CN206707625U - 一种旋转导向系统井下工具 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种旋转导向系统井下工具，包括：导向心轴（A）和下接头（C）；所述导向心轴（A），具有通孔（A‑5），所述通孔（A‑5）的一端具有上电子仓（A‑1）；所述通孔（A‑5）的另一端外侧为旋转轴（A‑2），所述旋转轴（A‑2）与所述下接头（C）连接；所述电子仓（A‑1），与中控电子节（B‑2）连接；所述中控电子节（B‑2），与三支液压活塞支撑掌（B‑4）连接，用于控制所述三支液压活塞支撑掌（B‑4）向井壁的推力；所述电子仓（A‑1），用于将工作模式传输到所述中控电子节（B‑2）中。解决导向控制时间长、精度差、储层钻遇率低、井眼净化程度低，滑动导向导致机械钻速低，容易引起卡钻事故、井眼轨迹不规则、固井质量难以保证的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及石油钻井井下测试仪器领域，具体说是一种旋转导向系统井下工具。
背景技术
目前在水平井和大位移井施工中一般采用LWD+弯螺杆进行导向，其钻进方式属于滑动钻进，进行导向控制容易引起以下问题：
1）导向控制时间长、精度差、储层钻遇率低；
2）井眼净化程度低，容易引起卡钻事故；
3）滑动导向导致机械钻速低；
4）井眼轨迹不规则，固井质量难以保证。
发明内容
有鉴于此，本实用新型提供一种旋转导向系统井下工具，以解决导向控制时间长、精度差、储层钻遇率低、井眼净化程度低，滑动导向导致机械钻速低，容易引起卡钻事故、井眼轨迹不规则、固井质量难以保证的问题。
本实用新型提供一种旋转导向系统井下工具，包括：导向心轴和下接头；
所述导向心轴，具有通孔，所述通孔的一端具有上电子仓；所述通孔的另一端外侧为旋转轴，所述旋转轴与所述下接头连接；
所述电子仓，与中控电子节连接；
所述中控电子节，与三支液压活塞支撑掌连接，用于控制所述三支液压活塞支撑掌向井壁的推力；
所述电子仓，用于将工作模式传输到所述中控电子节中。
优选地，所述一种旋转导向系统井下工具，还包括：旋转套；
所述旋转轴的一端具有台肩，所述旋转轴的另一端与所述下接头连接；
所述旋转套套接在所述旋转轴外侧；
所述中控电子节，位于所述旋转套内侧；
所述旋转套的一端顶接或者悬挂在所述台肩的截面处，所述旋转套的另一端外侧具有凹槽，所述三支液压活塞支撑掌通过所述凹槽与所述旋转套连接。
优选地，所述电子仓包括：电子节和电池短接；
所述电池短接与所述电子节连接，用于对所述电子节供电；
所述电子节与所述中控电子节连接，用于发送所述工作模式到所述中控电子节。
优选地，所述电子仓还与LWD测量系统连接；
所述LWD测量系统，用于设定所述工作模式。
优选地，所述中控电子节内部具有微处理器，所述工程参数测量模块与所述微处理器连接；
所述工程参数测量模块，用于实时测量井斜a c2和方位f c2信号；
所述微处理器，采集所述井斜a c2和方位f c2信号，并将所述井斜a c2和方位f c2信号于给定值进行对比，控制所述三支液压活塞支撑掌向井壁的推力。
优选地，所述所述旋转套具有连接头，所述连接头与所述旋转轴之间具有凹槽。
优选地，所述旋转轴外侧具有松耦合变压器原边；
所述旋转套的内侧具有松耦合变压器副边；
所述松耦合变压器原边，与所述电子仓连接；
所述松耦合变压器副边，与所述中控电子节连接；
所述松耦合变压器原边和所述松耦合变压器副边具有间隙；
所述松耦合变压器原边和所述松耦合变压器副边，用于所述电子仓向所述中控电子节传递电能与工作模式。
