CN1357675A - 一种偏置导向工具 - Google Patents

Abstract

本发明是应用于石油钻井领域内的一种闭环自动导向钻井井下工具,是对传统导向方式的一次革命;本发明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,通过控制一个电磁换向阀来控制整个系统的动作,使本发明结构简单,耗电量大大降低。将其与随钻测量、随钻测井、随钻地层评价测井等仪器配合应用,可达到钻井技术到目前为止的最高阶段——井下闭环自动导向钻井。

Description

一种偏置导向工具

本发明属于石油勘探开发闭环自动导向钻井井下工具。

随着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、设计者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，使钻进极限井深受到限制；

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、设计者井等特殊工艺井，逐渐成为油气开发的主要手段这一开发形势的需求，80年代末，闭环自动导向钻井技术出现。进入90年代后，该技术得到了迅速发展，90年代中期，国外已有几种旋转自动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。本发明就是为满足目前国内油气开发形势需要而设计的一种偏置导向工具。它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.由于是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.减少了起下钻具次数，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，本发明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，通过控制一个电磁换向阀来控制整个系统的动作，使本发明结构简单，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间；同时，控制系统可通过压力传感器直接接收通过钻井液压力变化传输的地面指令，以简单的方式解决了很难解决的指令传输通讯问题。将其与随钻测量、随钻测井、随钻地层评价测井等仪器配合应用，即可实现井下闭环旋转自动导向钻井。

本发明是这样实现的：它由不旋转外套[6]与旋转芯轴[7]两大部分，通过上轴承[8]、下轴承[3]连接；不旋转外套[6]上安装3至4支支撑翼肋[5]；每个支撑翼肋[5]的下部有一套多级活塞[11]、活塞上液压腔[12]、活塞下液压腔[13]、活塞控制板[10]、控制丝杆[9]、支撑翼肋支出控制机构[14]、电磁换向阀[15]机构；活塞上液压腔[12]和活塞下液压腔[13]通过液压油路[19]与电磁换向阀[15]连接；低压缓冲活塞[16]、高压缓冲活塞[17]通过液压油路[19]与电磁换向阀[15]连接；低压缓冲活塞[16]外部与钻柱和井眼间的环空相通，活塞内部充满液压油；高压缓冲活塞[17]内部通过不旋转外套[6]、旋转芯轴[7]与旋转密封部分[18]共同形成的高压钻井液通道[4]与钻柱水眼内的高压钻井液相通，外部充满液压油；支撑翼肋支出控制机构[14]和电磁换向阀[15]通过信号电路[20]与控制中心[2]连接；控制中心[2]与位于高压缓冲活塞[17]的高压钻井液腔内的压力传感器[1]通过信号电路[20]连接；压力传感器[1]靠近高压缓冲活塞[17]的高压钻井液腔的一侧设有压力感应窗[21]；支撑翼肋支出控制机构[14]和电磁换向阀[15]通过信号电路[20]与控制中心[2]连接。

说明书附图：附图1、一种偏置导向工具示意图

附图说明：

1压力传感器          2控制中心

3上轴承              4高压钻井液通道

5偏置工具支撑翼肋    6不旋转外套

7旋转芯轴         8下轴承

9控制丝杆         10活塞控制板

11多级活塞        12活塞上液压腔

13活塞下液压腔    14支撑翼肋支出控制机构

15电磁换向阀      16低压缓冲活塞

17高压缓冲活塞    18旋转密封部分

19液压油路        20信号电路

21压力感应窗

现结合说明书附图对本发明做进一步的描述：

将本发明接到钻头上部，下入井内。由控制中心[2]对空间姿态测量装置的测量信息的分析、解释，并经井下微CPU处理产生控制指令，分别通过信号电路[20]向各支撑翼肋支出控制机构[14]和电磁换向阀[15]传输控制指令和供电，控制各支撑翼肋支出控制机构[14]和电磁换向阀[15]的动作，使各多级活塞按指令支出预定级数；如果需要地面指令控制，可通过信号电路[20]将压力传感器[1]接收到的地面通过钻井液压力变化传输下来的指示信息传输至控制中心[2]，进行分析、解释，形成指令，通过信号电路[20]向各支撑翼肋支出控制机构[14]和电磁换向阀[15]传输控制指令和供电，控制各支撑翼肋支出控制机构[14]和电磁换向阀[15]的动作，使各多级活塞按指令支出预定级数。

