專利名稱:套筒型鉆井變向器的制作方法
本發(fā)明是涉及石油轉(zhuǎn)盤鉆定向鉆井領(lǐng)域，用于有效控制或改變井眼的方位角和井斜角的多功能新型工具。
隨著石油，天然氣勘探，開采的需要，尤其是海上和水域，沼澤區(qū)域地下油氣勘探開采及某些事故井處理技術(shù)等的特殊需要，定向鉆井技術(shù)日益發(fā)展起來。定向鉆井成敗的技術(shù)關(guān)鍵就在于對不斷鉆進(jìn)的井眼之方位角和井斜角的有效控制和改變。經(jīng)過長期實(shí)踐，人們對于井斜的控制，已有了不少的成功的辦法。對于方位角的有效控制，到目前為止，世界上可供工業(yè)應(yīng)用的技術(shù)尚且為數(shù)不多，能推廣應(yīng)用的專門工具不僅很少而且存在著各種難以克服的缺點(diǎn)。
如“偏心楔”，一次造斜或變方位幅度很小，需多次反復(fù)下楔，反復(fù)定向，擴(kuò)孔的繁重工序，才能滿足一定的設(shè)計(jì)要求，這對于大規(guī)模的定向鉆井工程就顯得很不適宜了。
在如“弧線造斜器”，如果井壁不規(guī)則，不穩(wěn)定或井眼超徑較大(這些正是鉆井工程中最普遍的現(xiàn)象)，這就會發(fā)生鉆頭不能沿井眼母線鉆進(jìn)，且軌跡是螺旋狀的異常結(jié)果，這非但不能實(shí)現(xiàn)定方位或變方位的技術(shù)要求，而且還會影響鉆井后續(xù)工序的進(jìn)行和井的正常使用。
又如，國外也有采用“凸緣接頭式變向器”來解決定向鉆井的工程問題的，但這種工具，不僅對井下條件要求高(如井壁光滑，巖性適中，井徑穩(wěn)定而適當(dāng)?shù)?，而且還必須與“接管(短鉆鋌)”、“過渡接頭(異徑接頭)”、“特性軸承”等附助部件配合使用。該工具本身又是由“偏重管”、“上下凸緣接頭”組成，而起變方位作用的“上下凸緣”又得受“偏重管”的重力控制和影響，再加上“特性軸承”又容易磨損和失效，所以此種工具的成功率是極不可靠的。其變方位的技術(shù)效力也是很不確定的，井斜角大時(shí)，工具的效果就較明顯。井斜角小時(shí)，或井下情況稍事復(fù)雜時(shí)，工具效果就沒有保證。這實(shí)際上就大大削減了該工具的工程意義。
在轉(zhuǎn)盤鉆定向鉆井變方位專用工具領(lǐng)域中，與本發(fā)明最相關(guān)的已有技術(shù)是《Rebel Tool葉片式變方位器》。這種工具不僅被《美國油田設(shè)備綜合樣本》(本專業(yè)最有威信的出版物之一)宣稱為“用于防止或糾正方位偏差的唯一商品化的工具”，而且也為不少國外專家所公認(rèn)的比較成熟的工具。(見United States Patent Office 3092188 Patented June 4，1963，INTERPAS，PoOoBOX101，The Netherlands)組成該工具的主要部件有①帶有特形槽穴、溝道的工具體;②上下兩個(gè)葉片(漿片、爪片);③傳動軸;④兩副對開軸承;⑤兩副安全推力軸承;⑥兩副端外側(cè)軸承等。工具全長按其直徑從6吋到12吋的不同規(guī)格，從10呎至16呎不等。由于這種工具原理結(jié)構(gòu)存在著嚴(yán)重的不足，因而工具本身就固有一些難以克服的重大缺陷，這就是該工具問世以來，至今應(yīng)用不廣泛的根本原因所在。歸納其缺點(diǎn)，突出表現(xiàn)以下四個(gè)方面
