CN112145081A - 一种无级可调液压型指向式井眼轨迹控制工具及控制方法 - Google Patents

一种无级可调液压型指向式井眼轨迹控制工具及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种无级可调液压型指向式井眼轨迹控制工具及控制方法，属于石油钻采技术领域。该工具由装配节、上接头、导向套筒和偏转调节机构构成，装配节的一端螺纹安装有上接头，装配节的另一端通过导向套筒安装有钻头；导向套筒内的装配节圆周上呈120度均布有偏转调节机构。该工具结构简单，通过推靠垫块能能推动钻头偏转；能无级调节各推靠垫块对导向套筒的作用力，而调节钻头的偏转角度，且能实现大角度偏转；同时不易因密封失效而失去可靠性；解决了现有工具不能实现大角度偏转，或可靠性角度，或不易调节偏转角度的问题。

Description

一种无级可调液压型指向式井眼轨迹控制工具及控制方法
技术领域
本发明涉及一种无级可调液压型指向式井眼轨迹控制工具及控制方法，属于石油钻采技术领域。
背景技术
在石油钻井工程中，对一些受地理位置限制或开发后期的油田，通常需要开发超深井、高难度定向井、大位移井和长距离水平井，以获取地层深处的油气，为了让钻头能到达特定位置，需要对钻头的旋进方向进行导向。现有的指向式井眼轨迹控制工具主要有：传统的机械式井眼轨迹控制工具、威德福公司的Revolution以及斯伦贝谢公司的PowerDrive Archer。传统的机械式井眼控制工具原理主要是通过内外偏心环获得的偏心力实现工具的导向，该类工具结构较为复杂，且由于结构原因其偏心量有限，不能实现大角度偏转；威德福公司的Revolution工作原理是通过工具内部的液压系统将某几列柱塞顶出，以柱塞与外壳推靠产生的反向推力为导向力完成偏转导向，该工具液压系统采用的介质为液压油，需通过毛毡、密封圈等密封结构进行严格密封，而在井下复杂环境下密封结构容易失效，密封失效后不仅液压油易泄漏，且工具将失去可靠性；斯伦贝谢的Power Drive Archer内部的液压系统则采用高压钻井液为介质，在高压钻井液的作用下将推块顶出，使推块与导向套推靠，从而进行偏转而完成导向，但推块内外侧钻井液压差不可调，即偏转角度相对固定不易调节，因此有必要研发一直导向工具，以克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的是：提供一种结构简单，能实现大角度偏转，可靠性较高，且易调节偏转角度，以解决现有技术不能实现大角度偏转，或可靠性角度，或不易调节偏转角度问题的无级可调液压型指向式井眼轨迹控制工具及控制方法。
本发明的技术方案是：
一种无级可调液压型指向式井眼轨迹控制工具，它由装配节、上接头、导向套筒和偏转调节机构构成，其特征在于：装配节的一端螺纹安装有上接头，装配节的另一端通过万向节套装有导向套筒，导向套筒上装有钻头；导向套筒内的装配节圆周上呈120度均布有偏转调节机构。
所述的偏转调节机构由左压块、右压块、调控电机和阀芯构成，左压块上通过定位销安装有右压块，左压块和右压块之间嵌装有调控电机，调控电机的输出轴上通过电机编码器安装有阀芯轴，阀芯轴上固装有阀芯，阀芯分别与左压块和右压块滑动密封连接；阀芯一侧的右压块上设置有液压腔；所述的右压块的两端分别通过紧固螺钉与装配节固定连接
所述的液压腔上通过销轴活动安装有推靠垫块，推靠垫块与导向套筒抵靠连接。
所述的推靠垫块上设置有泄流孔。
所述的装配节、左压块和右压块上分别设置有流通孔，流通孔与装配节的中心孔连通；右压块上的流通孔通过阀芯与装配节和左压块上的流通孔间歇连通。
所述的调控电机上方的装配节上安装有控制器，控制器与调控电机电连接。
本发明的有益效果在于：
该无级可调液压型指向式井眼轨迹控制工具结构简单，通过推靠垫块能推动导向套筒偏转，而能推动钻头偏转；通过调控电机能无级调节阀芯的开度，而能无级调节液压腔内钻进液的压力，从而能无级调节各推靠垫块对导向套筒的作用力，而调节钻头的偏转角度，且能实现大角度偏转；同时不需要采用液压油，从而不易因密封失效而失去可靠性；解决了现有工具不能实现大角度偏转，或可靠性角度，或不易调节偏转角度的问题。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1中A处的放大示意图；
图3是图1中B-B向的结构示意图；
图4是本发明偏转调节机构的结构示意图；
图5是图4的轴测示意图。
图中：1、装配节，2、上接头，3、导向套筒，4、钻头，5、左压块，6、右压块，7、调控电机，8、阀芯，9、推靠垫块，10、定位销，11、电机编码器，12、阀芯轴，13、液压腔，14、流通孔，15、泄流孔，16、控制器，17、万向节。
具体实施方式
