CN114109250A - 实现钻柱全旋转复合定向的控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种实现钻柱全旋转复合定向的控制器，包括：上接头、上筒、上TC轴承密封挡圈，上TC轴承运动组件，上串轴承，上串轴承内挡圈，上串轴承外挡圈，密封圈，控制螺钉，离合器外壳，复位弹簧A，离合转换筒，花键外壳，花键套，芯轴，复位弹簧B，下串轴承内挡圈，下串轴承，下TC轴承运动组件，下端盖。所述离合转换筒上端的外壁设有周向的滑槽，所述控制螺钉与离合转换筒的滑槽进行配合、控制离合转换筒的“离”状态与“合”状态；离合转换筒处于“合”状态，离合转换筒与花键套配合，钻井工具复合钻进，离合转换筒处于“离”状态，离合转换筒与花键套脱开配合，钻井工具滑动钻进。

Description

实现钻柱全旋转复合定向的控制器

技术领域

本发明涉及一种用于钻探工程领域实现钻柱全旋转复合定向的控制器，其主要应用领域包括石油天然气钻井工程、地质勘探、地热与新型油气资源开采等。

背景技术

定向钻井是使井身沿着预先设计的方向和轨迹钻达目的层的钻井工艺方法，现有的定向钻井技术分为弯螺杆定向和旋转导向技术。弯螺杆定向其成本低，属于滑动定向，易导致钻柱拖压严重，钻井效率和机械钻速低，井眼轨迹不易控制，钻屑堆积不易排出的情况。而旋转导向RSS工作方式为旋转钻进，其钻井效率大幅提高，但制造、使用、维护成本太高，如遇卡钻，被埋风险高，经济损失大。

因此综合弯螺杆定向的低成本以及旋转导向RSS高效率的特点，实现钻柱全旋转复合定向的控制器对比现有定向技术，可以大幅度减小井壁摩阻，提高有效钻压、机械钻速与钻井效率，具有可靠性高、风险小、事故处理成本低等特点。

实现钻柱全旋转复合定向的控制器能实现复合钻进，以及定向钻进时钻柱旋转钻进，BHA滑动钻进。实现钻柱全旋转复合定向的控制器可以提高定向钻井效率；大幅度减小成本；且安全性高，事故处理成本低。

发明内容

为了探索解决背景技术中所述的定向滑动钻进时钻井效率和钻井转速低，井眼轨迹不易控制与旋转钻进成本高、遇卡钻被埋风险高等问题，本发明提供了一种实现钻柱全旋转复合定向的控制器。本发明可以减小钻进时钻压波动，同时实现井底钻具组合（BHA）和钻杆各自独立运动。当复合钻进时，钻柱系统和BHA共同旋转钻进；当定向钻进时，上部钻柱旋转钻进，BHA滑动钻进。定向井工程师可以通过控制离合状态实现复合钻进和滑动钻进。

本发明的技术方案是：实现钻柱全旋转复合定向的控制器，其具有离合器外壳、花键外壳以及设置在这些外壳内的复位弹簧A、复位弹簧B、离合转换筒、花键套、芯轴。离合转换筒与芯轴和离合器外壳配合，复位弹簧A固定在离合器外壳内并与离合转换筒配合，复位弹簧B固定在花键外壳内并与芯轴配合。花键外壳下接下端盖，下端盖下接MWD装置、螺杆马达、弯接头和钻头，离合器外壳上接上筒，芯轴外伸段上接上接头，上接头上接上部钻柱。

在上述本发明的实现钻柱全旋转复合定向的控制器中，所述离合转换筒上端的外壁设有周向的滑槽，下端设有阶梯与花键套配合；所述控制螺钉与离合转换筒的滑槽进行配合、控制离合转换筒的“离”状态与“合”状态；所述芯轴在花键套组件处设有外花键；所述花键套为中空的结构，其上端内壁设有阶梯，用于与离合转换筒的下端配合，下端设有内外花键；所述花键外壳设有内花键；所述离合器外壳与花键外壳之间通过螺纹连接。复合钻进时，实现钻柱全旋转复合定向的控制器处于啮合状态，上部钻柱带动芯轴和离合器外壳一起旋转，离合器外壳带动井底钻具组合（BHA）转动；滑动钻进时，控制螺钉切换到离合转换筒“离”的位置，钻柱与离合器外壳和BHA脱离，钻柱旋转，BHA滑动钻进。

在上述本发明的实现钻柱全旋转复合定向的控制器中，上TC轴承动环、静摩擦块A、动摩擦块A、上TC轴承静环从内向外依次组装成上串轴承运动组件，下TC轴承动环、静摩擦块B、动摩擦块B、下TC轴承静环从内向外依次组装成下串轴承运动组件。所述上串轴承与上TC轴承运动组件使芯轴相对于离合器外壳独立旋转，所述下串轴承与下TC轴承运动组件使芯轴相对于花键外壳独立旋转。所述上串轴承与下串轴承轴向承载能力大，钻井工具上部钻压的传递对上串轴承与下串轴承损害小。钻井工具的上部钻压传递到下TC轴承运动组件时，下串轴承的强承载能力对下TC轴承运动组件起到了保护作用。

