旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種井下導(dǎo)向鉆井工具，屬石油工程地層鉆探井下工具【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明由不旋轉(zhuǎn)外套、旋轉(zhuǎn)心軸、定向控制機(jī)構(gòu)組成。不旋轉(zhuǎn)外套外表面安裝有固定扶正器和導(dǎo)向滾輪，內(nèi)腔安裝有定向控制機(jī)構(gòu)，通過鉆具的旋轉(zhuǎn)和上下活動(dòng)，可控制導(dǎo)向滾輪的伸出和收縮。導(dǎo)向滾輪伸出時(shí)對(duì)鉆頭施加一個(gè)側(cè)向推力，使井眼軌跡沿某一方向前進(jìn)。滾輪伸出時(shí)支撐在井壁上，防止不旋轉(zhuǎn)外套轉(zhuǎn)動(dòng)，但送鉆時(shí)可向下移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)鉆具在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下定向鉆進(jìn)的目的。導(dǎo)向滾輪收縮時(shí)，無導(dǎo)向功能，按常規(guī)鉆具特點(diǎn)鉆進(jìn)。
【專利說明】旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】:
本發(fā)明涉及一種井下定向鉆井工具，屬石油工程地層鉆探井下工具【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]在油氣井鉆探中，由于受地面客觀條件限制或油層分布等諸多因素的影響，需要對(duì)鉆井井眼軌跡進(jìn)行控制，使之沿一定方向前進(jìn)，順利鉆達(dá)油氣層，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)油產(chǎn)氣的目的，如常規(guī)定向井、水平井、分支井、多底井、三維繞障井等都需要用到定向鉆井技術(shù)。
[0003]滑動(dòng)定向鉆井技術(shù)發(fā)展到20世紀(jì)80年代末期已趨于成熟，目前，該技術(shù)在定向鉆井施工中得到普遍應(yīng)用。滑動(dòng)定向鉆井技術(shù)采用井下動(dòng)力鉆具螺桿或渦輪實(shí)施定向鉆井，在軟到中硬地層，主要采用螺桿鉆具配合有線隨鉆測(cè)斜儀或無線隨鉆測(cè)斜儀實(shí)施定向作業(yè)，在硬到極硬地層，主要采用渦輪鉆具配合無線隨鉆測(cè)斜儀實(shí)施定向作業(yè)。從現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況來看，滑動(dòng)定向鉆井技術(shù)工藝成熟，可靠度較高，但仍存在一些問題，歸納起來，主要有以下四點(diǎn)不足:一是定向鉆進(jìn)速度慢。定向時(shí)鉆具不旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力來自于泥漿流動(dòng)時(shí)對(duì)動(dòng)力鉆具渦桿或渦輪產(chǎn)生的推力，渦桿或渦輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)，這個(gè)力量最終由泥漿泵提供，而不能由轉(zhuǎn)盤提供，使得鉆頭獲得的破巖扭矩小，定向鉆井速度較低。二是井下摩阻大時(shí)鉆具難以往前滑動(dòng)，即發(fā)生“托壓”現(xiàn)象，鉆壓不能充分加到鉆頭上，定向鉆進(jìn)困難。三是工具面不容易穩(wěn)定，影響定向施工的準(zhǔn)確度和效率。四是定向時(shí)有一定風(fēng)險(xiǎn)，容易發(fā)生鉆具粘卡等井下事故。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明是針對(duì)上述定向工具存在的不足而提供一種能夠提高定向鉆井速度、降低定向鉆井風(fēng)險(xiǎn)的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具，起到提高鉆井效率、降低鉆井綜合成本的作用。