该无级可调液压型指向式井眼轨迹控制工具由装配节1、上接头2、导向套筒3和偏转调节机构构成，装配节1的一端螺纹安装有上接头2，装配节1的另一端安装有万向节17，万向节17上安装有导向套筒3，导向套筒3与装配节1端头套装连接，导向套筒3上装有钻头4，上接头2与钻柱连接，以在工作时钻柱依次通过上接头2、装配节1、万向节17和导向套筒3带动钻头4转动，从而进行钻井；导向套筒3内的装配节1圆周上呈120度均布有偏转调节机构，偏转调节机构由左压块5、右压块6、调控电机7、阀芯8和推靠垫块9构成，左压块5上通过定位销10安装有右压块6，右压块6的两端分别通过紧固螺钉与装配节1固定连接；定位销10的作用是将左压块5与右压块6位置相对固定，由此便于偏转机构与装配节1的装配；左压块5和右压块6之间嵌装有调控电机7，调控电机7为伺服电机，能在工作时精确控制调控电机7的转动角度；调控电机7上方的装配节1上安装有控制器16（市售），控制器16与调控电机7电连接，控制器16的作用是在调控电机7工作时，对调控电机7按照设定的程序进行控制，进而使调控电机7转动程序设定的角度；调控电机7的输出轴上安装有电机编码器11（RLS RE36型磁旋转编码器），电机编码器11与调控电机7电连接，电机编码器11的作用是采集调控电机7转动时调控电机7的转动角度、转动速度和转动力矩信息，而对调控电机7的工作状态进行监控，并进行反馈调节；电机编码器11上安装有阀芯轴12，阀芯轴12上固装有阀芯8，阀芯8上设置有流道孔，阀芯8旋转时，流道孔以阀芯8的中心轴线为轴心进行旋转；阀芯8分别与左压块5和右压块6滑动密封连接；装配节1、左压块5和右压块6上分别设置有流通孔14，装配节1和左压块5的流通孔14与装配节1的中心孔连通，并与阀芯8的流道孔间歇连通；右压块6上的流通孔14通过阀芯8与装配节1和左压块5上的流通孔间歇连通；阀芯8的作用是在进行偏转角度调节过程中，通过调节阀芯8的转动角度，而调节阀芯8流道孔相对于流通孔14的开度，而调节由装配节1中心孔通过装配节1和左压块5的流通孔14流入右压块6的流通孔14内的钻井液压力；阀芯8一侧的右压块6上设置有液压腔13，液压腔13上通过销轴活动安装有推靠垫块9，液压腔13的作用是使钻井液在液压腔13中富集，而增加作用于推靠垫块9的钻井液的面积，便于推动推靠垫块9以销轴为轴心进行旋转；推靠垫块9上设置有泄流孔15，泄流孔15的作用是对液压腔13内的钻进液进行泄放，使液压腔13内的钻井液压力能随着阀芯8流道孔的开度变化而变化，即阀芯8流道孔开度增大时，液压腔13内的钻井液压力随之增大，阀芯8流道孔开度减小时，液压腔13内的钻井液压力随之减小，从而使液压腔13内不会因憋压而导致推靠垫块9不能复位；推靠垫块9与导向套筒3抵靠连接，推靠垫块9在以销轴为轴心转动过程中，推靠垫块9端头推动导向套筒3以万向节17为轴心进行偏转，而使导向套筒3在偏转过程中带动钻头4进行偏转，带动钻头4进行偏转的过程中，仅需要在推靠垫块9的内侧和外侧形成一个压差，即能推动推靠垫块9进行偏转，由此不需要进行严格的密封，不易因密封失效而失去可靠性，同时推靠垫块9带动导向套筒3能以万向节17为轴心进行大角度偏转，而能保证钻头4的偏转角度；通过调节阀芯8的转动角度，能无级调节液压腔13内的压力，而能无级调节对推靠垫块9压力，从而无级调节推靠垫块9对导向套筒3的推力，进而调节钻头4的偏转角度。
该无级可调液压型指向式井眼轨迹控制工具工作时，通过钻柱向上接头2中通入钻井液，钻井液通过上接头2进入装配节1的中心孔中，进入装配节1中心孔中的钻井液进入装配节1的各流通孔14中，进入装配节1的各流通孔14中的钻进液进入左压块5的流通孔14中；钻进液进入左压块5的流通孔14中后，根据设计的工具面角度和井斜角，通过地面上的控制PC机编辑控制指令；控制PC机的控制指令编辑完成后，地面上的控制PC机与各偏转调节机构的控制器16进行通讯，地面上的控制PC机向各控制器16发送控制指令，各控制器16收到控制PC机的控制指令后，各控制器16根据预设的控制程序，控制对应的调控电机7转动，使对应的调控电机7转动控制程序设定的角度；在各调控电机7转动过程中，各调控电机7的输出轴带动对应的电机编码器11转动，使电机编码器11在转动过程中带动对应的阀芯轴12转动；各电机编码器11转动过程中，各电机编码器11对对应的调控电机7的转矩、转速和转动角度进行采集，各电机编码器11根据采集的转矩、转速和转动角度对对应的调控电机7进行反馈调节，使对应的调控电机7的转动角度、转速和转矩符合控制器16的控制程序；各阀芯轴12转动过程中，各阀芯轴12带动对应的阀芯8以阀芯轴12为轴心进行旋转；各阀芯8在旋转过程中，各阀芯8带动对应的阀芯8的流道孔转动对应的角度，从而使对应的阀芯8的流道孔以对应的开度打开；各阀芯8的流道孔打开后，各阀芯8的流道孔将对应的左压块5的流通孔14与对应的右压块6的流通孔14连通，钻井液通过各阀芯8的流道孔进入对应的右压块6的流通孔14中；钻井液进入各右压块6的流通孔14中后，钻井液进入对应的液压腔13中，在各液压腔13内的钻井液的作用下，各推靠垫块9内侧与推靠垫块9外侧的钻井液压力形成对应的压差；各推靠垫块9在对应的液压腔13中钻井液的作用下以销轴为轴心偏转对应的角度；在各推靠垫块9偏转过程中，各推靠垫块9分别推动导向套筒3以万向节17为轴心进行偏转，在各推靠垫块9的共同作用下，导向套筒3向设定角度进行偏转；导向套筒3以万向节17为轴心偏转时，导向套筒3带动钻头4进行偏转，在钻头4钻井过程中，逐渐将钻进方向进行偏移，而完成井眼轨迹控制。
该无级可调液压型指向式井眼轨迹控制工具结构简单，通过推靠垫块9能推动导向套筒3偏转，而能推动钻头4偏转；通过调控电机7能无级调节阀芯8的开度，而能无级调节液压腔13内钻进液的压力，从而能无级调节各推靠垫块9对导向套筒3的作用力，而调节钻头4的偏转角度，且能实现大角度偏转；同时不需要采用液压油，从而不易因密封失效而失去可靠性；解决了现有工具不能实现大角度偏转，或可靠性角度，或不易调节偏转角度的问题。