在上述本发明的实现钻柱全旋转复合定向的控制器中，所述上串轴承外挡圈对上串轴承外圈起固定作用；上串轴承外挡圈通过离合器外壳轴向定位后对上串轴承内挡圈起轴向限位的作用；上串轴承外挡圈安装有密封圈，防止泥浆从芯轴环空进入上串轴承对其造成腐蚀。

在上述本发明的实现钻柱全旋转复合定向的控制器中，所述下串轴承的内外圈固定，仅设计了下串轴承内挡圈，下串轴承外圈的固定由花键外壳实现，即通过实现钻柱全旋转复合定向的控制器已经具有的结构实现下串轴承外圈固定的功能，这样减少了需要加工的零件，减少了加工工序，降低了成本。

本发明的有益效果是：(1)离合控制器依靠改变泵压的方式实现转换，可以实现在钻杆连续旋转时完成BHA定向滑动钻进，减少卡钻风险，利于井眼清洁； (2)安装简单，性能稳定；(3)可按照定向井设计的要求调整合适的钻井马达弯角，(4)能减小钻压摩阻，降粘防卡，提高机械钻速，增加钻具的使用寿命。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是上、下串轴承的结构示意图；

图3是上接头的结构示意图；

图4是上筒的结构示意图；

图5是下端盖的结构示意图；

图6是花键套的结构示意图；

图7是离合转换筒的结构示意图。

图中1.上接头，2.上筒，3.上TC轴承密封挡圈，4.上TC轴承动环，5.静摩擦块A，6.动摩擦块A，7.上TC轴承静环，8.上串轴承，9.上串轴承内挡圈，10.上串轴承外挡圈，11.密封圈，12.控制螺钉，13.离合器外壳，14.复位弹簧A，15.离合转换筒，16.花键外壳，17.花键套，18.芯轴，19.复位弹簧B，20.下串轴承内挡圈，21.下串轴承，22.下TC轴承动环，23.静摩擦块B，24.动摩擦块B，25.下TC轴承静环，26.下端盖。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

参见附图1，本发明涉及安装有离合转换筒15与花键套17的实现钻柱全旋转复合定向的控制器，通过离合转换筒15与花键套17的配合与脱开配合对实现钻柱全旋转复合定向的控制器进行“离”状态与“合”状态的控制。

实现钻柱全旋转复合定向的控制器，具有离合器外壳13、花键外壳16，离合器外壳13内设置了离合转换筒15、复位弹簧A14，花键外壳16内设置了花键套17、复位弹簧B19，离合器外壳13与花键外壳16共同包围了芯轴18。所述离合转换筒15上端的外壁设有周向的滑槽，滑槽上设置有控制螺钉12，离合转换筒15下端设有阶梯与花键套17配合；所述控制螺钉12与离合转换筒15的滑槽进行配合、控制离合转换筒15的“离”状态与“合”状态；所述芯轴18在花键套组件处设有外花键；所述花键套17为中空的结构，其上端内壁设有阶梯，用于与离合转换筒15的下端配合，下端设有内外花键；所述花键外壳16设有内花键；所述离合器外壳13与花键外壳16之间通过螺纹连接。

实现钻柱全旋转复合定向的控制器，所述上接头1上接钻柱底端，下接实现钻柱全旋转复合定向的控制器的芯轴18，离合器外壳13连接到与芯轴18配合的上串轴承8与下串轴承21，并允许井底钻具组合（BHA）相对于钻柱和芯轴18独立旋转。MWD装置、螺杆马达、弯接头和钻头连接在实现钻柱全旋转复合定向的控制器的底端。

实现钻柱全旋转复合定向的控制器，所述控制螺钉12控制离合转换筒15与花键套17配合时，芯轴18通过外花键将运动传递给花键套17，再由花键套17将运动传递给花键外壳16与离合转换筒15，离合转换筒将运动传递给离合器外壳13，这时实现钻柱全旋转复合定向的控制器都在做旋转运动，实现钻柱全旋转复合定向的控制器处于“合”状态，钻井工具的工作状态为复合钻进。

实现钻柱全旋转复合定向的控制器，所述控制螺钉12控制离合转换筒15与花键套17脱离配合时，芯轴18通过外花键将运动传递给花键套17，再由花键套17将运动传递给花键外壳16，此时花键套17无法将运动传递给离合转换筒15，实现钻柱全旋转复合定向的控制器仅花键套组件及其内部零件做旋转运动，离合器转换器组件处于静止状态，实现钻柱全旋转复合定向的控制器处于“离”状态，钻井工具的工作状态为滑动钻进。

实现钻柱全旋转复合定向的控制器，所述上串轴承内挡圈9、上串轴承外挡圈10分别对上串轴承8的内圈、外圈进行定位；泥浆从芯轴19的环空进入离合器外壳13内部时，上串轴承外挡圈10装配有密封圈11，上串轴承8不会被腐蚀。

