CN203230340U

CN203230340U - 一种钻井导向装置

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Publication number: CN203230340U
Application number: CN 201320068503
Authority: CN
Inventors: 崔刚明
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-10-10
Filing date: 2013-02-06
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2023-02-06
Also published as: CN103726788A

Abstract

本实用新型公开一种钻井导向装置，所述装置包括导向杆，所述导向杆外套导向套，导向杆与导向套之间固定径向液压缸，径向液压缸连通油路。所述导向套内设有钻杆，钻杆端部设有钻头，钻杆的轴向中心孔为进水孔，钻杆的轴向还设有进水孔。直行钻井时，导向杆和导向套同轴，需要转弯时，径向液压缸的活塞头伸出，使得导向杆偏离原轴线，钻头偏离原轴线方向钻进。本实用新型由于设置导向套，不管井壁坚硬不坚硬、松软不松软，导向杆与导向套交替前进，都能够实现精确导向，两端设置液压缸，使得导向更加精确。

Description

一种钻井导向装置

技术领域

本实用新型属于页岩气、石油、天然气及煤层气勘探开发导向钻井的井下钻进工具。

背景技术

页岩气是从页岩层中开采出来的天然气，主体位于暗色泥页岩或高碳泥页岩中，页岩气是主体上以吸附或游离状态存在于泥岩、高碳泥岩、页岩及粉砂质岩类夹层中的天然气，它可以生成于有机成因的各种阶段天然气主体上以游离相态（大约50%）存在于裂缝、孔隙及其它储集空间，以吸附状态（大约50%）存在于干酪根、粘土颗粒及孔隙表面，极少量以溶解状态储存于干酪根、沥青质及石油中天然气也存在于夹层状的粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、甚至砂岩地层中为天然气生成之后，在源岩层内的就近聚集表现为典型的原地成藏模式，与油页岩、油砂、地沥青等差别较大。与常规储层气藏不同，页岩既是天然气生成的源岩，也是聚集和保存天然气的储层和盖层。因此，有机质含量高的黑色页岩、高碳泥岩等常是最好的页岩气发育条件。

中国主要盆地和地区页岩气资源量约为15万亿－30万亿立方米，与美国28．3万亿立方米大致相当，经济价值巨大。另一方面，生产周期长也是页岩气的显著特点。页岩气田开采寿命一般可达30～50年，甚至更长。美国联邦地质调查局最新数据显示，美国沃思堡盆地Barnett页岩气田开采寿命可达80～100年。开采寿命长，就意味着可开发利用的价值大，这也决定了它的发展潜力。

中国许多盆地发育有多套煤系及暗色泥、页岩地层，互层分布大套的致密砂岩存在根缘气、页岩气发育有利条件，不同规模的天然气发现，但目前尚未在大面积区域内实现天然气勘探的进一步突破。资料显示，中国南方海相页岩地层可能是页岩气的主要富集地区。除此之外，松辽、鄂尔多斯、吐哈、准噶尔等陆相沉积盆地的页岩地层也有页岩气富集的基础和条件。重庆綦江、万盛、南川、武隆、彭水、酉阳、秀山和巫溪等区县是页岩气资源最有利的成矿区带，已经被确定为首批实地勘查工作目标区。

页岩气开发具有开采寿命长和生产周期长的优点——大部分产气页岩分布范围广、厚度大，且普遍含气，使得页岩气井能够长期地稳定产气。但页岩气储集层渗透率低，开采难度较大。随着世界能源消费的不断攀升，包括页岩气在内的非常规能源越来越受到重视。美国和加拿大等国已实现页岩气商业性开发。

中国页岩气藏的储层与美国相比有所差异，如四川盆地的页岩气层埋深要比美国的大，美国的页岩气层深度在800～2600米，而四川盆地的页岩气层埋深在2000～3500米。

页岩气开采技术，主要包括水平井技术和多层压裂技术、清水压裂技术、重复压裂技术及最新的同步压裂技术，这些技术正不断提高着页岩气井的产量。正是这些先进技术的成功应用，促进了美国页岩气开发的快速发展。这些先进技术正在引进，但是成本奇高，许多技术不能在中国页岩气地质条件下适用。