1、傳動剛度差。這是由該工具的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)所至。固定在軸承上的傳動軸，上端順鉆具旋轉(zhuǎn)方向裝一主動葉片(上葉片)，下端逆鉆具旋轉(zhuǎn)方向裝一被動葉片(下葉片)，三位一體互相協(xié)動是產(chǎn)生偏移方位效果的核心。而工具殼體的內(nèi)徑和壁厚決定了位于殼體中的傳動軸不能做得較大，但是工具的技術(shù)目的又要求盡可能地增大上下葉片之間的距離，這就必然使主、被動葉片間的傳動，是由一根細(xì)長軸來完成的。(如R6-01型該工具，傳動軸直徑為40毫米，上下葉片的安裝位置間軸的長度為1560毫米-細(xì)長比約為0.0256;R12-01型該工具，傳動軸的直徑為50毫米，上下葉片的安裝位置間軸的長度為3000毫米，細(xì)長比約為0.0167)。這樣的細(xì)長軸不可能有高剛度的力(或功)的傳遞效果。而且工具在工作時(shí)，處于受扭狀態(tài)，當(dāng)井斜角較大時(shí)，傳動軸的扭矩也就更大，因之而產(chǎn)生的軸的扭矩變形也就隨之增大。無疑，這些現(xiàn)象的綜合結(jié)果-傳動剛度差就導(dǎo)致傳動機(jī)構(gòu)的實(shí)際效力遠(yuǎn)遠(yuǎn)地低于理想的設(shè)計(jì)水平。特別是在要求同時(shí)完成增斜和變方位的工作情況下，此種工具就完全無能為力了。
2、密封性差。該工具沒有任何密封部件或保護(hù)部件。主要的傳動部件-傳動軸、上下葉片、工具體上與葉片配組的特形凹穴等，全都裸露、浸泡在工作泥漿中，隨時(shí)受到鉆屑的沖擊，隨時(shí)可能被卡塞、砂滯和泥包。如果巖屑泥砂卡塞在葉片與工具體的凹穴之間(這一點(diǎn)實(shí)際上在鉆進(jìn)中是不可避免的)，葉片將無法正常動作，無法按設(shè)計(jì)而收攏和擺動。工具便成了一根不起任何變向作用的多余的“柱體”了。為了解決這個(gè)問題，也有人進(jìn)行了某些局部性改進(jìn)，如在工具體葉片穴處鉆一小水眼，使泥漿從此向外噴射出，起到?jīng)_洗滯留在凹穴間異物的作用。但這只能沖掉一些堆積泥砂或部分泥包，而根本解決不了巖屑的卡塞問題。另外，由于工具體上鉆了這兩個(gè)沖砂水眼，必然使鉆進(jìn)泥漿壓力因分流損失而降低，不僅不利于破碎巖石，而且又影響鉆頭的正常工作和使用壽命。更值得重視的是當(dāng)泥漿從沖砂水眼向外噴射時(shí)，葉片將受到一個(gè)向外的沖力，減小了葉片向內(nèi)的收攏力，這就更影響了該工具的效能。
3、上、下葉片(主動、被動葉片)的有效支撐面積偏小，工具效率低。工具的結(jié)構(gòu)所限，葉片不能做得太大，這就導(dǎo)致葉片與井壁只是一個(gè)條狀接觸，工具動作過程，葉片僅在一個(gè)很小的角度范圍內(nèi)發(fā)生，觸撞井壁，變向力的有效作用周期很短，既便是完全不發(fā)生前邊所指惡劣現(xiàn)象的極理想的情況下，工具的變方位的能力也是有限的。(據(jù)所公布的有關(guān)資料看出，平均每鉆進(jìn)30米變方位角僅有1.5°左右，最低的一個(gè)實(shí)用結(jié)果只有0.5°)同時(shí)，就由于葉片的有效支撐面積小，也限制了它的應(yīng)用范圍，在鉆及較為松軟的地層時(shí)，這種工具就不能奏效了。
