CN1407208A

CN1407208A - 一种调制式旋转导向偏置工具

Info

Publication number: CN1407208A
Application number: CN 01127366
Authority: CN
Inventors: 孙铭新; 韩来聚; 刘新华; 冯光通
Original assignee: DRILLING TECHNOLOGY INST SHENGLI PETROLEUM ADMINISTRATION
Current assignee: DRILLING TECHNOLOGY INST SHENGLI PETROLEUM ADMINISTRATION
Priority date: 2001-08-31
Filing date: 2001-08-31
Publication date: 2003-04-02
Anticipated expiration: 2021-08-31
Also published as: CN1265073C

Abstract

本发明是应用于石油钻井领域内的一种旋转导向钻井井下工具；它利用钻井过程中自然存在的钻井液压差作为整个***的动力源，通过一液压分流盘阀机构，将高压钻井液导入支撑翼肋液压腔，将支撑翼肋支出并支撑于井壁，产生偏置力，实现导向。本发明结构合理，原理先进。将其与稳定控制平台及随钻测量、随钻测井、随钻地层评价测井等仪器配合应用，可实现目前钻井技术的最高阶段——井下旋转自动导向钻井。

Description

一种调制式旋转导向偏置工具

本发明属于石油勘探开发旋转导向钻井井下工具。

随着世界上大部分油田进入开发后期，油藏开发难度越来越大，定向井、水平井、大位移井、设计者井等特殊工艺井已成为适应这一开发形势需求的主要开发手段。这一类井的施工中的最关键的一项工作就是对井眼进行导向，即控制井眼按设计的井斜、方位钻进。

传统导向方式是采用弯外壳井下马达导向钻井工具以滑动方式钻进，它存在以下主要缺点：1.井眼轨迹控制精度差；2.由于是采用滑动方式钻进，使钻井极限位移受到限制；3.井眼不圆滑，使磨阻、扭矩增加；4.井身质量和井眼状况不佳，易出现井下复杂事故；5.增加了起下钻具次数，降低了钻进速度，使钻井成本大大上升。

为解决传统导向方式存在的井眼轨迹控制精度差，井身质量差，钻井井下事故多，钻井成本高，及钻进极限井深的限制问题，以满足油田开发后期，大量定向井、水平井、大位移井、设计者井等特殊工艺井的导向钻井需求，80年代末，旋转导向钻井技术出现。进入90年代后，该技术得到了迅速发展；90年代中期，国外已有几种旋转导向***试验成功并投入现场推广应用，并取得了良好的效果，如贝克休斯公司的旋转闭环自动钻井***，斯伦贝谢公司的旋转导向钻井***就是应用较成熟的两种旋转导向钻井***。但国内在该领域的工具仍是空白。本发明就是为满足国内旋转导向钻井需要而设计的一种调制式旋转导向偏置工具。

用该工具进行旋转导向与传统导向方式相比，具有以下优点：

1.井眼轨迹控制精度高于传统导向方式；

2.由于采用旋转方式进行导向钻进，使钻井极限井深大大提高；

3.井眼圆滑，磨阻、扭矩远低于传统导向方式钻进的井眼；

4.井身质量和井眼状况优于传统导向方式钻进的井眼，大大降低了井下复杂事故发生的几率；

5.减少了起下钻次数，提高了钻进速度，使钻井成本大大降低。

与贝克休斯公司的旋转闭环自动钻井***相比，本发明省略了复杂的液压***，而利用钻井过程中自然存在的钻井液压差作为整个***的动力源，使本发明结构简单，耗电量大大降低，因此，解决了***自发热问题，并延长了井下工作时间；与斯伦贝谢公司的旋转导向钻井***相比，本发明结构更简单、合理，从而提高了其工作可靠性。将其与稳定控制平台及随钻测量、随钻测井、随钻地层评价测井等仪器配合应用，即可实现井下旋转导向钻井。

本发明是这样实现的：高压钻井液通道连接杆[15]由固定杆[23]和多个固定螺钉[21]固定于偏置短节本体[24]内的分流盘[22]上，由方型固定杆[23]固定高压钻井液通道连接杆[15]与分流盘[22]的相对位置，以保证高压钻井液通道连接杆[15]内部的3条高压钻井液通道[16]分别与分流盘[22]和偏置短节本体[24]内部的高压钻井液通道[45]连通，并通过高压钻井液通道[45]与液压腔[18]连通；下盘阀[10]由多个固定螺钉[12]固定于高压钻井液通道连接杆[15]上部，下盘阀[10]上周向均布的3个高压钻井液通孔[31]分别与高压钻井液通道连接杆[15]内部的3条高压钻井液通道[16]连通；中盘阀[9]和上盘阀[8]由心轴[13]连接于下盘阀[10]上，该连接可以保证上盘阀[8]、中盘阀[9]和下盘阀[10]之间能相对转动；圆形的偏置短节本体[24]的外部周向均布3个翼肋支出机构安放面[43]；3个相同的翼肋支出机构[17]的支撑翼肋基座[41]由各自的翼肋支出机构压板[19]和多个固定螺钉[33]固定于相应的翼肋支出机构安放面[43]上；支撑翼肋基座[41]上的液压腔壁[34]内部有活塞[35]，活塞[35]通过U型橡胶密封环[40]和U型橡胶密封环固定卡环[44]固定于液压腔壁[34]的内壁，活塞[35]周向均布3个限流水嘴[36]；支撑翼肋基座[41]上的液压腔壁[34]与活塞[35]、U型橡胶密封环[40]、翼肋支出机构安放面[43]共同形成液压腔[18]；支出块[38]通过枢轴[42]固定于支撑翼肋基座[41]上，并通过支撑面组合[37]与活塞[35]结合在一起；支撑面组合[37]可以保证支出块[38]与活塞[35]之间能产生相对滑动，但不能分离；支出块[38]外部装有支出块抗磨层[39]。

