CN1265073C - 一种调制式旋转导向偏置工具 - Google Patents

Abstract

本发明是应用于石油钻井领域内的一种旋转导向钻井井下工具；它利用钻井过程中自然存在的钻井液压差作为整个系统的动力源，通过一液压分流盘阀机构，将高压钻井液导入支撑翼肋液压腔，将支撑翼肋支出并支撑于井壁，产生偏置力，实现导向。本发明结构合理，原理先进。将其与稳定控制平台及随钻测量、随钻测井、随钻地层评价测井等仪器配合应用，可实现目前钻井技术的最高阶段——井下旋转自动导向钻井。

Description

一种调制式旋转导向偏置工具

技术领域：

调制式旋转导向偏置工具是属于石油勘探开发领域的一种旋转导向钻井井下工具。

背景技术：

二十一世纪以来，世界上大部分油田进入开发后期，油藏开发难度越来越大，定向井、水平井、大位移井、三维多目标井等特殊工艺井已成为适应这一开发形势需求的主要开发手段。这一类井的施工中的最关键的一项工作就是对井眼进行导向，即控制井眼按设计的井斜、方位钻进。

传统导向方式是采用弯外壳井下马达导向钻井工具以滑动方式钻进，它存在以下主要缺点：

1.井眼轨迹控制精度差；

2.由于是采用滑动方式钻进，使钻井极限位移受到限制；

3.井眼不圆滑，使磨阻、扭矩增加；

4.井身质量和井眼状况不佳，易出现井下复杂事故；

5.增加了起下钻具次数，降低了钻进速度，使钻井成本大大上升。

为解决传统导向方式存在的井眼轨迹控制精度差，井身质量差，钻井井下事故多，钻井成本高，及钻进极限井深的限制问题，以满足油田开发后期，大量定向井、水平井、大位移井、三维多目标井等特殊工艺井的导向钻井需求，80年代末，旋转导向钻井技术出现。进入90年代后，该技术得到了迅速发展；90年代中期，国外已有几种旋转导向系统试验成功并投入现场推广应用，并取得了良好的效果，如贝克休斯公司的旋转闭环自动钻井系统，斯伦贝谢公司的旋转导向钻井系统就是应用较成熟的两种旋转导向钻井系统。但国内在该领域的工具仍是空白。

发明内容：

调制式旋转导向偏置工具就是为满足国内旋转导向钻井需要而设计的一种旋转导向钻井工具。

调制式旋转导向偏置工具是这样实现的：高压钻井液通道连接杆由固定杆和多个固定螺钉固定于偏置短节本体内的分流盘上，由方型固定杆固定高压钻井液通道连接杆与分流盘的相对位置，以保证高压钻井液通道连接杆内部的3条高压钻井液通道分别与分流盘和偏置短节本体内部的高压钻井液通道连通，并通过高压钻井液通道与液压腔连通；下盘阀由多个固定螺钉固定于高压钻井液通道连接杆上部，下盘阀上周向均布的3个高压钻井液通孔分别与高压钻井液通道连接杆内部的3条高压钻井液通道连通；中盘阀和上盘阀由心轴连接于下盘阀上，该连接可以保证上盘阀、中盘阀和下盘阀之间能相对转动；圆形的偏置短节本体的外部周向均布3个翼肋支出机构安放面；3个相同的翼肋支出机构17的支撑翼肋基座由各自的翼肋支出机构压板和多个固定螺钉固定于相应的翼肋支出机构安放面上；支撑翼肋基座上的液压腔壁内部有活塞，活塞通过U型橡胶密封环和U型橡胶密封环固定卡环固定于液压腔壁的内壁，活塞周向均布3个限流水嘴；支撑翼肋基座上的液压腔壁与活塞、U型橡胶密封环、翼肋支出机构安放面共同形成液压腔；支出块通过枢轴固定于支撑翼肋基座上，并通过支撑面组合与活塞结合在一起；支撑面组合可以保证支出块与活塞之间能产生相对滑动，但不能分离；支出块外部装有支出块抗磨层。

使用调制式旋转导向偏置工具进行旋转导向与传统导向方式相比，具有以下优点：

1.井眼轨迹控制精度高于传统导向方式；

2.由于采用旋转方式进行导向钻进，使钻井极限井深大大提高；

3.井眼圆滑，磨阻、扭矩远低于传统导向方式钻进的井眼；

4.井身质量和井眼状况优于传统导向方式钻进的井眼，大大降低了井下复杂事故发生的几率；

5.减少了起下钻次数，提高了钻进速度，使钻井成本大大降低。

与贝克休斯公司的旋转闭环自动钻井系统相比，调制式旋转导向偏置工具省略了复杂的液压系统，而利用钻井过程中自然存在的钻井液压差作为整个系统的动力源，使调制式旋转导向偏置工具结构简单，耗电量大大降低，因此，解决了系统自发热问题，并延长了井下工作时时；与斯伦贝谢公司的旋转导向钻井系统相比，调制式旋转导向偏置工具结构更简单、合理，从而提高了其工作可靠性。将其与稳定控制平台及随钻测量、随钻测井、随钻地层评价测井等仪器配合应用，即可实现井下旋转导向钻井。

