[發明專利]一種動態內偏置指向鉆頭式旋轉導向裝置

有效

• 申請號: 201410361802.5
• 申請日: 2014-07-28
• 公開（公告）號: CN104265168A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 黎偉;雷鴻翔;劉清友;肖仕紅;司虛;張鐵山;涂慶;譚嘯;金凡堯;汪興明;鐘原;李航;伍建川;李登偉
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: E21B7/04
• 分類號: E21B7/04;E21B34/06
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 王美健;錢成岑

技術領域

本發明涉及石油鉆井設備技術領域，特別是閉環旋轉導向鉆井技術。

背景技術

近十幾年來，水平井、?大位移井、?多分支井等復雜結構井和“海油陸采”、頁巖氣開發的迅速發展，以及鉆井工藝對提高效率、?降低成本、?提高在惡劣環境和復雜地質條件下鉆井能力等的要求，國內外紛紛開展了對旋轉導向鉆井技術的研究。旋轉導向鉆井技術是一項尖端的自動化鉆井新技術，國外鉆井實踐證明，在水平井、?大位移井、?大斜度井、?三維多目標井中推廣應用旋轉導向鉆井技術，既提高了鉆井速度，也減少了鉆井事故，從而降低了鉆井成本。旋轉導向鉆井工具是旋轉導向鉆井系統的核心，決定了旋轉導向鉆井系統的工作特色和工作能力。

旋轉導向技術是用鉆盤（或頂驅）旋轉鉆柱鉆井，隨鉆實現導向相應功能。其優點是：排除了滑動鉆進、減少了扭矩和摩阻、提高了井眼質量、改善了井眼清潔、提高了機械鉆速、降低了循環當量密度、選擇最佳鉆井參數獲得最大機械鉆速、降低了壓差卡鉆的風險、鉆頭的鉆井性能選擇優于鉆頭可導向性的選擇、大位移鉆井全過程定向控制、低風險鉆進大多數高難度井眼軌跡的井節省鉆機時間。此外，其極限井深可達15?km，鉆井成本低。因此，旋轉導向鉆井技術是現代導向鉆井技術發展的必然方向。

目前國外三大石油公司BakerHughes、Schlumberger和Halliburton?通過各種方式分別形成了其各自商業化應用的PowerDriveSRD、AutoTrakRCLS和?Geo-Pilot?旋轉導向鉆井系統，這?3?個系統的根本區別是井下鉆井工具各不相同，這也充分說明了旋轉導向鉆井工具是旋轉導向鉆井系統的核心。前面兩種系統可歸類為一種系統即推靠式(?push?–?the?-?bit?)?旋轉導向鉆井系統；?而后一種屬于指向式(?point?-?the?-?bit?)?旋轉導向鉆井系統。推靠式旋轉導向系統：側向力大，造斜率高，但旋轉導向鉆出的井眼狗腿大，軌跡波動大，不平滑，鉆頭和鉆頭軸承的磨損較嚴重。指向式旋轉導向系統：能鉆出較平滑的井眼，摩阻和扭矩較小，可以使用較大的鉆壓，機械鉆速較高，有助于發揮鉆頭的性能，鉆頭及其軸承承受的側向載荷較小，極限位移增加，但是造斜率較低。目前推靠式旋轉導向系統技術已基本成熟，而指向式旋轉導向系統尚處于新興起步階段。

國內開展這方面的研究工作較晚。20世紀?90?年代才全面展開這方面的研究工作，2006?年以蘇義腦院士為首的技術團隊研制成功了?CGDS?-1?近鉆頭地質導向旋轉鉆井系統，在冀東、遼河等油田應用?15?口井。另外，以張紹槐教授為首的研究團隊，近年來與中國石化勝利油田合作，在旋轉導向鉆井方面也取得了突破性的成果。但大多研究在推靠式旋轉導向鉆井居多，指向式旋轉導向鉆井的研究在國內還處于“瓶頸?”狀態。

發明內容

本發明的發明目的在于：針對上述存在的問題，提供一種指向式動態內偏置指向鉆頭式旋轉導向裝置，突破了現有國內推靠式旋轉導向存在側向力大，造斜率高，所鉆井眼狗腿大，軌跡波動大，不平滑，鉆頭和鉆頭軸承的磨損較嚴重等問題，并較國外指向式動態內偏置指向鉆頭式旋轉導向裝置結構更簡單，控制更容易，可靠性更高的設計思路。回避了現有常規旋轉導向技術中靜態偏置推靠鉆頭式（工具系統外筒不旋轉，如Auto?TrakRCLS）、動態偏置推靠鉆頭式（全旋轉，如Power?Drive?SRD）、靜態偏置指向鉆頭式（工具系統外筒不旋轉，如Geo-Pilot）等存在的缺點，形成一種新的動態內偏置指向鉆頭式（全旋轉，且工具徑向尺寸不會存在局部擴大現象）動態內偏置指向鉆頭式旋轉導向裝置。通過在鉆柱靠近鉆頭端設置旋轉偏閥芯推動液壓活塞推桿式動態內偏置指向鉆頭式旋轉導向裝置，來使安裝有鉆頭的球鉸可沿一定偏角范圍內360°周向旋轉，提供了一種全新的指向式動態內偏置指向鉆頭式旋轉導向裝置，可通過偏閥芯旋轉運動控制鉆頭“搖頭晃腦”的周期，偏閥芯軸向運動控制鉆頭“搖頭晃腦”的幅值，當把偏閥芯整體回拉遠離活塞孔時候即可用來鉆直井或者穩斜，而當偏閥芯靠近液壓活塞孔越近，則造斜能力越強，能滿足不同曲率半徑的鉆井；其不僅可適用于大曲率的鉆井，還可用于中曲率和小曲率條件下的鉆井，而且在鉆進的過程中不存在工具局部徑向尺寸擴大的問題，使巖屑排出的通道更加順暢，提高了鉆井的安全性和可靠性，因為是全旋轉，減小了鉆柱與井壁的摩擦力，可以讓水平井段延伸的更長。

本發明采用的技術方案如下：