CN1372065A

CN1372065A - 一种调制式偏置导向工具

Info

Publication number: CN1372065A
Application number: CN 01107825
Authority: CN
Inventors: 孙铭新; 韩来聚; 刘新华; 唐志军; 冯光通
Original assignee: DRILLING TECHNOLOGY INST SHENGLI PETROLEUM ADMINISTRATION
Current assignee: DRILLING TECHNOLOGY INST SHENGLI PETROLEUM ADMINISTRATION
Priority date: 2001-02-23
Filing date: 2001-02-23
Publication date: 2002-10-02
Anticipated expiration: 2021-02-23
Also published as: CN1170050C

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;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,通过一偏重机构形成一稳定控制平台,来控制钻井液流向,从而控制整个系统的动作,因此本发明结构简单、实用,同时耗电量大大降低。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,可达到目前钻井技术的最高阶段——井下闭环自动导向钻井。

Description

一种调制式偏置导向工具

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，以美国专利：US005520255为基础的斯伦贝谢公司的旋转闭环自动钻井系统就是应用较成熟的几种闭环自动导向钻井系统。本发明就是为满足油气开发需要而设计的一种调制式偏置导向工具。

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，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；与斯伦贝谢公司的旋转闭环自动钻井系统(US005520255)相比，本发明省略了复杂的稳定平台控制系统，而利用偏心重锤的重力作用来控制测控装置的稳定性，从而大大简化了其结构，提高了其工作可靠性。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：偏重机构[3]通过轴承[2]、[7]与无磁外筒[5]的内壁连接；偏重机构[3]内部安装有测控装置[4]，在接钻头的一端安装转角控制机构[6]，另一端安装双向通讯装置[1]；转角控制机构[6]和双向通讯装置[1]分别通过控制电路[18]与测控装置[4]连接；上控制心轴[8]通过转角控制机构[6]与偏重机构[3]连接，并通过控制心轴转接头[9]与下控制心轴[10]连接；下控制心轴[10]固定于盘阀控制机构[20]的控制盘阀[13]上；盘阀控制机构[20]的泄压盘阀[11]固定于偏置短节[19]的内壁，其泄压孔[12]穿过偏置短节[19]的筒壁通向偏置短节[19]外部；盘阀控制机构[20]的导流盘阀[14]固定于偏置短节[19]的内壁，其导流孔[16]分别与各自控制的支撑翼肋[15]的支撑翼肋液压腔[21]相连接。

说明书附图：附图1、一种调制式偏置导向工具示意图

附图说明：1双向通讯装置 2轴承3偏重机构 4测控装置5无磁外筒 6转角控制机构7轴承 8上控制心轴

9控制心轴转接头 10下控制心轴

11泄压盘阀 12泄压孔

13控制盘阀 14导流盘阀

15支撑翼肋 16导流孔

17接钻头丝扣 18控制电路

19偏置短节 20盘阀控制机构

21支撑翼肋液压腔

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，下入有一定井斜的井内，偏重机构[3]将在重力的作用下，独立于钻柱的周向旋转而处于相对稳定状态。

由测控装置[4]根据对测量信息的分析、解释、对比的结果，或根据有双向通讯装置[1]通过控制电路[18]传输来的地面指令，通过控制电路[18]向转角控制机构[6]发出控制指令，控制其按指令要求保持在某一角度，使控制盘阀[13]在由上控制心轴[8]、控制心轴转接头[9]和下控制心轴[10]组成的控制轴机构的作用下，独立于钻柱的旋转而相对稳定于某一位置；这样，随着钻柱的旋转，每一个支撑翼肋[15]的支撑翼肋液压腔[21]和与其相连的导流孔[16]将分别依次与控制盘阀[13]的高压孔和低压孔接通；当与高压孔接通时，高压钻井液通过导流孔[16]进入该支撑翼肋[15]的支撑翼肋液压腔[21]，将支撑翼肋[15]支出支撑于井壁，井壁的反作用力为钻头提供一个侧向力，使钻头按设计方向导向；当钻柱再旋转一定角度时，该通道切断，支撑翼肋液压腔[21]和导流孔[16]将与泄压孔[12]接通，支撑翼肋液压腔[21]和导流孔[16]内储存的高压钻井液将通过泄压孔[12]进入钻柱外部的低压环空，泄掉压力，使支撑翼肋[15]收回；这样，钻柱每旋转一周，其上的各个支撑翼肋[15]将在由转角控制机构[6]控制的预定位置处支出，当钻柱继续转动时，支撑翼肋[15]又将收回，从而实现导向作用。

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，本发明省略了复杂的稳定平台控制系统，而利用偏心重锤的重力作用来控制测控装置的稳定性，从而大大简化了其结构，提高了其工作可靠性。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。

Claims

1.一种调制式偏置导向工具，其特征是：偏置机构[3]通过轴承[2]、[7]与无磁外筒[5]的内壁连接；偏置机构[3]内部安装有测控装置[4]，在接钻头的一端安装转角控制机构[6]，另一端安装双向通讯装置[1]；转角控制机构[6]和双向通讯装置[1]分别通过控制电路[18]与测控装置[4]连接；上控制心轴[8]通过转角控制机构[6]与偏置机构[3]连接，并通过控制心轴转接头[9]与下控制心轴[10]连接；下控制心轴[10]固定于盘阀控制机构[20]的控制盘阀[13]上。

2.根据权利要求1所述的一种调制式偏置导向工具，其特征为：盘阀控制机构[20]的泄压盘阀[11]固定于偏置短节[19]的内壁，其泄压孔[12]穿过偏置短节[19]的筒壁通向偏置短节[19]外部；盘阀控制机构[20]的控制盘阀[13]固定于下控制心轴[10]，并通过下控制心轴[10]、控制心轴转接头[9]、上控制心轴[8]、转角控制机构[6]与偏置机构[3]连接；盘阀控制机构[20]的导流盘阀[14]固定于偏置短节[19]的内壁，其导流孔[16]分别与各自控制的支撑翼肋[15]的支撑翼肋液压腔[21]相连接。