CN211666634U - 一种高造斜、高钻速旋转导向系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及油气资源领域的定向钻井技术，具体涉及一种高造斜、高钻速旋转导向系统。可适应两种导向形式共同工作的条件；在提高钻井效率，保证井眼质量的前提下满足了一趟钻完井的条件。本实用新型采用的技术方案包括钻头、旋转导向头、井底稳定器、MWD和LWD和上稳定器；所述的钻头、旋转导向头、井底稳定器、MWD和LWD和上稳定器依次连接，还包括井下发电机短节、无线传输系统和井下动力钻具；所述的无线传输系统设置有2个，分别安装于井下动力钻具的两端，一个无线传输系统与MWD和LWD连接，另一个无线传输系统通过井下发电机短节和井底稳定器与旋转导向头连接。

Description

一种高造斜、高钻速旋转导向系统

技术领域

本实用新型涉及油气资源领域的定向钻井技术，具体涉及一种高造斜、高钻速旋转导向系统。

背景技术

定向井的钻进常采用井下动力钻具或旋转导向系统来控制井眼轨迹，定向钻井是以可控方式钻出井筒，以达到所需的井道轨迹的过程，该术语主要用于描述井眼在所需方向偏离垂直方向的过程。

有很多原因需要使油井定向，其中包括避免与另一口井发生碰撞、穿透预定的地质目标、与另一口井相交以进行救援作业或遵循地质导向所需的轨迹以及许多其他可能的原因。

现有定向井钻井技术中的导向钻具组合一般分为以下两种结构形式，即：

1、串接在一起的钻头、旋转导向头、井底稳定器、柔性钻具、MWD和LWD以及上稳定器等，其钻头的旋转通过钻具与井口驱动转盘连接完成。

2、串接在一起的钻头、井下动力钻具、井底稳定器、MWD和LWD以及上稳定器等，其钻头的旋转通过井下动力钻具驱动完成。

上述第一种导向钻具组合称为旋转导向，第二种导向钻具组合称为滑动导向。

现有的定向钻井技术无法同时实现旋转导向和滑动导向，并且旋转导向头或者井下动力装置都是通过单机驱动，单机驱动时，钻井定向作业的井眼质量以及钻进效率不高，不能满足一趟钻完井的要求。

实用新型内容

本实用新型提供一种高钻速旋转导向钻具系统，可适应两种导向形式共同工作的条件；在提高钻井效率，保证井眼质量的前提下满足了一趟钻完井的条件。

为解决现有技术存在的问题，本实用新型的技术方案是：一种高造斜、高钻速旋转导向系统，包括钻头、旋转导向头、井底稳定器、MWD和LWD和上稳定器；所述的钻头、旋转导向头、井底稳定器、MWD和LWD和上稳定器依次连接，其特征在于：

还包括井下发电机短节、无线传输系统和井下动力钻具；所述的无线传输系统设置有2个，分别安装于井下动力钻具的两端，一个无线传输系统与MWD和LWD连接，另一个无线传输系统通过井下发电机短节和井底稳定器与旋转导向头连接；

所述的井底稳定器由连接器二、管接头二、电子套管二、整流传输装置、井底稳定器本体、密封套管接头二和密封插针二组成；所述的井底稳定器本体的内腔设置有整流传输装置，整流传输装置与井底稳定器本体的内壁之间设置有电子套管二，所述的电子套管二的两端分别设置有管接头二和密封套管接头二，所述的管接头二上连接有连接器二，密封套管接头二内设置有密封插针二与相邻部件的电路连接；所述的整流传输装置通过连接器二与井下发电机短节连接，通过密封插针二与旋转导向头连接；

所述的井下发电机短节由发电机短节套管、导轮、一级涡轮、定子轴、井下发电机、二级涡轮、转子轴、连接器三和密封套管接头三组成；所述的定子轴穿设于发电机短节套管的内腔并通过连接器三和密封套管接头三定位，所述的井下发电机的转子轴通过轴承设置于定子轴上，一级涡轮和二级涡轮设置于井下发电机的转子轴两端，并在液力的驱动下带动其相对于定子轴旋转，导轮设置于一级涡轮的前端并固定在定子轴上，起导流作用；

所述的无线传输系统由解码短节壳体、密封头、连接器一、密封插针一、密封套管接头一、线圈护套、电磁感应线圈、电子套管一、解码传输装置、管接头一组成；所述的电磁感应线圈设置于解码短节壳体的外圆周凹槽处，并通过线圈护套进行保护，所述的解码短节壳体的内腔设置有连接器一和电子套管一，所述的解码传输装置设置于电子套管一内，并且两端通过密封套管接头一和管接头一封装于电子套管一内，密封套管接头一内设置有密封插针一，密封插针一分别与电磁感应线圈和解码传输装置连接，密封套管接头一通过连接器一与密封头连接，管接头一与相邻部件连接；密封头和管接头一的位置可互换。

