CN112647846A - 一种新型旋转导向钻进设备及旋转导向方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种新型旋转导向钻进设备及旋转导向方法，涉及地质钻探设备技术领域，解决了旋转导向工具方式单一、无法满足目前导向钻井需求的技术问题。该新型旋转导向钻进设备，包括圆筒外壳、压力控制系统和导向控制系统，导向控制系统设置在圆筒外壳一端，且与穿设在圆筒外壳内的第一连杆传动连接，以控制第一连杆的运动实现钻头的导向；压力控制系统设置在导向控制系统一端，以控制流过压力控制系统、导向控制系统和圆筒外壳的钻井液压力；第一连杆另一端通过转动组件与圆筒外壳转动连接，且第一连杆末端穿出圆筒外壳后与钻头盒连接。本发明将推靠式与指向式导向技术相结合有效增加造斜角度达到对造斜效率的提升。

Description

一种新型旋转导向钻进设备及旋转导向方法

技术领域

本发明涉及地质钻探设备技术领域，尤其是涉及一种新型旋转导向钻进设备及旋转导向方法。

背景技术

随着人类对能源的需求不断增加，开采生产井逐渐从直井向斜井、水平井、定向井发展。目前，常用的旋转导向工具有推靠式RSS旋转导向工具和指向式RSS旋转导向工具。

推靠式RSS工作原理是利用钻柱内外压差驱动活塞推靠井壁从而在钻头处产生侧向力，推靠井壁力的方向根据井眼轨迹控制部分实时调整，通过调节活塞拍打井壁的次数就相当于实现调节力的大小。推靠式旋转导向造斜率范围广，当钻压较小，地层较软时造斜率较高，但推靠式RSS主要依靠钻头的侧向切削能力，对钻头要求较大，在面对较硬或者较滑的地层情况时导向钻进的效率较低。

指向式RSS通过偏心结构使钻头产生倾角，引导钻压按钻头指向钻进从而实现导向钻进的目标，造斜率稳定，可以较为准确地预测井眼轨迹，井壁光滑井身质量高，降低了钻柱和井壁的摩阻扭矩，需要较大的钻头转角和长保径侧切能力弱的钻头才能有效导向，且偏心机构大多结构复杂需要产生的偏心力较大，在井下易损坏导致寿命低。

无论推靠式还是指向式都有各自的优点与不足，单一方式的结构都无法很好的满足目前导向钻井需求，因此结合两种结构可有效的避免单一结构的缺点，混合式结构成为现行的趋势，国内在这方面的研发起步较晚，还未能研发出能够成功商业化应用的高造斜旋转导向钻井工具。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型旋转导向钻进设备及旋转导向方法，以解决现有技术中存在的旋转导向工具方式单一、无法满足目前导向钻井需求的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的一种新型旋转导向钻进设备，包括圆筒外壳、压力控制系统和导向控制系统，所述导向控制系统设置在所述圆筒外壳一端，且与穿设在所述圆筒外壳内的第一连杆传动连接，以控制所述第一连杆的运动实现钻头的导向；所述压力控制系统设置在所述导向控制系统一端，以控制流过所述压力控制系统、所述导向控制系统和所述圆筒外壳的钻井液压力；所述第一连杆另一端通过转动组件与所述圆筒外壳转动连接，且所述第一连杆末端穿出所述圆筒外壳后与钻头盒连接。

作为本发明的进一步改进，所述导向控制系统包括与所述圆筒外壳连接的导向外壳，所述导向外壳内穿设有通过万向节连接的实心杆和伸缩杆，所述伸缩杆与所述第一连杆之间通过万向节连接，所述实心杆与所述压力控制系统之间通过万向节连接；所述导向外壳上还设置有与所述伸缩杆连接的导向驱动组件，通过所述导向驱动组件能控制所述伸缩杆沿所述导向外壳任一径向往复运动；当所述伸缩杆进行径向移动时，能带动所述第一连杆以与所述圆筒外壳转动连接点为轴进行转动。

