CN110485923B - 一种半程旋转井眼轨迹控制工具 - Google Patents
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Abstract
本发明属于石油天然气领域钻井技术领域，尤其是涉及一种半程旋转井眼轨迹控制工具，其特征在于包括壳体，支撑套，外筒，设置在壳体内的机械离合短节，设置在外筒内的电控短节，电控短节包括电子模块，直流电机，伸缩机构，机械离合短节包括上接头，上半离合器，底部与伸缩机构螺纹连接的中心杆，与此中心杆上部相连接的下半离合器，上压帽、轴承组件和密封组合，一组活塞爪，复位弹簧，外筒底端连接有下接头。本发明使用方便、成本较低、能够实现可靠有效的井眼轨迹控制，其上部管柱完全旋转，降磨减阻幅度大，同时可提高井眼清洁能力；与快速滑动钻井相比具有明显的技术优势，与旋转导向钻井工具相比具有较好的经济适用性。
Description
技术领域
本发明属于石油天然气领域钻井技术领域，尤其是涉及一种半程旋转井眼轨迹控制工具。
背景技术
随着油田开发进入中后期以及页岩气等非常规油气资源的开发需要，长水平段水平井、丛式井、大位移井、五段制定向井的应用越来越广泛，在钻井的过程中因摩阻大引起的问题尤为突出，严重制约了水平段长度的延伸与定向钻进的速度提升。常规导向钻井由于磨阻大导致托压，钻压不能有效传递至钻头，经常出现工具面失稳、机械钻速慢等问题。旋转导向钻井可解决磨阻问题，但由于成本高，且对钻井工况要求严格，应用受到一定程度的限制。快速滑动导向钻井采用顺时针与逆时针交互旋转钻柱,使钻柱在一定扭矩或转角内持续的正反转，降低滑动钻井摩阻的技术使钻压平稳地传递给钻头，稳定工具面，但施工需顶驱配合，钻柱扭摆不能将岩屑床的岩屑充分搅动起来，对携岩帮助不大，施工也受井深限制，不能大幅度降低磨阻。
发明内容
本发明的目的是提供一种半程旋转井眼轨迹控制工具，通过扭矩“离-合”方式，实现上部钻柱旋转送钻，井下动力钻具同时进行滑动定向钻进的功能，从而大幅降低滑动定向钻进时钻柱摩阻，缓解托压，稳定工具面，提高井眼的轨迹控制能力，以期解决如威远长水平段水平井的定向段定向困难和机械钻速低的问题。
本发明的目的是通过下述技术方案来实现的：
本发明的半程旋转井眼轨迹控制工具,其特征在于包括壳体，设置在此壳体下部且与所述壳体通过支撑套固定连接的外筒，设置在所述壳体内的机械离合短节，设置在所述外筒内的电控短节，所述的电控短节包括电子模块，与此电子模块相连接的直流电机，与此直流电机的输出端相连接的伸缩机构，
所述的机械离合短节包括上接头，设置在此上接头下方且与所述上接头通过螺纹连接的上半离合器，底部与所述伸缩机构螺纹连接的中心杆，与此中心杆上部相连接的下半离合器，设置在所述上接头与所述壳体之间的上压帽、轴承组件和密封组合，设置在所述支撑套上的一组活塞爪，设置在所述支撑套与所述中心杆上部轴肩空隙处的复位弹簧，
所述的下半离合器上设有外花键，所述的壳体内壁上设有内花键，此内花键与所述的外花键相配合，
所述的外筒底端连接有下接头，所述的电子模块与地面控制中心相连接。
所述的电子模块连接有电池仓，所述的电子模块和电池仓通过支撑座固定在所述的外筒内。
所述的电池仓处设有过流环。
所述的轴承组件包括滑动轴承和推力滚子轴承。
所述的中心杆为上部直径大于下部直径的变径杆。
本发明的优点：
