CN204827226U - 一种动态指向式旋转导向钻井工具 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种动态指向式旋转导向钻井工具，包括稳定平台结构、偏置结构和导向结构，稳定平台结构包括上涡轮发电机、电子仓和下涡轮发电机，所述的电子仓内部设有所需要的电子元件，所述的偏置结构包括几个可控制的偏心圆环组合形成，偏置结构中装有CPU检测装置、电子马达等检测与驱动元件，所述的导向结构包括硬质外筒、柔性内轴和导向阀，本实用新型设有稳定平台结构，保证钻进时不受钻柱旋转的影响；设有导向机构，不需要借助翼肋退靠井壁来改变方向，导向效果好，使得井眼规则，较少螺旋和凸起；可以更好地对井斜和方位进行控制，具有更长寿命，与钻头选择无关，降低卡钻和失效等风险，提供了作业上的优势。

Description

一种动态指向式旋转导向钻井工具

技术领域

本实用新型涉及石油钻井器械技术领域，尤其涉及一种动态指向式旋转导向钻井工具。

背景技术

近十几年来，水平井、大位移井、多分支井等复杂结构井和“海油陆采”、页岩气开发的迅速发展，以及钻井工艺对提高效率、降低成本、提高在恶劣环境和复杂地质条件下钻井能力等的要求，国内外纷纷开展了对旋转导向钻井技术的研究。旋转导向钻井技术是一项尖端的自动化钻井新技术，国外钻井实践证明，在水平井、大位移井、大斜度井、三维多目标井中推广应用旋转导向钻井技术，既提高了钻井速度，也减少了钻井事故，从而降低了钻井成本。旋转导向钻井工具是旋转导向钻井系统的核心，决定了旋转导向钻井系统的工作特色和工作能力。

旋转导向技术是用钻盘(或顶驱)旋转钻柱钻井，随钻实现导向相应功能。其优点是：排除了滑动钻进、减少了扭矩和摩阻、提高了井眼质量、改善了井眼清洁、提高了机械钻速、降低了循环当量密度、选择最佳钻井参数获得最大机械钻速、降低了压差卡钻的风险、钻头的钻井性能选择优于钻头可导向性的选择、大位移钻井全过程定向控制、低风险钻进大多数高难度井眼轨迹的井节省钻机时间。此外，其极限井深可达15km，钻井成本低。因此，旋转导向钻井技术是现代导向钻井技术发展的必然方向。

目前国外三大石油公司BakerHughes、Schlumberger和Halliburton通过各种方式分别形成了其各自商业化应用的PowerDriveSRD、AutoTrakRCLS和Geo-Pilot旋转导向钻井系统，这3个系统的根本区别是井下钻井工具各不相同，这也充分说明了旋转导向钻井工具是旋转导向钻井系统的核心。前面两种系统可归类为一种系统即推靠式(push-the-bit)旋转导向钻井系统；而后一种属于指向式(point-the-bit)旋转导向钻井系统。推靠式旋转导向系统：侧向力大，造斜率高，但旋转导向钻出的井眼狗腿大，轨迹波动大，不平滑，钻头和钻头轴承的磨损较严重。指向式旋转导向系统：能钻出较平滑的井眼，摩阻和扭矩较小，可以使用较大的钻压，机械钻速较高，有助于发挥钻头的性能，钻头及其轴承承受的侧向载荷较小，极限位移增加，但是造斜率较低。目前推靠式旋转导向系统技术已基本成熟，而指向式旋转导向系统尚处于新兴起步阶段。

国内开展这方面的研究工作较晚。20世纪90年代才全面展开这方面的研究工作，2006年以苏义脑院士为首的技术团队研制成功了CGDS-1近钻头地质导向旋转钻井系统，在冀东、辽河等油田应用15口井。另外，以张绍槐教授为首的研究团队，近年来与中国石化胜利油田合作，在旋转导向钻井方面也取得了突破性的成果。但大多研究在推靠式旋转导向钻井居多，指向式旋转导向钻井的研究在国内还处于“瓶颈”状态。