作为本发明的进一步改进，所述导向驱动组件包括沿所述导向外壳圆周方向设置的三个凹槽、设置在所述凹槽内的数控设备和液压缸控制单元、盖设在所述凹槽顶部的封盖、开设在所述导向外壳上且对应于三个所述凹槽位置的贯穿开口、活动穿设在所述开口上的移动块、套设在所述伸缩杆外侧且与所述移动块可接触连接的第一轴承；所述移动块上设置有凹腔，所述凹腔的一侧面为楔形面，所述液压缸控制单元的液压杆穿出所述凹槽后延伸到所述凹腔内且与所述楔形面可接触连接，当所述液压杆伸缩时，所述移动块能沿所述导向外壳径向往复移动。

作为本发明的进一步改进，所述液压杆末端设置有滚轮。

作为本发明的进一步改进，所述伸缩杆包括一杆和二杆，所述一杆和所述二杆之间通过十字渐开线式花键结构连接。

作为本发明的进一步改进，所述压力控制系统包括压控接头、压控外壳、压控内管、压控底座、压控块、弹簧和压控中轴，所述压控外壳连接在所述导向外壳上，所述压控接头连接在所述压控外壳端部；所述压控内管通过第二轴承、第三轴承和第四轴承转动连接在所述压控外壳内；所述压控内管一端封闭，所述压控底座设置在所述压控内管内腔底部；所述压控块通过所述压控中轴活动连接在所述压控底座上，能相对于所述压控底座靠近或远离，所述弹簧套接在所述压控中轴外侧且位于所述压控块和所述压控底座之间；所述压控内管上对应于所述第二轴承和所述第三轴承之间位置设置有第一出口，对应于所述第三轴承和所述第四轴承之间位置设置有第二出口；所述压控外壳内沿轴向设置有旁通进路，所述压控外壳内壁上设置有与所述旁通进路连通的第一进口；所述压控外壳上设置有与外部连通的旁通出路，内壁上设置有与所述旁通出路连通的第二进口。

作为本发明的进一步改进，所述转动组件包括设置在所述圆筒外壳端部的球铰接头和设置在所述第一连杆上的球铰部。

作为本发明的进一步改进，所述第一连杆包括依次设置的实心回液杆和空心球铰杆，所述回液杆通过万向节与所述伸缩杆连接；所述球铰杆上沿圆周方向设置多个进液孔；所述球铰部设置在所述球铰杆上。

作为本发明的进一步改进，所述移动块外壁上设置有垫板。

本发明提供的一种利用所述新型旋转导向钻进设备对钻头进行旋转导向的旋转导向方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤100、压力控制：包括稳压注入控制、超压注入控制和负压注入控制；

(1)稳压注入控制：钻井液通过压力控制系统中的压控块对弹簧施压，在压力作用下钻井液推动压控块移动，弹簧进行收缩，当压力到达指定范围后，钻井液从第一出口进入第二轴承与压控内管的第三轴承所围成的环形空间，并由第一进口进入到旁通进路，然后进入后续设备；

(2)超压注入控制：随着钻井液压力增大，压控块不断后移，弹簧不断收缩，当超出压力指定范围时，钻井液从第二出口进入压控内管的第三轴承和第四轴承围成的环形空间，并由第二出口进入到下端的旁路出路从而流出，钻井液排出设备使得设备中钻井液压力的上限始终维持在一个额定值上下；

(3)复压注入控制：当钻井液压力回落至指定范围内后，压控块在弹簧的作用下回移，系统重复(1)稳压注入控制过程；

步骤200、导向控制：

(1)钻头导向控制：伸缩杆根据转向需要向相应的方向移动：在数控设备的控制下液压控制单元的液压杆伸出一定长度，液压杆顶部装有滚轮，滚轮在移动块内部的楔形面上滚动，一个移动块或两个移动块在液压缸控制单元的推力作用下向设备内做平移运动，第一轴承在移动块的推动下带动伸缩杆向设备外移动，伸缩杆的一杆和二杆在平移过程中相互之间分离从而使伸缩杆相应伸长；三个移动块的中的剩下两个移动块或剩下一个移动块在液压杆回缩过程中，并在第一轴承的推动下相应的向设备外侧移动相应的距离；

