專利名稱：機(jī)械式導(dǎo)向鉆具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及石油、天然氣鉆井裝備制造領(lǐng)域，具體是一種石油、天然氣井鉆探過程中使用的機(jī)械式導(dǎo)向鉆具。
背景技術(shù)：
勘探開發(fā)形勢的需要推動著井型的演變與發(fā)展，大位移定向井、超薄油層水平井、 多底分支定向井等復(fù)雜結(jié)構(gòu)井在油氣田勘探開發(fā)中所占的比例越來越大。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)正是為了適應(yīng)這些復(fù)雜結(jié)構(gòu)井鉆井作業(yè)的需要而及時(shí)出現(xiàn)的一項(xiàng)高新鉆井技術(shù)，是現(xiàn)代導(dǎo)向鉆井的研究重點(diǎn)和發(fā)展方向。國外發(fā)達(dá)國家在這方面的研究比我國要早，技術(shù)也處于領(lǐng)先和壟斷地位，如今國外各大鉆井服公司都已經(jīng)形成各自的商品化旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)。 我國還處于摸索階段，對于某些大難度井，開始引入國外先進(jìn)的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆具，但是技術(shù)服務(wù)費(fèi)過于昂貴，因此我國自主研發(fā)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)的意義重大。國外從20世紀(jì)80年代末期開始進(jìn)行旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的理論研究。20世紀(jì)90 年代，世界上多家公司包括Baker Hughes公司與ENIAgip公司的聯(lián)合研究項(xiàng)目組、英國的 Camco公司、英國的Cambridge Drilling Automation公司、日本國家石油公司(JNOC)等分別形成了各自的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)樣機(jī)，并開始進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)和應(yīng)用。至20世紀(jì)末期，三家大的石油技術(shù)服務(wù)公司Baker Hughes公司、khlumberger公司和Halliburton公司分別形成了商業(yè)化應(yīng)用的AutoTrak RCLS、PowerDrive和Geo-Pilot旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)。我國是近幾年才開始重視旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)的研發(fā)，提出了各項(xiàng)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)研究計(jì)劃，但大多屬于推靠式，其研究成果跟國外也相差甚遠(yuǎn)，指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆技術(shù)在國內(nèi)更是屬于一種“瓶頸”狀態(tài)。現(xiàn)今世界最典型的指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆具ge-pilot，締屬于哈里伯頓公司專利所有，其主要特點(diǎn)在于偏心環(huán)進(jìn)行偏置作業(yè)使鉆具導(dǎo)向的整個(gè)過程是受其RSS系統(tǒng)的井下電子測控機(jī)構(gòu)的程序控制的，但是一般采用液壓傳動，而且由于電子測控機(jī)構(gòu)的引入，導(dǎo)致其旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆具可靠性、電力和信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性大打折扣，加工及裝配成本高昂，而且系統(tǒng)復(fù)雜，操作繁瑣，不易維護(hù)。不適合小規(guī)模企業(yè)的購買和使用，同時(shí)，由于穩(wěn)定性和可靠性較差，造成大量的浪費(fèi)，不利于大規(guī)模使用和生產(chǎn)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種穩(wěn)定性高、成本低廉的機(jī)械式導(dǎo)向鉆具。