[發明專利]一種用于自動垂鉆工具的井眼高低邊識別機構

有效

• 申請號: 201310184472.2
• 申請日: 2013-05-17
• 公開（公告）號: CN104165051B
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發明（設計）人: 鄭德帥;馮江鵬;王鈞;孔令軍;趙向陽;豆寧輝
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油工程技術研究院
• 主分類號: E21B47/022
• 分類號: E21B47/022
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司11372
• 代理人: 吳大建,劉華聯

技術領域

本發明涉及一種油氣鉆井工具，特別涉及一種用于自動垂鉆工具的井眼高低邊識別機構。

背景技術

井眼偏斜是油氣鉆井工程中經常遇到的技術難題，直接影響著井身質量與鉆井速度，嚴重制約著地下油氣等資源的開采效率和效益。無論是直井，還是定向井、水平井，都存在井斜控制問題。特別是在高陡構造等易斜地層的鉆井工程中，井斜問題十分嚴重。目前，國內現場仍主要使用鐘擺鉆具組合來進行井斜控制，在鉆遇易斜地層時通常是以犧牲鉆壓，甚至“輕壓吊打”來確保井斜控制質量，從而使快速鉆進與防斜打直的矛盾更加突出。

為了解決這個矛盾，相關研究人員正在積極研制機械式自動垂鉆工具。但是不管何種類型的自動垂鉆工具都可以分為兩大部分：一是在鉆柱旋轉的工況下確定出井眼高低邊的識別機構，二是產生推力使鉆頭向井眼低邊切削的執行機構。因此，自動垂鉆工具在工作時，要保證在隨著鉆柱旋轉的狀態下準確判斷井眼高低邊，并提供明確的信號指引垂鉆工具的推力塊在每當旋轉到井眼高邊時發揮作用，推靠井壁使鉆頭更多地切削井眼低邊以達到降斜的目標。

然而，現有技術中的自動垂直鉆井系統的井眼高低邊識別裝置通常由傳感器、芯片類的電子部件組成，其雖然具備精度好、靈敏度高等優點，但是由于受技術服務價格過高及對于溫度、振動等工作條件要求苛刻等因素的制約，這類高技術尚難于推廣應用。

國內研制的機械式自動垂鉆工具的井眼高低邊識別機構僅通過重力方式進行識別，例如公開號為CN1676862A的專利申請公開了一種機械式自動垂鉆工具，但是這種機械式自動垂鉆工具在井斜很小時，存在嚴重的缺陷：當殼體在鉆柱帶動下旋轉時，殼體有通過軸承帶動心軸旋轉的趨勢，當井斜較大時，配重的重力分量可以產生一個扭矩以克服軸承處產生的摩擦扭矩，從而使心軸不轉動，配重一直處于井眼低邊。但是，隨著井斜變小時，由于配重位置的變化，配重的重力分量產生的扭矩也隨之變小。實驗及理論計算表明，如果僅靠配重產生的扭矩，當井斜角小于4°時，偏重塊產生的扭矩將不足以阻止心軸旋轉，而心軸一旦旋轉，與心軸底端連接的上盤閥隨之旋轉，從而導致上盤閥的扇形偏心流道不再處于井眼高邊，因此也就無法將井眼高低邊的信號提供給執行機構，失去了識別井眼高低邊的功能。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的在于提供一種在更小的井斜條件下也能夠準確辨別井眼高低邊的自動垂鉆工具的井眼高低邊識別機構。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：

本發明提出了一種用于自動垂鉆工具的井眼高低邊識別機構，它包括套筒、偏重塊、兩個軸承、兩塊擋板、中心軸和鉆井液導向板，中心軸通過上下兩個軸承和上下兩塊擋板轉動支撐在套筒中；偏重塊固定在兩個軸承之間的中心軸一側，且與套筒的內壁之間留有間隙；鉆井液導向板安裝在中心軸的底端，鉆井液導向板上開設有導流孔，且導流孔處于與偏重塊相對的中心軸另一側，其中：在中心軸的頂部安裝有恒扭矩裝置，恒扭矩裝置能夠對中心軸產生與兩個軸承處產生的摩擦扭矩大小相等，方向相反的扭矩，以阻止中心軸旋轉。

在一個實施例中：恒扭矩裝置包括固定于中心軸頂部的摩擦片，徑向設置在摩擦片上的渦輪，固定于渦輪上方的調節件，以及連接渦輪和調節件的彈性件，通過調節件改變彈性件的形變量，能夠調節恒扭矩裝置產生的扭矩大小，使之等于兩個軸承處產生的摩擦扭矩。

在一個實施例中：調節件采用螺栓，彈性件采用彈簧，彈簧安裝在渦輪與螺栓的配用螺母之間。

在一個實施例中：偏重塊形狀為半個空心圓錐體與半個圓柱體的組合體形狀。

在一個實施例中：導流孔為扇形、圓形、橢圓形或矩形。

在一個實施例中：固定于下擋板的套筒內壁的下端具有環狀支撐凸起。

在一個實施例中：套筒兩端內壁為敞口向外的環形斜面。