向设备外运动的移动块在接触井壁后推动整个旋转导向钻进设备在井内发生对中心线的偏移运动，实现整个系统的导向钻进；

伸缩杆发生平移运动后，实心杆的左端和右端分别在两侧的万向节共同约束下发生整体角度偏移运动；

伸缩杆发生平移运动后，回液杆和球铰杆在左端万向节和球铰接头的共同约束下发生整体角度偏移运动；

钻头盒在球铰杆的约束下发生相应角度偏移，在扭矩的作用下带动相应钻头可以实现相应的导向钻进工作；

(2)钻井液导向控制：钻井液在从上端旁通进路出来后依次经过导向外壳、圆筒外壳的内空间后从球铰杆的进液孔进入到球铰杆内部通道，再经过钻头盒内部从相应的钻头喷射到所要钻进切割的岩层。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

本发明提供的新型旋转导向钻进设备，结构合理紧凑、使用方便，通过压控内管旋转的方式带动钻头配合外部垫块推动实现在旋转钻进中导向，达到钻进中稳定导向作用，可实现对工具偏转角度进行控制，根据不同需要在360°平面内可实现三维导向钻进作业，提高造斜效率与钻井中靶率。采用本发明中的旋转导向钻进设备可以有效改善背景技术中的几类问题，并且利用相关随钻测量设备可实现对井下工具实时操控达到随钻随控的目的，将推靠式与指向式导向技术相结合可有效增加造斜角度达到对造斜效率的提升，在钻进速度上也实现大幅增加，应用在工程应用中可有效缩短实际的工程周期、提高油气藏的精准中靶率、降低综合使用成本，打破旋转导向钻井的国外技术垄断制约，省下大量设备、技术租用成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明新型旋转导向钻进设备的立体结构示意图；

图2是本发明新型旋转导向钻进设备的主视图；

图3是本发明新型旋转导向钻进设备的AA向剖面图；

图4是图3中B局部放大图；

图5是图3中C局部放大图；

图6是本发明新型旋转导向钻进设备的左视图；

图7是本发明新型旋转导向钻进设备的右视图；

图8是图3中DD向剖面图；

图9是图3中EE向剖面图；

图10是图3中FF向剖面图；

图11是图3中GG向剖面图；

图12是本发明新型旋转导向钻进设备的造斜原理图；

图13是本发明新型旋转导向钻进设备的导向控制过程图。

图中1、圆筒外壳；2、第一连杆；201、回液杆；202、球铰杆；3、导向外壳；4、钻头盒；5、万向节；6、实心杆；7、伸缩杆；71、一杆；72、二杆；8、凹槽；9、数控设备；10、液压缸控制单元；11、封盖；12、移动块；13、第一轴承；14、滚轮；15、压控接头；16、压控外壳；17、压控内管；18、压控底座；19、压控块；20、弹簧；21、压控中轴；22、第二轴承；23、第三轴承；24、第四轴承；25、第一出口；26、第二出口；27、旁通进路；28、第一进口；29、旁通出路；30、第二进口；31、球铰接头；32、球铰部；33、垫板。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

如图1和图2所示，本发明提供了一种新型旋转导向钻进设备，包括圆筒外壳1、压力控制系统和导向控制系统，压力控制系统用以控制旋转导向钻进设备内的钻井液压力值处于设定范围内，以保持钻井液压力稳定；导向控制系统用以控制与旋转导向钻进设备连接的钻头的导向；具体的，导向控制系统设置在圆筒外壳1一端，且与穿设在圆筒外壳1内的第一连杆2传动连接，以控制第一连杆2的运动实现钻头的导向，更进一步的，导向控制系统连接在圆筒外壳1远离钻头的一端；压力控制系统设置在导向控制系统一端，以控制流过压力控制系统、导向控制系统和圆筒外壳1的钻井液压力，更进一步的，压力控制系统连接在导向控制系统端部，钻井液进入时，首先进入到压力控制系统，然后经压力调节后进入到导向控制系统并最终经钻头喷射到井内；第一连杆2另一端通过转动组件与圆筒外壳1转动连接，且第一连杆2末端穿出圆筒外壳1后与钻头盒4连接。