4、工具制造用料要求高，加工工序多，工具的制造成本高。僅工具體就需要①先在一園鋼柱上，加工出偏心的泥漿通道;②再加工容置上、下葉片的特殊形狀凹穴;③再加工容置細(xì)長傳動軸的長槽;④再加工容置兩組軸承座的四個(gè)固定溝槽等多種機(jī)加工工序。再者，耐強(qiáng)扭矩和脈動式的強(qiáng)沖擊力的細(xì)長傳動軸，要求很高的加工技術(shù)水平和工裝水平，要求很高的材質(zhì)水平。
為了解決上述諸缺點(diǎn)，本發(fā)明在機(jī)構(gòu)上采用套筒與心軸的相對擺動原理，使套筒在近鉆頭處產(chǎn)生橫向力，推動鉆頭產(chǎn)生增方位或減方位的作用。在力學(xué)基礎(chǔ)上，雖與已有技術(shù)中最先進(jìn)的漿片型變向器(葉片型變向器)有類似之處，但在結(jié)構(gòu)原理和設(shè)計(jì)思想上則具突出特色和明顯的進(jìn)步。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)方案和工作原理如附圖1、附圖2、附圖3和附圖4所示。圖1所示本發(fā)明的總裝正視圖;圖2所示本發(fā)明的總裝側(cè)剖視圖，圖3所示本發(fā)明增方位機(jī)構(gòu)的沿圖1A-A線的剖視圖，圖4所示本發(fā)明減方位機(jī)構(gòu)的沿圖1A-A線的剖視圖。
本發(fā)明-套筒型變向器圖1所示的主要零部件;
①心軸為一空心園柱體，其內(nèi)孔為泥漿通道，上端與鉆具組合常規(guī)聯(lián)接，下端與鉆頭常規(guī)聯(lián)接;
②套筒為筒狀薄殼體，其內(nèi)壁與心軸之間保持一定的徑向間隙;
③異型小軸有上、下兩個(gè)。兩個(gè)小軸位于同一條心線上，其分別與固定在心軸上的軸承座構(gòu)成使套筒繞心軸擺動的轉(zhuǎn)動副;
④軸承座以螺釘固定于心軸上，與心軸構(gòu)成上述的轉(zhuǎn)動副;
⑤螺釘可為標(biāo)準(zhǔn)件，用于固定小軸和軸承座;
⑥密封端蓋上、下各一個(gè)，由螺釘固定在心軸上;
⑦上瓦片(上葉片)由鋼或耐磨高強(qiáng)度的材料制成或表面嵌鑲硬質(zhì)合金條塊，以螺釘固定于套筒上;
⑧下瓦片(下葉片)由鋼或耐磨高強(qiáng)度的材料制成或表面嵌鑲硬質(zhì)合金條塊，以螺釘固定于套筒上;
從圖1、2、3、4中可看出，套筒②與心軸①之間，構(gòu)成一個(gè)擺動副，即套筒②以軸線3-3為軸，相對心軸①產(chǎn)生一種繞形擺動。變向器整體按圖1、圖3、圖4所示的“n”方向，隨鉆具一起做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。當(dāng)變向器在傾斜井眼內(nèi)工作時(shí)，由于鉆具的自重，上瓦片⑦轉(zhuǎn)到與下井壁接觸而發(fā)生擠撞時(shí)，套筒②即與心軸①之間發(fā)生擺動，使上瓦片⑧處的套筒與心軸之間的間隙減小，同時(shí)使下瓦片處的套筒與心軸之間的間隙增大，下瓦片的側(cè)向運(yùn)動將迫使鉆頭產(chǎn)生側(cè)向偏移，從而改變鉆進(jìn)井眼軌跡，達(dá)到變向的目的。
圖3所示為增方位機(jī)構(gòu)沿圖1中A-A線剖視圖。從中可以看出本發(fā)明所以有變方位角功能，所以其變向效力有可控性的設(shè)計(jì)原理。如圖中所示，上瓦片⑦、下瓦片⑧、小軸③、套筒②和心軸①按設(shè)計(jì)的組配關(guān)系。即下瓦片與小軸線3-3“夾角為“θ”，上瓦片則相應(yīng)的與小軸線3-3的“夾角”為“ψ”。(兩個(gè)角度的大小由使用情況為依據(jù)確定)若某瞬時(shí)，上瓦片⑦轉(zhuǎn)到與下井壁相觸的位置，下瓦片⑧由于相應(yīng)間隙的增大在左側(cè)與井壁相觸而產(chǎn)生反作用力F下，同時(shí)在上瓦片⑦處有一反作用力F上產(chǎn)生作用。力F下即為使鉆頭發(fā)生增方位作用效果的主要來源。反之，如上、下瓦片的相對位置如圖4所示時(shí)，力F下即為使鉆頭發(fā)生減方位作用效果的主要來源。
