CN201786254U

CN201786254U - 无级可调井眼轨迹控制工具

Info

Publication number: CN201786254U
Application number: CN2010205336779U
Authority: CN
Inventors: 冯定; 袁咏心; 王鹏; 刘旭辉; 吴力
Original assignee: Yangtze University
Current assignee: Yangtze University
Priority date: 2010-09-15
Filing date: 2010-09-15
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2020-09-15

Abstract

本实用新型涉及一种无级可调井眼轨迹控制工具，属石油钻井工具设计技术领域；其特征在于在上端联轴器(12)的下端依次安装有外环电磁离合器(13)、外环谐波传动装置(14)、偏心机构(15)、内环谐波传动装置(16)、内环电磁离合器(17)和下端联轴器(18)；内环谐波传动装置(16)、内环电磁离合器(17)和下端联轴器(18)的安装位置与外环谐波传动装置(14)、外环电磁离合器(13)和上端联轴器(12)的安装位置是关于偏置机构(15)完全对称的，彼此之间的连接形式也一样。本实用新型能够实现偏转角度的可调控制，可以实现在360°圆周范围内任意方向的无级偏转，具有轨迹控制精度高、井身质量好、井眼净化好、位移延伸能力强的特点。

Description

无级可调井眼轨迹控制工具

技术领域：

本实用新型涉及一种无级可调井眼轨迹控制工具，属石油钻井工具设计技术领域。

背景技术：

由于国内外大部分油田已经处于开发后期，新探区块大部分处于特殊环境，如海洋、滩海、沙漠等地区，这就使得勘探开发难度和成本大大增加。另一方面，老油田为实现稳产，面临着大量的边缘油气藏、独立小油气藏、复杂断块油气藏、超薄油气藏等难动用储量的开发问题。勘探开发形势的需要推动着井型的演变与发展，大位移井、超薄油层水平井、定向井、多分枝井等复杂结构井在油气田勘探开发中所占的比例越来越大。因此迫切需要研究开发适用于这些复杂结构井的高新钻井技术。

近几年来，大位移井技术已用于井场设置困难的地区，尤其是近海油田的开发区。大位移井可以节省建钻井平台和人工岛的费用，使总体开发成本降低。对于大斜度井和大位移井，常规动力钻具已很难甚至不可能满足需要，要完成复杂井眼轨迹，尤其是真正实现井下闭环控制，传统钻井工具已不能满足要求。

因此亟待研究一种能完全适用于直井、定向井、超深井、大位移井、超薄油层水平井、长距离水平井、多分枝井等复杂结构井勘探的井眼轨迹控制工具，以满足目前石油开发形势的需要。

发明内容：

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种无级可调井眼轨迹控制工具，使其能够实现偏转角度的可调控制，可以实现在360°圆周范围内任意方向的无级偏转，具有轨迹控制精度高、井身质量好、井眼净化好、位移延伸能力强的特点。

本实用新型是通过如下技术方案来实现上述目的的。

在一种无级可调井眼轨迹控制工具的结构中，设置有钻柱、芯轴、上端动密封装置、止推轴承、防旋转装置、电磁耦合装置、弹簧、压力孔、活塞、液压限位开关、径向轴承、上端联轴器、外环电磁离合器、外环谐波传动装置、偏心机构、内环谐波传动装置、内环电磁离合器、下端联轴器、球形轴承、下端动密封装置、钻头；钻柱的上端与钻杆相连接，下端与芯轴相连接；芯轴为空心旋转轴，是整个工具的动力来源，芯轴的动力是由上端钻杆提供的；上端动密封装置安装在工具的最上端；上端动密封装置与下端动密封装置的结构相同，都带有柔性密封件、压环、连接环、外密封动环、胀紧套、密封圈和轴承套等；止推轴承则安装在上端动密封装置的下端；止推轴承主要由衬套、护圈和套环等组成；防旋转装置位于止推轴承的下端，安装在外壳上，通过弹簧作用支撑滚轮来防止外壳的旋转；防旋转装置包含有滚轮和弹簧等；电磁耦合装置安装在防旋转装置的下端，其后依次安装有弹簧、压力孔、活塞、液压限位开关和径向轴承以及上端联轴器；径向轴承包含外圈、内圈、滚动体、保持架、密封圈和止动环；上端联轴器与芯轴通过内六角螺钉连接，在上端联轴器的下端依次安装有外环电磁离合器、外环谐波传动装置、偏心机构、内环谐波传动装置、内环电磁离合器和下端联轴器；上端联轴器也采用内六角螺钉与外环电磁离合器连接；外环电磁离合器与内环电磁离合器的结构一样，都带有衔铁、线圈、铁芯以及啮合齿圈等；外环谐波传动装置与内环谐波传动装置的结构一样，都带有波发生器、轴承、刚性齿轮以及柔性齿轮；偏心机构由内外两个偏心环组成，内环与轴之间、内环与外环之间安装有滚针轴承；外环电磁离合器采用螺栓与外环谐波传动装置相连接；外环谐波传动装置采用螺栓与偏心机构相连接；内环谐波传动装置、内环电磁离合器和下端联轴器的安装位置与外环谐波传动装置、外环电磁离合器和上端联轴器的安装位置是关于偏置机构完全对称的，彼此之间的连接形式也一样；球形轴承和下端动密封装置则安装在工具的最末端；球形轴承带有碟形弹簧、推力调心轴承、调心滚子轴承以及相应轴承垫圈。