进一步需要说明的是，第一连杆2通过转动组件与圆筒外壳1转动连接，能使第一连杆2以转动组件为支点进行跷跷板式转动。

如图3和图5所示，作为本发明的一种可选实施方式，导向控制系统包括与圆筒外壳1连接的导向外壳3，导向外壳3内穿设有通过万向节5连接的实心杆6和伸缩杆7，伸缩杆7与第一连杆2之间通过万向节5连接，实心杆6与压力控制系统之间通过万向节5连接；导向外壳3上还设置有与伸缩杆7连接的导向驱动组件，通过导向驱动组件能控制伸缩杆7沿导向外壳3任一径向往复运动，此处需要说明的是，任一径向是指导向外壳3的整个圆周360度内的任一角度的径向方向；当伸缩杆7进行径向移动时，能带动第一连杆2以与圆筒外壳1转动连接点为轴进行转动。从而形成杠杆结构，第一连杆2与圆筒外壳1转动连接点为杠杆支点，位于支点内侧也就是圆筒外壳1内的第一连杆2下降时，位于外侧的第一连杆2升起，从此带动与之连接的钻头盒4的升降转动，从而实现钻头的转动导向。

如图3、图5和图6所示，作为本发明的一种可选实施方式，导向驱动组件包括沿导向外壳3圆周方向设置的三个凹槽8、设置在凹槽8内的数控设备9和液压缸控制单元10、盖设在凹槽8顶部的封盖11、开设在导向外壳3上且对应于三个凹槽8位置的贯穿开口、活动穿设在开口上的移动块12、套设在伸缩杆7外侧且与移动块12可接触连接的第一轴承13；移动块12上设置有凹腔，凹腔的一侧面为楔形面，液压缸控制单元10的液压杆穿出凹槽8后延伸到凹腔内且与楔形面可接触连接，当液压杆伸缩时，移动块12能沿导向外壳3径向往复移动。

具体的，数控设备9可采用现有公知技术，其可用于测量井下工具的倾角、方位角和工具面角，还可以完成与面进行无线传输和指令接收，其与液压缸控制单元10连接可便于地面将指令发送给液压缸控制单元10实现对各液压缸执行器的分别控制，数控设备9与液压缸控制单元10可采用现有公知技术，也可为现有公知技术的整体设备，其能对各个液压缸控制单元10推出液压杆的长度进行分时控制即可。

四个螺栓将封盖11固定在导向外壳3上达到对凹槽9内部空间的密闭作用，可在一定程度上保护数控设备9与液压缸控制单元10。

为了减少液压杆伸缩时抵接在楔形面，减少对楔形面的损坏，液压杆末端设置有滚轮14。

如图7、图11所示，进一步的，伸缩杆7包括一杆71和二杆72，一杆71和二杆72之间通过十字渐开线式花键结构连接，渐开线花键键齿强度高，可以传递较大的扭矩，适合于本发明旋转导向钻井设备内部连接杆的扭矩传输。通过此种方式连接，既保证一杆71和二杆72之间的连接，还能实现二者之间转动时的分离，从而实现两根杆长度的拉伸，能顺利进行伸缩杆7的转动导向。

如图3和图4所示，作为本发明的一种可选实施方式，压力控制系统包括压控接头15、压控外壳16、压控内管17、压控底座18、压控块19、弹簧20和压控中轴21，压控外壳16连接在导向外壳3上，压控接头15连接在压控外壳16端部；压控内管17通过第二轴承22、第三轴承23和第四轴承24转动连接在压控外壳16内；压控内管17一端封闭，压控底座18设置在压控内管17内腔底部；压控块19通过压控中轴21活动连接在压控底座18上，能相对于压控底座18靠近或远离，也就是说压控块19上开设有通孔，该通孔直径大于压控中轴21直径；弹簧20套接在压控中轴21外侧且位于压控块19和压控底座18之间，弹簧20一端与压控底座18连接，另一端与压控块19连接；压控内管17上对应于第二轴承22和第三轴承23之间位置设置有第一出口25，对应于第三轴承23和第四轴承24之间位置设置有第二出口26；压控外壳16内沿轴向设置有旁通进路27，压控外壳16内壁上设置有旁通进路27连通的第一进口28；压控外壳16上设置有与外部连通的旁通出路29，内壁上设置有与旁通出路29连通的第二进口30。