优选地，所述电子节包括：通信模块和逆变电路；
所述通信模块，与所述中控电子节连接，用于将工作模式传输到所述中控电子节中；
所述逆变电路与所述电池短接连接，用于将所述电池短接的直流电信号转换成交流电信号。
优选地，所述导向心轴，具有导线孔，所述电子仓通过所述导线孔与LWD测量系统连接。
优选地，所述下接头的两端分别具有母扣和公扣；
所述母扣为中空结构，所述中空结构内具有内螺纹，所述母扣的一端具有凸沿，所述凸沿为所述公扣；
所述旋转轴的一端具有外螺纹，所述下接头与所述旋转套螺纹连接；
所述母扣，还与钻头连接。
本实用新型至少具有如下有益效果：
采用本实用新型进行施工时，井下工具在旋转状态下工作，井眼净化效果更好，井身轨迹控制精度更高，位移延伸能力更强，因此更适合于复杂油气藏中高难定向井、丛式井、水平井、大位移井、分支井及三维复杂结构井等特殊工艺井的钻井施工。
同时，本实用新型能够在旋转状态下进行井眼轨迹的导向控制工作，摩阻与扭阻小。
附图说明
通过以下参考附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优点更为清楚，在附图中：
图1是本实用新型一种旋转导向系统井下工具的结构示意图；
图2是本实用新型导向心轴的结构示意图；
图3是本实用新型旋转套的结构示意图；
图4是本实用新型旋转套的结构示意图；
图5是本实用新型实施例的上电子仓与LWD测量系统的电路框图；
图6是本实用新型实施例的中控电子节与工程参数测量模块和三支液压活塞支撑掌的电路连接示意图。
具体实施方式
以下基于实施例对本实用新型进行描述，但是值得说明的是，本实用新型并不限于这些实施例。在下文对本实用新型的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。然而，对于没有详尽描述的部分，本领域技术人员也可以完全理解本实用新型。
此外，本领域普通技术人员应当理解，所提供的附图只是为了说明本实用新型的目的、特征和优点，附图并不是实际按照比例绘制的。
同时，除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包含但不限于”的含义。
图1是本实用新型一种旋转导向系统井下工具的结构示意图。如图1所示，一种旋转导向系统井下工具，包括：导向心轴A、旋转套B和下接头C。
图1中，旋转套B套接在导向心轴A的通孔A-5外侧的一端，下接头C分别与导向心轴A的通孔A-5和钻头连接。
在图1中，导向心轴A进一步包括：上电子仓A-1、旋转轴A-2、松耦合变压器原边A-4和导线孔A-6，具体见图2中的描述。
在图1中，旋转套B包括：下电子仓，下电子仓在旋转套B内部，旋转套B外部均匀分布有3个凹槽，凹槽处用螺丝固定三支液压活塞支撑掌B-4。
在图1中，下电子仓进一步包括：松耦合变压器副边B-1、中控电子节B-2和工程参数测量模块B-3，具体见图3中的描述。
在图1中，下接头C的具体结构，见图4中的描述。
图2是本实用新型导向心轴的结构示意图。如图2所示，导向心轴A，包括：通孔A-5，以及上电子仓A-1、旋转轴A-2、松耦合变压器原边A-4和导线孔A-6。
图2中，导向心轴A为通径结构，导向心轴A的内部具有通孔A-5，通孔A-5为钻井液流道。导向心轴A上端的通孔A-5半径大于导向心轴A下端的通孔A-5半径，导向心轴A上端的通孔A-5为安装室；导向心轴A的上端的安装室内具有上电子仓A-1，上电子仓A-1内具有上电子仓通孔A-1-3，上电子仓通孔A-1-3也为钻井液流道，上电子仓A-1的上电子仓通孔A-1-3与导向心轴A下端的通孔A-5尺寸吻合，上电子仓A-1的一端具有安装头A-1-4，上电子仓A-1通过安装头A-1-4与导向心轴A下端的通孔A-5连接。