实用新型内容

本实用新型提供了一种动态指向式旋转导向钻井工具，设有稳定平台结构，保证钻进时不受钻柱旋转的影响，同时可以同步配合旋转导向钻井系统的指令系统对导向工具面角随钻井下实施调控；设有导向机构，不需要借助翼肋退靠井壁来改变方向，导向效果好，使得井眼规则，较少螺旋和凸起；可以更好地对井斜和方位进行控制，具有更长寿命，与钻头选择无关，降低卡钻和失效等风险，提供了作业上的优势。

为解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种动态指向式旋转导向钻井工具，包括稳定平台结构、偏置结构和导向结构，所述的稳定平台结构包括上涡轮发电机、电子仓和下涡轮发电机，所述的上涡流发电机和下涡流发电机位于电子仓的两端，所述的电子仓内部设有所需要的电子元件，所述的偏置结构包括几个可控制的偏心圆环组合形成，偏置结构中装有CPU检测装置、电子马达等检测与驱动元件，所述的导向结构包括硬质外筒、柔性内轴和导向阀，所述的硬质外筒内设有柔性内轴，柔性内轴与硬质外筒之间设有导向阀。

作为本方案的优选实施例，所述的稳定平台结构上行设有钻铤和扶正器，所述的钻铤内部设有钻杆，钻铤外侧套设有扶正器。

作为本方案的优选实施例，所述的钻杆与地面监控系统相连接，所述的稳压平台单元与扶正器之间设有随钻测量系统。

作为本方案的优选实施例，所述的上涡轮发电机为系统动力发生器，为钻井工具提供井下电源，其旋转方向为顺时针方向，所述的下涡轮发电机为扭矩发生器，其旋转法向为逆时针。

作为本方案的优选实施例，所述的电子仓内设有控制电路、重力加速计、短程通讯、下穿信号接收器、传感器检测钻铤等。

作为本方案的优选实施例，所述的柔性内轴左侧设有悬臂轴承，中间设有偏心组环，右侧设有焦点轴承，柔性内轴右端与钻头连接。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

设有稳定平台结构，保证钻进时不受钻柱旋转的影响，同时可以同步配合旋转导向钻井系统的指令系统对导向工具面角随钻井下实施调控；设有导向机构，不需要借助翼肋退靠井壁来改变方向，导向效果好，使得井眼规则，较少螺旋和凸起；可以更好地对井斜和方位进行控制，具有更长寿命，与钻头选择无关，降低卡钻和失效等风险，提供了作业上的优势。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施的结构示意图；

图2是本申请实施稳定平台结构的示意图；

图1-图2中，1、稳定平台结构，2、偏置结构，3、导向结构，4、上涡轮发电机，5、电子仓，6、下涡轮发电机，7、硬质外筒，8、柔性内轴，9、导向阀，10、钻铤，11、扶正器，12、钻杆，13、地面监控系统，14、随钻测量系统，15、悬吊轴承，16、偏心组环，17、交点轴承，18、钻头。

具体实施方式

本实用新型提供了一种动态指向式旋转导向钻井工具，设有稳定平台结构，保证钻进时不受钻柱旋转的影响，同时可以同步配合旋转导向钻井系统的指令系统对导向工具面角随钻井下实施调控；设有导向机构，不需要借助翼肋退靠井壁来改变方向，导向效果好，使得井眼规则，较少螺旋和凸起；可以更好地对井斜和方位进行控制，具有更长寿命，与钻头选择无关，降低卡钻和失效等风险，提供了作业上的优势。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