实现钻柱全旋转复合定向的控制器，所述下串轴承内挡圈20、花键外壳16分别对下串轴承21的内圈、外圈起到轴向限位的作用；下串轴承21外圈的轴向限位没有单独加工外挡圈，减少了工序过程，而是利用花键外壳16的结构对下串轴承21外圈进行限位，充分利用材料，减少材料浪费。

实现钻柱全旋转复合定向的控制器，所述复位弹簧A14在控制螺钉12控制离合转换筒15与花键套17配合时，防止了离合转换筒15对花键套17的冲击，起到缓冲作用；复位弹簧B19经压缩后产生的回复力与复位弹簧A14经压缩后产生的回复力便于帮助控制螺钉12控制离合转换筒15与花键套17脱开配合。

实现钻柱全旋转复合定向的控制器，其组装顺序为：离合器外壳13、复位弹簧A14、离合转换筒15组装成离合转换器组件；花键外壳16、花键套17、芯轴18、复位弹簧B19组装成花键套组件；上TC轴承动环4、静摩擦块A5、动摩擦块A6、上TC轴承静环7从内向外依次组装成上串轴承运动组件；芯轴18外伸段连接上接头1，上TC轴承密封挡圈3、上串轴承运动组件、上串轴承8、上串轴承内挡圈9、上串轴承外挡圈10从上往下依次组装到离合器外壳13中，上筒2通过芯轴18组装到离合器外壳13上，离合转换器组件组装到花键套组件的上方；下TC轴承动环22、静摩擦块B23、动摩擦块B24、下TC轴承静环25从内向外依次组装成下串轴承运动组件；下串轴承内挡圈20、下串轴承21、下串轴承运动组件依次从花键外壳16的下端组装到花键外壳16中，下端盖26组装到花键外壳16下方。

以上仅为本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可容易地进行改变或变化，而这种改变或变化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权利要求书的保护范围为准。

Claims (5)

1.实现钻柱全旋转复合定向的控制器，其特征在于：包括上接头（1），上筒（2），上TC轴承密封挡圈（3），上TC轴承动环（4），静摩擦块A（5），动摩擦块A（6），上TC轴承静环（7），上串轴承（8），上串轴承内挡圈（9），上串轴承外挡圈（10），密封圈（11），控制螺钉（12），离合器外壳（13），复位弹簧A（14），离合转换筒（15），花键外壳（16），花键套（17），芯轴（18），复位弹簧B（19），下串轴承内挡圈（20），下串轴承（21），下TC轴承动环（22），静摩擦块B（23），动摩擦块B（24），下TC轴承静环（25），下端盖（26）；离合器外壳（13）、复位弹簧A（14）、离合转换筒（15）组装成离合转换器组件；花键外壳（16）、花键套（17）、芯轴（18）、复位弹簧B（19）组装成花键套组件；芯轴（18）外伸段连接上接头（1），上筒（2）通过芯轴（18）组装到离合器外壳（13）上，离合转换器组件组装到花键套组件的上方，下端盖（26）组装到花键外壳（16）下方；上TC轴承动环（4）、静摩擦块A（5）、动摩擦块A（6）、上TC轴承静环（7）组装成上串轴承运动组件；下TC轴承动环（22）、静摩擦块B（23）、动摩擦块B（24）、下TC轴承静环（25）组装成下串轴承运动组件；所述的下端盖（26）通过螺纹与芯轴（18）下端连接；所述离合转换筒（15）上端的外壁设有周向的滑槽，所述控制螺钉（12）与离合转换筒（15）的滑槽进行配合，控制离合转换筒（15）的“离”状态与“合”状态，离合转换筒（15）处于“合”状态，离合转换筒（15）与花键套（17）配合，离合转换筒（15）处于“离”状态，离合转换筒（15）与花键套（17）脱开配合。

2.根据权利要求1所述的实现钻柱全旋转复合定向的控制器，其特征在于：所述上串轴承内挡圈（9）、上串轴承外挡圈（10）分别对上串轴承（8）的内圈、外圈进行定位；泥浆从芯轴（19）的环空进入离合器外壳（13）内部时，上串轴承外挡圈（10）装配有密封圈（11），泥浆不进入上串轴承（8）。

3.根据权利要求1所述的实现钻柱全旋转复合定向的控制器，其特征在于：上串轴承（8）与下串轴承（21）使芯轴（18）相对于离合器外壳（13）花键外壳（16）独立运动。

4.根据权利要求1所述的实现钻柱全旋转复合定向的控制器，其特征在于：所述下串轴承内挡圈（20）、花键外壳（16）分别对下串轴承（21）的内圈、外圈进行轴向限位；花键外壳（16）对下串轴承（21）外圈进行轴向限位。

5.根据权利要求1所述的实现钻柱全旋转复合定向的控制器，其特征在于：所述控制螺钉（12）控制离合转换筒（15）与花键套（17）的配合，复位弹簧A（14）限制离合转换筒（15）对花键套（17）的冲击；复位弹簧B（19）、复位弹簧A（14）、控制螺钉（12）控制离合转换筒（15）与花键套（17）的配合。

Images