图2中，上电子仓A-1内具有电子节A-1-1和电池短接A-1-2，导向心轴A下端的通孔A-5上具有松耦合变压器原边A-4，电池短接A-1-2与电子节A-1-1连接，电子节A-1-1与松耦合变压器原边A-4连接。
图2中，电池短接A-1-2，用于电子节A-1-1的供电；电池短接A-1-2，还用于通过松耦合变压器采用电磁耦合的方式传递给旋转套B内的松耦合变压器副边B-1（图3中）。
图2中，电子节A-1-1，用于电池短接A-1-2逆变，并接收LWD测量系统发出的指令，发送到中控电子节B-2。
进一步地，导向心轴A上还具有导线孔A-6，导线孔A-6分别和电子节A-1-1和LWD测量系统连接，导线孔A-6用于电子节A-1-1与LWD测量系统连接，实现电子节A-1-1与LWD测量系统的数据通讯。
图3是本实用新型旋转套的结构示意图。如图3所示，旋转套B，包括：松耦合变压器副边B-1、中控电子节B-2、工程参数测量模块B-3和三支液压活塞支撑掌B-4。
图3中，旋转套B为套筒式结构，旋转套B套接在导向心轴A下端的旋转轴A-2上，旋转轴A-2上具有通孔A-5；旋转套B内侧具有松耦合变压器副边B-1，松耦合变压器副边B-1与松耦合变压器原边A-4（图1或者图2中）具有间隙，松耦合变压器副边B-1与中控电子节B-2连接，用于向中控电子节B-2供电。
图3中，旋转套B外部均匀分布有3个凹槽，凹槽处用螺丝固定三支液压活塞支撑掌B-4。
进一步地，旋转套B的另一端具有下接头连接头B-5，下接头连接头B-5在旋转轴A-2的周围具有凹槽B-5-1，下接头C（图1或者图4中）通过凹槽B-5-1以及旋转轴A-2与旋转套B连接，下接头C的具体结构，详见图4中的描述。
进一步地，松耦合变压器原边A-4（图1或者图2中）与松耦合变压器副边B-1的间隙为0.5mm。
图4是本实用新型旋转套的结构示意图。如图3所示，下接头C，包括：母扣C-1和公扣C-2；公扣C-2的尺寸与图2中的旋转套B的连接头B-5的凹槽配合，公扣C-2通过连接头B-5的凹槽与旋转套B连接。母扣C-1与钻头连接。
结合图3和图4进行说明，下接头C的内部具有内螺纹，导向心轴A下端的通孔A-5具有外螺纹，下接头C与导向心轴A通过导向心轴A下端的通孔A-5螺纹连接在一起。
图5是本实用新型实施例的上电子仓与LWD测量系统的电路框图。如图5所示，上电子仓，包括：电子节A-1-1和电池短接A-1-2；其中，电子节A-1-1进一步包括：通信模块A-1-1-2和逆变电路A-1-1-1。
图5中，通信模块A-1-1-2分别与LWD测量系统A-3和松耦合变压器原边A-4连接，通信模块A-1-1-2用于电子节A-1-1以及中控电子节B-2与LWD测量系统A-3进行通讯。
图5中，逆变电路A-1-1-1分别与电池短接A-1-2和松耦合变压器原边A-4连接，松耦合变压器副边B-1与中控电子节B-2连接，逆变电路A-1-1-1用于将电池短接A-1-2输出的直流信号转换为交流信号，通过松耦合变压器原边A-4和松耦合变压器副边B-1，将电池短接A-1-2的电能传送给中控电子节B-2。
同时，图5中，通信模块A-1-1-2与松耦合变压器原边A-4连接，松耦合变压器原边A-4与松耦合变压器副边B-1连接，松耦合变压器副边B-1与中控电子节B-2连接，通过松耦合变压器原边A-4和松耦合变压器副边B-1，通信模块A-1-1-2把工作模式传送给中控电子节B-2。