支撑翼肋的具体支出过程如下：由控制中心[2]向电磁换向阀[15]发出指令，将活塞上液压腔[12]与高压缓冲活塞[17]的高压液压腔接通，将活塞下液压腔[13]与低压缓冲活塞[16]的低压液压腔接通，动作完成后由电磁换向阀[15]向控制中心[2]发回反馈信息；由控制中心向支撑翼肋支出机构[14]发出指令，启动控制微电机，转动控制丝杆[9]，按要求打开活塞控制板至一定程度，以允许多级活塞[11]的预定级数支出，动作完成后由支撑翼肋支出机构[14]向控制中心[2]发回反馈信息；由控制中心向电磁换向阀[15]发出指令，将活塞上液压腔[12]与低压缓冲活塞[16]的低压液压腔接通，将活塞下液压腔[13]与高压缓冲活塞[17]的高压液压腔接通，多级活塞[11]的预定级数将在钻井液压差ΔP的作用下支出，动作完成后由支撑翼肋支出机构[14]向控制中心[2]发回反馈信息。

完成各支撑翼肋[5]的支出动作以后，开始进行导向施工。

导向作业施工完成后，需要回收支撑翼肋[5]，其过程如下：由控制中心向电磁换向阀[15]发出指令，将活塞上液压腔[12]与高压缓冲活塞[17]的高压液压腔接通，将活塞下液压腔[13]与低压缓冲活塞[16]的低压液压腔接通，多级活塞[11]将在钻井液压差ΔP的作用下回收至原位，动作完成后由电磁换向阀[15]向控制中心[2]发回反馈信息；然后由控制中心向支撑翼肋支出机构[14]发出指令，启动控制微电机，转动控制丝杆[9]，将活塞控制板关闭，以锁定多级活塞[11]，动作完成后由支撑翼肋支出机构[14]向控制中心[2]发回反馈信息。

本发明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，通过控制一个电磁换向阀来控制整个系统的动作，使本发明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；同时，控制系统可通过压力传感器直接接收通过钻井液压力变化传输的地面指令，以简单的方式解决了很难解决的指令传输通讯问题。

Claims (3)

1.一种偏置导向工具，其特征是：它由不旋转外套[6]与旋转芯轴[7]两大部分，通过上轴承[8]、下轴承[3]连接；不旋转外套[6]上安装3至4支支撑翼肋[5]；每个支撑翼肋[5]的下部有一套多级活塞[11]、活塞上液压腔[12]、活塞下液压腔[13]、活塞控制板[10]、控制丝杆[9]、支撑翼肋支出控制机构[14]、电磁换向阀[15]；活塞上液压腔[12]和活塞下液压腔[13]通过液压油路[19]与电磁换向阀[15]连接；低压缓冲活塞[16]、高压缓冲活塞[17]通过液压油路[19]与电磁换向阀[15]连接；低压缓冲活塞[16]外部与钻柱和井眼间的环空相通，活塞内部充满液压油；高压缓冲活塞[17]内部通过不旋转外套[6]、旋转芯轴[7]与旋转密封部分[18]共同形成的高压钻井液通道[4]与钻柱水眼内的高压钻井液相通，外部充满液压油；支撑翼肋支出控制机构[14]和电磁换向阀[15]通过信号电路[20]与控制中心[2]连接。

2.根据权利要求1所述的一种偏置导向工具，其特征为：控制中心[2]与位于高压缓冲活塞[17]的高压钻井液腔内的压力传感器[1]通过信号电路[20]连接；压力传感器[1]靠近高压缓冲活塞[17]的高压钻井液腔的一侧设有压力感应窗[21]。

3.根据权利要求1所述的一种偏置导向工具，其特征为：支撑翼肋支出控制机构[14]和电磁换向阀[15]通过信号电路[20]与控制中心[2]连接。

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