由于套筒②與心軸①之間必須保持適當(dāng)?shù)拈g隙，變向器才能正常工作，所以防止固體異物侵入此間隙就是極為突出的技術(shù)要點(diǎn)之一了。為了解決這一重要的密封問題，本發(fā)明采用了在套筒上、下兩端安裝密封端蓋⑥的方案。即將設(shè)計(jì)的端蓋用螺釘固定在心軸上，使心軸與套筒之間的環(huán)狀間隙與外界相隔開。在本工具工作過程中，當(dāng)套筒②與心軸①發(fā)生相對擺動時(shí)，此密封端蓋與套筒端面之間亦發(fā)生相對滑動。這一巧妙的設(shè)計(jì)，在結(jié)構(gòu)上，密封端蓋⑥，不僅起到了密封作用，而且還同時(shí)起到了承受由套筒②產(chǎn)生的軸向力的作用。
本發(fā)明的另一個(gè)突出進(jìn)步是瓦片⑦、⑧與套筒②之間是可拆卸的裝配關(guān)系。是采用了常規(guī)的螺釘方式聯(lián)接的。這種可拆卸的聯(lián)接方式，不僅允許在瓦片⑦、⑧嚴(yán)重磨損后來調(diào)換新的瓦片，而且更可貴的是可允許上、下瓦片的相對位置在同一套筒上由增方位機(jī)構(gòu)換成減方位機(jī)構(gòu)，反之也可由減方位機(jī)構(gòu)換成增方位機(jī)構(gòu)。而已有技術(shù)的瓦片是不可拆卸的，增方位器和減方位器是兩個(gè)單獨(dú)的專一機(jī)構(gòu)。
本發(fā)明的再一個(gè)突出進(jìn)步表現(xiàn)于控制小軸③的位置和夾角θ、ψ等工具制造技術(shù)參數(shù)，能使同一工具具有多功能的技術(shù)效果。圖3、圖4所示的小軸中心線位置約在上、下瓦片夾角的分角線上，這樣由于杠桿力臂相等，F(xiàn)下與F上兩個(gè)力在數(shù)值也是相近似的。如將小軸中心線的相對位置作一定的調(diào)整，則F下和F上在數(shù)值上就會發(fā)生按一定比例關(guān)系的變化。特別是如果把θ設(shè)計(jì)得小一些，那么，在同樣數(shù)值F上的條件下，就能產(chǎn)生較大數(shù)值的F下，從而產(chǎn)生較大的變向力。
在圖3和圖4所示的結(jié)構(gòu)中，上瓦片⑦與下瓦片⑧之間的夾角為90°，如暫忽略摩擦力的作用，由受力的定性中可看出側(cè)井壁作用于下瓦片⑧的反力F下只能改變方位角，而下井壁作用于上瓦片⑦的反力F上則會發(fā)生增斜的作用。此外，由于變向器裝置于鐘擺鉆具的下端，所以當(dāng)上瓦片⑦轉(zhuǎn)離下井壁時(shí)，整個(gè)鉆具的鐘擺力則會發(fā)生降斜作用。這樣，F(xiàn)上的增斜與鐘擺鉆具的降斜作用互相抵消，結(jié)果可使這種組合在變向的同時(shí)可能按工程技術(shù)要求而保持井斜角不變，或使井斜角不斷增加和不斷減小。
假如使上下瓦片⑦、⑧之間的夾角不為90°，則下瓦片⑧上的反力F下也存在一個(gè)增斜或降斜的分力。實(shí)際上，當(dāng)這個(gè)夾角小于90°時(shí)，F(xiàn)下可發(fā)生一個(gè)增斜的分力，使變向器在不同程度上具有增斜與變方位的雙重作用。