本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是—種機(jī)械式導(dǎo)向鉆具，該導(dǎo)向鉆具的下接頭與鉆頭相連，所述導(dǎo)向鉆具包括芯軸、 偏心環(huán)、套筒及其兩端端蓋，偏心環(huán)固定連接在套筒內(nèi)部、將芯軸憋彎，芯軸相對套筒上下滑動，所述套筒外表面上，對應(yīng)井壁設(shè)置有徑向伸縮運(yùn)動的推靠裝置。所述推靠裝置包括錐形套和推靠巴掌，錐形套的大直徑端朝上設(shè)置、套接在芯軸上，套筒上設(shè)置有推靠巴掌的定位孔，推靠巴掌的前端設(shè)置在套筒外部、對應(yīng)井壁表面，后端通過定位孔伸入套筒內(nèi)部，接觸錐形套錐面；錐形套推動推靠巴掌的末端，使其在定位孔內(nèi)沿套筒徑向運(yùn)動。所述錐形套底部的芯軸表面上具有限位臺階。所述導(dǎo)向鉆具上設(shè)置有強(qiáng)制定位裝置，是一對鍵槽及其鍵形套，鍵槽設(shè)置在套筒上，鍵形套固定套接在鍵槽下方的芯軸上，兩者活動配合、限位芯軸相對套筒上行的距離。所述推靠巴掌為若干個(gè)，均勻?qū)ΨQ布置在套筒外表面的同一圓周面上。所述推靠巴掌前端是一個(gè)對應(yīng)井壁表面的外弧面。所述推靠巴掌前端設(shè)置有縱向齒。所述套筒兩端端蓋是密封環(huán)，密封環(huán)內(nèi)、外圓周面分別配合芯軸外表面和套筒內(nèi)表面，使套筒內(nèi)部成為一個(gè)封閉的空間。所述套筒上設(shè)置有注油孔，套筒端蓋的內(nèi)側(cè)設(shè)置有卡環(huán)，卡環(huán)與芯軸外表面和套筒內(nèi)表面滑動配合，注油孔設(shè)置在卡環(huán)內(nèi)側(cè)。本實(shí)用新型產(chǎn)生的有益效果是為了克服目前指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆具的技術(shù)瓶頸，并且推動整個(gè)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)研究的發(fā)展，本實(shí)用新型提供了一種新型的純機(jī)械的指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆具。本實(shí)用新型是在石油、天然氣井的鉆探過程中，對地層進(jìn)行定向鉆井時(shí)的鉆井工具，尤其適合在造斜段使用，并且本實(shí)用新型對鉆井液流態(tài)沒有特殊要求，液體井和氣體井均可使用。該機(jī)械導(dǎo)向鉆具主要用于造斜導(dǎo)向，采用機(jī)械的方法，沒有任何電控設(shè)備，結(jié)構(gòu)非常簡單，加工及裝備方便，可靠性極高，操作方便、簡單、快速，成本低廉，易于大規(guī)模使用和推廣。本實(shí)用新型在作業(yè)過程中芯軸全旋轉(zhuǎn)，外套筒不旋轉(zhuǎn)，工具面可以通過對轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動在360°范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，使其在定向井鉆井時(shí)，提供穩(wěn)定的造斜率，并且造斜工具面360°可調(diào)。同時(shí)，錐形套和推靠巴掌的巧妙設(shè)計(jì)，使得本實(shí)用新型還具備了“推靠式”旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆具的特點(diǎn)，是獨(dú)創(chuàng)的設(shè)計(jì)理念，同時(shí)兼有“推靠”和“指向” 二者之長，以指向特點(diǎn)為核心的一種“特殊”的指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆具。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中標(biāo)號表示1-下接頭，2-套筒，3-密封橡膠，4-密封環(huán)，5-推靠巴掌，6-錐形套，7-螺柱，8-偏心環(huán)，9-注油孔，10-鍵槽，11-鍵形套，12-卡環(huán)，13-上接頭，14-芯軸。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本實(shí)用新型公開的是一種純機(jī)械式的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆具，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和背景技術(shù)的ge-pilot完全不同。該導(dǎo)向鉆具的下接頭1利用螺紋連接有鉆頭，上接頭13利用螺紋連接有無磁鉆具(無磁鉆鋌，內(nèi)置MWD隨鉆測量儀器)，配套形成旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)。