[實用新型]一種隨鉆糾斜導向鉆井工具

無效

• 申請號: 200820173684.5
• 申請日: 2008-10-24
• 公開（公告）號: CN201288505Y
• 公開（公告）日: 2009-08-12
• 發明（設計）人: 裴建忠;劉天科;郭書崗;王岳;馬天立
• 申請（專利權）人: 中國石化集團勝利石油管理局黃河鉆井總公司;山東偉創石油技術有限公司
• 主分類號: E21B7/10
• 分類號: E21B7/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及石油鉆井工具，尤其是一種在定向井、水平井、大位移井和斜井鉆井作業中使用的軌跡控制和造斜工具。

背景技術

滑動導向鉆井技術是一種在國內外普遍采用的鉆井技術，但一方面由于滑動導向鉆進時摩擦阻力大、工具面難以控制、受極限井深的限制；另一方面它在定向井、水平井的鉆井作業中，往往受到地層條件、施工工藝程序等因素的影響，在地面難以控制和改變其工作特性，只能通過頻繁的起下鉆來調整井下鉆具組合，方能完成復雜的鉆井作業。同時，這種調整的周期較長，滑動導向鉆井和正常旋轉鉆井的交替進行也使井眼軌跡發生改變，危害井身質量，其精度較低，并產生附加的扭矩和阻力，無法適應目前復雜的定向井、水平井鉆井工藝及技術要求。為此，國外石油公司開發、研制大量隨鉆糾斜導向鉆井工具，并在大位移水平井施工中起了很好的作用，它有效地降低了特種井鉆井工藝技術的難度和成本。使定向井、水平井鉆井工藝及技術躍上了一個新臺階，但是由于這些進口工具，都需要有一個穩定的技術平臺(電子伺服機構、油壓系統和井下微電腦等結構復雜、技術先進、價格昂貴的配套設備和專用測量系統)，使其難于在國內大面積應用和推廣。我國科技工作者結合國內實際，經過多年的攻關，在隨鉆糾斜導向鉆井技術上取得了一定突破，并完成了樣機的試制。但通過現場試驗驗證，多存在工具設計復雜、制造難度較高、強度較低和井下安全可靠性低的問題，從而導致推廣應用不佳。例如：“鉆井用旋轉導向器”(ZL02114168.4)，由于受井身結構尺寸的限制和結構設計不合理，至今未能推廣應用。

發明內容

本實用新型的目的在于提供一種隨鉆糾斜導向鉆井工具，它是這樣實現的：一種隨鉆糾斜導向鉆井工具。它包括負壓信號發生器、上部接頭、上部芯軸、彈簧、下部芯軸、中間接頭、鎖銷、導向塊、套筒狀凸輪、凸輪銷、可伸縮活塞、偏心斜面體、下部接頭、偏心殼體以及組合密封和液壓平衡總成，負壓信號發生器固定在上部接頭內，上部接頭與中間接頭之間采用螺紋聯接，中間接頭與下部接頭之間采用螺紋聯接；上部芯軸安裝在上部接頭的空腔中，下部芯軸安裝在中間接頭和下部接頭形成的空腔中；在上部接頭的下部加工有臺肩，在上部芯軸的上部也加工有臺肩，彈簧一端壓在上部芯軸的臺肩上，另一端頂在上部接頭的臺肩上；上部芯軸與下部芯軸之間通過螺紋相聯；在下部芯軸的上端外側安裝有套筒狀凸輪，凸輪銷安裝在上部接頭的殼體上，并與套筒狀凸輪相配合；在下部芯軸的中部外側安裝有導向塊，在該導向塊上加工有斜面凹槽，該導向塊位于下部接頭的頂端，介于中間接頭和下部芯軸之間，鎖銷安裝在中間接頭上，鎖銷的底端呈T形接構，并與導向塊上的斜面凹槽相配合；偏心殼體上端與中間接頭相連，偏心殼體下端與下部接頭相連；在偏心殼體上加工有活塞孔，可伸縮活塞安裝在偏心殼體的活塞孔中，可伸縮活塞底端加工有T形制動爪，偏心斜面體安裝在下部接頭的中部，并介于下部接頭和偏心殼體之間，在偏心斜面體的外表面加工有T形槽，并與可伸縮活塞底端的T形制動爪相配合；在上部芯軸、下部芯軸內安裝有活塞密封，上部接頭、下部接頭和偏心殼體之間采用旋轉密封，安裝在下部芯軸和下部接頭之間為活塞密封和填料密封組成的組合密封和液壓平衡總成。