假如使上下瓦片⑦、⑧之間的夾角大于90°時(shí)，下瓦片⑧反力F下則可發(fā)生一個(gè)降斜分力，使變向器在不同程度上具有降斜與變方位的雙重作用。在極端的情況下，可將此夾角設(shè)計(jì)成180°，則此工具不再具有變方位的作用，而只存在降斜和防斜作用。這種特殊的結(jié)構(gòu)可用于打直井，并可命名為“抗斜器”。
綜合上述本發(fā)明的主要目的可歸納為
1、提供出一種用于轉(zhuǎn)盤鉆打定向井中結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，效果可靠，易造耐用的變向工具。使用時(shí)只需將本工具裝置在鉆頭與鐘擺鉆具組合之間，以正常的鉆速鉆進(jìn)而達(dá)到改變方位角和井斜角的作用;
2、在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，把容易磨損的瓦片設(shè)計(jì)成可拆卸的部件，并在套筒的適當(dāng)位置上預(yù)先鉆好螺釘孔，這不僅可在瓦片磨損一定程度后進(jìn)行調(diào)換、而且可將上下瓦片的相對位置進(jìn)行調(diào)換，使本工具兼有增方位和減方位兩種不同的變向功能;
3、在結(jié)構(gòu)上可改變小軸中心線與瓦片的夾角，使上下瓦片在受力時(shí)具有不同的力臂，如將下瓦片與小軸中心線的夾角縮小，則可使下瓦片產(chǎn)生較大的變向力，使工具的變向效果具可控性。
4、在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上可改變上下兩瓦片之間的夾角，使本工具具有同時(shí)改變方位角和井斜角的雙重效果。具體設(shè)計(jì)時(shí)，如使夾角小于90°，即可得到增斜與變向的雙重效果;如使夾角大于90°，即可得到降斜與變向的雙重效果;
5、在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上使上下瓦片之間的夾角正好等于180°，本工具則成為一種在鐘擺鉆具基礎(chǔ)上具有一定附加降斜力的“抗斜器”，這種工具可提高打直井的鉆進(jìn)速度;
6、在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，安裝有上下密封端蓋，使心軸與套筒之間的間隙在正常鉆進(jìn)和起下鉆過程中與外界相隔離，因而可保證工具在使用中一直處于正常工作狀態(tài)，避免了工具由于異物侵入間隙而發(fā)生不利于變向性能的后果。
此外，本發(fā)明在現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上按一定的技術(shù)要求做某些加工參數(shù)上的改進(jìn)和修改。本發(fā)明即為多功能的系列化產(chǎn)品。
總之，本發(fā)明與已有技術(shù)中最先進(jìn)的“Rebel Tool漿片(葉片)式變向器”相比，除具備原有的一切長處外，還具有本身所特有的以下6個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)
1、本工具是用剛度極強(qiáng)的套筒來做上、下瓦片(葉片、爪片)的傳動體，明顯地提高了力(功)的傳遞效率，解決了已有技術(shù)中長期存在由于傳力剛度差而產(chǎn)生的效率低和推廣應(yīng)用價(jià)值低的根本問題;