Claims (6)

1.一种无级可调液压型指向式井眼轨迹控制工具，它由装配节（1）、上接头（2）、导向套筒（3）和偏转调节机构构成，其特征在于：装配节（1）的一端螺纹安装有上接头（2），装配节（1）的另一端通过万向节（17）套装有导向套筒（3），导向套筒（3）上装有钻头（4）；导向套筒（3）内的装配节（1）圆周上呈120度均布有偏转调节机构。
2.根据权利要求1所述的一种无级可调液压型指向式井眼轨迹控制工具，其特征在于：所述的偏转调节机构由左压块（5）、右压块（6）、调控电机（7）和阀芯（8）构成，左压块（5）上通过定位销（10）安装有右压块（6），左压块（5）和右压块（6）之间嵌装有调控电机（7），调控电机（7）的输出轴上通过电机编码器（11）安装有阀芯轴（12），阀芯轴（12）上固装有阀芯（8），阀芯（8）分别与左压块（5）和右压块（6）滑动密封连接；阀芯（8）一侧的右压块（6）上设置有液压腔（13）；所述的右压块（6）的两端分别通过紧固螺钉与装配节（1）固定连接。
3.根据权利要求2所述的一种无级可调液压型指向式井眼轨迹控制工具，其特征在于：所述的液压腔（13）上通过销轴活动安装有推靠垫块（9），推靠垫块（9）与导向套筒（3）抵靠连接。
4.根据权利要求3所述的一种无级可调液压型指向式井眼轨迹控制工具，其特征在于：所述的推靠垫块（9）上设置有泄流孔（15）。
5.根据权利要求2所述的一种无级可调液压型指向式井眼轨迹控制工具，其特征在于：所述的装配节（1）、左压块（5）和右压块（6）上分别设置有流通孔（14），流通孔（14）与装配节（1）的中心孔连通；右压块（6）上的流通孔（14）通过阀芯（8）与装配节（1）和左压块（5）上的流通孔间歇连通。
6.根据权利要求2所述的一种无级可调液压型指向式井眼轨迹控制工具，其特征在于：所述的调控电机（7）上方的装配节（1）上安装有控制器（16），控制器（16）与调控电机（7）电连接。
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