CN110029937A - 螺杆驱动的旋转导向钻井工具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺杆驱动的旋转导向钻井工具，主要由固定接头、上外壳、过流挡板、控制件、串联碟簧、中心轴、控制销钉、马达转子安装座、滑动外壳、马达外壳、马达转子、马达定子、万向轴、下外壳、导流轴、外定位套、密封件、调节套筒、内定位套、串轴承、密封圈、导向接头、导向伸缩块、固定座、泄流喷嘴、钻头组成。工具工作时，通过改变钻井液压力，使钻井液流道改变，钻井液在工具内部形成分流，驱动泥浆马达转动，改变导向接头的流道连通状态，控制导向伸缩块动作，完成旋转导向工具的导向动作，实现导向钻进功能。本发明的螺杆驱动的旋转导向钻井工具利用泥浆马达实现导向功能，不需要依靠电机驱动，结构组成更简单，功能更可靠。

Description

螺杆驱动的旋转导向钻井工具

技术领域

本发明涉及一种用于是石油天然气勘探开发领域的新型钻井工具，尤其是可以通过螺杆驱动实现旋转导向功能的旋转导向钻井工具。

背景技术

随着油气资源勘探开发进程的加快，现代油气钻井技术也取得了长足发展，但现代油气开发面临更多的挑战，传统的油气资源不断被开发利用，使得常规赋存条件的油气资源逐渐减少，油气资源开发逐渐向新型油气资源转变。在新型油气资源勘探开发过程中，钻井工程面临着更加复杂的地层环境，导致钻井实际工况条件更加复杂，同时随着工况条件的变化，钻井成本将进一步增加，这对钻井技术装备提出了新的要求。尤其是在定向井、水平井等结构井钻井过程中，如何控制井眼轨迹的前进方向，成为了钻井工程必须解决的技术问题。

为了适应现代化油气资源的开发，也为了适应现代油气井的复杂井身结构，油气钻井技术装备也不断发展完善，其中21世纪以来，逐渐发展成熟的典型产品之一为旋转导向钻井工具。旋转导向工具通过其控制系统控制偏执机构动作，实现在钻井过程的导向钻进，实时修正井眼轨迹，使钻头能够按照设计的井眼轨迹进行钻进。使用旋转导向工具可以实现导向与钻进同步进行，而不需要额外起下钻配套使用其他纠斜工具进行井眼轨迹修正，能够有效减少起下钻次数，从而提高钻井效率，降低钻井成本。因此，旋转导向工具成为现代油气钻井的关键技术装备，进行旋转导向工具的开发也具有重要的研究意义以及广阔的市场前景，不仅能够推动现代钻井技术装备的发展，也可以为钻井实际生产提供技术支持。

发明内容

为了探索解决背景技术中所述的复杂地层钻进，提高井眼轨迹控制精度，降低钻井成本，本发明提供了一种螺杆驱动的旋转导向钻井工具。本发明的螺杆驱动的旋转导向钻井工具工作时，若不需要导向功能，工具内部不产生任何动作，工具相当于加重钻杆，安装到井底钻具组合中；当需要导向钻进时，通过改变钻井液压力，实现导向功能控制，通过钻井液流道改变，使钻井液在工具内部形成分流，驱动泥浆马达转动，改变导向接头的流道连通状态，控制导向伸缩块动作，完成旋转导向工具的导向动作，实现导向钻进功能。

本发明的技术方案为：所述的螺杆驱动的旋转导向钻井工具主要由固定接头、上外壳、过流挡板、控制件、串联碟簧、中心轴、控制销钉、马达转子安装座、滑动外壳、马达外壳、马达转子、马达定子、万向轴、下外壳、导流轴、外定位套、密封件、调节套筒、内定位套、串轴承、密封圈、导向接头、导向伸缩块、固定座、泄流喷嘴、钻头组成；在上外壳后端安装过流挡板，并通过安装固定接头进行锁紧，将串联碟簧安装到中心轴上，然后安装控制件与控制销钉，使控制件、串联碟簧、中心轴和控制销钉共同组成导向控制总成；再将导向控制总成安装到过流挡板上，在中心轴前端安装马达转子安装座，将马达外壳、马达转子和马达定子组装在一起，组成泥浆马达，将马达转子与马达转子安装座连接，然后依次将万向轴和导流轴安装到马达转子前端，再将滑动外壳安装到控制件前端；将外定位套、密封件、调节套筒和内定位套组合好后，安装到导流轴前端，然后安装串轴承，将密封圈安装到下外壳前端内圆周上，再将下外壳安装到上外壳前端；将导向伸缩块、固定座和泄流喷嘴分别安装到导向接头对应位置组成导向模块，再将导向接头安装到下外壳前端，最后在导向接头安装钻头。

