CN101946058A - 导向*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种导向***，所述导向提供包括：第一可旋转壳体(22)；第二可旋转壳体(24)，所述第二可旋转壳体通过可调节接头(26)连接到第一可旋转壳体(22)；凸轮件(42)，所述凸轮件在使用中保持不旋转；以及凸轮随动装置，所述凸轮随动装置可与所述凸轮件(42)协作并且可移动以驱动所述第二可旋转壳体(24)绕可调节接头(26)相对于第一可旋转壳体(22)移动。

Description

导向***
技术领域
本发明涉及一种例如用于在井眼的形成中使用的导向***。
背景技术
通常在用于随后开采油气的井眼形成领域使用导向钻井***以允许对井眼轨迹进行控制。已知许多导向钻井***。例如，已知其中偏置单元被定位成靠近钻头，且偏置单元可操作以将侧向指向的力施加到钻头，从而沿期望的方向远离井眼的轴线推所述钻头。导向钻井***的另一种形式可通过控制弯套的方位以确保钻头沿期望的方向指向来实现。在一些布置中，可调节弯套以控制钻头的方向和角度。在其它布置中，弯套倾角固定，而钻头指向的方向的调节可通过控制弯套的角位置来实现。
发明内容
本发明的目的是提供一种简便形式的导向***。
根据本发明，提供了一种导向***，包括：第一可旋转壳体；第二可旋转壳体，所述第二可旋转壳体通过可调节接头连接到第一可旋转壳体；凸轮件，所述凸轮件在使用中保持不旋转；以及凸轮随动装置，所述凸轮随动装置可与所述凸轮件协作并且可移动以驱动所述第二可旋转壳体绕可调节接头相对于第一可旋转壳体移动。
这种装置的优点在于：在第一和第二可旋转壳体旋转的同时，第一可旋转壳体的旋转轴线可以保持在大致固定的位置。被第二壳体支承的钻头因此可以保持在期望的方位，同时进行钻井。
优选地，第一和第二可旋转壳体相互连接，使得第一壳体的旋转被传递给第二壳体。诸如爪形离合器(dog clutch)形式的离合器机构可以被设置成允许第一壳体相对于第二壳体旋转。
凸轮件可便利地调节以允许调节第二壳体的方位。有利地，凸轮件使旋转斜盘的形式。优选地，凸轮件安装到套管，所述套管包围第一壳体的至少一部分，并且在正常使用中保持不旋转。例如，套管可以包括扶正器。优选地，球面轴承设置在第一壳体上，并且被布置成相对于套管支撑凸轮件。一个或多个线性致动器被设置成驱动凸轮件相对于套管进行移动以调节所述凸轮件的位置。所述或每一个线性操作机构可以以电的方式被驱动、以电磁方式被驱动或通过液压供给动力。
优选地，凸轮随动装置包括随动活塞，所述随动活塞被布置成由凸轮件驱动并且可移动以使驱动活塞移动。优选地，随动活塞具有比驱动活塞的直径小的直径以提供机械增益。优选地，驱动活塞的移动通过相关联的推杆被传递给第二壳体。
优选地，推杆与随动活塞中的相对应的随动活塞对齐。在这种布置中，第二壳体相对于第一壳体沿与凸轮件相同的方向倾斜，但是倾斜角度将更小。
附图说明
以下参照附图以示例的方式说明本发明，其中：
图1是装有本发明的一个实施例的导向***的导向钻井***的图示；和
图2被显示图1的钻井***的导向***的放大剖视图。
具体实施方式
参照附图，示出了在井眼的形成中使用的导向钻井***。导向钻井***包括支撑多个井下部件的钻柱10。钻柱10在地面上由钻机支撑，所述钻机具有支撑功能，并且驱动钻柱10用于旋转。
钻柱10支承多个中间扶正器单元12，并且在其下端处支承底部钻具组合14。底部钻具组合14包括井下马达16、导向***18、和钻头20。在使用中，马达16用于驱动钻头20以便进行旋转。钻头20的旋转与施加到所述钻头的钻压载荷结合使钻头20从井眼正在形成的地层测量、刮或磨蚀物质，从而延伸井眼。
虽然所述的装置使用井下马达，但是也可以使用其中钻头由钻柱的旋转驱动的装置。
导向***18操作以确保在进行钻进的同时将钻头20保持在期望的方位上，从而控制井眼延伸的方向。
如图2中最清楚地所示，导向***18包括第一可旋转壳体22，所述第一可旋转壳体被布置成连接到井下马达16的输出以被驱动，用于藉此进行旋转。第二可旋转壳体24通过例如万向接头或转环形式的可调节接头26连接到第一壳体22。接头26包括部分球面推力轴承28，从而允许将来自第一壳体22的轴向指向的载荷传递给第二壳体24，同时允许调节第二壳体24的轴线24a相对于第一壳体22的轴线的角度(或倾斜)。
爪形离合器(dog clutch)30形式的可松开扭矩传递装置设置在第一壳体22与第二壳体24之间，使得当期望时第一壳体22绕其轴线的旋转可以传递给第二壳体24，且爪形离合器30的松开可允许第一壳体22独立于第二壳体24旋转。
轴向延伸通道32延伸通过第一壳体22和接头26到达设置在第二壳体24中的通道34，从而允许通过导向***18供应钻井液或泥浆。
扶正器套管36包围第一壳体22的一部分。在使用中，套管36抵靠在井眼的壁上，并且保持大致固定不旋转。套管36通过还用作密封件的轴承38安装到第一壳体22，以允许第一壳体22旋转而同时套管36保持固定不旋转。套管36和第一壳体22一起限定室40，旋转斜盘42形式的凸轮件可位于所述室内。旋转斜盘42与套管36通过键或槽接合，使得在正常使用中所述旋转斜盘保持不旋转。旋转斜盘42与套管之间的连接的性质使得可以调节旋转斜盘42的角度方位。球面轴承44设置在旋转斜盘42的内部与第一壳体22的相邻部分之间，以接受这种移动，同时支撑旋转斜盘42。一系列线性致动器46安装在套管36上并接合旋转斜盘42，且线性致动器46在适当的控制***(未示出)的控制下可操作以调节旋转斜盘42相对于套管36的方位。线性致动器46可以具有各种形式。例如，线性致动器46可以通过电或电磁致动，或者可选地，线性致动器46可以以液压的方式***作。
旋转斜盘42的与线性致动器46协作的表面相对的表面接合一系列凸轮随动装置48。凸轮随动装置48每一个都包括相对较小直径的随动活塞50，所述随动活塞支承在旋转斜盘42上并且在形成在第一壳体22内的相对应的孔52中可往复运动。孔52开口到更大直径的孔54，更大直径的驱动活塞56可在所述更大直径的孔中往复运动。将要认识的是，利用这样的装置，随动活塞50的移动使相关联的驱动活塞56沿相同的方向移动。驱动活塞56将通过比随动活塞50小的距离，但是由于如此获得的机械增益而能够施加更大的力。
一系列推杆58支承在驱动活塞56上，从而将所述驱动活塞的移动传递给第二壳体24。
在使用中，在图2中所示的位置中，将要认识的是旋转斜盘42相对于第一壳体22成角度，并且第二壳体24相对于第一壳体22沿与旋转斜盘42相同的方向但是以较小的角度倾斜。由此位置，第一壳体22由于马达16的操作的旋转使随动活塞50又被旋转斜盘42提升和下压，且随动活塞50每一个都由于其被旋转斜盘42下压而被进一步推进到相对应的孔52内。随动活塞50的移动通过孔52、54中的流体被传递给相关联的驱动活塞56，从而使推杆58伸出，并且推动第二壳体24以绕接头26倾斜。如此获得的第二壳体24的倾斜运动驱动推杆58以及沿朝向缩回位置的相反的方向驱动在导向***的径向相对侧上的驱动活塞56和随动活塞50。将要认识的是这种动作确保在第一壳体22和第二壳体24旋转的同时第二壳体24的旋转轴线24a在空间内保持大致固定。因此，钻头20被保持在期望的方位，同时进行钻井。
通过线性致动器46对旋转斜盘42的位置进行适当调节可以用于调节第二壳体24相对于第一壳体22的倾斜度并且调节第二壳体24的旋转轴线24a相对于第一壳体22的方向或方位。因此将要认识的是，通过使用线性致动器46适当地控制旋转斜盘42的位置，可以控制导向钻井***的钻进方向。
由于凸轮随动装置的性质而产生的机械增益确保即使当施加抑制这种运动的大载荷时也可获得足够大的力以使第二壳体24沿期望的方向偏斜或倾斜。
将要认识的是在不背离本发明的保护范围的情况下可以对上述布置做大范围的修改和改变。

