用于稳斜钻进。

如图5所示，锁紧机构30可以是摩擦型锁紧机构30； 摩擦型锁紧机构30包括腔体32、推力机构34、摩擦块36、摩擦面38；推力机构34可在腔体32内来回移动，推动与之连接的摩擦块36挤压或脱离摩擦面38，用于实现锁紧或解锁状态。

如图6所示，锁紧机构40也可以是卡合型锁紧机构40，卡合型锁紧机构40包括腔体42、推力机构44、活动卡舌46、卡槽48；推力机构44可在腔体42内来回移动，推动与之连接的活动卡舌46插入或拔出卡槽48，用于实现锁紧或解锁状态。

本发明的工作方式有：1）定向钻进模式，所述歪头旋转导向工具的前端向一侧倾斜，外筒10与井壁横向静止，导致钻头4也向一侧井壁倾斜，从而加大了钻头4的单边切削，实现造斜效果；2）稳斜钻进模式，可通过锁紧机构30锁紧，外筒10随钻柱3一同转动，实现稳斜钻进。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，但可以理解的是，本发明并不局限于所公开的实施方式和构件，相反，旨在涵盖包括在所附的权利要求书的主旨和范围之内的各种改型、特征结合、等效的装置以及等效的构件。此外，出现在附图中的各构件的特征的尺寸并不是限制性的，其中各构件的尺寸可以与描绘在附图中的构件的尺寸不同。因此，本发明用于覆盖对本发明的改型和变形，只要它们均在所附的权利要求书和它们的等效方案的范围之内即可。

Claims (8)

1.一种歪头旋转导向工具，包括：芯轴，万向节，外筒，基座，驱动机构，锁紧机构；

基座后端固定连接钻柱；基座前端连接万向节，万向节连接芯轴，芯轴前端固定连接钻头；

外筒后端可旋转的套接在基座上，外筒前端可旋转的套接在芯轴上；

其特征在于：

所述歪头旋转导向工具的前端向一侧倾斜；

驱动机构设置于外筒与基座之间，可受控驱动外筒与基座相对转动；

锁紧机构设置于外筒与基座之间，可把基座与外筒锁紧在一起。

2.根据权利要求1所述的歪头旋转导向工具，其特征在于：锁紧机构是摩擦型锁紧机构； 摩擦型锁紧机构包括腔体、推力机构、摩擦块、摩擦面；推力机构可在腔体内来回移动，推动摩擦块挤压或脱离摩擦面。

3.根据权利要求1所述的歪头旋转导向工具，其特征在于：锁紧机构是卡合型锁紧机构，卡合型锁紧机构包括腔体、推力机构、活动卡舌、卡槽；推力机构可在腔体内来回移动，推动活动卡舌插入或拔出卡槽。

4.根据权利要求1、2、3任一项所述的歪头旋转导向工具，其特征在于：所述歪头旋转导向工具倾斜的起始位置在外筒内，万向节穿过歪头旋转导向工具倾斜的起始位置。

5.根据权利要求4所述的歪头旋转导向工具，其特征在于：所述歪头旋转导向工具前端倾斜的角度在0 .5度至1 .5度之间。

6.根据权利要求1、2、3、5任一项所述的歪头旋转导向工具，其特征在于：外筒筒壁具有一个或者一个以上空腔。

7.根据权利要求6所述的歪头旋转导向工具，其特征在于：空腔具有开口，开口位于外筒内壁。

8.一种钻具组合，其特征在于：包括如权利要求1-7任一项所述歪头旋转导向工具，所述歪头旋转导向工具后端连接钻柱，前端连接钻头。

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