说明书附图：

图1、旋转导向井下钻具组合示意图

图2、调制式旋转导向偏置工具示意图

图3、上盘阀示意图

图4、中盘阀示意图

图5、下盘阀示意图

图6、翼肋支出机构示意图

附图说明：1控制短节 2调制式旋转导向偏置工具3钻头 4钻柱5井眼 6环空7偏置导向力 8上盘阀9中盘阀 10下盘阀11高压钻井液分配通道 12下盘阀固定螺钉13心轴 14上丝扣(接控制短节)15高压钻井液通道连接杆 16高压钻井液通道17翼肋支出机构 18液压腔19翼肋支出机构压板 20固定螺钉孔21固定螺钉 22分流盘23固定杆 24偏置短节本体

25下丝扣(接钻头) 26锁定销

27上盘阀心孔 28上盘阀高压钻井液分配通道

29中盘阀高压钻井液分配通道 30中盘阀心孔

31下盘阀高压钻井液通孔 32下盘阀心孔

33固定螺钉 34液压腔壁

35活塞 36限流水嘴

37支撑面组合 38支出块本体

39支出块抗磨层 40U型橡胶密封环

41支撑翼肋基座 42枢轴

43翼肋支出机构安放面 44U型橡胶密封环固定卡环

45高压钻井液通道

现结合说明书附图对本发明做进一步的描述：

将本发明接到钻头[3]和控制短节[1]之间，下入井眼[5]内，由控制短节[1]内的控制机构固定上盘阀[8]的位置，使其独立于钻柱[4]的旋转而相对稳定于某一位置；当钻柱[4]旋转时，中盘阀[9]将在随钻柱[4]一起旋转的下盘阀[10]的摩擦力的带动下转动，直到上盘阀[8]上的锁定销[26]将其位置固定，使高压钻井液分配通道[28]与[29]接通，形成高压钻井液分配通道[11]；随着钻柱[4]的旋转，下盘阀[10]上的3个高压钻井液通孔[31]将依次与高压钻井液分配通道[11]接通，将高压钻井液通过高压钻井液通道[16]、[45]导入相应的液压腔[18]，并通过活塞[35]上的限流水嘴[36]流入环空[6]，但保留一定压差；活塞[35]在该压差的作用下向外推出，并通过支撑面组合[37]推动支出块[38]围绕枢轴[42]转动，并最终支撑于井眼[5]的井壁，井壁将对偏置导向工具[2]产生一个反作用力[7]，并通过偏置导向工具[2]将作用力作用于钻头[3]上，从而产生导向作用；当钻柱[4]继续旋转时，该高压钻井液通道将切断，同时下盘阀[10]上的另一个高压钻井液通孔[31]将与高压钻井液分配通道[11]接通，高压钻井液进入相应的另一个支撑翼肋的液压腔[18]，重复上述支出过程；由于上盘阀[8]的位置是固定的，不随钻柱[4]旋转，因此，随着钻柱[4]的旋转，支出块[38]将总是在一个由上盘阀[8]的高压钻井液分配通道[28]的位置确定的方向上支出，从而可以实现可控的、连续的旋转导向。

本发明省略了复杂的液压***，而利用钻井过程中自然存在的钻井液压差作为整个***的动力源，使本发明与国外现有的偏置导向工具相比，具有结构简单，耗电量低的特点，因此，解决了***自发热问题，并延长了井下工作时间；同时，本发明结构设计简单、合理，可靠性高。将其与稳定控制平台及随钻测量、随钻测井、随钻地层评价测井等仪器配合应用，即可实现旋转导向钻井。

Claims

1.一种调制式旋转导向偏置工具，其特征是：高压钻井液通道连接杆[15]由固定杆[23]和多个固定螺钉[21]固定于偏置短节本体[24]内的分流盘[22]上；下盘阀[10]由多个固定螺钉[12]固定于高压钻井液通道连接杆[15]上部；中盘阀[9]和上盘阀[8]由心轴[13]连接于下盘阀[10]上；偏置短节本体[24]的周向均布3个翼肋支出机构安放面[43]；3个翼肋支出机构[17]由其各自的翼肋支出机构压板[19]和多个固定螺钉[33]固定于相应的翼肋支出机构安放面[43]上；

2.根据权利要求1所述的一种调制式旋转导向偏置工具，其特征为：翼肋支出机构[17]的支撑翼肋基座[41]由各自的翼肋支出机构压板[19]和多个固定螺钉[33]固定于相应的翼肋支出机构安放面[43]上；支撑翼肋基座[41]上的液压腔壁[34]内部是液压腔[18]，内部有活塞[35]；活塞[35]通过U型橡胶密封环[40]和U型橡胶密封环固定卡环[44]固定于液压腔壁[34]的内壁，活塞[35]周向均布3个限流水嘴[36]；支出块[38]通过枢轴[42]固定于支撑翼肋基座[41]上，并通过支撑面组合[37]与活塞[35]结合在一起；支出块[38]外部有支出块抗磨层[39]。

3.根据权利要求1所述的一种调制式旋转导向偏置工具，其特征为：上盘阀[8]上有一个锁定销[26]，上盘阀[8]与中盘阀[9]和下盘阀[10]由心轴[13]连接在一起。