Claims (17)

1.一种导向***，包括：
第一可旋转壳体；
第二可旋转壳体，所述第二可旋转壳体通过可调节接头连接到所述第一可旋转壳体；
凸轮件，所述凸轮件在使用中保持不旋转；以及
凸轮随动装置，所述凸轮随动装置能够与所述凸轮件协作并且能够移动以驱动所述第二可旋转壳体绕所述可调节接头相对于所述第一可旋转壳体移动。
2.根据权利要求1所述的***，其中，所述第一可旋转壳体和所述第二可旋转壳体相互连接，使得所述第一可旋转壳体的旋转被传递给所述第二可旋转壳体。
3.根据权利要求2所述的***，还包括离合器机构，所述离合器机构能够操作以允许所述第一可旋转壳体相对于所述第二可旋转壳体旋转。
4.根据权利要求3所述的***，其中，所述离合器机构包括爪形离合器。
5.根据前述权利要求中任一项所述的***，其中，所述凸轮件能够调节以允许调节所述第二可旋转壳体的方位。
6.根据前述权利要求中任一项所述的***，其中，所述凸轮件安装到套管，所述套管包围所述第一可旋转壳体的至少一部分，并且在正常使用中保持不旋转。
7.根据权利要求6所述的***，其中，所述套管包括扶正器。
8.根据权利要求6或7所述的***，其中，球面轴承被设置和布置成相对于所述套管支撑所述凸轮件。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的***，其中，一个或多个线性致动器被设置成驱动所述凸轮件相对于所述套管进行移动以调节所述凸轮件的位置。
10.根据权利要求9所述的***，其中，所述或每一个线性操作机构以电的方式被驱动、以电磁方式被驱动或通过液压供给动力。
11.根据权利要求6-10中任一项所述的***，其中，所述凸轮件是旋转斜盘的形式。
12.根据前述权利要求中任一项所述的***，其中，所述凸轮随动装置包括随动活塞，所述随动活塞被布置成由所述凸轮件驱动并且能够移动以使驱动活塞移动。
13.根据权利要求12所述的***，其中，所述随动活塞具有比所述驱动活塞的直径小的直径以提供机械增益。
14.根据权利要求12或13所述的***，其中，所述驱动活塞的移动通过相关联的推杆被传递给所述第二可旋转壳体。
15.根据权利要求14所述的***，其中，所述推杆与所述随动活塞中的相对应的随动活塞对齐。
16.一种参照附图大致如上所述的导向***。
17.一种导向钻井***，包括：
马达，所述马达被布置成驱动根据前述权利要求中任一项所述类型的导向***的第一可旋转壳体进行旋转；和
钻头，所述钻头安装到所述导向***的第二可旋转壳体。
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