所述的解码短节壳体的外圆柱上设置有“T”型通孔，连接器一上设置有与“T”型通孔相对应的孔，空心螺栓伸入于解码短节壳体的“T”型通孔和连接器一的孔内将两者连接于一体。

整流传输装置为多级，由若干个整流传输器通过连接套串接为一体。

电子套管二通过支撑套设置于井底稳定器本体内腔中。

与现有技术相比，本实用新型的优点如下：

1、本实用新型定向作业时，通过旋转导向头与井下动力钻具的联机驱动，增加了钻头钻速和转矩；提高了钻具的造斜能力及其导向的准确度；使钻井定向作业的井眼质量以及钻进效率提高，特别是水平井眼的导向控制，满足了一趟钻完井的条件；

2、本实用新型增加了无线传输系统，通过无线传输系统解决了井下动力钻具之间的信息传导；

3、本实用新型对井底稳定器的结构改进，在不降低井下使用条件的前提下，增加了井下发电机的整流系统，有效缩短了小直径井眼中发电机短节的安装长度，同时满足了井下电力及其信号的有线传导；

4、本实用新型通过涡轮驱动系统中导轮涡轮组的多级组合，满足了在不同泥浆排量下井下发电机的驱动配置。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的无线传输系统结构示意图；

图3为本实用新型井底稳定器结构示意图；

图4为本实用新型井下发电机短节；

1-钻头，2-旋转导向头，3-井底稳定器，4-井下发电机短节，5-无线传输系统，6-井下动力钻具，7- MWD和LWD，8-上稳定器，9-解码短节壳体，10-密封头，11-连接器，12-空心螺栓，13-密封插针一，14-密封套管接头一，15-线圈护套，16-磁感应线圈，17-电子套管，18-解码传输装置，19-管接头一，20-连接器二，21-管接头二，22-电子套管二，23-整流传输装置，24-连接套，25-井底稳定器本体，26-支撑套，27-密封套管接头二，28-密封插针二，29-发电机短节套管，30-导轮，31-一级涡轮，32-定子轴，33-井下发电机，34-二级涡轮，35-转子轴，36-连接器三，37-密封套管接头三。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

一种高造斜、高钻速旋转导向系统，如图1所示，包括钻头1、旋转导向头2、井底稳定器3、井下发电机短节4、无线传输系统5、井下动力钻具6、MWD和LWD7和上稳定器8；无线传输系统5设置有2个，钻头1、旋转导向头2、井底稳定器3、井下发电机短节4、无线传输系统5、井下动力钻具6、无线传输系统5、MWD和LWD7和上稳定器8依次连接，并通过钻具与井口设备连接；

上述无线传输系统由两套相同的装置组成，分别安装在井下动力钻具的两端，并根据安装位置对密封头10和管接头一19进行位置调换；以满足电源供给的需要。

所述的井底稳定器3由连接器二20、管接头二21、电子套管二22、整流传输装置23、连接套24、井底稳定器本体25、支撑套26、密封套管接头二27和密封插针二28组成；所述的井底稳定器本体25的内腔设置有整流传输装置23，整流传输装置22为多级，由若干个整流传输器通过连接套24串接为一体，整流传输装置23与井底稳定器本体25的内壁之间设置有电子套管二22，电子套管二22通过支撑套26设置于井底稳定器本体25内腔中，所述的电子套管二22的两端分别设置有管接头二21和密封套管接头二27，所述的管接头二21上连接有连接器二20，密封套管接头二27内设置有密封插针二28与相邻部件的电路连接；所述的整流传输装置23通过连接器二20与井下发电机短节4的井下发电机33连接，通过密封插针二28与旋转导向头2连接；整流后分别向旋转导向头2和无线传输系统5供电，如图3所示；

上述井底稳定器两端分别通过螺纹与旋转导向头和井下发电机短节连接。

所述的井下发电机短节4由发电机短节套管29、导轮30、一级涡轮31、定子轴32、井下发电机33、二级涡轮34、转子轴35、连接器三36和密封套管接头三37组成；所述的定子轴32穿设于发电机短节套管29的内腔并通过连接器三36和密封套管接头三37定位，所述的井下发电机33的转子轴35通过轴承设置在定子轴32上，一级涡轮31和二级涡轮34设置于井下发电机33的转子轴35两端，并在液力的驱动下带动其相对于定子轴32旋转，导轮30设置于一级涡轮的前端并固定在定子轴32上，起导流作用，其涡轮组在液力的驱动下带动井下发电机33的转子轴35旋转，从而使其间产生电能，井下发电机33与整流传输装置23和用电系统连接，如图4所示；

