CN204402347U - 导向能力可控式井下动力钻具 - Google Patents

Abstract

本实用新型的导向能力可控式井下动力钻具涉及钻探工具领域。主要由壳体、上接头、动力机构、扶正棱、下接头和联轴器、旁通孔、控制器、心轴、弹簧组成；其中，动力机构通过联轴器与心轴7连接后整体设在壳体内，弹簧和控制器设在心轴与壳体组成的环形空间内，扶正棱设在壳体下部对应的槽内，控制器本体下端和扶正棱之间通过铰链的支撑杆连接，心轴上设有旁通孔。本钻具安装在钻具组合与钻头之间，通过地面开关泵的操作，提高了现有导向工具的井眼轨迹控制调节能力和钻井效率，减少了起下钻更换导向钻具组合的次数，降低了发生井下复杂情况的风险。同时还具有结构简单、操作方便、便于安装、安全可靠的优点。

Description

导向能力可控式井下动力钻具

技术领域

本实用新型涉及钻井工具领域中的一种导向能力可控式井下动力钻具。特别适用于石油天然气钻井、煤层气钻井、地质勘探、矿山钻探领域。

背景技术

随着油气田开发难度的日益加大和钻井技术的快速发展，大位移井、长水平段水平井、多级分支井等复杂结构井的数量与日俱增，旋转导向钻井技术优势明显，能够满足钻井轨迹实时控制调整的工艺技术要求，但由于国外技术保密与垄断，且服务价格昂贵，国内应用较少，而利用带弯角的井下动力钻具进行导向钻井，其工艺技术相对成熟，且作业成本较低，目前在国内导向钻井技术中占有不可替代的地位。

现有带弯角的井下动力钻具导向钻井技术主要依靠调整滑动钻进井段与复合旋转钻进井段的比例控制井眼轨迹，但在实际应用过程中，常规带弯角的井下动力钻具对井眼轨迹的控制调节能力非常有限，还不能满足高难度复杂结构井的轨迹精确控制与调节的要求，（1）较大弯角导向钻具下入井内过程不顺畅，容易发生遇阻；（2）滑动钻进过程中，较大弯角导向钻具容易引发卡钻事故；（3）复合钻进过程中，由于动力钻具承受的扭矩较大，容易造成较大弯角连接处发生断裂。这样不仅不能满足钻井施工的要求，而且也延长了钻井周期增加了钻井成本。

研究结果表明，将可变径稳定器与带弯角的动力钻具组合，并安装在钻柱与钻头之间，这样就在井眼轨迹控制过程中增加了一个人工可调参数—近钻头稳定器直径，能够在利用钻压控制井眼轨迹的基础上，进一步增强井下导向动力钻具控制井眼轨迹的能力，大大提高复合钻进井段的比例和井眼轨迹控制能力，降低钻进摩阻损耗，提高钻井时效。与常规导向钻井工艺技术相比，能够增大井眼轨迹调整的可控范围，在没有旋转导向钻井技术的条件下，利用现有成熟技术，低成本的钻成更多更长的复杂结构井。

但是现有井下导向动力钻具或安装固定式稳定器，或不安装稳定器。前者在应用过程中，由于稳定器直径固定不可调，使得导向动力钻具对井眼轨迹的调整控制范围有限，若安装的固定式稳定器直径较大，易引发卡钻事故；而后者在应用过程中，虽然在一定程度上能够降低发生卡钻的风险，但大大降低了井眼轨迹的控制能力；如果将变径稳定器与导向动力钻具简单串联，则会减小动力钻具施加在钻头上的破岩扭矩和功率，降低钻井效率。

发明内容

本实用新型是针对现有技术存在的问题，提出一种结构简单，性能可靠，控制精度高，操作方便的导向能力可控式井下动力钻具，通过对安装在井下动力钻具上的变径稳定器的遥控调节，提高现有井下导向动力钻具的井眼轨迹控制能力，同时降低发生卡钻事故的风险，满足复杂结构井轨迹实时控制调整的技术要求，在国内暂无旋转导向钻井技术的前提下，达到利用国内现有成熟技术装备，低成本高效率完成复杂结构井钻井轨迹控制的目的。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

导向能力可控式井下动力钻具，主要由壳体13、上接头1、动力机构2、扶正棱9、下接头12和联轴器3、旁通孔4、控制器6、心轴7、弹簧8组成；其中，控制器6是在筒状本体外设置与壳体13配合的轴向限位锁定机构，动力机构2通过联轴器3与心轴7连接后整体设在壳体13内，上接头1设在壳体13的上部，下接头12设在心轴7裸露端，弹簧8和控制器6设在心轴7与壳体13组成的环形空间内，扶正棱9设在壳体13下部对应的槽内，控制器6本体下端和扶正棱9之间通过铰链的支撑杆连接，控制器6内外壁分别与心轴7和壳体13构成轴向滑动密封配合，心轴7上设有旁通孔4，旁通孔4与心轴7内腔和控制器6上方的环空连通。