2、本工具設(shè)計(jì)了由上、下密封端蓋等零件組成的“密封”系統(tǒng)，有效的防止了鉆井過程中泥砂、巖屑等異物的有害沖擊和卡塞及泥包等現(xiàn)象，保證了工具的性能和效力。
3、本工具的上、下瓦片可根據(jù)不同的技術(shù)要求，制成不同規(guī)格，不但提高了工具的變向能力，而且也擴(kuò)大了工具的使用范圍。并且上、下瓦片是可裝卸的可調(diào)換的，不僅延長了工具主體的使用壽命，而且使工具具有了多功能性，這是一個(gè)突出的發(fā)展。
4、本工具的加工制造方便、易行，成本低。如工具主體心軸①只需在現(xiàn)成的鉆鋌上加工兩個(gè)長方形的槽，以容置上下一組軸承座就基本完成了。再如本工具的主要傳動體套筒②，材料可直接選用尺寸適宜的現(xiàn)成普通套管，加工也只需在套管上按設(shè)計(jì)用常規(guī)方法在相應(yīng)位置上鉆一定的螺釘孔即可。
5、本工具在小到5°左右的低井斜角井段中也能有很好的變向作用效果，而“Rebel Tool變向器”在井斜角10°以下時(shí)，既便是一切條件都理想化了，也不能使用了。
6、本工具是利用轉(zhuǎn)盤鉆來進(jìn)行變方位的，這本身就克服了井下動力鉆(如渦輪鉆、螺桿鉆等)的鉆井軌跡有曲率激變點(diǎn)的重大缺陷。又因?yàn)楸竟ぞ卟恍枞魏胃綄僭O(shè)備，與整個(gè)鉆具組合同步運(yùn)轉(zhuǎn)，每旋轉(zhuǎn)一周就有效動作一次，所以是連續(xù)、漸近的使鉆頭來完成變方位鉆進(jìn)的，故而所鉆出的定向井井眼軌跡呈平滑曲線狀，避免或減少“狗腿區(qū)”(鉆井過程中發(fā)生的突變拐變的惡劣情況)的出現(xiàn)，這就使本工具具有了鉆井井身質(zhì)量高、鉆井效率高、鉆井成本低等突出的優(yōu)越性。
鑒于本發(fā)明有上述的主要優(yōu)點(diǎn)，而且產(chǎn)品可系列化，現(xiàn)僅舉其中一種適用于9 5/8吋鉆頭的該工具主要部件的加工實(shí)施方案如下
1、心軸①-選用現(xiàn)成的6吋的API鉆鋌為材料加工而成。
Ⅰ、其長度以與套筒②合理配合、正常運(yùn)轉(zhuǎn)為準(zhǔn)。(如此實(shí)施例套筒②長為3000毫米，心軸①長為4000毫米)
Ⅱ、其上下兩端按常規(guī)方法加工成與所適用的鉆鋌和鉆頭聯(lián)接絲扣。
Ⅲ、在軸體的兩端相應(yīng)位置(以保證套筒②能圍繞心軸①作擺動為準(zhǔn))加工成適當(dāng)?shù)钠脚_狀，并加工兩組用以固定軸承座④的螺釘孔。
Ⅳ、在軸體的兩端相應(yīng)位置(以上、下密封端蓋⑥設(shè)計(jì)尺寸為據(jù)，以保證密封端蓋⑥的有效工作為準(zhǔn))加工成固定密封端蓋⑥的均布螺孔，此實(shí)施例是為3個(gè)。
2、套筒②-選用現(xiàn)成的7 5/8吋的API套管為材料加工而成。
Ⅰ、在同一設(shè)計(jì)軸線上，上下兩端分別加工出能用螺釘固定小軸③的一組(3對6個(gè))螺孔。
Ⅱ、在套筒體兩端分別加工一群能用螺釘固定上下瓦片⑦、⑧的螺孔，以與上、下瓦片⑦⑧的裝配螺孔對應(yīng)，并能按設(shè)計(jì)調(diào)整瓦片安裂位置為準(zhǔn)。因本發(fā)明所選用的螺釘⑤是標(biāo)準(zhǔn)體加工此群螺孔時(shí)，切要標(biāo)準(zhǔn)化。在已根據(jù)技術(shù)要求確定了瓦片的位置并用螺釘固定后，其余備用螺孔，可安裝好相應(yīng)的螺釘以確保套筒②與心軸①之間工作環(huán)形間隙的密封性。