根据我国页岩气层埋藏深的特点，开采页岩气首先要钻水平井，水平井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。现有油井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，但是这种方式井道轨迹复杂，增加了设备的成本。旋转导向闭环钻井技术是当今国际上各国争相开发的一项钻井新技术，可以在一趟钻井中不必起钻调换钻柱组合及导向工具，就能依靠调控指令随钻控制井眼轨迹，并能按需要实现造斜、增斜、稳斜或降斜并使井眼轨迹平滑准确入靶，但是这些技术的成本非常高。专利号为ZL 200720021462.7的中国实用新型专利，公开了滑动推靠式导向钻井工具，该实用新型，利用钻井液循环在钻柱内外形成的压差，推动直径不同的活塞靠向井壁，在钻头旋转破岩钻进的同时，对其施加一个连续的侧向合力，实现对井眼轨迹的调控，但是，对于刚刚钻进的井壁，如果不坚硬的话，其导向的活塞头就要伸出很长压实井壁才能精确导向，这就需要较大的液压缸，有些松软的地质层，根本无法导向。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供一种结构简单、使用短活塞头实现精确导向的钻井导向装置，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，即可实现井下精确导向钻井。

本实用新型是以下述方式实现的: 一种钻井导向装置，包括导向杆，所述导向杆外套导向套，导向杆与导向套之间固定径向液压缸，径向液压缸连通油路。

所述径向液压缸固定在导向杆上，径向液压缸连通导向杆的油路。

所述导向杆固定环状的轴向液压缸，导向杆穿过轴向液压缸的中心孔并与轴向液压缸固定，此时的活塞杆为导向杆穿过其中的活塞管，活塞管与导向套连接，使导向杆与导向套之间产生轴向位移。这样，导向杆连接钻杆通向地面，在地面通过油路控制钻井的拐弯方向和拐弯幅度，为了更好地确定拐弯方向和拐弯幅度，也需要对钻头的状态进行检测。

所述径向液压缸固定在导向套上，径向液压缸连通导向套的油路。

所述导向套固定轴向液压缸，轴向液压缸的活塞头连接导向杆，使导向杆与导向套之间产生轴向位移。这样，导向套通向地面，在地面通过油路控制钻井的拐弯方向和拐弯幅度。

当然，导向杆与导向套之间也可以不设轴向液压缸，导向杆连接钻杆通向地面，导向套也通向地面，在地面使导向杆与导向套之间产生交替轴向位移前进。

所述导向套内设有钻杆，钻杆端部设有钻头，钻杆的轴向中心孔为出水孔，钻杆的轴向还设有进水孔。

所述设置径向液压缸的截面上设置1-3个径向液压缸。

上述导向杆可以为钻头的动力源，例如螺杆马达等；上诉导向套内可以设油路与液压缸连通。

本实用新型由于设置导向套，不管井壁坚硬不坚硬、松软不松软，导向杆与导向套交替前进，都能够实现精确导向，两端设置液压缸，使得导向更加精确。

附图说明

图1为本实用新型主视图。

图2为图1的仰视示意图。

图3.为图1剖视图。

图4为图3A部分放大图。

图5为图3B部分放大图。

图6为装配图的剖视图。

图7为图6C部分剖视图。

图8为图6D部分剖视图。

图9为图6E部分剖视图。

图10为导向杆一端一个径向液压缸导向原理图。

图11为导向杆一端两个径向液压缸导向原理图。

图12为导向杆两端各一个径向液压缸导向原理图。

图13为导向杆两端各两个径向液压缸导向原理图。

图14为导向套一端一个径向液压缸导向原理图。

图15为导向套一端两个径向液压缸导向原理图。

图16为两端每端两个径向液压缸导向原理图。

图17为图一截面分散设三个径向液压缸导向示意图。

图18 为导向套设轴向液压缸示意图。

图19为导向杆设轴向液压缸示意图。

图20是钻杆进水、出水状态示意图。

具体实施方式

如图1-9，钻头1通过连接件I 9及离心联轴器6与马达2连接，马达2通过连接件 II 10与变径头8连接，变径头8通过连接件III 11与导向杆7连接，导向杆7通过连接件III 11与钻杆4连接，导向杆7外套导向套3，导向套3由螺纹12连接套管，套管内为钻杆4；导向杆7可以为钻杆，也可以为螺杆马达的外壁，导向套3可以为套管。