本實用新型用泥漿壓力推動的套筒狀凸輪推動偏心斜面體作為導向執行機構；用負壓信號發生器作為壓力信號形成機構，它與測壓儀表配合，形成一個簡單、實用而又安全可靠的控制系統；用專用機械密封、特種填料密封、活塞孔和活塞組成的可充液的、低壓差、旋轉密封液壓保護器，使所有運動部件和專用軸承全部浸在潤滑油中工作，其動作平穩、密封性能可靠、使用壽命長。通過開泵、停泵時產生的泥漿壓差，推動可伸縮活塞，實現地面對隨鉆糾斜導向鉆井工具的工作狀態的遙控改變，并且利用泥漿過流截面積的改變，所引起的壓力改變以在地面判斷工具在井下的工作狀態。它在隨鉆工作時，能夠控制井斜和方位；能夠按預定設計的井眼軌道鉆進，并能通過上傳信號，讓地面實時跟蹤井眼軌跡，從而大大提高了鉆井效率和鉆井安全系數，提高了井眼軌跡的平滑程度和控制精度。它可以用于大位移延伸井、易鉆斜地層的垂直鉆井和多目標井、定向井和水平井的鉆井。本實用新型整體結構簡單合理，強度高、裝拆方便。

附圖說明

圖1是本實用新型的整體結構示意圖，圖中：1-負壓信號發生器、2-上部接頭、3-上部芯軸、4-下部芯軸、5-中間接頭、6-鎖銷、7-可伸縮活塞、8-運動控制機構總成、9-下部接頭、10-偏心殼體、11-組合密封和液壓平衡總成、12-彈簧、13-凸輪銷、14-套筒狀凸輪、15-導向塊、16-偏心斜面體。

