CN2535541Y - 一种倾斜钻头式旋转导向工具 - Google Patents

Abstract

本实用新型是应用于石油钻井领域的一种旋转导向钻井井下工具；它主要由不同心外筒、驱动心轴和它们之间的不同心偏置环组成。不同心外筒不随钻柱旋转。驱动心轴上接钻柱，下接钻头。不同心外筒和不同心偏置环的不同组合使驱动心轴产生不同程度的倾斜，从而使钻头轴线偏离，产生钻头倾角，并给钻头提供侧向力。在钻头倾角和钻头侧向力的共同作用下，所钻出的井眼将偏离井眼轴线，实现旋转导向。本实用新型结构合理，原理先进。

Description

一种倾斜钻头式旋转导向工具

技术领域

本实用新型是石油勘探开发领域的一种旋转导向钻井井下工具。

技术背景

随着世界上大部分油田进入开发后期，油藏开发难度越来越大，定向井、水平井、大位移井、三维多目标井等特殊工艺井已成为适应这一开发形势需求的主要开发手段。特殊工艺井施工中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。

传统导向方式是采用弯外壳或铰接马达等导向钻井工具以滑动方式钻进，它存在以下主要缺点：

1.井眼轨迹控制精度差；

2.由于是采用滑动方式钻进，使钻井极限位移受到限制；

3.井眼不圆滑，使磨阻、扭矩增加；

4.井身质量和井眼状况不佳，易出现井下复杂事故；

5.增加了起下钻具次数，降低了钻进速度，使钻井成本大大上升。

为解决传统导向方式存在的井眼轨迹控制精度差，井身质量差，钻井井下事故多，钻井成本高及钻进极限井深的限制问题，以满足油田开发后期，大量定向井、水平井、大位移井、三维多目标井等特殊工艺井的导向钻井需求，国外开发了旋转导向钻井系统，如：贝克休斯公司的旋转闭环自动钻井系统，斯伦贝谢公司的旋转导向钻井系统和哈里伯顿公司的旋转导向钻井系统等。

与传统导向方式相比，旋转导向钻井系统具有以下优点：

1.井眼轨迹控制精度高于传统导向方式；

2.由于采用旋转方式进行导向钻进，使钻井极限井深大大提高；

3.井眼圆滑，磨阻、扭矩远低于传统导向方式钻进的井眼；

4.井身质量和井眼状况优于传统导向方式钻进的井眼，大大降低

了井下复杂事故发生的几率；

5.减少了起下钻次数，提高了钻进速度，使钻井成本大大降低。

贝克休斯公司的旋转闭环自动钻井系统，主要由不旋转外壳和旋转心轴组成，不旋转外壳上设计有液压系统，液压系统通过控制三个冀肋的伸缩给旋转心轴提供侧向力，从而以推靠钻头方式进行导向钻井；该系统在导向时需要给三个冀肋提供不同的力，需复杂的液压系统完成。斯伦贝谢公司的旋转导向钻井系统主要是通过盘阀控制专门设计的与钻柱一起旋转的冀肋的周期伸缩给钻头提供不同的侧向力，也属于推靠钻头导向方式；该系统在导向过程中由于冀肋伸缩频率太高，对液压密封要求高。哈里伯顿公司的旋转导向钻井系统主要由不旋转外壳和内部的柔性旋转心轴组成，通过在柔性旋转心轴中部施加侧向力使心轴发生弯曲，使钻头偏转，实现旋转导向，该导向方式是倾斜钻头方式；由于柔性旋转心轴在中间受力产生二次弯曲，其受力条件苛刻，对其设计要求高。与目前世界上的旋转导向钻井系统相比，本实用新型可在不同心外筒两端由不同心偏置环同时或在一侧提供导向力，因而导向能力更好，并且驱动心轴只发生一次弯曲，与哈里伯顿公司的旋转导向钻井系统的柔性旋转心轴相比，受力条件更好，使其结构更加合理，从而提高了其工作可靠性，降低了开发和生产成本。

发明内容

本实用新型是这样实现的：不同心外筒[6]通过驱动机构[9]与其内部的不同心偏置环[4]组合在一起，轴承[3]将不同心偏置环[4]与驱动心轴[2]连接在一起。驱动心轴[2]上端通过接头[1]与钻柱连接，下端接钻头[8]。不同心外筒[6]内圆与外圆不同心，在不同心外筒[6]的内部装有测控装置[7]，其外部有防旋转机构[5]。不同心外筒[6]的内部设计有测控装置[7]，并通过其外部的防旋转机构[5]与井壁接触。防旋转机构[2]可直接加工在不同心外筒上或通过压力实现支出和收缩。

附图说明

图1、倾斜钻头式旋转导向工具示意图

图2、倾斜钻头式旋转导向工具截面图

1接头                      2驱动心轴

3轴承                      4不同心偏置环

5防旋转机构                6不同心外筒

7测控装置                  8钻头

9驱动机构

具体实施方式

现结合说明书附图对本实用新型做进一步的描述：

将本实用新型通过接头[1]和钻柱连接，下部直接与钻头相连。驱动心轴[2]随钻柱一起旋转，并起到向钻头[8]传递钻压、扭矩和循环钻井液的作用。不同心外筒[6]通过其外部的防旋转机构[5]与井壁接触，并靠与井壁之间的摩擦力使其不随钻柱一起旋转。驱动心轴[2]在测控装置[7]控制的不同心外筒[6]和其内部的不同心偏置环[4]的不同组合的作用下产生不同程度的倾斜，从而将钻头的轴线倾斜产生钻头倾角，同时给钻头施加一个侧向力。在钻头倾角和钻头侧向力的作用下，所钻出的井眼将偏离井眼轴线。通过控制不同心外筒[6]和其内部的不同心偏置环[4]组合方式，可以控制钻头倾角和钻头侧向力的作用方向，从而可以实现可控的、连续的旋转导向。

本实用新型将倾斜钻头导向方式和推靠钻头工作方式结合在一起，导向能力更好，并且结构非常简单、合理，从而提高了其工作可靠性，降低了其开发和生产成本。将其与随钻测量、随钻测井、随钻地层评价测井等仪器配合应用，即可实现旋转导向钻井。

Claims (3)

1.一种倾斜钻头式旋转导向工具，其特征是：不同心外筒[6]通过驱动机构[9]与其内部的不同心偏置环[4]组合在一起，轴承[3]将不同心偏置环[4]与驱动心轴[2]连接在一起。

2.根据权利要求1所述的倾斜钻头式旋转导向工具，其特征为：不同心外筒[6]内圆与外圆不同心，在不同心外筒[6]的内部装有测控装置[7]，其外部有防旋转机构[5]。

3.根据权利要求1所述的倾斜钻头式旋转导向工具，其特征为：不同心偏置环[4]的内圆与外圆不同心。

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