所述的螺杆驱动的旋转导向钻井工具在工作时，若不需要导向钻进，钻井液依次通过固定接头、过流挡板、控制件后，从导流轴进入中心流道，然后进入钻头位置，完成正常钻进条件下的钻井液循环；当需要导向钻进时，增大泵压，控制件向前移动，使串联碟簧压缩，控制件和中心轴圆周上的小孔连通，滑动外壳和导流轴圆周上的斜孔也将连通，钻井液进入中心轴内部流道，然后进入泥浆马达，驱动马达转子转动，通过滑动外壳和导流轴圆周上的斜孔流道进入导流轴的中心流道，马达转子将带动导流轴转动，在导流轴前端开设有小孔，当导流轴转动时，导流轴前端小孔依次与导向接头圆周上的小孔连通，钻井液可以进入导向接头，在钻井液压力作用下，推动导向伸缩块伸出，进入导向接头的钻井液从泄流喷嘴流出，进入井眼环空，通过伸出的导向伸缩块推靠井壁，实现导向钻进；当完成导向钻进后，减小泵压，串联碟簧复位，钻井液不再进入泥浆马达，工具形成正常钻进功能。

所述的导向伸缩块和泄流喷嘴均为4件，呈90°均布在导向接头圆周上，可通过调节不同的导向伸缩块的伸出或者组合，实现不同需求的导向钻进功能；所述的过流挡板上开设有扇形孔，控制件后端圆周上均布有12个过流孔，以保证钻井液从固定接头进入后能够顺利向下流动；所述的万向轴可以平衡泥浆马达工作过程中产生的偏心转动，保证导流轴与导向接头能够同轴转动。

本发明的有益效果是：(1)通过改变钻井液压力实现导向钻进控制，利用泥浆马达实现导向功能，不需要依靠电机驱动，简化了旋转导向工具的结构组成，并且功能更可靠；(2)通过设置4组导向伸缩块，可实现大范围的方位角控制，使工具的适用范围更广泛；(3)可以通过改变导向接头结构设计，调节导向伸缩块的伸出量，使旋转导向工具导向造斜能力更强。

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A-A截面图。

图3是本发明图1中的B-B截面图。

图4是过流挡板的结构示意图。

图5是控制件后端圆孔分布图。

图中1.固定接头，2.上外壳，3.过流挡板，4.控制件，5.串联碟簧，6.中心轴，7.控制销钉，8.马达转子安装座，9.滑动外壳，10.马达外壳，11.马达转子，12.马达定子，13.万向轴，14.下外壳，15.导流轴，16.外定位套，17.密封件，18.调节套筒，19.内定位套，20.串轴承，21.密封圈，22.导向接头，23.导向伸缩块，24.固定座，25.泄流喷嘴，26.钻头。

具体实施方式

现在将参考附图来详细描述本发明的示例性实施方式。应当理解，附图中示出和描述的实施方式仅仅是示例性的，意在阐释本发明的原理和精神，而并非限制本发明的范围。

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。

参见附图1，所述的螺杆驱动的旋转导向钻井工具主要由固定接头1、上外壳2、过流挡板3、控制件4、串联碟簧5、中心轴6、控制销钉7、马达转子安装座8、滑动外壳9、马达外壳10、马达转子11、马达定子12、万向轴13、下外壳14、导流轴15、外定位套16、密封件17、调节套筒18、内定位套19、串轴承20、密封圈21、导向接头22、导向伸缩块23、固定座24、泄流喷嘴25、钻头26组成；在上外壳2后端安装过流挡板3，并通过安装固定接头1进行锁紧，将串联碟簧5安装到中心轴6上，然后安装控制件4与控制销钉7，使控制件4、串联碟簧5、中心轴6和控制销钉7共同组成导向控制总成；再将导向控制总成安装到过流挡板3上，在中心轴6前端安装马达转子安装座8，将马达外壳10、马达转子11和马达定子12组装在一起，组成泥浆马达，将马达转子11与马达转子安装座8连接，然后依次将万向轴13和导流轴15安装到马达转子11前端，再将滑动外壳9安装到控制件4前端；将外定位套16、密封件17、调节套筒18和内定位套19组合好后，安装到导流轴15前端，然后安装串轴承20，将密封圈21安装到下外壳14前端内圆周上，再将下外壳14安装到上外壳2前端；将导向伸缩块23、固定座24和泄流喷嘴25分别安装到导向接头22对应位置组成导向模块，再将导向接头22安装到下外壳14前端，最后在导向接头22安装钻头26。

所述的螺杆驱动的旋转导向钻井工具在工作时，若不需要导向钻进，钻井液依次通过固定接头1、过流挡板3、控制件4后，从导流轴15进入中心流道，然后进入钻头位置，完成正常钻进条件下的钻井液循环；当需要导向钻进时，增大泵压，控制件4向前移动，使串联碟簧5压缩，控制件4和中心轴6圆周上的小孔连通，滑动外壳9和导流轴15圆周上的斜孔也将连通，钻井液进入中心轴6内部流道，然后进入泥浆马达，驱动马达转子11转动，通过滑动外壳9和导流轴15圆周上的斜孔流道进入导流轴15的中心流道，马达转子11将带动导流轴15转动，在导流轴15前端开设有小孔，当导流轴15转动时，导流轴15前端小孔依次与导向接头22圆周上的小孔连通，钻井液可以进入导向接头22，在钻井液压力作用下，推动导向伸缩块23伸出，进入导向接头22的钻井液从泄流喷嘴25流出，进入井眼环空，通过伸出的导向伸缩块23推靠井壁，实现导向钻进；当完成导向钻进后，减小泵压，串联碟簧5复位，钻井液不再进入泥浆马达，工具形成正常钻进功能。