本发明的半程旋转井眼轨迹控制工具，使用方便、成本较低、能够实现可靠有效的井眼轨迹控制，其上部管柱完全旋转，降磨减阻幅度大，同时可提高井眼清洁能力；应用不受井深和井型限制，适用于大位移井、长水平段水平井、复杂深井和小井眼侧钻井；与快速滑动钻井相比具有明显的技术优势，与旋转导向钻井工具相比具有较好的经济适用性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明扭矩离合示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的具体实施方式。
如图1、2所示，本发明的半程旋转井眼轨迹控制工具,其特征在于包括壳体1-8，设置在此壳体1-8下部且与所述壳体1-8通过支撑套1-11固定连接的外筒2-1，设置在所述壳体1-8内的机械离合短节，设置在所述外筒2-1内的电控短节，所述的电控短节包括电子模块2-4，与此电子模块2-4相连接的直流电机2-3，与此直流电机2-3的输出端相连接的伸缩机构2-2，
所述的机械离合短节包括上接头1-1，设置在此上接头1-1下方且与所述上接头1-1通过螺纹连接的上半离合器1-6，底部与所述伸缩机构2-2螺纹连接的中心杆1-12，与此中心杆1-12上部相连接的下半离合器1-7，设置在所述上接头1-1与所述壳体1-8之间的上压帽1-2、轴承组件和密封组合1-5，设置在所述支撑套1-11上的一组活塞爪1-10，设置在所述支撑套1-11与所述中心杆1-12上部轴肩空隙处的复位弹簧1-9，
所述的下半离合器1-7上设有外花键，所述的壳体1-8内壁上设有内花键，此内花键与所述的外花键相配合，
所述的外筒2-1底端连接有下接头2-8，所述的电子模块2-4与地面控制中心相连接。
所述的电子模块2-4连接有电池仓2-6，所述的电子模块2-4和电池仓2-6通过支撑座2-5固定在所述的外筒2-1内。
所述的电池仓2-6处设有过流环2-7。
所述的轴承组件包括滑动轴承1-3和推力滚子轴承1-4。
所述的中心杆1-12为上部直径大于下部直径的变径杆。
本发明的半程旋转井眼轨迹控制工具由机械离合短节和电控短节组成，如图1所示，机械离合短节在上，电控短节在下。电控短节的功能是采用类似于旋转导向的地面发送信号指令的方式，通过安装在立管上的气动旁通阀规律性分流泄压，给井下电子控制模块发送指令，电子模块2-4接收指令后驱动执行机构实现扭矩的离合。机械离合短节功能是接收电控单元指令后，离合短节通过机械机构实现钻具扭矩的“脱开”和“锁定”的两种工作状态。
根据钻井工况，当半程旋转电控导向钻井工具需要动作时，地面发出一组指令，指令下传至电控短节内的电子模块2-4，电子模块2-4接收指令后驱动直流电机2-3带动伸缩机构2-2实现伸缩于锁紧动作以及动作之后的锁紧功能，伸缩机构2-2与机械离合短节内中心杆1-12通过螺纹连接，进而实现中心杆1-12的推拉动作。电控单元设置电量低于20％以后，将离合器强制合上，不再动作，防止出现离开之后合不上的情况。
当需要向下传递上部钻柱扭矩时，电控短节向上推动中心杆1-12，带动下半离合器1-7向上运动，与上半离合器1-6啮合实现扭矩的传递，同时，支撑套1-11上设置的3个活塞爪1-10通过中心杆1-12锥面变径区收回到支撑套1-11内，如附图2(b)，上半离合器1-6与上接头1-1通过螺纹连接，上部钻柱的扭矩通过上接头1-1传递至上半离合器1-6，再传递至下半离合器1-7。下半离合器1-7上设置外花键，壳体1-8内壁设置内花键，通过内外花键配合，可通过下半离合器1-7传递扭矩至壳体1-8，壳体1-8将扭矩传递至下接头2-8，至此完成了扭矩的传递。