本实用新型与现有的技术相比具有如下有益效果：

1、本实用新型无级可调井眼轨迹控制工具不需要频繁起下钻，节约了大量作业时间，减小了卡钻的风险，大大提高了钻井效率。

2、可靠性高，具有更大的延伸能力，能在125℃以上的高温井中正常使用。

3、采用了井筒防旋转装置，保证了钻井工具面的准确定位和钻井测量的准确性。

4、适用于直井、定向井、超深井、大位移井、超薄油层水平井、长距离水平井、多分枝井等各种复杂结构井的勘探，能够实现偏转角度的可调控制，可以在360°圆周范围内任意方向上无级偏转造斜。

附图说明：

图1为无级可调井眼轨迹控制工具的第A段部分的结构示意图。

图2为无级可调井眼轨迹控制工具的第B段部分的结构示意图。

图3为无级可调井眼轨迹控制工具的第C段部分的结构示意图。

图4为无级可调井眼轨迹控制工具的第D段部分的结构示意图。

在图中：1.钻柱、2.芯轴、3.上端动密封装置、4.止推轴承、5.防旋转装置、6.电磁耦合装置、7.弹簧、8.压力孔、9.活塞、10.液压限位开关、11.径向轴承、12.上端联轴器、13.外环电磁离合器、14.外环谐波传动装置、15.偏心机构、16.内环谐波传动装置、17.内环电磁离合器、18.下端联轴器、19.球形轴承、20.下端动密封装置、21.钻头。

具体实施方式：

本实用新型无级可调井眼轨迹控制工具由钻柱1、芯轴2、上端动密封装置3、止推轴承4、防旋转装置5、电磁耦合装置6、弹簧7、压力孔8、活塞9、液压限位开关10、径向轴承11、上端联轴器12、外环电磁离合器13、外环谐波传动装置14、偏心机构15、内环谐波传动装置16、内环电磁离合器17、下端联轴器18、球形轴承19、下端动密封装置20、钻头21组成；钻柱1的上端与钻杆相连接，下端与芯轴2相连接；芯轴2为空心旋转轴，用多个轴承将其固定在工具外壳中间，是整个工具的动力来源，芯轴2的动力是由上端钻杆提供的；采用高强度不锈钢制造；上端动密封装置3安装在工具的最上端；上端动密封装置3与下端动密封装置20的结构相同，都带有柔性密封件、压环、连接环、外密封动环、胀紧套、密封圈和轴承套等；止推轴承4则安装在上端动密封装置3的下端；止推轴承4主要由衬套、护圈和套环等组成；防旋转装置5位于推轴承4的下端，安装在外壳上，通过弹簧作用支撑滚轮来防止外壳的旋转；防旋转装置5包含有滚轮和弹簧等；电磁耦合装置6安装在防旋转装置5的下端，其后依次安装有弹簧7、压力孔8、活塞9、液压限位开关10和径向轴承11以及上端联轴器12；径向轴承11包含外圈、内圈、滚动体、保持架、密封圈和止动环；上端联轴器12与芯轴2通过内六角螺钉连接，在上端联轴器12的下端依次安装有外环电磁离合器13、外环谐波传动装置14、偏心机构15、内环谐波传动装置16、内环电磁离合器17和下端联轴器18；上端联轴器12也采用内六角螺钉与外环电磁离合器13连接；外环电磁离合器13与内环电磁离合器17的结构一样，都带有衔铁、线圈、铁芯以及啮合齿圈等；外环谐波传动装置14与内环谐波传动装置16的结构一样，都带有波发生器、轴承、刚性齿轮以及柔性齿轮；偏心机构15由内外两个偏心环组成，内环与轴之间、内环与外环之间安装有滚针轴承；外环电磁离合器13采用螺栓与外环谐波传动装置14相连接；外环谐波传动装置14采用螺栓与偏心机构15相连接；内环谐波传动装置16、内环电磁离合器17和下端联轴器18的安装位置与外环谐波传动装置14、外环电磁离合器13和上端联轴器12的安装位置是关于偏心机构15完全对称的，彼此之间的连接形式也一样；球形轴承19和下端动密封装置20则安装在工具的最末端；球形轴承19带有碟形弹簧、推力调心轴承、调心滚子轴承以及相应轴承垫圈。