所述的导向伸缩块23和泄流喷嘴25均为4件，呈90°均布在导向接头22圆周上，可通过调节不同的导向伸缩块23的伸出或者组合，实现不同需求的导向钻进功能。

所述的过流挡板3上开设有扇形孔，控制件4后端圆周上均布有12个过流孔，以保证钻井液从固定接头1进入后能够顺利向下流动。

所述的万向轴13可以平衡泥浆马达工作过程中产生的偏心转动，保证导流轴15与导向接头22能够同轴转动。

Claims (5)

1.螺杆驱动的旋转导向钻井工具，其特征在于：所述的螺杆驱动的旋转导向钻井工具主要由固定接头(1)、上外壳(2)、过流挡板(3)、控制件(4)、串联碟簧(5)、中心轴(6)、控制销钉(7)、马达转子安装座(8)、滑动外壳(9)、马达外壳(10)、马达转子(11)、马达定子(12)、万向轴(13)、下外壳(14)、导流轴(15)、外定位套(16)、密封件(17)、调节套筒(18)、内定位套(19)、串轴承(20)、密封圈(21)、导向接头(22)、导向伸缩块(23)、固定座(24)、泄流喷嘴(25)、钻头(26)组成；在上外壳(2)后端安装过流挡板(3)，并通过安装固定接头(1)进行锁紧，将串联碟簧(5)安装到中心轴(6)上，然后安装控制件(4)与控制销钉(7)，使控制件(4)、串联碟簧(5)、中心轴(6)和控制销钉(7)共同组成导向控制总成；再将导向控制总成安装到过流挡板(3)上，在中心轴(6)前端安装马达转子安装座(8)，将马达外壳(10)、马达转子(11)和马达定子(12)组装在一起，组成泥浆马达，将马达转子(11)与马达转子安装座(8)连接，然后依次将万向轴(13)和导流轴(15)安装到马达转子(11)前端，再将滑动外壳(9)安装到控制件(4)前端；将外定位套(16)、密封件(17)、调节套筒(18)和内定位套(19)组合好后，安装到导流轴(15)前端，然后安装串轴承(20)，将密封圈(21)安装到下外壳(14)前端内圆周上，再将下外壳(14)安装到上外壳(2)前端；将导向伸缩块(23)、固定座(24)和泄流喷嘴(25)分别安装到导向接头(22)对应位置组成导向模块，再将导向接头(22)安装到下外壳(14)前端，最后在导向接头(22)安装钻头(26)。

2.根据权利要求1所述的螺杆驱动的旋转导向钻井工具，其特征在于：所述的螺杆驱动的旋转导向钻井工具在工作时，若不需要导向钻进，钻井液依次通过固定接头(1)、过流挡板(3)、控制件(4)后，从导流轴(15)进入中心流道，然后进入钻头位置，完成正常钻进条件下的钻井液循环；当需要导向钻进时，增大泵压，控制件(4)向前移动，使串联碟簧(5)压缩，控制件(4)和中心轴(6)圆周上的小孔连通，滑动外壳(9)和导流轴(15)圆周上的斜孔也将连通，钻井液进入中心轴(6)内部流道，然后进入泥浆马达，驱动马达转子(11)转动，通过滑动外壳(9)和导流轴(15)圆周上的斜孔流道进入导流轴(15)的中心流道，马达转子(11)将带动导流轴(15)转动，在导流轴(15)前端开设有小孔，当导流轴(15)转动时，导流轴(15)前端小孔依次与导向接头(22)圆周上的小孔连通，钻井液可以进入导向接头(22)，在钻井液压力作用下，推动导向伸缩块(23)伸出，进入导向接头(22)的钻井液从泄流喷嘴(25)流出，进入井眼环空，通过伸出的导向伸缩块(23)推靠井壁，实现导向钻进；当完成导向钻进后，减小泵压，串联碟簧(5)复位，钻井液不再进入泥浆马达，工具形成正常钻进功能。

3.根据权利要求1所述的螺杆驱动的旋转导向钻井工具，其特征在于：所述的导向伸缩块(23)和泄流喷嘴(25)均为4件，呈90°均布在导向接头(22)圆周上，可通过调节不同的导向伸缩块(23)的伸出或者组合，实现不同需求的导向钻进功能。

4.根据权利要求1所述的螺杆驱动的旋转导向钻井工具，其特征在于：所述的过流挡板(3)上开设有扇形孔，控制件(4)后端圆周上均布有12个过流孔，以保证钻井液从固定接头(1)进入后能够顺利向下流动。

5.根据权利要求1所述的螺杆驱动的旋转导向钻井工具，其特征在于：所述的万向轴(13)可以平衡泥浆马达工作过程中产生的偏心转动，保证导流轴(15)与导向接头(22)能够同轴转动。