附图说明：

图1、旋转导向井下钻具组合示意图

图2、调制式旋转导向偏置工具示意图

图3、上盘阀示意图

图4、中盘阀示意图

图5、下盘阀示意图

图6、翼肋支出机构示意图

具体实施方式：

现结合说明书附图1、2、3、4、5、6对本发明作进一步描述：调制式旋转导向偏置工具2由上盘阀8包括锁定销26、上盘阀心孔27和上盘阀高压钻井液分配通道28，中盘阀9包括中盘阀高压钻井液分配通道29和中盘阀心孔30，下盘阀10包括下盘阀固定螺钉12、下盘阀高压钻井液通孔31和下盘阀心孔32，高压钻井液分配通道11、下盘阀固定螺钉12、心轴13、上丝扣14(接控制短节)、高压钻井液通道连接杆15、高压钻井液通道16，翼肋支出机构17包括液压腔18、固定螺钉21、分流盘22、固定杆23、偏置短节本体24、固定螺钉33、液压腔壁34、活塞35、限流水嘴36、支撑面组合37、支出块本体38、支出块抗磨层39、U型橡胶密封环40、支撑翼肋基座41、枢轴42、翼肋支出机构安放面43、U型橡胶密封环固定卡环44、高压钻井液通道45，翼肋支出机构压板19、固定螺钉孔20和下丝扣(接钻头)25等。参阅图1，将调制式旋转导向偏置工具2接到钻头3和控制短节1之间，下入井眼5内。参阅图2，上盘阀8由控制短节1内的控制机构固定，使其独立于钻柱4的旋转而相对稳定于某一位置，控制短节1的具体结构及控制见专利01216540.9；当钻柱4旋转时，中盘阀9将在随钻柱4一起旋转的下盘阀10的摩擦力的带动下转动，直到上盘阀8(参阅图3)上的锁定销26将其位置固定，使高压钻井液分配通道28与29接通(参阅图4)，形成高压钻井液分配通道11；随着钻柱4的旋转，下盘阀10上的3个高压钻井液通孔31将依次与高压钻井液分配通道11接通，将高压钻井液通过高压钻井液通道16、45导入相应的液压腔18，并通过活塞35上的限流水嘴36流入环空6，但保留一定压差；活塞35在该压差的作用下向外推出，并通过支撑面组合37推动支出块38围绕枢轴42转动，并最终支撑于井眼5的井壁，井壁将对调制式旋转导向偏置工具2产生一个反作用力7，并通过调制式旋转导向偏置工具2将作用力作用于钻头3上，从而产生导向作用；当钻柱4继续旋转时，该高压钻井液通道将切断，同时下盘阀10上的另一个高压钻井液通孔31将与高压钻井液分配通道11接通，高压钻井液进入相应的另一个支撑翼肋的液压腔18，重复上述支出过程；由于上盘阀8的位置是固定的，不随钻柱4旋转，因此，随着钻柱4的旋转，支出块38将总是在一个由上盘阀8的高压钻井液分配通道28的位置确定的方向上支出，从而可以实现可控的、连续的旋转导向。

调制式旋转导向偏置工具省略了复杂的液压系统，而利用钻井过程中自然存在的钻井液压差作为整个系统的动力源，使调制式旋转导向偏置工具与国外现有的偏置导向工具相比，具有结构简单，耗电量低的特点，因此，解决了系统自发热问题，并延长了井下工作时间；将其与稳定控制平台及随钻测量、随钻测井、随钻地层评价测井等仪器配合应用，即可实现旋转导向钻井。

Claims (2)

1、一种调制式旋转导向偏置工具，其特征是：高压钻井液通道连接杆[15]由固定杆[23]和多个固定螺钉[21]固定于偏置短节本体[24]内的分流盘[22]上；下盘阀[10]由多个固定螺钉[12]固定于高压钻井液通道连接杆[15]上部；中盘阀[9]和上盘阀[8]由心轴[13]连接于下盘阀[10]上；偏置短节本体[24]的周向均布3个翼肋支出机构安放面[43]；3个翼肋支出机构[17]由其各自的翼肋支出机构压板[19]和多个固定螺钉[33]固定于相应的翼肋支出机构安放面[43]上。

2、根据权利要求1所述的一种调制式旋转导向偏置工具，其特征为：翼肋支出机构[17]的支撑翼肋基座[41]由各自的翼肋支出机构压板[19]和多个固定螺钉[33]固定于相应的翼肋支出机构安放面[43]上；支撑翼肋基座[41]上的液压腔壁[34]内部是液压腔[18]，内部有活塞[35]；活塞[35]通过U型橡胶密封环[40]和U型橡胶密封环固定卡环[44]固定于液压腔壁[34]的内壁，活塞[35]周向均布3个限流水嘴[36]；支出块[38]通过枢轴[42]固定于支撑翼肋基座[41]上，并通过支撑面组合[37]与活塞[35]结合在一起；支出块[38]外部装有支出块抗磨层[39]。

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