无级可调井眼轨迹控制工具主要是通过电磁离合器来控制偏心机构15的运动来实现偏转造斜的。电磁离合器13的一端是与联轴器12直接相连的，当需要钻井造斜时，电磁离合器13合上，通过联轴器12，将芯轴2的动力传递到电磁离合器13的一端；然而电磁离合器13的另一端又是与谐波传动装置14相连，谐波传动装置14的另一端则与偏心机构15相连；偏心机构15的另一端则完全对称分布，偏心机构15两端分别为内外环的驱动装置，关于偏心机构15对称分布。电磁离合器13带动谐波传动装置14工作，从而带动偏心机构15偏转。主轴的转速一般都很高，所以需要谐波传动装置14来减速，从而可以实现偏心机构15的缓慢旋转、精确定位。偏心机构15由2个偏心环组合而成，可以实现更大范围的造斜；偏心机构15的内环和外环分别有其单独的驱动部分，驱动部分主要由电磁离合器13或17和谐波传动装置14或16构成。当不需要造斜时，电磁离合器13断开，通过弹簧恢复力的作用与固定在外壳上的齿啮合实现制动。

Claims

1.一种无级可调井眼轨迹控制工具，由钻柱(1)、芯轴(2)、上端动密封装置(3)、止推轴承(4)、弹簧(7)、压力孔(8)、活塞(9)、液压限位开关(10)、径向轴承(11)、上端联轴器(12)、下端联轴器(18)、球形轴承(19)、下端动密封装置(20)、钻头(21)组成；其特征在于在其结构中设置有防旋转装置(5)、电磁耦合装置(6)、外环电磁离合器(13)、外环谐波传动装置(14)、偏心机构(15)、内环谐波传动装置(16)、内环电磁离合器(17)；钻柱(1)的上端与钻杆相连接，下端与芯轴（2）相连接；芯轴(2)为空心旋转轴，是整个工具的动力来源，芯轴(2)的动力是由上端钻杆提供的；上端动密封装置(3)安装在工具的最上端；止推轴承(4)则安装在上端动密封装置(3)的下端；防旋转装置(5)位于止推轴承(4)的下端，安装在外壳上；电磁耦合装置(6)安装在防旋转装置(5)的下端，其后依次安装有弹簧(7)、压力孔(8)、活塞(9)、液压限位开关(10)和径向轴承(11)以及上端联轴器(12)；上端联轴器(12)与芯轴(2)通过内六角螺钉连接，在上端联轴器(12)的下端依次安装有外环电磁离合器(13)、外环谐波传动装置(14)、偏心机构(15)、内环谐波传动装置(16)、内环电磁离合器(17)和下端联轴器(18)；上端联轴器(12)也采用内六角螺钉与外环电磁离合器(13)连接；外环电磁离合器(13)采用螺栓与外环谐波传动装置(14)相连接；外环谐波传动装置(14)采用螺栓与偏心机构(15)相连接；内环谐波传动装置(16)、内环电磁离合器(17)和下端联轴器(18)的安装位置与外环谐波传动装置(14)、外环电磁离合器(13)和上端联轴器(12)的安装位置是关于偏置机构(15)完全对称的，彼此之间的连接形式也一样；球形轴承(19)和下端动密封装置(20)则安装在工具的最末端。

2.根据权利要求1所述的无级可调井眼轨迹控制工具，其特征在于防旋转装置(5)包含有滚轮和弹簧，通过弹簧作用支撑滚轮来防止外壳的旋转。

3.根据权利要求2所述的无级可调井眼轨迹控制工具，其特征在于外环电磁离合器(13)与内环电磁离合器(17)的结构一样，都带有衔铁、线圈、铁芯以及啮合齿圈。

4.根据权利要求3所述的无级可调井眼轨迹控制工具，其特征在于外环谐波传动装置(14)与内环谐波传动装置(16)的结构一样，都带有波发生器、轴承、刚性齿轮以及柔性齿轮。

5.根据权利要求4所述的无级可调井眼轨迹控制工具，其特征在于偏心机构(15)由内外两个偏心环组成，内环与轴之间、内环与外环之间安装有滚针轴承。