[0005]本發(fā)明由不旋轉(zhuǎn)外套、旋轉(zhuǎn)心軸、導(dǎo)向器、定向控制機(jī)構(gòu)組成，不旋轉(zhuǎn)外套為空心管狀體，上、下兩端為縮徑段，在不旋轉(zhuǎn)外套下部的外管壁上由上至下安裝有導(dǎo)向器和固定扶正器；旋轉(zhuǎn)心軸由上旋轉(zhuǎn)心軸和下旋轉(zhuǎn)心軸組成，上旋轉(zhuǎn)心軸與不旋轉(zhuǎn)外套縮徑段之間設(shè)有密封圈及滾珠，上旋轉(zhuǎn)心軸下部開有內(nèi)卡槽，其外部通過滾珠套裝有環(huán)狀推體，環(huán)狀推體下部為錐形推塊，上部為擋塊，錐形推塊通過彈簧懸掛在擋塊下部；下旋轉(zhuǎn)心軸的中部為與上旋轉(zhuǎn)心軸下部?jī)?nèi)卡槽相對(duì)應(yīng)的插桿，并插接在上旋轉(zhuǎn)心軸下部?jī)?nèi)卡槽內(nèi)，下旋轉(zhuǎn)心軸的下部通過滾珠與不旋轉(zhuǎn)外套相連。
[0006]所述的導(dǎo)向器為滾輪導(dǎo)向器，由導(dǎo)向滾輪、滾輪軸承、滾輪支架、支架缸套、導(dǎo)向推塊組成，滾輪支架通過支架缸套安裝在不旋轉(zhuǎn)外套下部的外管壁上，導(dǎo)向滾輪通過滾輪軸承安裝在滾輪支架上，導(dǎo)向推塊焊接在滾輪支架的內(nèi)側(cè)，滾輪支架與支架缸套之間安裝有拉簧。
[0007]本發(fā)明是一種旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具，其通過旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的方式進(jìn)行定向作業(yè)，能有效解決滑動(dòng)定向鉆井工具在水平井、大位移井、大斜度井內(nèi)定向鉆進(jìn)時(shí)速度慢、效率低的問題，起到縮短鉆井周期、降低鉆井綜合成本的作用。使用本發(fā)明定向時(shí)，由于鉆具在旋轉(zhuǎn)，還能降低鉆具發(fā)生粘卡的風(fēng)險(xiǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009]由圖1可知，本發(fā)明由不旋轉(zhuǎn)外套3、旋轉(zhuǎn)心軸、導(dǎo)向器、定向控制機(jī)構(gòu)組成，不旋轉(zhuǎn)外套3為空心管狀體，上、下兩端為縮徑段，在不旋轉(zhuǎn)外套3下部的外管壁上由上至下安裝有導(dǎo)向器和固定扶正器20 ;旋轉(zhuǎn)心軸由上旋轉(zhuǎn)心軸26和下旋轉(zhuǎn)心軸31組成，上旋轉(zhuǎn)心軸26與不旋轉(zhuǎn)外套3縮徑段之間設(shè)有密封圈I及滾珠2，上旋轉(zhuǎn)心軸26下部開有內(nèi)卡槽29，其外部通過滾珠9套裝有環(huán)狀推體23，環(huán)狀推體23下部為錐形推塊12，上部為擋塊10，錐形推塊12通過彈簧11懸掛在擋塊10下部；下旋轉(zhuǎn)心軸31的中部為與上旋轉(zhuǎn)心軸26下部?jī)?nèi)卡槽29相對(duì)應(yīng)的插桿30，并插接在上旋轉(zhuǎn)心軸26下部?jī)?nèi)卡槽29內(nèi)，下旋轉(zhuǎn)心軸31的下部通過滾珠32與不旋轉(zhuǎn)外套3相連。