其钻井导向装置的导向原理如图9-19，包括导向杆7，所述导向杆7外套导向套3，导向杆7与导向套3之间固定径向液压缸5，径向液压缸5连通油路。

如图10所述一个径向液压缸5固定在导向杆7上，径向液压缸5连通导向杆7的油路。

如图11所述两个径向液压缸5固定在导向杆7一端。

如图12所述两个径向液压缸5分别固定在导向杆7两端。

如图13，导向杆7每端两个径向液压缸5。

直行钻井时，导向杆7与导向套3同轴，需要转弯时，此时分两种情况，1. 径向液压缸5设置在导向杆7一端，导向杆7上设置一个径向液压缸5时，径向液压缸5的活塞头伸出顶向导向套3内壁，反作用力使导向杆7偏离原轴线，钻头沿偏离原轴线方向钻进，井孔就转了导向杆7偏离角度的弯，当径向液压缸5接近导向套3端面时（可以设置传感器限位），为了防止径向液压缸5脱出导向套3，停止钻进，伸出顶向导向套3内壁的活塞头缩回，压迫导向套3前移一段距离停止，以此交替重复钻进，达到转向目的，当导向杆7上设置两个径向液压缸5且这两个径向液压缸5在同一截面上并且不是相对设置时，两个径向液压缸5的合力相当于一个径向液压缸5；2.同一截面上当两个径向液压缸5相对设置时，一个径向液压缸5的活塞头伸出顶向导向套3内壁，另一个径向液压缸5的活塞头缩回，活塞头顶向导向套3内壁的反作用力使导向杆7偏离原轴线，钻头沿偏离原轴线方向钻进，井孔就转了导向杆7偏离角度的弯，当径向液压缸5接近导向套3端面时，为了防止径向液压缸5脱出导向套3，停止钻进，然后先前伸出的活塞头缩回，先前缩回的活塞头伸出顶向导向套3内壁，使导向套3在先前导向杆7偏离角度的基础上延续偏离一定角度，压迫导向套3沿偏离后角度前移一段距离停止，以此交替重复钻进，达到更快转向目的；前述的情况需要调整转弯的方向时，旋转导向杆7至需要角度即可；当同一截面上分散设置三个径向液压缸5，这种情况的合力与同一截面上两个径向液压缸5相对设置的情况类似，但是，需要调整转弯的方向时，不需旋转导向杆7，仅仅调整三个径向液压缸5的活塞头的伸出量即可。2. 导向杆7两端均设置径向液压缸5，前述的几种情况调整两端的受力方向相反，能够更稳固更准确的实现转向。导向杆7的油路可以连通使钻头旋转的动力油路，也可以为单独通向地面的油路。

如图14-17所述径向液压缸5固定在导向套3上，径向液压缸5连通导向套3的油路。

如图14所述一个径向液压缸5固定在导向套3一端。

如图15所述两个径向液压缸5固定在导向套3一端。

如图16在导向套3每端固定两个径向液压缸5。

这样直行钻井时，导向杆7与导向套3同轴，需要转弯时，此时分两种情况，1. 径向液压缸5设置在导向套3一端，导向套3上设置一个径向液压缸5时，径向液压缸5的活塞头伸出顶向导向杆7外壁，使导向杆7偏离原轴线，钻头1沿偏离原轴线方向钻进，井孔就转了导向套3偏离角度的弯，当径向液压缸5接近导向杆7端面时（可以设置传感器限位），为了防止导向杆7脱出径向液压缸5，停止钻进，伸出顶向导向杆7外壁的活塞头缩回，压迫导向套3前移一段距离停止，以此交替重复钻进，达到转向目的，当导向套3上设置两个径向液压缸5且这两个径向液压缸5在同一截面上并且不是相对设置时，两个径向液压缸5的合力相当于一个径向液压缸5；2.同一截面上当两个径向液压缸5相对设置时，一个径向液压缸5的活塞头伸出顶向导向杆7外壁，另一个径向液压缸5的活塞头缩回，活塞头顶向导向杆7外壁的作用力使导向杆7偏离原轴线，钻头沿偏离原轴线方向钻进，井孔就转了导向杆7偏离角度的弯，当径向液压缸5接近导向套3端面时，为了防止导向杆7脱出径向液压缸5，停止钻进，然后先前伸出的活塞头缩回，先前缩回的活塞头伸出顶向导向杆7外壁，使导向套3在先前导向杆7偏离角度的基础上延续偏离一定角度，压迫导向套3沿偏离后角度前移一段距离停止，以此交替重复钻进，达到更快转向目的；前述的情况需要调整转弯的方向时，旋转导向套3至需要角度即可；如图20当同一截面上分散设置三个径向液压缸5，这种情况的合力与同一截面上两个径向液压缸5相对设置的情况类似，但是，需要调整转弯的方向时，不需旋转导向杆7，仅仅调整三个径向液压缸5的活塞头的伸出量即可。2. 导向套3两端均设置径向液压缸5，前述的几种情况调整两端的受力方向相反，能够更稳固更准确的实现转向。导向套3的油路可以用软油管连通使钻头旋转的动力油路，也可以为沿导向套3内设单独通向地面的油路。