上述方案还包括：所述的轴向限位锁定机构由定棘轮和动棘轮组成，其中动棘轮上设有滑槽，滑槽与壳体13上的花键构成插接配合。

上述方案进一步包括：心轴7与控制器6之间安装密封装置5；心轴7与控制器6之间安装密封装置10；控制器6与壳体13之间安装密封装置11。

本实用新型的导向能力可控式井下动力钻具将动力钻具与变径稳定器结合为一体，避免了两个工具简单连接引发井下复杂事故的风险，对于大位移井、长水平段水平井等复杂结构井的高效快速钻进、井身质量的精确控制、延长钻头和钻具的使用寿命、降低能耗和综合成本、提高经济效益具有重要意义，同时也打破了国外在复杂结构井井眼轨迹精确控制工艺方面的技术垄断，实现了利用国内低成本、现有成熟技术完成高难度复杂结构井钻井的目的，具有重要的社会价值和经济价值。

同时，本导向能力可控式井下动力钻具还具有结构设计简单、性能可靠、操作方便等特点。

附图说明

图1是一种导向能力可控式井下动力钻具实施例使用状态的外部示意图。

图2是一种导向能力可控式井下动力钻具剖视结构示意图。

图3是图2中定棘轮放大展开结构示意图。

图4是图2中动棘轮放大展开结构示意图。

图中1-上接头、2-动力结构、3-联轴器、4-旁通孔、5-密封装置、6-控制器、7-心轴、8-弹簧、9-扶正棱、10-密封装置、11-密封装置、12-下接头、13-壳体。

具体实施方式

下面结合附图来和具体实施例对本实用新型详细描述。

如图2，导向能力可控式井下动力钻具，主要由壳体13、上接头1、动力机构2、扶正棱9、下接头12和联轴器3、旁通孔4、控制器6、心轴7、弹簧8组成；其中，控制器6是在筒状本体外设置与壳体13配合的轴向限位锁定机构，动力机构2通过联轴器3与心轴7连接后整体设在壳体13内，上接头1设在壳体13的上部，下接头12设在心轴7裸露端，弹簧8和控制器6设在心轴7与壳体13组成的环形空间内，扶正棱9设在壳体13下部对应的槽内，控制器6本体下端和扶正棱9之间通过铰链的支撑杆连接，控制器6内外壁分别与心轴7和壳体13构成轴向滑动密封配合，心轴7上设有旁通孔4，旁通孔4与心轴7内腔和控制器6上方的环空连通。

如图3和图4，上述实施例所述的轴向限位锁定机构由定棘轮和动棘轮组成，其中动棘轮上设有滑槽，滑槽与壳体13上的花键构成插接配合。

上述实施例进一步包括：心轴7与控制器6之间安装密封装置5；心轴7与控制器6之间安装密封装置10；控制器6与壳体13之间安装密封装置11。

如图1是，扶正棱3-5个，均布安装。

其工作流程和原理如图1所示，导向能力可控式井下动力钻具安装在钻柱与钻头之间，开始钻井时，钻井液依次流经动力机构产生旋转扭矩，经过联轴器、旁通孔、心轴、下接头传递至井底钻头进行破岩。控制器主要由定棘轮和动棘轮构成。初始状态时，控制器锁紧，即定棘轮控制动棘轮无法转动，此时动棘轮上的滑槽不能与壳体配合，使得扶正棱无法伸出，即变径稳定器的外径处于小直径状态；当需要直径变大，即扶正棱伸出时，地面钻井泵先停止再开启，控制器解锁，即定棘轮控制动棘轮转动一定角度，此时动棘轮上的滑槽能够与壳体配合，增大泵压，液压力推动控制器下行将扶正棱推出，同时压缩弹簧，然后再停泵再开启，控制器再次锁紧，定棘轮控制动棘轮再次转动一定角度，使得动棘轮上的滑槽不能与壳体配合，扶正棱不会缩回，钻井液通过动力机构产生扭矩，通过联轴器、心轴、下接头传递至井底钻头旋转破岩。

Claims (3)

1.导向能力可控式井下动力钻具，包括壳体（13）、上接头（1）、动力机构（2）、扶正棱（9）和下接头（12），其特征在于：还包括联轴器（3）、旁通孔（4）、控制器（6）、心轴（7）、弹簧（8）；其中，控制器（6）是在筒状本体外设置与壳体（13）配合的轴向限位锁定机构，动力机构（2）通过联轴器（3）与心轴（7）连接后整体设在壳体（13）内，下接头（12）设在心轴（7）裸露端，弹簧（8）和控制器（6）设在心轴（7）与壳体（13）组成的环形空间内，扶正棱（9）设在壳体（13）下部对应的槽内，控制器（6）本体下端和扶正棱（9）之间通过铰链的支撑杆连接，控制器（6）内外壁分别与心轴（7）和壳体（13）构成轴向滑动密封配合，心轴（7）上设有旁通孔（4），旁通孔（4）与心轴（7）内腔和控制器（6）上方的环空连通。

2.根据权利要求1所述的导向能力可控式井下动力钻具，其特征在于：所述的轴向限位锁定机构由定棘轮和动棘轮组成，其中动棘轮上设有滑槽，滑槽与壳体（13）上的花键构成插接配合。

3.根据权利要求1或2所述的导向能力可控式井下动力钻具，其特征在于：心轴（7）与控制器（6）之间安装密封装置（5）；心轴（7）与控制器（6）之间安装密封装置（10）；控制器（6）与壳体（13）之间安装密封装置（11）。