導(dǎo)向鉆具包括芯軸14、偏心環(huán)8、套筒2及其兩端端蓋，套筒2兩端端蓋是密封環(huán) 4，密封環(huán)4的內(nèi)圓周面配合芯軸14的外表面、外圓周面配合套筒2的內(nèi)表面，使套筒2 成為一個(gè)封閉的空間。本實(shí)施例中，密封環(huán)4與套筒2內(nèi)表面之間還安裝有密封橡膠3， 使其密封更為牢靠、穩(wěn)定。偏心環(huán)8固定連接在套筒2的內(nèi)部，由于偏心環(huán)8中心與密封環(huán) 4中心不重合，具有一定偏差，使得芯軸14同時(shí)穿過偏心環(huán)8和套筒2兩端的密封環(huán)4時(shí)，偏心環(huán)8將芯軸14憋彎。同時(shí)，偏心環(huán)8的側(cè)面設(shè)置有螺柱7，將偏心環(huán)8頂緊，進(jìn)一步憋彎芯軸14。芯軸14與偏心環(huán)8、套筒2兩端的密封環(huán)4之間是滑擦配合、活動連接，芯軸14 相對套筒2可以上下滑動。套筒2表面還設(shè)置有注油孔9和卡環(huán)12，是套筒2內(nèi)部的潤滑部件。卡環(huán)12設(shè)置在密封環(huán)4的內(nèi)側(cè)、密封芯軸14和套筒2之間的空隙，與芯軸14外表面和套筒2內(nèi)表面滑動配合。注油孔9設(shè)置在卡環(huán)12的內(nèi)側(cè)，套筒2內(nèi)封閉空間內(nèi)的潤滑油由注油孔9注入，并封閉在套筒2內(nèi)部。推靠裝置是純機(jī)械裝置，包括錐形套6和推靠巴掌5，錐形套6推動推靠巴掌5沿套筒2徑向運(yùn)動，使得推靠巴掌5靠近和遠(yuǎn)離井壁表面。推靠巴掌5從功能和結(jié)構(gòu)考慮，分為“巴掌”和“掌柄”兩部分，兩者是整體結(jié)構(gòu)，“掌柄”固定連接在“巴掌”的末端“巴掌”是推靠巴掌5的推靠結(jié)構(gòu)、“掌柄”是推靠巴掌5與錐形套6的連接部分。錐形套6的大直徑端朝上設(shè)置、套接固定在芯軸14上，錐形套6底部的芯軸14表面上具有限位臺階。套筒2的外表面上設(shè)置有推靠巴掌5的定位孔，即“掌柄”的定位孔， “掌柄”通過定位孔沿套筒2徑向布置、伸入套筒2內(nèi)部，并且與錐形套6的外表面接觸。當(dāng)芯軸14相對套筒2移動時(shí)，“掌柄”末端由于芯軸14的上下移動，而在錐形套6的外表面上下移動。通過錐形套6的推靠，使得“掌柄”在定位孔內(nèi)沿套筒2徑向伸縮運(yùn)動，從而使“巴掌”靠近和遠(yuǎn)離井壁表面。本實(shí)施例中，推靠巴掌5有3個(gè)，均勻?qū)ΨQ布置，相鄰兩“掌柄”之間的夾角為 120°。同時(shí)，推靠巴掌5的“巴掌”前端是一個(gè)外弧面，與井壁內(nèi)表面對應(yīng)，且該外弧面表面設(shè)置有縱向齒，使得芯軸14旋轉(zhuǎn)時(shí)，“巴掌”前端可以在軸向滑動，但是徑向和周向貼緊井壁、不易產(chǎn)生位移。導(dǎo)向鉆具上設(shè)置有強(qiáng)制定位裝置，是一對鍵槽10及其鍵形套11，限位芯軸14相對套筒2上行的距離。鍵槽10設(shè)置在套筒2上，鍵形套11固定套接在鍵槽10下方的芯軸14 上，兩者活動配合。當(dāng)芯軸14相對套筒2上行過程中，強(qiáng)制將鍵形套11定位進(jìn)入鍵槽10， 使芯軸14的上行運(yùn)動停止，同時(shí)由于芯軸14上向上的提拉力，使得芯軸14依然具有向上運(yùn)動的勢能，芯軸14在是能的作用下發(fā)生彈性形變，從而改變導(dǎo)向鉆具的工具面角。本實(shí)用新型的使用方法包括1)在下井之前組裝完畢整套鉆具的各個(gè)部件。首先，采用偏心環(huán)8在螺柱7的緊固作用下，把芯14憋彎，所以在下井之前該導(dǎo)向鉆具就擁有了固定的造斜率。再將鉆具的上、下接頭分別與鉆頭和無磁鉆鋌(內(nèi)置MWD)連接，然后下井。2)開始作業(yè)。首先上提鉆具，使得錐形套6在底部芯軸14限位臺階的作用下，隨芯軸14上行， 此時(shí)推靠巴掌5處在收縮狀態(tài)，與此同時(shí)鍵槽10和鍵形套11瞬間坐封嚙合，確保上部MWD 的工具面與套筒2的作用工具面同線，這樣測出的工具面角也就是該導(dǎo)向鉆具的工具面角。如果測出的工具面角滿足施工要求，就下放鉆具，鍵槽10和鍵形套11會隨著芯軸 14的下行而松開，錐形套6隨芯軸14下行被限位臺階下推，并同時(shí)推出推靠巴掌5，讓巴掌前端緊貼井壁。保持鉆進(jìn)時(shí)的工具面穩(wěn)定，然后驅(qū)動轉(zhuǎn)盤加壓鉆井，整個(gè)鉆進(jìn)過程工具的芯軸14始終保持旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。[0032]如果MWD測出的工具面角不滿足施工要求，就需要對工具進(jìn)行定向，在地面通過轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動鉆具，將工具的工具面角轉(zhuǎn)到符合要求的位置上，再下放鉆具，進(jìn)行導(dǎo)向鉆井。另外，本旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆具的密封機(jī)構(gòu)也很有特色。在鉆進(jìn)過程中，套筒2內(nèi)處于潤滑油環(huán)境，但是由于套筒2外承受巨大的鉆井液液柱壓力，造成套筒2內(nèi)、外壓差很大，為了平衡壓差，密封環(huán)4和密封橡膠3與卡環(huán)12之間允許有一定位移，這樣壓差就可以通過位移來補(bǔ)償，起到平衡套筒2內(nèi)外壓差的作用。