进一步的，转动组件包括设置在圆筒外壳1端部的球铰接头31和设置在第一连杆2上的球铰部32。通过以上结构，使得第一连杆2能绕球铰部32转动。

球铰杆202与球铰接头31可采用现有公知技术，其能达到球铰杆202在球铰接头31内旋转和一点范围内的角度偏移即可。

更进一步的，第一连杆2包括依次设置的实心回液杆201和空心球铰杆202，回液杆201通过万向节5与伸缩杆7连接；球铰杆202上沿圆周方向设置多个进液孔；球铰部32设置在球铰杆202上。需要说明的是，回液杆201和球铰杆202为一体结构，只是同一根杆件一端为实心结构，一端为空心结构。

作为本发明的一种可选实施方式，移动块12外壁上设置有垫板33。

本发明的旋转导向钻进设备在实现伸缩杆偏移带动钻头偏向，同时滑块外部推动井壁使设备偏移，两种动作同时进行使设备可以达到高效率造斜钻进的目的，该新型混合式旋转导向设备结合了常规推靠式导向和指向式导向的优点，与常规推靠式导向设备相比有更高效的造斜效率，与常规指向式导向设备相比所需消耗能量更少，造斜效率更高。

具体的各部件之间的连接方式，可采用压控接头15与压控外壳16通过螺纹连接；垫片和第二轴承22在压控接头15和压控外壳16的作用下固定在中间；压控内管17的第三轴承23和第四轴承24通过螺栓分别固定在压控内管17的两个位置上；压控块19、弹簧20、压控底座18依次通过压控内管17的压控中轴21安装在其中，压控内管17的压控中轴21末端设有直径略大于压控中轴21的螺栓，既可以方便组件安装，又可以保证压控块19、弹簧20、压控底座18在回位时不会发生脱落压控中轴21的现象出现；压控内管17与万向节5采用螺纹连接；万向节5与实心杆6、实心杆6与万向节5、万向节5与伸缩杆7、伸缩杆7与万向节5、万向节5与回液杆201、回液杆201与球铰杆202、球铰杆202与钻头盒4均采用螺纹连接；压控外壳16与导向外壳3、导向外壳3与圆筒外壳1、圆筒外壳1与球铰接头31均采用螺纹连接；第一轴承13使用与压控内管17的第三轴承23和第四轴承24通过螺栓相同的方法固定在伸缩杆7上；数控设备9与液压缸控制单元10使用螺栓固定在导向外壳3的凹槽8内，该凹槽8上端四个螺栓将封盖11固定在导向外壳3上。

如图8-图13所示，本发明提供的一种利用新型旋转导向钻进设备对钻头进行旋转导向的旋转导向方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤100、压力控制：包括稳压注入控制、超压注入控制和负压注入控制；

(1)稳压注入控制：钻井液通过压力控制系统中的压控块19对弹簧20施压，在压力作用下钻井液推动压控块19移动，弹簧20进行收缩，当压力到达指定范围后，钻井液从第一出口25进入第二轴承22与压控内管17的第三轴承23所围成的环形空间，并由第一进口28进入到旁通进路27，然后进入后续设备；

(2)超压注入控制：随着钻井液压力增大，压控块19不断后移，弹簧20不断收缩，当超出压力指定范围时，钻井液从第二出口26进入压控内管17的第三轴承23和第四轴承24围成的环形空间，并由第二出口30进入到下端的旁路出路29从而流出，钻井液排出设备，使得设备中钻井液压力的上限始终维持在一个额定值上下；

(3)复压注入控制：当钻井液压力回落至指定范围内后，压控块19在弹簧20的作用下回移，系统重复(1)稳压注入控制过程；

步骤200、导向控制：

(1)钻头导向控制：伸缩杆7根据转向需要向相应的方向移动：在数控设备9的控制下液压控制单元10的液压杆伸出一定长度，液压杆顶部装有滚轮14，滚轮14在移动块12内部的楔形面上滚动，一个移动块12或两个移动块12在液压控制单元10的推力作用下向设备内做平移运动，第一轴承13在移动块12的推动下带动伸缩杆7向设备外移动，伸缩杆7的一杆71和二杆72在平移过程中相互之间分离从而使伸缩杆7相应伸长；三个移动块12的中的剩下两个移动块12或剩下一个移动块12在液压杆回缩过程中，并在第一轴承13的推动下相应的向设备外侧移动相应的距离；此处需要说明的是，在步骤(1)中设备内和设备外是指向圆筒外壳1中心方向为向内，向圆筒外壳1外部方向为向外。

