[發明專利]一種垂直鉆井自動調整裝置及調整方法

有效

• 申請號: 201410482249.0
• 申請日: 2014-09-19
• 公開（公告）號: CN104265171A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 曾億山;周斌;訾斌;王道明;尹光才
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: E21B7/04
• 分類號: E21B7/04;E21B15/04;E21B33/03
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 何梅生

技術領域

本發明涉及鉆井技術領域的垂直鉆井調整裝置及調整方法。

背景技術

垂直鉆井具有可減少套管層次和套管尺寸、提高機械鉆速，減少鉆柱事故的優勢。鉆井過程中影響井斜的因素很多，井斜會給鉆井、完井等作業帶來一系列的危害。

目前，國內應用最廣泛的一種降斜工具是鐘擺鉆具，由于其降斜機理是“鐘擺效應”，因此它在大井斜下使用比在小井斜下使用效果更好。但存在的缺陷是：其工作鉆壓范圍小，只能輕壓吊打，同時，高抖構造條件下很大的地層造斜力足以抵消降斜力而保持增斜。滿眼鉆具組合是當前常規防斜技術的典型組合，一般由幾個外徑與鉆頭直徑相近的穩定器及一些外徑較大的鉆鋌組成。其在直井和鉆遇傾斜地層中，根據自身特點能有力地控制井斜變化率。但是，由于滿眼使用大的近鉆頭穩定器，使扭矩阻力增大，不可避免地使發生壓差卡鉆和鉆具失效的風險增加。國內陡傾構造地區井斜問題非常普遍，能有效地應用于大型深井條件下垂直鉆井的自動調整裝置及檢測方法迄今未見相關報導。

發明內容

本發明是為避免上述現有技術所存在的不足之處，提供一種鉆壓調節范圍大、工作可靠性強、能實現重載和高速條件下垂直鉆井的垂直鉆井自動調整裝置及調整方法。

本發明為解決技術問題采用如下技術方案：

本發明垂直鉆井自動調整裝置的結構特點是：在井架上分別設置處在頂層的天臺和套接于井架中部的二層臺，導向臺坐落于井口上，且位于井架的中心線上，在所述導向臺和井下鉆頭之間的高度位置上設置一六自由度并聯調整平臺(2-1)；在所述天臺(1-1)上固定設置由柴油機驅動的減速器(1-2)，所述減速器(1-2)的輸出端設置為滾筒(1-3)，在所述滾筒(1-3)上纏繞有鋼絲繩(1-5)；井上旋轉驅動機構(1-6)吊裝在鋼絲繩(1-5)上，并能在減速器(1-2)的驅動下實現升降；所述井上旋轉驅動機構(1-6)的輸出端通過螺紋連接的同軸連接器連接于鉆桿(1-8)的接頭上，以驅動鉆桿(1-5)的旋轉。

本發明垂直鉆井自動調整裝置的結構特點也在于：所述六自由度并聯調整平臺(2-1)的結構形式為，設置一具有中心通孔的動平臺(2-1-3)，在所述中心通孔中設置有滾動軸承，鉆桿(1-8)貫穿所述中心通孔，由所述滾動軸承支承在所述中心通孔中，并可在中心通孔中軸向移動；在所述動平臺(2-1-3)的底部、沿外圓周間隔設置有六只球鉸孔；設置六只定平臺(2-1-1)，所述定平臺(2-1-1)的外側為平板面，以所述平板面抵壓于井壁實現在井壁上的支撐；設置六只冗余液壓桿(2-1-5)，各冗余液壓桿(2-1-5)在一端設置為球鉸鏈(2-1-5-4)，并以所述球鉸鏈(2-1-5-4)通過動平臺底部的球鉸孔與動平臺(2-1-3)鉸接，所述冗余液壓桿(2-1-5)在另一端通過虎克鉸鏈(2-1-5-1)鉸接在所述定平臺(2-1-1)的內側面中心位置處；在所述動平臺(2-1-3)上固定設置為液壓桿提供壓力油的液壓泵站(2-1-4)。

本發明垂直鉆井自動調整裝置的結構特點也在于：所述液壓冗余桿(2-1-5)設置為左右對稱的四桿機構，所述球鉸鏈(2-1-5-4)位于所述四桿機構的一端，所述虎克鉸鏈(2-1-5-1)位于所述四桿機構的另一端，兩個相同結構的液壓作動器(2-1-5-3)分別在兩端通過銷釘(2-1-5-2)與球鉸鏈(2-1-5-4)和虎克鉸鏈(2-1-5-1)相連接，所述兩個相同結構的液壓作動器(2-1-5-3)在腰部通過連桿(2-1-5-5)相連接。

本發明垂直鉆井自動調整裝置的結構特點還在于：所述液壓作動器(2-1-5-3)是由缸筒(2-1-5-3d)和與缸筒配合設置的活塞桿(2-1-5-3b)構成的液壓桿，在所述活塞桿(2-1-5-3b)的桿端設置第一吊耳(2-1-5-3a)，以所述第一吊耳(2-1-5-3a)通過銷釘與所述球鉸鏈(2-1-5-4)相連接；在所述缸筒(2-1-5-3d)的底端設置第二吊耳(2-1-5-3e)，以所述第二吊耳(2-1-5-3e)與所述虎克鉸鏈(2-1-5-1)相連接；在所述第一吊耳(2-1-5-3a)與缸筒(2-1-5-3d)之間連接有可伸縮的密封橡膠(2-1-5-3c)，以所述密封橡膠(2-1-5-3c)實現對所述活塞桿(2-1-5-3b)的封閉。

本發明垂直鉆井自動調整方法的特點是按如下步驟進行：

步驟一：鉆井設備工作前，首先啟動液壓泵站(2-1-4)，微調冗余并聯液壓作動器(2-1-5-3)的活塞桿的伸出量，將鉆桿(1-8)調節到垂直于鉆井的位置；使安裝在鉆桿內部的傾角傳感器測得鉆桿(1-8)的軸線與水平面成90°；