Ⅲ、套筒體的上、下端面用常規(guī)機(jī)加工方法切平，以保證與密封端蓋⑥的平面接觸。
3、上瓦片⑦-選用A35鋼制造。(未采用表面嵌鑲硬質(zhì)合金設(shè)計(jì))-附圖5所示。
Ⅰ、長度設(shè)計(jì)為360毫米，弧形包角不小于90°。與套筒②為同心弧形體，內(nèi)半徑R1與套筒②外半徑等，外半徑R2為R1加30毫米。各邊緣按機(jī)加工常規(guī)技術(shù)要求做導(dǎo)角。
Ⅱ、加工一組均布的與套筒②上端固定本瓦片用的螺孔群相對應(yīng)的螺孔-本實(shí)施例中共加工了12對，24個(gè)螺孔于瓦片上。
Ⅲ、在安裝本瓦片于套筒上時(shí)，還采用了上述的兩孔一組相對應(yīng)的“一片二孔”式防松墊。
4、下瓦片⑧-選用A35鋼制造。(未采用表面嵌鑲硬質(zhì)合金設(shè)計(jì))-附圖5所示。
Ⅰ、長度設(shè)計(jì)為360毫米，弧形包角不大于30°。與套筒②同心的弧形體的內(nèi)半徑、外半徑分別與上瓦片⑦的R1R2相同。各邊緣按機(jī)加工常規(guī)技術(shù)要求做有導(dǎo)角。
Ⅱ、加工一組均布的與套筒②下端固定本瓦片用的螺孔群相對應(yīng)的螺孔-本實(shí)施例中共加工了8對16個(gè)螺孔于瓦片上。
Ⅲ、在安裝本瓦片于套筒②上時(shí)，還采用了與上述的兩孔一組相對應(yīng)的“一片二孔”式防松墊。
5、上、下密封端蓋⑥-實(shí)際上是一個(gè)環(huán)形薄體。選用普通鋼材A2按常規(guī)機(jī)加工要求制造。
Ⅰ、端蓋的內(nèi)徑與心軸①相配合。端蓋的外徑必須大于套筒②的內(nèi)徑且當(dāng)套筒擺動到最大位移時(shí)，端蓋仍起密封作用為準(zhǔn)。本實(shí)施例中端蓋內(nèi)徑R內(nèi)為152毫米，端蓋外徑R外為215毫米。
Ⅱ、端蓋鉆有徑向的3個(gè)均布的與心軸對應(yīng)的螺孔，用以使用螺釘將端蓋固定在心軸①之上。
6、異型小軸③-選用45鋼材料制造。(見附圖6)
Ⅰ、本小軸是用于支撐套筒②相對于心軸①作繞形擺動。一端與固定在心軸①上的承軸座④構(gòu)成轉(zhuǎn)動副。在本實(shí)施例中小軸直徑30毫米。
Ⅱ、小軸的另一端為異型端。加工成一面與套筒②內(nèi)壁吻合的曲面，一面為平面，其高以不影響套筒繞心軸的工作擺動為準(zhǔn)。本實(shí)施例中，其高為30毫米。小軸的全長不限，以保證足夠的工作強(qiáng)度為準(zhǔn)。本實(shí)施例中其長度為園軸端長為40毫米(注意軸承座④與之必須對應(yīng))。異型端長度為150毫米。園軸端與異型端之間有10毫米的加工過渡段，以備機(jī)加工過程中需要。異型端寬70毫米，并在與套筒②的相關(guān)位置處鉆螺孔三對6個(gè)(這個(gè)孔數(shù)僅限于本實(shí)施例中，在其它規(guī)格的本工具制造中，可隨機(jī)設(shè)計(jì))用來將小軸③整體固定在套筒②之上。
將以上主要部件及必要部件組裝成如圖1所示的本工具的整體，下井試驗(yàn)，可取得明顯的變向效果。如在某油田某區(qū)755號井的實(shí)驗(yàn)中，選井深從890米鉆進(jìn)到1031米為一試驗(yàn)井段，共鉆進(jìn)141米，井斜角從9°變化到16°10′，方位角從235°變化到227°，平均每鉆進(jìn)30米，井斜角變化量就為1°35′和方位角變化量就為1°40′。而抽測其中890米到930這段來看，則每鉆進(jìn)30米就有井斜角變化量為1°10′，方位角變化量竟高達(dá)3°30′的突出效果，這些技術(shù)特性，都是所有的已有技術(shù)所不能比美的。