采用松耦合变压器原边A-4和松耦合变压器副边B-1进行电能信号与工作模式信号传输，可以避免通信线的缠绕。
图6是本实用新型实施例的中控电子节与工程参数测量模块和三支液压活塞支撑掌的电路连接示意图。如图5所示，中控电子节B-2包括：微处理器B-2-1，微处理器B-2-1分别与工程参数测量模块B-3和三支液压活塞支撑掌B-4连接。
图6中，工程参数测量模块B-3，用于实时测量井斜a c2和方位f c2，保持模式的井斜角a c1和方位角f c1已经为设定值，微处理器B-2-1接收工程参数测量模块B-3发送的测量井斜a c2和方位f c2参数，微处理器B-2-1对比当前工程参数测量模块B-3测得井斜a c2、方位f c2与需要保持的井斜角a c1和方位角f c1，若或则计算Dac 与Df c的矢量和，将其当作控制井眼轨迹所需的导向力矢量合力，通过矢量分解法分解成三支液压活塞支撑掌B-4对井壁的推力分力，三支液压活塞支撑掌按照计算的推力分力推靠井壁，进行井眼轨迹保持控制。
进一步地，旋转导向系统的井眼轨迹控制，包括3种模式：导向造斜模式、保持模式、待命模式。对于不同的井身段所采用的井身结构参数不一样，控制模式也不相同。旋转导向系统井下工具在下井后，随钻的LWD测量系统A-3将接受的指令通过总线传递给电子节A-1-1，再通过松耦合变压器原边A-4及松耦合变压器副边B-1的耦合作用传递给中控电子节B-2内部的井下微处理器B-2-1，经微处理器B-2-1计算后控制三支液压活塞支撑掌B-4推靠井壁，实施井眼轨迹导向控制。
在导向造斜模式下，LWD测量系统A-3下传指令包括：导向力大小Ab、导向力方向ab。井下微处理器B-2-1通过矢量分解，将导向力矢量合力（Ab，ab）分解成三支液压活塞支撑掌对井壁的推力分力。
在保持模式下，LWD测量系统A-3下传指令包括：需要保持的井斜角a c1和方位角f c1。
待命模式，导向工具处于休眠状态，三支液压活塞支撑掌B-4全部收回。
导向造斜模式和导向保持模式执行完毕后均执行待命模式。
结合图1～图4，对旋转导向系统井下工具的转配过程简要说明：旋转套B为套筒式结构，从导向心轴A下部直接套入，悬挂于导向心轴A台肩处，再将下接头C上端公扣C-2与凹槽B-5-1进行连接。
结合图1～图4，旋转导向系统井下工具工作时，导向心轴A和下接头C随钻具一起旋转，中控电子节B-2通过预设的导向模式（导向造斜模式、保持模式、待命模式）或通过LWD测量系统A-3下传的导向模式指令（导向造斜模式、保持模式、待命模式）控制三支液压活塞支撑掌推靠井壁，使与下接头C连接的钻头向预定方向偏置，以控制井眼轨迹，实现定向施工的目的。
以上所述实施例仅为表达本实用新型的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形、同等替换、改进等，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种旋转导向系统井下工具，其特征在于，包括：导向心轴（A）和下接头（C）；
所述导向心轴（A），具有通孔（A-5），所述通孔（A-5）的一端具有上电子仓（A-1）；所述通孔（A-5）的另一端外侧为旋转轴（A-2），所述旋转轴（A-2）与所述下接头（C）连接；
所述电子仓（A-1），与中控电子节（B-2）连接；
所述中控电子节（B-2），与三支液压活塞支撑掌（B-4）连接，用于控制所述三支液压活塞支撑掌（B-4）向井壁的推力；
所述电子仓（A-1），用于将工作模式传输到所述中控电子节（B-2）中。
2.根据权利要求1所述一种旋转导向系统井下工具，其特征在于，还包括：旋转套（B）；
