[發明專利]一種頁巖氣開發用導向鉆井工具

有效

• 申請號: 201210172813.X
• 申請日: 2012-05-30
• 公開（公告）號: CN102704841A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 張策;胡鵬;吳剛
• 申請（專利權）人: 中國石油化工集團公司;中國石化集團江漢石油管理局石油機械研究院
• 主分類號: E21B7/04
• 分類號: E21B7/04
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 胡建平

技術領域

本發明涉及一種導向鉆井工具，尤其涉及一種頁巖氣開發用導向鉆井工具。

背景技術

頁巖氣作為一種非常規能源。在非常規能源頁巖氣的開發中，為了增加產氣量，通常需要鉆水平井，但是由于地層的各項異性，常常引起井眼軌跡偏離，給頁巖氣的開發帶來一定的困難。

目前，傳統的水平井開發技術分為垂直井段、增斜井段和水平井段三段鉆井，需要耗費大量時間，無形中增加了開發成本。而國外先進的導向鉆井工具能在水平井開發中全井段使用，能減少起鉆次數，大大提高作業效率。目前國外商業應用的旋轉鉆井導向工具，一種鉆進過程采用靜態推靠式的滑動鉆進的方式，由于導向推臂伸出非連續，同時由于滑動鉆進，易產生螺旋井眼。另一種為動態推靠式旋轉鉆進方式，其導向推臂由于推靠井壁使導向推臂損壞明顯。另外，國外商業應用的導向鉆井工具多安裝渦輪發電系統，Baker?Hughes?的AutoTrak?RCLS利用渦輪發電來給測控系統和液壓系統供電，Schlumberger的PowerDrive?SRD利用渦輪發電來給穩定平臺供電；而國內的相關導向鉆井工具中采用徑向柱塞泵形式，利用旋轉中心軸和導向套之間的旋轉驅動徑向柱塞泵工作，由于徑向柱塞泵的作用，導向套會產生跟轉現象，從而引起導向鉆井工具導向精度降低，同時采用徑向柱塞泵形式由于導向套徑向尺寸的限制，柱塞泵的設計空間很小，導致泵的排量很小，活塞工作時響應慢。

發明內容

本發明針對上述現有技術中存在的問題提供一種提高導向精度和鉆井效率的頁巖氣開發用導向鉆井工具。

本發明為解決上述問題所采用的技術方案為：

一種頁巖氣開發用導向鉆井工具，包括螺桿鉆具、傳動軸、液壓系統、導向套及套在螺桿鉆具外的外殼，螺桿鉆具上端與鉆鋌連接，螺桿鉆具下端與傳動軸連接，傳動軸下端通過下穩定器與鉆頭相連接，外殼與導向套相連接，所述的導向套套裝在傳動軸外，導向套上端內腔安設有上軸承，下端內腔安設有下軸承，所述的液壓系統包括柱塞泵、電磁換向閥，導向套上安設有測控系統、電磁換向閥，其特征在于在導向套的下端外周設置有與軸向方向平行的4個油缸，4個油缸互成90°均布在導向套上，每2個相隔180°的油缸構成一對反向同步油缸，形成兩對反向同步油缸，在導向套上對應于4個油缸設有4個導向推臂，所述的導向推臂的一端鉸接在導向套上，所述的4個油缸的活塞桿端分別通過椎塊與導向推臂的另一端配置，構成可調的上穩定器。

按上述技術方案，所述四個油缸的活塞桿均與椎塊的錐面相連接，其中，每對反向同步油缸中的每兩個有桿腔相連接，每兩個無桿腔通過液壓鎖分別與電磁換向閥相連接。

按上述技術方案，在每個油缸內安設有能控制油缸位移的位移傳感器，所述的位移傳感器能將檢測到的油缸位移數據反饋給測控系統。

按上述技術方案，所述的柱塞泵為軸向柱塞泵，軸向柱塞泵包括斜盤、滑靴、柱塞、缸體、配油塊，軸向柱塞泵安設在外殼與傳動軸之間，柱塞泵的缸體通過花鍵與傳動軸相連接。

按上述技術方案，所述的電磁換向閥為三位四通電磁換向閥，中位機能為Y型。

本發明的工作過程為：本發明通過配套使用的MWD/LWD測得井斜角和方位角等參數，若井眼軌跡與預定的井斜角或方位發生偏差，井下測控系統中的微處理器將設定好的控制指令來修正井眼軌跡，微處理器發出指令控制三位四通電磁換向閥動作，液壓油推動油缸動作，油缸的活塞桿通過椎塊推動導向推臂運動，油缸內的位移傳感器將位移反饋給測控系統，活塞桿到達指定位置，電磁換向閥斷電回到中位，油缸在液壓鎖的輔助下自鎖。直到恢復預設定的井斜角和方位角。此時微處理器發出指令，油缸回到原位。同時，導向推臂相當于可控偏心上穩定器，實現定向偏心，鉆具組合在鉆壓作用下，加強偏心效果，同時結合杠桿原理，執行機構將鉆壓作用下的偏心力通過下穩定器傳遞給鉆頭，以實現工具的近鉆頭旋轉導向。

與現有技術相比，本發明取得了明顯的技術效果：

1、本發明通過導向推臂與下穩定器相結合，結合杠桿原理，執行機構在鉆壓作用下的偏心力通過下穩定器傳遞給鉆頭，以實現工具的近鉆頭旋轉導向。采用近鉆頭旋轉的穩定器，使井眼軌跡更加平滑，提高了井眼軌道的控制精度及效率。

2、采用帶位移傳感器的串聯反向同步油缸，由一個液壓泵驅動，大大簡化了液壓系統，有利于工具的小型化。