向设备外运动的移动块12在接触井壁后推动整个旋转导向钻进设备在井内发生对中心线的偏移运动，实现整个系统的导向钻进；

伸缩杆7发生平移运动后，实心杆6的左端和右端分别在两侧的万向节5共同约束下发生整体角度偏移运动；

伸缩杆7发生平移运动后，回液杆201和球铰杆202在左端万向节5和球铰接头31的共同约束下发生整体角度偏移运动；

钻头盒4在球铰杆202的约束下发生相应角度偏移，在扭矩的作用下带动相应钻头可以实现相应的导向钻进工作。

(2)钻井液导向控制：钻井液在从上端旁通进路27出来后依次经过导向外壳3、圆筒外壳1的内空间后从球铰杆202的进液孔进入到球铰杆202内部通道，再经过钻头盒4内部从相应的钻头喷射到所要钻进切割的岩层。

本发明提供的新型旋转导向钻进设备，结构合理紧凑、使用方便，通过压控内管旋转的方式带动钻头配合外部垫块推动实现在旋转钻进中导向，达到钻进中稳定导向作用，可实现对工具偏转角度进行控制，根据不同需要在360°平面内可实现三维导向钻进作业，提高造斜效率与钻井中靶率。采用本发明中的旋转导向钻进设备可以有效改善背景技术中的几类问题，并且利用相关随钻测量设备可实现对井下工具实时操控达到随钻随控的目的，将推靠式与指向式导向技术相结合可有效增加造斜角度达到对造斜效率的提升，在钻进速度上也实现大幅增加，应用在工程应用中可有效缩短实际的工程周期、提高油气藏的精准中靶率、降低综合使用成本，打破旋转导向钻井的国外技术垄断制约，省下大量设备、技术租用成本。

这里首先需要说明的是，“向内”是朝向容置空间中央的方向，“向外”是远离容置空间中央的方向。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图1所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种新型旋转导向钻进设备，其特征在于，包括圆筒外壳、压力控制系统和导向控制系统，所述导向控制系统设置在所述圆筒外壳一端，且与穿设在所述圆筒外壳内的第一连杆传动连接，以控制所述第一连杆的运动实现钻头的导向；所述压力控制系统设置在所述导向控制系统一端，以控制流过所述压力控制系统、所述导向控制系统和所述圆筒外壳的钻井液压力；所述第一连杆另一端通过转动组件与所述圆筒外壳转动连接，且所述第一连杆末端穿出所述圆筒外壳后与钻头盒连接。

2.根据权利要求1所述的新型旋转导向钻进设备，其特征在于，所述导向控制系统包括与所述圆筒外壳连接的导向外壳，所述导向外壳内穿设有通过万向节连接的实心杆和伸缩杆，所述伸缩杆与所述第一连杆之间通过万向节连接，所述实心杆与所述压力控制系统之间通过万向节连接；所述导向外壳上还设置有与所述伸缩杆连接的导向驱动组件，通过所述导向驱动组件能控制所述伸缩杆沿所述导向外壳任一径向往复运动；当所述伸缩杆进行径向移动时，能带动所述第一连杆以与所述圆筒外壳转动连接点为轴进行转动。

3.根据权利要求2所述的新型旋转导向钻进设备，其特征在于，所述导向驱动组件包括沿所述导向外壳圆周方向设置的三个凹槽、设置在所述凹槽内的数控设备和液压缸控制单元、盖设在所述凹槽顶部的封盖、开设在所述导向外壳上且对应于三个所述凹槽位置的贯穿开口、活动穿设在所述开口上的移动块、套设在所述伸缩杆外侧且与所述移动块可接触连接的第一轴承；所述移动块上设置有凹腔，所述凹腔的一侧面为楔形面，所述液压缸控制单元的液压杆穿出所述凹槽后延伸到所述凹腔内且与所述楔形面可接触连接，当所述液压杆伸缩时，所述移动块能沿所述导向外壳径向往复移动。

4.根据权利要求3所述的新型旋转导向钻进设备，其特征在于，所述液压杆末端设置有滚轮。

5.根据权利要求2所述的新型旋转导向钻进设备，其特征在于，所述伸缩杆包括一杆和二杆，所述一杆和所述二杆之间通过十字渐开线式花键结构连接。

6.根据权利要求2所述的新型旋转导向钻进设备，其特征在于，所述压力控制系统包括压控接头、压控外壳、压控内管、压控底座、压控块、弹簧和压控中轴，所述压控外壳连接在所述导向外壳上，所述压控接头连接在所述压控外壳端部；所述压控内管通过第二轴承、第三轴承和第四轴承转动连接在所述压控外壳内；所述压控内管一端封闭，所述压控底座设置在所述压控内管内腔底部；所述压控块通过所述压控中轴活动连接在所述压控底座上，能相对于所述压控底座靠近或远离，所述弹簧套接在所述压控中轴外侧且位于所述压控块和所述压控底座之间；所述压控内管上对应于所述第二轴承和所述第三轴承之间位置设置有第一出口，对应于所述第三轴承和所述第四轴承之间位置设置有第二出口；所述压控外壳内沿轴向设置有旁通进路，所述压控外壳内壁上设置有与所述旁通进路连通的第一进口；所述压控外壳上设置有与外部连通的旁通出路，内壁上设置有与所述旁通出路连通的第二进口。

7.根据权利要求2所述的新型旋转导向钻进设备，其特征在于，所述转动组件包括设置在所述圆筒外壳端部的球铰接头和设置在所述第一连杆上的球铰部。

8.根据权利要求7所述的新型旋转导向钻进设备，其特征在于，所述第一连杆包括依次设置的实心回液杆和空心球铰杆，所述回液杆通过万向节与所述伸缩杆连接；所述球铰杆上沿圆周方向设置多个进液孔；所述球铰部设置在所述球铰杆上。

9.根据权利要求3所述的新型旋转导向钻进设备，其特征在于，所述移动块外壁上设置有垫板。

10.一种利用如权利要求1-9中任一所述的新型旋转导向钻进设备对钻头进行旋转导向的旋转导向方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤100、压力控制：包括稳压注入控制、超压注入控制和负压注入控制；

(1)稳压注入控制：钻井液通过压力控制系统中的压控块对弹簧施压，在压力作用下钻井液推动压控块移动，弹簧进行收缩，当压力到达指定范围后，钻井液从第一出口进入第二轴承与压控内管的第三轴承所围成的环形空间，并由第一进口进入到旁通进路，然后进入后续设备；

(2)超压注入控制：随着钻井液压力增大，压控块不断后移，弹簧不断收缩，当超出压力指定范围时，钻井液从第二出口进入压控内管的第三轴承和第四轴承围成的环形空间，并由第二出口进入到下端的旁路出路从而流出，钻井液排出设备使得设备中钻井液压力的上限始终维持在一个额定值上下；

(3)复压注入控制：当钻井液压力回落至指定范围内后，压控块在弹簧的作用下回移，系统重复(1)稳压注入控制过程；

步骤200、导向控制：

(1)钻头导向控制：伸缩杆根据转向需要向相应的方向移动：在数控设备的控制下液压控制单元的液压杆伸出一定长度，液压杆顶部装有滚轮，滚轮在移动块内部的楔形面上滚动，一个移动块或两个移动块在液压缸控制单元的推力作用下向设备内做平移运动，第一轴承在移动块的推动下带动伸缩杆向设备外移动，伸缩杆的一杆和二杆在平移过程中相互之间分离从而使伸缩杆相应伸长；三个移动块的中的剩下两个移动块或剩下一个移动块在液压杆回缩过程中，并在第一轴承的推动下相应的向设备外侧移动相应的距离；

向设备外运动的移动块在接触井壁后推动整个旋转导向钻进设备在井内发生对中心线的偏移运动，实现整个系统的导向钻进；

伸缩杆发生平移运动后，实心杆的左端和右端分别在两侧的万向节共同约束下发生整体角度偏移运动；

伸缩杆发生平移运动后，回液杆和球铰杆在左端万向节和球铰接头的共同约束下发生整体角度偏移运动；

钻头盒在球铰杆的约束下发生相应角度偏移，在扭矩的作用下带动相应钻头可以实现相应的导向钻进工作；

(2)钻井液导向控制：钻井液在从上端旁通进路出来后依次经过导向外壳、圆筒外壳的内空间后从球铰杆的进液孔进入到球铰杆内部通道，再经过钻头盒内部从相应的钻头喷射到所要钻进切割的岩层。

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