所述旋转轴（A-2）的一端具有台肩，所述旋转轴（A-2）的另一端与所述下接头（C）连接；
所述旋转套（B）套接在所述旋转轴（A-2）外侧；
所述中控电子节（B-2），位于所述旋转套（B）内侧；
所述旋转套（B）的一端顶接或者悬挂在所述台肩的截面处，所述旋转套（B）的另一端外侧具有凹槽，所述三支液压活塞支撑掌（B-4）通过所述凹槽与所述旋转套（B）连接。
3.根据权利要求1所述一种旋转导向系统井下工具，其特征在于：
所述电子仓（A-1）包括：电子节（A-1-1）和电池短接（A-1-2）；
所述电池短接（A-1-2）与所述电子节（A-1-1）连接，用于对所述电子节（A-1-1）供电；
所述电子节（A-1-1）与所述中控电子节（B-2）连接，用于发送所述工作模式到所述中控电子节（B-2）。
4.根据权利要求1所述一种旋转导向系统井下工具，其特征在于：
所述电子仓（A-1）还与LWD测量系统（A-3）连接；
所述LWD测量系统（A-3），用于设定所述工作模式。
5.根据权利要求1所述一种旋转导向系统井下工具，其特征在于：
所述中控电子节（B-2）内部具有微处理器（B-2-1），工程参数测量模块（B-3）与所述微处理器（B-2-1）连接；
所述工程参数测量模块（B-3），用于实时测量井斜a c2和方位f c2信号；
所述微处理器（B-2-1），采集所述井斜a c2和方位f c2信号，并将所述井斜a c2和方位f c2信号于给定值进行对比，控制所述三支液压活塞支撑掌（B-4）向井壁的推力。
6.根据权利要求2所述一种旋转导向系统井下工具，其特征在于：
所述旋转套（B）具有连接头（B-5），所述连接头（B-5）与所述旋转轴（A-2）之间具有凹槽。
7.根据权利要求2所述一种旋转导向系统井下工具，其特征在于：
所述旋转轴（A-2）外侧具有松耦合变压器原边（A-4）；
所述旋转套（B）的内侧具有松耦合变压器副边（B-1）；
所述松耦合变压器原边（A-4），与所述电子仓（A-1）连接；
所述松耦合变压器副边（B-1），与所述中控电子节（B-2）连接；
所述松耦合变压器原边（A-4）和所述松耦合变压器副边（B-1）具有间隙；
所述松耦合变压器原边（A-4）和所述松耦合变压器副边（B-1），用于所述电子仓（A-1）向所述中控电子节（B-2）传递电能与工作模式。
8.根据权利要求3所述一种旋转导向系统井下工具，其特征在于：
所述电子节（A-1-1）包括：通信模块（A-1-1-2）和逆变电路（A-1-1-1）；
所述通信模块（A-1-1-2），与所述中控电子节（B-2）连接，用于将工作模式传输到所述中控电子节（B-2）中；
所述逆变电路（A-1-1-1）与所述电池短接（A-1-2）连接，用于将所述电池短接（A-1-2）的直流电信号转换成交流电信号。
9.根据权利要求4所述一种旋转导向系统井下工具，其特征在于：
所述导向心轴（A），具有导线孔（A-6），所述电子仓（A-1）通过所述导线孔（A-6）与LWD测量系统（A-3）连接。
10.根据权利要求6所述一种旋转导向系统井下工具，其特征在于：
所述下接头（C）的两端分别具有母扣（C-1）和公扣（C-2）；
所述母扣（C-1）为中空结构，所述中空结构内具有内螺纹，所述母扣（C-1）的一端具有凸沿，所述凸沿为所述公扣（C-2）；
所述旋转轴（A-2）的一端具有外螺纹，所述下接头（C）与所述旋转套（B）螺纹连接；
所述母扣（C-1），还与钻头连接。
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