權(quán)利要求1.一種機(jī)械式導(dǎo)向鉆具，該導(dǎo)向鉆具的下接頭與鉆頭相連，所述導(dǎo)向鉆具包括芯軸、偏心環(huán)、套筒及其兩端端蓋，偏心環(huán)固定連接在套筒內(nèi)部、將芯軸憋彎，芯軸相對套筒上下滑動，其特征在于所述套筒外表面上，對應(yīng)井壁設(shè)置有徑向伸縮運(yùn)動的推靠裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械式導(dǎo)向鉆具，其特征在于所述推靠裝置包括錐形套和推靠巴掌，錐形套的大直徑端朝上設(shè)置、套接在芯軸上，套筒上設(shè)置有推靠巴掌的定位孔， 推靠巴掌的前端設(shè)置在套筒外部、對應(yīng)井壁表面，后端通過定位孔伸入套筒內(nèi)部，接觸錐形套錐面；錐形套推動推靠巴掌的末端，使其在定位孔內(nèi)沿套筒徑向運(yùn)動。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的機(jī)械式導(dǎo)向鉆具，其特征在于所述錐形套底部的芯軸表面上具有限位臺階。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械式導(dǎo)向鉆具，其特征在于所述導(dǎo)向鉆具上設(shè)置有強(qiáng)制定位裝置，是一對鍵槽及其鍵形套，鍵槽設(shè)置在套筒上，鍵形套固定套接在鍵槽下方的芯軸上，兩者活動配合、限位芯軸相對套筒上行的距離。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的機(jī)械式導(dǎo)向鉆具，其特征在于所述推靠巴掌為若干個(gè)，均勻?qū)ΨQ布置在套筒外表面的同一圓周面上。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的機(jī)械式導(dǎo)向鉆具，其特征在于所述推靠巴掌前端是一個(gè)對應(yīng)井壁表面的外弧面。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的機(jī)械式導(dǎo)向鉆具，其特征在于所述推靠巴掌前端設(shè)置有縱向齒。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械式導(dǎo)向鉆具，其特征在于所述套筒兩端端蓋是密封環(huán)， 密封環(huán)內(nèi)、外圓周面分別配合芯軸外表面和套筒內(nèi)表面，使套筒內(nèi)部成為一個(gè)封閉的空間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械式導(dǎo)向鉆具，其特征在于所述套筒上設(shè)置有注油孔，套筒端蓋的內(nèi)側(cè)設(shè)置有卡環(huán)，卡環(huán)與芯軸外表面和套筒內(nèi)表面滑動配合，注油孔設(shè)置在卡環(huán)內(nèi)側(cè)。
專利摘要本實(shí)用新型是一種機(jī)械式導(dǎo)向鉆具，該導(dǎo)向鉆具的下接頭與鉆頭相連，所述導(dǎo)向鉆具包括芯軸、偏心環(huán)、套筒及其兩端端蓋，偏心環(huán)固定連接在套筒內(nèi)部、將芯軸憋彎，芯軸相對套筒上下滑動，所述套筒外表面的上，對應(yīng)井壁設(shè)置有徑向伸縮運(yùn)動的推靠裝置。本實(shí)用新型是一種純機(jī)械的指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆具，主要用于造斜導(dǎo)向，同時(shí)兼有“推靠”和“指向”二者之長，沒有任何電控設(shè)備，結(jié)構(gòu)非常簡單，加工及裝備方便，可靠性極高，操作方便、簡單、快速，成本低廉，易于大規(guī)模使用和推廣。
文檔編號E21B7/08GK201943580SQ20112002252
公開日2011年8月24日 申請日期2011年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月25日
發(fā)明者李立秀, 熊繼有, 陳林 申請人:李立秀, 陳林