[0010]導(dǎo)向器為滾輪導(dǎo)向器，由導(dǎo)向滾輪14、滾輪軸承15、滾輪支架16、支架缸套13、導(dǎo)向推塊24組成，滾輪支架16通過支架缸套13安裝在不旋轉(zhuǎn)外套3下部的外管壁上，導(dǎo)向滾輪14通過滾輪軸承15安裝在滾輪支架16上，導(dǎo)向推塊24焊接在滾輪支架16的內(nèi)側(cè)，滾輪支架16與支架缸套13之間安裝有拉簧18。
[0011]固定扶正器20設(shè)有環(huán)形儲(chǔ)油腔22，并開有與不旋轉(zhuǎn)外套3內(nèi)腔相連通的油孔19，儲(chǔ)油腔22內(nèi)安裝有氣囊21 ;不旋轉(zhuǎn)外套3與旋轉(zhuǎn)心軸之間的環(huán)形內(nèi)腔25及儲(chǔ)油腔22充滿潤滑油，氣囊21預(yù)充一定壓力。
[0012]定向控制機(jī)構(gòu)由承托環(huán)4、定位鍵5、定位擋塊6、擋銷8組成,承托環(huán)4和擋銷8焊接在不旋轉(zhuǎn)外套3內(nèi)管壁上，定位鍵5安裝在承托環(huán)4下部；承托盤7焊接在承托環(huán)4和擋銷8之間對(duì)應(yīng)的上旋轉(zhuǎn)心軸26上，承托盤7上端面上安裝有定位擋塊6 ;定位鍵5、擋銷8、導(dǎo)向推塊24位于同一軸線方向上。
[0013]下旋轉(zhuǎn)心軸31上部為圓形管27，插在上旋轉(zhuǎn)心軸26內(nèi)管壁中，圓形管27與上旋轉(zhuǎn)心軸26內(nèi)管壁之間安裝有密封圈28 ;下旋轉(zhuǎn)心軸31下部與不旋轉(zhuǎn)外套3下部縮徑段之間通過密封圈33密封。
[0014]定向時(shí)，本發(fā)明上端接無磁鉆鋌，下端接鉆頭，下到井底。上提鉆具一定距離，環(huán)狀體承托盤7與承托環(huán)4相接觸，擋塊10與擋銷8側(cè)面相重疊，旋轉(zhuǎn)鉆具一周或以上，定位擋塊6與定位鍵5相碰在一起，擋塊10與擋銷8相碰在一起。由于定位鍵5、擋銷8、導(dǎo)向推塊24在沿管壁的軸線方向上，此時(shí)下放鉆具，錐形推塊12將壓住導(dǎo)向推塊24，推動(dòng)滾輪支架16及導(dǎo)向滾輪14向外伸出。繼續(xù)下放鉆具施加鉆壓，導(dǎo)向滾輪14支撐到井壁上，井壁的反推力給鉆頭施加一個(gè)側(cè)向力。此時(shí)旋轉(zhuǎn)鉆具，由于導(dǎo)向滾輪14緊貼井壁，不旋轉(zhuǎn)外套3不會(huì)旋轉(zhuǎn)，井眼將沿著定位鍵5的工具面相反方向定向鉆進(jìn)。定位鍵5的工具面方向可由無磁鉆鋌內(nèi)MWD儀器測(cè)得，其方向可通過上提和旋轉(zhuǎn)鉆具隨時(shí)調(diào)整。
[0015]上提上旋轉(zhuǎn)心軸26時(shí)，對(duì)內(nèi)腔25將產(chǎn)生一定的抽吸作用，此時(shí)氣囊21膨脹，將潤滑油頂入內(nèi)腔25，平衡抽吸作用。下放上旋轉(zhuǎn)心軸26時(shí)，氣囊21收縮，可防止?jié)櫥屯庖?。固定扶正?0可防止泥沙沖蝕導(dǎo)向滾輪14。[0016]不需要定向時(shí)，上提鉆具，錐形推塊12向上運(yùn)動(dòng)離開導(dǎo)向推塊24，滾輪支架16在拉簧18的作用下，將導(dǎo)向滾輪14收回。輕轉(zhuǎn)鉆具一個(gè)角度，下放鉆具，錐形推塊12與導(dǎo)向推塊24錯(cuò)開，導(dǎo)向滾輪14保持收縮狀態(tài)，不起定向作用，這可通過指重表變化情況來判斷，繼續(xù)下放鉆具，進(jìn)行常規(guī)鉆進(jìn)。
【權(quán)利要求】