在這里再附加說明一點(diǎn)本發(fā)明中所謂的密封問題，并非一般概念中的連空氣都不能透過的完全的隔離狀態(tài)，而是指仍有一定程度的流體穿過的情況，顆粒較大的巖屑等異物完全被“封閉”在本工具的套筒②之外，確保了工具不會因受異物的沖擊和卡塞而不起變向作用的現(xiàn)象發(fā)生。
權(quán)利要求
1、一種包括工具體，傳動機(jī)構(gòu)和撞觸井壁產(chǎn)生變向力的瓦片而進(jìn)行定向鉆井的變向工具，本發(fā)明的特征在于有一個(gè)兩端分別與鉆具組合，鉆頭常規(guī)聯(lián)接的心軸(1)，一個(gè)內(nèi)壁與心軸(1)保持徑向間隙的傳動套筒(2)，一對固定在心軸(1)上的軸承座(4)，一對與軸承座(4)構(gòu)成擺動副支撐套筒(2)并使套筒(2)繞心軸(1)擺動的異形小軸(3)一對分別裝于套筒(2)上，下兩端外表面且分布于上，下小軸同軸線兩側(cè)的上，下瓦片(7)，(8)，一對裝于套筒(2)上，下兩端且固定在心軸(1)上的密封端蓋(6)。
2、根據(jù)權(quán)利要求
1定向鉆井的變向工具，其特征在于上，下密封端蓋(6)與套筒(2)上，下兩環(huán)形端面成平面接觸，端蓋的外緣半徑大于套筒(2)的內(nèi)徑與套筒(2)正常工作過程中的最大位移量之和。
3、根據(jù)權(quán)利要求
1定向鉆井的變向工具，其特征在于繞心軸(1)擺動的傳動的套筒(2)的兩端鉆有能按技術(shù)要求固定上，下瓦片(7)，(8)的一群螺孔。
4、根據(jù)權(quán)利要求
1定向鉆井的變向工具，其特征在于由耐磨，高強(qiáng)度的材料制造的瓦片(7)，(8)(或表面鑲嵌更加堅(jiān)硬的條塊體)鉆有一組與套筒②兩端螺孔群其中某部分相應(yīng)使用的固定螺孔;
5、根據(jù)權(quán)利要求
1、4定向鉆井的變向工具，其特征在于將上、下瓦片⑦、⑧的夾角安裝成小于90°，則為增加井斜角改變方位角的變向器;
6、根據(jù)權(quán)利要求
1、4定向鉆井的變向工具，其特征在于將上、下瓦片⑦、⑧的夾角安裝成大于90°則為降低井斜角改變方位角的變向器;
7、根據(jù)權(quán)利要求
1、4定向鉆井的變向工具，其特征在于瓦片⑦、⑧的夾角安裝成180°，則為鉆井用的鐘擺鉆具增效防斜器。
專利摘要
本發(fā)明是有效改變和控制轉(zhuǎn)盤鉆定向鉆井井眼的方位角、井斜角的多功能工具。 采用裝有上、下瓦片的套筒與心軸的相對擺動，使近鉆頭處產(chǎn)生橫向力而有效地控制和改變井眼的方位角和井斜角。設(shè)計(jì)了專有的密封系統(tǒng)，避免了巖屑沖擊、卡塞及泥包等引起的工具失效，上、下瓦片是可調(diào)換的，提高了變向能力，并具增減方位、增降斜等組合功能和鐘擺鉆具打直井時(shí)增效防斜性能。
文檔編號E21B7/08GK85103611SQ85103611
公開日1986年11月19日 申請日期1985年5月17日
發(fā)明者白家祉 申請人:石油工業(yè)部石油勘探開發(fā)科學(xué)研究院鉆井工藝研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan