CN201221315Y - 钻井器的旋转导向装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属石油天然气等矿藏的钻探技术领域，具体涉及一种钻井器的旋转导向装置，其特征在于：还包括锁定机构、导向块控制机构，所述的锁定机构设置在转动轴和异径套之间，所述的导向块控制机构包括导向块控制连杆、轴承、压盖、六方套和下接头，导向块控制连杆一端连接导向块，导向块控制连杆一端连接压盖，压盖采用轴承、紧固件连接六方套和下接头；本实用新型的优点在于：旋转导向钻井器工作原理同于国外工具，但结构和工艺更加科学，操作性更强，成本较低，适用所有钻井的井眼轨迹控制和地下穿越通道的轨迹控制。硬地层效益更明显，实现了用转盘钻各种井眼轨迹。
Description
[技术领域]
本实用新型属石油天然气等矿藏的钻探技术领域，具体涉及一种钻井器的旋转导向装置。
[背景技术]
20世纪90年代末，国外开始研制旋转钻井系统，其中斯仑贝谢(Schlumberger)的PowerDrive(旋转导向钻井系统)、贝克休斯(Baker Hughes)的AUTO-TRACK(井下闭环自动跟踪控制系统)和埃尼-阿吉普(ENI-Agip)和贝克休斯共同研制的SDD系统(垂直钻井装置)较为成功，国内把旋转钻井系统列为863攻关项目，只有胜利油田钻井院研制的旋转导向钻井系统开始井下试验，我们1996年开始研究旋转钻井导向器，目前工具结构和原理较为成熟。
斯仑贝谢(Schlumberger)的PowerDrive(旋转导向钻井系统)是在钻具轴上设计120度夹角的三个液压活塞翼板，翼板都随轴转动，在钻具轴的内通孔设计一个主供液口，主供液口不随钻具轴转动，但可以通过地面电信号以泥浆脉冲形式传至主供液口的控制装置进行控制，可以360度调整主供液口的方位，主供液口的母盘有三个支液体管道，通三个液压活塞，给翼板活塞供液，主供液口与它的母盘可以在密封状态下相互转动，主供液口可以接受地面指令调转方位，并不随钻具转动，而三个分支管随钻具转动，每转一圈分别与主供液口对接一次，使活塞推动翼板，产生钻头的侧向切削力，若要钻头向正南方向钻进，主供液口应调到正北，这样每个翼板转到北就被供液一次，给钻头向南一个侧向切屑力，达到控制井眼轨迹的目的。该工具在我国南海西江油田的XJ24-3-A18井使用，该井设计井深8800m，水平位移7500m，用PowerDrive节约10天钻井周期，去除PowerDrive日租金每天数万美圆后，仍节约钻井费用500万元，但第二口井出现翼板落井事故。缺点：1、控制系统复杂，加工难度大。2、工具造价高，一套要一千多万美元。3、翼板跟钻具转易造成落井事故。
为了克服翼板随钻具转的缺点，贝克休斯设计了AUTO-TRACK(井下闭环自动跟踪控制系统)，AUTO-TRACK把三个翼板设计在不旋转导向扶正套上，导向扶正套与钻具轴通过轴承联系，可以相互转动，三个翼板的供液通道由控制，地面可以通过泥浆脉冲无线控制电子阀的开启，工具上有无线测量系统，同地面指挥系统形成闭环，工作时驱动轴转，导向扶正套不转，轨迹控制原理同PowerDrive。缺点：1、加工难度大，成本高。2、现场使用成本高，不宜推广。
[发明内容]
本实用用新型的任务就是解决上述技术问题，而提供一种钻井器的旋转导向装置，操作性更强，成本较低。
为实现上述目的，本实用新型提出一种钻井器的旋转导向装置，包括转动轴、异径套、轴承组、导向块，异径套通过轴承组与转动轴相连，异径套上装有导向块，其特征在于：还包括锁定机构、导向块控制机构，所述的锁定机构设置在转动轴和异径套之间，所述的导向块控制机构包括导向块控制连杆、轴承、压盖、六方套和下接头，导向块控制连杆一端连接导向块，导向块控制连杆一端连接压盖，压盖采用轴承、紧固件连接六方套和下接头。
锁定机构包括弹簧、活塞、泥浆通道，转动轴上开有一卡槽，卡槽内装有弹簧和活塞，接近卡槽部位设有可压回活塞的泥浆通道，在与活塞顶端相应的异径套上设有定位槽。
还包括一卡瓦机构，卡瓦机构连接六方套和下接头，所述的卡瓦机构包括旋转限位机构、卡瓦活塞、卡瓦及弹簧。
在异径套4上安装两个成120度夹角的导向块6，导向块6通过导向块控制连杆7与六方套和下接头10建立联系，当钻具下到井底后，再下压转动轴1，六方套和下接头10通过导向块控制连杆7推出导向块6，它的支出量可以达到30mm，(对216的井眼直径)，给钻头造成一个反向的侧向切屑力，可以通过控制下压转动轴1的力的大小控制导向块6支出程度，达到控制侧向切屑力的大小，导向块6支出后开泵，液柱压力推动卡瓦活塞12下行压迫卡瓦13使转动轴1和六方套和下接头10锁定，就可以造斜钻进。停泵后，上提钻具，在弹簧14和六方套和下接头10重量作用下打开卡瓦13，在六方套和下接头10重量的作用下继续下行拉回导向块6，在开泵，卡瓦13锁定工具就不造斜了。锁定机构3在停泵情况下可以实现转动轴1和异径套4的锁定，通过转盘转动，可以调整导向块6的支撑方位，达到控制井眼轨迹的目的，开泵后锁定机构3收回，解除。
旋转导向装置就是在近钻头点形成一个稳定方位的支点，并给钻头一个侧向切削力F，F的大小与导向块6的支出程度和地层的硬度有关，当有井斜后，在地心引力的作用下，钻具重量产生的侧向分力和导向块6的支点作用使钻具产生弯曲，增加了工具造斜能力。
锁定机构工作原理：
开泵时高压泥浆经泥浆通道压回活塞(图2所示)，解除锁定，停泵时在弹簧作用下，活塞上行进入定位槽，实现锁定。
导向控制机构工作原理：
工作是由导向块控制连杆7、轴承9、六方套和下接头10的推拉而支出和收回(见图3)，当下放钻具至井底时，六方套和下接头10给导向块控制连杆7一个作用力推动支出，提起钻具时，六方套和下接头10的重量通过导向块控制连杆7拉回导向块6。
卡瓦工作原理：
开泵状态下，液柱压力使卡瓦活塞12下行压卡瓦13，在六方套和下接头10的内斜台阶作用下包住转动轴1，达到转递钻压作用，停泵状态下，在弹簧14和六方套及下接头10重量作用下卡瓦被拉开，实现提拉或下压控制导向块6。
本实用新型的优点在于：具有旋转导向装置的钻井器工作原理同于国外工具，但结构和工艺更加科学，操作性更强，成本较低，适用所有钻井的井眼轨迹控制和地下穿越通道的轨迹控制。硬地层效益更明显，实现了用转盘钻各种井眼轨迹。
[附图说明]
图1是本实用新型的示意图；
图2是本实用新型的锁定机构工作原理示意图；
图3是本实用新型的导向块工作原理图；
图4是图3的A向T型槽示意图。
参见图1至图3，1为转动轴，2为定向键，3为锁定机构、4为异径套，5为轴承组，6为导向块，7为导向块控制连杆，8为压盖，9为轴承，10为六方套和下接头，11为旋转限位机构，12为卡瓦活塞，13为卡瓦，14为弹簧，15为定位槽，16为活塞，17为弹簧，18为泥浆通道。
[具体实施方式]
参见图1至图3，钻井器的旋转导向装置主要由转动轴1、定向键2、锁定机构3、异径套4、轴承组5、导向块6、导向块控制连杆7、压盖8、轴承9、六方套和下接头10、旋转限位机构11、卡瓦活塞12、卡瓦13和弹簧14等机构组成。转动轴1是连接钻具、形成高压泥浆的通道，也是异径套的相关连接体；定向键2是指示工具导向方向的；锁定机构3在停泵状态下实现转动轴和异径套的锁定，可以通过转盘转动调整工具的导向方位，开泵时解除转动轴和异径套的锁定，保证导向块的导向方位不变；异径套4通过轴承与转动轴相连，是导向块的母体，工作时，在导向块6与井壁摩擦力作用下克服轴承等旋转阻力，保证导向块随井深上下移动，不随钻具转动。导向块6的工作原理同国外工具，是形成近钻头稳定方位支点的工具，给钻头一个侧向切削分力；工作时不转动。导向块控制连杆7是通过下压钻具使导向块支出，上提钻具使导向块收回，同导向块一起不转动，可以任意控制导向块的支出程度。旋转限位机构是对导向块控制连杆进行限位，防止支出程度大，造成导向块的固定破坏而产生井下事故。卡瓦13开泵状态下，对导向块支出程度限位和转动轴与六方套和下接头10锁定传递钻压。
下面通过实施例进一步描述本实用新型：如加工一套81/2″井眼用的具有旋转导向装置的钻井器，转动轴1的最大外径为180mm，最小外径为96mm，长度为2480mm，用42CrMo钢锻打，无裂缝和沙眼，调质硬度36-42，内孔最小直径为40mm，表面光洁度1.6，柱体同心度小于0.05mm。异径套4的最大外径为214mm，内径120mm，长度880mm，用42CrMo钢锻打，无裂缝和沙眼，调质硬度36-42，内圆柱面表面光洁度1.2。六方套和下接头10最大外径188mm，长度1488mm，卡瓦腔直径150mm，最小内经72mm，用42CrMo钢锻打，无裂缝和沙眼，调质硬度36-42。其他配套件材料均为42CrMo钢，部分件为市场的标准件，各部件的组装同图1所示。
Claims (3)
1.一种钻井器的旋转导向装置，包括转动轴、异径套、轴承组、导向块，异径套通过轴承组与转动轴相连，异径套上装有导向块，其特征在于：还包括锁定机构、导向块控制机构，所述的锁定机构设置在转动轴和异径套之间，所述的导向块控制机构包括导向块控制连杆、轴承、压盖、六方套和下接头，导向块控制连杆一端连接导向块，导向块控制连杆一端连接压盖，压盖采用轴承、紧固件连接六方套和下接头。
2.如权利要求1所述的钻井器的旋转导向装置，其特征在于：锁定机构包括弹簧、活塞、泥浆通道，转动轴上开有一卡槽，卡槽内装有弹簧和活塞，接近卡槽部位设有可压回活塞的泥浆通道，在与活塞顶端相应的异径套上设有定位槽。
3.如权利要求1所述的钻井器的旋转导向装置，其特征在于：还包括一卡瓦机构，卡瓦机构连接六方套和下接头，所述的卡瓦机构包括旋转限位机构、卡瓦活塞、卡瓦及弹簧。
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