所述设置径向液压缸5的截面上可以设置1或者2个或者3个径向液压缸5。

如图19，所述导向杆7固定环状的轴向液压缸151，导向杆7穿过轴向液压缸151的中心孔并与轴向液压缸151固定，此时的活塞杆为导向杆7穿过其中的活塞管141，活塞管141与导向套3连接，使导向杆7与导向套3之间产生轴向位移。这样，导向杆7连接钻杆通向地面，在地面通过钻杆内的油路控制钻井的拐弯方向和拐弯幅度，为了更好地确定拐弯方向和拐弯幅度，也需要对钻头的状态进行检测。

如图18，所述导向套3固定轴向液压缸15，轴向液压缸15的活塞头14连接导向杆7，使导向杆7与导向套3之间产生轴向位移。这样，导向套3通向地面，在地面通过油路控制钻井的拐弯方向和拐弯幅度。

当然，导向杆7与导向套3之间也可以不设轴向液压缸，导向杆7连接钻杆通向地面，导向套3也通向地面，在地面使导向杆7与导向套3之间产生交替轴向位移前进。

上述导向杆7可以为钻头的动力源，例如螺杆马达等；上述导向套3内可以设油路与液压缸连通。

作为本实用新型的优选方案，所述导向套3内设有钻杆4，钻杆4端部设有钻头1，钻杆4的轴向中心孔为出水孔20，钻杆4的轴向还设有进水孔21。现有技术中水处在导向套3和井壁之间，之后由水泵抽上去，这需要限定导向套的大小，而本实用新型中，从直接从进水孔21进、出水孔20出，不需要在导向套和井壁之间保留足够的空隙。另外，还可以使得水只停留在井底部，而经顶部没水。

本实用新型所述的种钻井导向装置工作方法如下：直行钻井时，导向杆7和导向套3同轴，需要转弯时，径向液压缸5的活塞头伸出，使得导向杆7偏离原轴线，钻头1偏离原轴线方向钻进。

如图20所示，作为本实用新型的改进：钻井的时候水从进水孔21进入钻杆，从出水孔20出来。

由于钻孔较深，达到百米之后深孔容易出现塌孔，钻头及钻杆拔出后，塌孔容易堵塞瓦斯抽采空，因此本实用新型将钻头及钻杆拔出之前，将瓦斯抽采管通过出水孔20插入瓦斯抽放孔底部，之后将钻头及钻杆拔出。这样可以使得瓦斯抽采管留在瓦斯抽放孔底部，抽采瓦斯更彻底。

Claims

1.一种钻井导向装置，包括导向杆（7），其特征在于：所述导向杆（7）外套导向套（3），导向杆（7）与导向套（3）之间固定径向液压缸（5），径向液压缸（5）连通油路。

2.如权利要求1所述的钻井导向装置，其特征在于：所述径向液压缸（5）固定在导向杆（7）上，径向液压缸（5）连通导向杆（7）的油路。

3.如权利要求2所述的钻井导向装置，其特征在于：所述导向杆（7）固定环状的轴向液压缸（15），导向杆（7）穿过轴向液压缸（15）的中心孔并与轴向液压缸（15）固定，此时的活塞杆为导向杆穿过其中的活塞管，活塞管与导向套（3）连接，使导向杆（7）与导向套（3）之间产生轴向位移。

4.如权利要求1所述的钻井导向装置，其特征在于：所述径向液压缸（5）固定在导向套（3）上，径向液压缸（5）连通导向套的油路。

5.如权利要求4所述的钻井导向装置，其特征在于：所述导向套3固定轴向液压缸（15），轴向液压缸（15）的活塞头连接导向杆（7），使导向杆（7）与导向套（3）之间产生轴向位移。

6. 如权利要求1~5之一所述的钻井导向装置，其特征在于：所述导向套3内设有钻杆（4），钻杆（4）端部设有钻头（1），钻杆（4）的轴向中心孔为出水孔（20），钻杆（4）的轴向还设有进水孔（21）。

7.如权利要求1~5之一所述的钻井导向装置，其特征在于：所述设置径向液压缸的截面上设置1-3个径向液压缸。