当不需要向下传递上部钻柱扭矩时，电控短节向下拉动中心杆1-12，带动下半离合器1-7向下运动，与上半离合器1-6脱离实现扭矩的断开，同时支撑套1-11上设置的活塞爪1-10通过中心杆1-12锥面变径区径向伸出支撑在井壁上，如附图2(a)，上半离合器1-6的扭矩通过轴承组合保持在上部，不向下半离合器1-7传递。同时，推力滚子轴承1-4还可向下传递钻压。可实现上部钻柱旋转送钻，活塞爪1-10伸出支撑在井壁上，平衡井下动力钻具的反扭矩，井下动力钻具同时进行滑动定向钻进的功能。定向钻进过程中如需调整工具面，则地面发送指令启动离合器合上，实现扭矩传递，此时地面正转管柱可摆工具面。工具面摆好后，离合器离开，可继续进行上部钻具旋转，同时螺杆钻具定向钻进。
实施例
一口8 1/2″井眼采用井下动力钻具组合进行水平段的常规滑动定向钻进，将半程旋转井眼轨迹控制工具安装在井下动力钻具后端一定距离处的钻柱中。地面通发出一组一定时间间隔的旁通阀分流泄压信号，下传至半程旋转井眼轨迹控制工具，工具的井下电控单元内置的压力传感器接收到压力变化信号后驱动直流电机2-3进行动作，带动中心杆1-12上移。上半离合器1-6、下半离合器1-7离开，实现管柱上转下不转。此时转盘可一定转速正常旋转，司钻小钻压送钻，观察工具面是否稳定。若工具面较为稳定则证明半程旋转轨迹控制工具处于离开状态，可提高钻压进行常规滑动导向钻进。定向段打完后，地面再发送另一组开停泵信号，井下电控单元内置的压力传感器接收到压力变化信号后驱动直流电机2-3进行动作，带动中心杆1-12下移。上半离合器1-6、下半离合器1-7锁紧，实现管柱上下一起转，可进行复合钻进。滑动定向钻进和复合钻进可通过地面发送指令实时进行切换，半程旋转轨迹控制工具的工作状态可通过转盘扭矩的变化和转盘旋转时工具面稳定与否来进行判断。若定向钻进时，工具面发生偏转，可地面发指令将半离合器合上，从井口可摆工具面，摆好工具面后再将离合器脱开，继续进行上部钻具旋转送钻的同时下部钻具滑动定向钻进。
本发明的半程旋转井眼轨迹控制工具，使用方便、成本较低、能够实现可靠有效的井眼轨迹控制，其上部管柱完全旋转，降磨减阻幅度大，同时可提高井眼清洁能力；应用不受井深和井型限制，适用于大位移井、长水平段水平井、复杂深井和小井眼侧钻井；与快速滑动钻井相比具有明显的技术优势，与旋转导向钻井工具相比具有较好的经济适用性。
Claims (5)
1.一种半程旋转井眼轨迹控制工具,其特征在于包括壳体，设置在此壳体下部且与所述壳体通过支撑套固定连接的外筒，设置在所述壳体内的机械离合短节，设置在所述外筒内的电控短节，所述的电控短节包括电子模块，与此电子模块相连接的直流电机，与此直流电机的输出端相连接的伸缩机构，
所述的机械离合短节包括上接头，设置在此上接头下方且与所述上接头通过螺纹连接的上半离合器，底部与所述伸缩机构螺纹连接的中心杆，与此中心杆上部相连接的下半离合器，设置在所述上接头与所述壳体之间的上压帽、轴承组件和密封组合，设置在所述支撑套上的一组活塞爪，设置在所述支撑套与所述中心杆上部轴肩空隙处的复位弹簧，
所述的下半离合器上设有外花键，所述的壳体内壁上设有内花键，此内花键与所述的外花键相配合，
所述的外筒底端连接有下接头，所述的电子模块与地面控制中心相连接。
2.根据权利要求1所述的半程旋转井眼轨迹控制工具，其特征在于所述的电子模块连接有电池仓，所述的电子模块和电池仓通过支撑座固定在所述的外筒内。
3.根据权利要求2所述的半程旋转井眼轨迹控制工具，其特征在于所述的电池仓处设有过流环。
4.根据权利要求1所述的半程旋转井眼轨迹控制工具，其特征在于所述的轴承组件包括滑动轴承和推力滚子轴承。
5.根据权利要求1所述的半程旋转井眼轨迹控制工具，其特征在于所述的中心杆为上部直径大于下部直径的变径杆。
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