上述涡轮驱动系统中的导轮、涡轮为多级组合，可根据泥浆排量选择安装。

井下发电机短节通过螺纹、滑套、接插组件与相邻钻具连接。

所述的无线传输系统5由解码短节壳体9、密封头10、连接器一11、导线管12、密封插针一13、密封套管接头一14、线圈护套15、电磁感应线圈16、电子套管一17、解码传输装置18、管接头一19等组成；所述的电磁感应线圈16设置于解码短节壳体9的外圆周凹槽处，并通过线圈护套15进行保护，所述的解码短节壳体9的内腔设置有连接器一11和电子套管一17，所述的解码传输装置18设置于电子套管一17内，并且两端通过密封套管接头一14和管接头一19封装于电子套管一17内，密封套管接头一14内设置有密封插针一13，密封插针一13分别与电磁感应线圈16和解码传输装置连接，密封套管接头一14通过连接器一11与密封头10连接，管接头一19与相邻部件连接；密封头10和管接头一19的位置可互换，所述的解码短节壳体9的外圆柱上设置有“T”型通孔，连接器一11上设置有与“T”型通孔相对应的孔，空心螺栓12伸入于解码短节壳体9的“T”型通孔和连接器一11的孔内将两者连接于一体，密封套管接头一14上设置有密封插针一13，如图1所示。

上述井下动力钻具为螺杆钻具或涡轮钻具，钻具旋转由泥浆驱动，导向采用外管弯接头井口预置。

上述旋转导向头2，其旋转由井口设备和井下动力钻具驱动，导向采用不旋转套上圆周均布的液压推翼系统，由液力控制的翼肋组的力系变化产生，其液力来源由泥浆驱动的井下发电机，液压系统及翼肋组成，简称液力推翼系统。

本实用新型在定向时其工况即可由旋转导向头和井下动力钻具联机驱动，也可由旋转导向头或者井下动力钻具单机驱动。

本实用新型一种高造斜、高钻速旋转导向系统分为二级安装，即：

1、一级安装包括：钻头，旋转导向头，井底稳定器，井下发电机短节，无线传输装置，其间通过螺纹、滑套、接插组件连接（包括电力和信息）；

2、二级安装包括：井下动力钻具，无线传输装置，MWD和LWD,上稳定器，其间通过螺纹、滑套、接插组件连接，其中井下动力钻具的上下仅是螺纹连接，其两端通过无线传输装置提供信息传输；

3、两级连接后形成双动力机构的混合旋转导向钻具组合。

本实用新型一种高造斜、高钻速旋转导向系统具备以下两种功能，即：

1、泥浆驱动钻具的钻井模式；（滑动钻井）

所述的泥浆驱动钻具的钻井模式，即滑动导向钻井。泥浆驱动的井下动力钻具经井底稳定器和旋转导向头的主轴带动钻头旋转，其外壳按弯接头预先调整的弯角导向，其下部旋转导向头的液压推翼系统起到稳斜和增斜的作用；

所述的泥浆驱动钻具的钻井模式工作时，随机测量的井斜及其方位，经MWD上传至地面，司钻根据其上传数据调整井下动力钻具的工具面角，控制其目标方位；

所述的泥浆驱动钻具的钻井模式工作时，旋转导向头的液压推翼系统进入增斜工况，其井斜由两套钻具完成，同时，司钻根据其上传数据随机消除方位误差；

所述的泥浆驱动钻具的钻井模式工作时，钻具定位准确（滑动），钻井效率高（井下动力），同时，旋转导向头上的液压推翼系统可起到井底稳斜和增斜的作用，提高了井眼质量。

2、井口设备驱动钻具的钻井模式。（旋转钻井）

所述的井口设备驱动钻具的钻井模式，即旋转导向钻井，井口设备驱动的钻具经井下动力钻具，井底稳定器和旋转导向头主轴带动钻头旋转，在滑动钻进井段的基础上旋转导向，继续起到井眼增斜的作用；

此时，井下动力钻具的外弯管脱离井壁，其转速与井台设备驱动钻具的转速叠加，起到增加钻速及其扭矩的作用。

上述两种钻井模式根据井下地质条件的变化可分别使用：

两种钻井模式的实施，包括以下步骤：

1、按钻具组合的要求串接钻具，并根据旋转导向头推翼外径调整井下动力钻具的导向弯角及其方位，滑落至井底。

2、开启泥浆循环，随机测量井眼井斜及方位，并根据MWD上传信号调整井下动力钻具的工具面角后，滑动钻井至规定深度。

3、在滑动钻井的过程中，泥浆同时驱动井下发电机工作，其电力驱动液压推翼系统工作，起到稳斜、增斜的作用，同时提高了井眼的质量。

4、开启井口设备驱动钻具旋转，调整液压推翼系统工作井径，使井下动力系统导向弯角失效。此时，泥浆驱动的动力钻具与井口设备同时驱动钻头旋转，起到了高钻速旋转导向钻井的作用。

本实用新型的内容不限于实施例所列举,本领域普通技术人员通过阅读本实用新型说明书而对本实用新型技术方案采取的任何等效的变换,均为本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (4)

1.一种高造斜、高钻速旋转导向系统，包括钻头（1）、旋转导向头（2）、井底稳定器（3）、MWD和LWD（7）和上稳定器（8）；所述的钻头（1）、旋转导向头（2）、井底稳定器（3）、MWD和LWD（7）和上稳定器（8）依次连接，其特征在于：

还包括井下发电机短节（4）、无线传输系统（5）和井下动力钻具（6）；所述的无线传输系统（5）设置有2个，分别安装于井下动力钻具（6）的两端，一个无线传输系统（5）与MWD和LWD（7）连接，另一个无线传输系统（5）通过井下发电机短节（4）和井底稳定器（3）与旋转导向头（2）连接；

所述的井底稳定器（3）由连接器二（20）、管接头二（21）、电子套管二（22）、整流传输装置（23）、井底稳定器本体（25）、密封套管接头二（27）和密封插针二（28）组成；所述的井底稳定器本体（25）的内腔设置有整流传输装置（23），整流传输装置（23）与井底稳定器本体（25）的内壁之间设置有电子套管二（22），所述的电子套管二（22）的两端分别设置有管接头二（21）和密封套管接头二（27），所述的管接头二（21）上连接有连接器二（20），密封套管接头二（27）内设置有密封插针二（28）与相邻部件的电路连接；所述的整流传输装置（23）通过连接器二（20）与井下发电机短节（4）连接，通过密封插针二（28）与旋转导向头（2）连接；

所述的井下发电机短节（4）由发电机短节套管（29）、导轮（30）、一级涡轮（31）、定子轴（32）、井下发电机（33）、二级涡轮（34）、转子轴（35）、连接器三（36）和密封套管接头三（37）组成；所述的定子轴（32）穿设于发电机短节套管（29）的内腔并通过连接器三（36）和密封套管接头三（37）定位，所述的井下发电机（33）的转子轴（35）通过轴承设置于定子轴（32）上，一级涡轮（31）和二级涡轮（34）设置于井下发电机（33）的转子轴（35）两端，并在液力的驱动下带动其相对于定子轴（32）旋转，导轮（30）设置于一级涡轮的前端并固定在定子轴上，起导流作用；

所述的无线传输系统（5）由解码短节壳体（9）、密封头（10）、连接器一（11）、密封插针一（13）、密封套管接头一（14）、线圈护套（15）、电磁感应线圈（16）、电子套管一（17）、解码传输装置（18）、管接头一（19）组成；所述的电磁感应线圈（16）设置于解码短节壳体（9）的外圆周凹槽处，并通过线圈护套（15）进行保护，所述的解码短节壳体（9）的内腔设置有连接器一（11）和电子套管一（17），所述的解码传输装置（18）设置于电子套管一（17）内，并且两端通过密封套管接头一（14）和管接头一（19）封装于电子套管一（17）内，密封套管接头一（14）内设置有密封插针一（13），密封插针一（13）分别与电磁感应线圈（16）和解码传输装置（18）连接，密封套管接头一（14）通过连接器一（11）与密封头（10）连接，管接头一（19）与相邻部件连接；密封头（10）和管接头一（19）的位置可互换。

2.根据权利要求1所述的一种高造斜、高钻速旋转导向系统，其特征在于：所述的解码短节壳体（9）的外圆柱上设置有“T”型通孔，连接器一（11）上设置有与“T”型通孔相对应的孔，空心螺栓（12）伸入于解码短节壳体（9）的“T”型通孔和连接器一（11）的孔内将两者连接于一体。

3.根据权利要求1或2所述的一种高造斜、高钻速旋转导向系统，其特征在于：整流传输装置（23）为多级，由若干个整流传输器通过连接套（24）串接为一体。

4.根据权利要求3所述的一种高造斜、高钻速旋转导向系统，其特征在于：电子套管二（22）通过支撑套（26）设置于井底稳定器本体（25）内腔中。

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