如图1-图2所示，一种动态指向式旋转导向钻井工具，包括稳定平台结构1、偏置结构2和导向结构3，所述的稳定平台结构1包括上涡轮发电机4、电子仓5和下涡轮发电机6，所述的上涡流发电机4和下涡流发电机5位于电子仓5的两端，所述的电子仓5内部设有所需要的电子元件，所述的偏置结构2包括几个可控制的偏心圆环组合形成，偏置结构2中装有CPU检测装置、电子马达等检测与驱动元件，所述的导向结构3包括硬质外筒7、柔性内轴8和导向阀9，所述的硬质外筒7内设有柔性内轴8，柔性内轴8与硬质外筒7之间设有导向阀9。

其中，在实际应用中，所述的稳定平台结构1上行设有钻铤10和扶正器11，所述的钻铤10内部设有钻杆12，钻铤10外侧套设有扶正器11。

其中，在实际应用中，所述的钻杆12与地面监控系统13相连接，所述的稳定平台机构1与扶正器11之间设有随钻测量系统14。

其中，在实际应用中，所述的上涡轮发电机4为系统动力发生器，为钻井工具提供井下电源，其旋转方向为顺时针方向，所述的下涡轮发电机6为扭矩发生器，其旋转法向为逆时针。

其中，在实际应用中，所述的电子仓5内设有控制电路、重力加速计、短程通讯、下穿信号接收器、传感器检测钻铤等。

其中，在实际应用中，所述的柔性内轴8左侧设有悬臂轴承15，中间设有偏心组环16，右侧设有焦点轴承17，柔性内轴8右端与钻头18连接。

使用时通过稳定平台结构1的计算机检测到井斜与方位变化的信号结构，将检测到的信号传输到偏置装置2的CPU中，当需要调整角度时，装置2中的CPU驱动控制系统的动力模块电力马达，在旋转导向过程中，偏置工具的偏心将导致其上下钻柱12发生弯曲，使得钻头18出钻柱的轴线和井眼轴线之间出现夹角，由于钻头的转角而实现旋转导向。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种动态指向式旋转导向钻井工具，包括稳定平台结构(1)、偏置结构(2)和导向结构(3)，其特征在于，所述的稳定平台结构(1)包括上涡轮发电机(4)、电子仓(5)和下涡轮发电机(6)，所述的上涡流发电机(4)和下涡流发电机(5)位于电子仓(5)的两端，所述的电子仓(5)内部设有所需要的电子元件，所述的偏置结构(2)包括几个可控制的偏心圆环组合形成，偏置结构(2)中装有CPU检测装置、电子马达等检测与驱动元件，所述的导向结构(3)包括硬质外筒(7)、柔性内轴(8)和导向阀(9)，所述的硬质外筒(7)内设有柔性内轴(8)，柔性内轴(8)与硬质外筒(7)之间设有导向阀(9)。

2.根据权利要求1所述的一种动态指向式旋转导向钻井工具，其特征在于，所述的稳定平台结构(1)上行设有钻铤(10)和扶正器(11)，所述的钻铤(10)内部设有钻杆(12)，钻铤(10)外侧套设有扶正器(11)。

3.根据权利要求2所述的一种动态指向式旋转导向钻井工具，其特征在于，所述的钻杆(12)与地面监控系统(13)相连接，所述的稳定平台机构(1)与扶正器(11)之间设有随钻测量系统(14)。

4.根据权利要求1所述的一种动态指向式旋转导向钻井工具，其特征在于，所述的上涡轮发电机(4)为系统动力发生器，为钻井工具提供井下电源，其旋转方向为顺时针方向，所述的下涡轮发电机(6)为扭矩发生器，其旋转法向为逆时针。

5.根据权利要求1所述的一种动态指向式旋转导向钻井工具，其特征在于，所述的电子仓(5)内设有控制电路、重力加速计、短程通讯、下穿信号接收器、传感器检测钻铤等。

6.根据权利要求1所述的一种动态指向式旋转导向钻井工具，其特征在于，所述的柔性内轴(8)左侧设有悬臂轴承(15)，中间设有偏心组环(16)，右侧设有焦点轴承(17)，柔性内轴(8)右端与钻头(18)连接。