具體實施方式

參照附圖1，本實用新型一種隨鉆糾斜導向鉆井工具。它包括負壓信號發生器1、上部接頭2、上部芯軸3、下部芯軸4、中間接頭5、鎖銷6、可伸縮活塞7、運動控制機構總成8、下部接頭9、偏心殼體10、組合密封和液壓平衡總成11、彈簧12、凸輪銷13、套筒狀凸輪14、導向塊15、偏心斜面體16。負壓信號發生器1固定在上部接頭2內，上部接頭2與中間接頭5之間采用螺紋聯接，中間接頭5與下部接頭9之間采用螺紋聯接；上部芯軸3安裝在上部接頭2的空腔中，下部芯軸4安裝在中間接頭5和下部接頭9形成的空腔中；在上部接頭2的下部加工有臺肩，在上部芯軸3的上部也加工有臺肩，彈簧12一端壓在上部芯軸3的臺肩上，另一端頂在上部接頭2的臺肩上，彈簧12是復位彈簧；上部芯軸3與下部芯軸4之間通過螺紋相聯；在下部芯軸4的上端外側安裝有套筒狀凸輪14，套筒狀凸輪14為空心圓柱凸輪，凸輪銷13安裝在上部接頭2的殼體上，并與套筒狀凸輪14相配合，該套筒狀凸輪14的外圓表面上有兩組相互連通的曲面軌跡，該曲面軌跡的形狀與凸輪銷13的形狀相匹配；在下部芯軸4的中部外側安裝有導向塊15，在該導向塊15上加工有斜面凹槽，該導向塊15位于下部接頭9的頂端，介于中間接頭5和下部芯軸4之間，鎖銷6安裝在中間接頭5上，鎖銷6的底端呈T形結構，并與導向塊15上的斜面凹槽相配合，導向塊15為帶T形槽的圓柱形偏心斜面體；偏心殼體10上端與中間接頭5相連，偏心殼體10下端與下部接頭9相連；在偏心殼體10上加工有活塞孔，可伸縮活塞7安裝在偏心殼體10的活塞孔中，可伸縮活塞7底端加工有T形制動爪，偏心斜面體16安裝在下部接頭9的中部，偏心斜面體16為圓柱形偏心斜面體，并介于下部接頭9和偏心殼體10之間，偏心斜面體16有兩組，每個偏心斜面體16有兩個斜面，在偏心斜面體16的外表面加工有T形槽，并與可伸縮活塞7底端的T形制動爪相配合，偏心斜面體上的兩組T形槽相距90°；在上部芯軸3、下部芯軸4內安裝有活塞密封，上部接頭2、下部接頭9和偏心殼體10之間采用旋轉密封，安裝在下部芯軸4和下部接頭9之間為活塞密封和填料密封組成組合密封和液壓平衡總成11。本實用新型的使用操作過程和工作狀態是：(一)可伸縮活塞7在鉆井液的循環狀態下有兩種工作狀態，第一種工作狀態：第一次開泵循環鉆井液，在泥漿壓力的推動下，上部芯軸3、下部芯軸4帶動套筒狀凸輪和偏心斜面體沿第一組曲面軌跡向下移動。可伸縮活塞7向外伸展到與偏心殼體10的翼片外圓位置齊平。此時，負壓信號發生器1不工作。停泵時在復位彈簧12的推動下，上部芯軸3、下部芯軸4帶動套筒狀凸輪14和偏心斜面體，沿第一組曲面軌跡向上移動回到原來的軸向位置。第二種工作狀態：經過再次開泵，在泥漿壓力的推動和套筒狀凸輪14的曲面軌道控制下，上部芯軸3、下部芯軸4帶動套筒狀凸輪14和偏心斜面體，沿第二組曲面軌跡向下移動。可伸縮活塞7向外伸展到最大工作位置，此時，負壓信號發生器1工作，向井上傳遞壓力信號，在地面上可以即時了解可伸縮活塞7的工作狀態。再次停泵時在復位彈簧12的推動下，上部芯軸3、下部芯軸4帶動套筒狀凸輪14和偏心斜面體，沿第二組曲面軌跡向上移動回到原來的軸向位置。(二)當可伸縮活塞7與偏心殼體10的翼片外圓位置齊平時，(第一種工作狀態)在脫開彈簧12的推動下，鎖銷6向外伸展，把偏心殼體10和中間接頭5鎖定成一體。這時，本實用新型成為普通穩定器，整個系統就是旋轉穩斜結構。當可伸縮活塞7向外完全伸展(第二種工作狀態)時，上部芯軸3、下部芯軸4下行，鎖銷6縮回去，偏心殼體10與中間接頭5脫離開，這時偏心殼體10就被伸出的可伸縮活塞7支撐在井壁上靜止不轉動，但它可以隨鉆頭的鉆進下行而沿井壁向下滑動。此時也正是地面通過鉆具控制本實用新型工作面位置的狀態。由于偏心殼體10和可伸縮活塞7的側向推力作用，使其下方的鉆頭對井壁產生側向力和偏角，從而使井眼軌跡改變方向，通過隨鉆測量系統(MWD)傳輸的數據信號，進行地面定向控制和對軌跡進行計算和預測，在不需要起下鉆的情況下，可以起到穩斜、增斜、降斜和調整井斜方位的作用，從而實現隨鉆糾斜導向鉆井的目的。