1.一種旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具，由不旋轉(zhuǎn)外套(3)、旋轉(zhuǎn)心軸、導(dǎo)向器、定向控制機(jī)構(gòu)組成，不旋轉(zhuǎn)外套(3)為空心管狀體，上、下兩端為縮徑段，在不旋轉(zhuǎn)外套(3)下部的外管壁上由上至下安裝有導(dǎo)向器和固定扶正器(20);其特征是:導(dǎo)向器為滾輪導(dǎo)向器，由導(dǎo)向滾輪(14)、滾輪軸承(15)、滾輪支架(16)、支架缸套(13)、導(dǎo)向推塊(24)組成，滾輪支架(16)通過支架缸套(13)安裝在不旋轉(zhuǎn)外套(3)下部的外管壁上，導(dǎo)向滾輪(14)通過滾輪軸承(15)安裝在滾輪支架(16 )上，導(dǎo)向推塊(24)焊接在滾輪支架(16 )的內(nèi)側(cè)，滾輪支架(16 )與支架缸套(13)之間安裝有拉簧(18)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具，其特征是:旋轉(zhuǎn)心軸由上旋轉(zhuǎn)心軸(26)和下旋轉(zhuǎn)心軸(31)組成，上旋轉(zhuǎn)心軸(26)與不旋轉(zhuǎn)外套(3)縮徑段之間設(shè)有密封圈(I)及滾珠(2 )，上旋轉(zhuǎn)心軸(26 )下部開有內(nèi)卡槽(29 )，其外部通過滾珠(9 )套裝有環(huán)狀推體(23)，環(huán)狀推體(23)下部為錐形推塊(12)，上部為擋塊(10)，錐形推塊(12)通過彈簧(11)懸掛在擋塊(10)下部；下旋轉(zhuǎn)心軸(31)的中部為與上旋轉(zhuǎn)心軸(26)下部?jī)?nèi)卡槽(29)相對(duì)應(yīng)的插桿(30 )，并插接在上旋轉(zhuǎn)心軸(26 )下部?jī)?nèi)卡槽(29 )內(nèi)，下旋轉(zhuǎn)心軸(31)的下部通過滾珠(32)與不旋轉(zhuǎn)外套(3)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具，其特征是:固定扶正器(20)設(shè)有環(huán)形儲(chǔ)油腔(22)，并開有與不旋轉(zhuǎn)外套(3)內(nèi)腔相連通的油孔(19)，儲(chǔ)油腔(22)內(nèi)安裝有氣囊(21);不旋轉(zhuǎn)外套(3)與旋轉(zhuǎn)心軸之間的環(huán)形內(nèi)腔(25)及儲(chǔ)油腔(22)充滿潤滑油。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具，其特征是:定向控制機(jī)構(gòu)由承托環(huán)(4)、定位鍵(5)、定位擋塊(6)、擋銷(8)組成，承托環(huán)(4)和擋銷(8)焊接在不旋轉(zhuǎn)外套(3)內(nèi)管壁上，定位鍵(5)安裝在承托環(huán)(4)下部；承托盤(7)焊接在承托環(huán)(4)和擋銷(8)之間對(duì)應(yīng)的上旋轉(zhuǎn)心軸(26)上，承托盤(7)上端面上安裝有定位擋塊(6);定位鍵(5)、擋銷(8)、導(dǎo)向推塊(24)位于同一軸線方向上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具，其特征是:下旋轉(zhuǎn)心軸(31)上部為圓形管(27)，插在上旋轉(zhuǎn)心軸(26)內(nèi)管壁中，圓形管(27)與上旋轉(zhuǎn)心軸(26)內(nèi)管壁之間安裝有密封圈(28);下旋轉(zhuǎn)心軸(31)下部與不旋轉(zhuǎn)外套(3)下部縮徑段之間通過密封圈(33)密封。
【文檔編號(hào)】E21B7/04GK103527083SQ201310519412
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月29日
【發(fā)明者】黃小儀 申請(qǐng)人:中國石油化工集團(tuán)公司, 中石化中原石油工程有限公司鉆井二公司