[發明專利]旋轉導向鉆井裝置

有效

• 申請號: 201410506210.8
• 申請日: 2014-09-28
• 公開（公告）號: CN105525875B
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發明（設計）人: 李文飛;李玄燁;夏文安;周延軍;于承朋;董懷榮;牛洪波;耿應春;劉曉艷
• 申請（專利權）人: 中國石油化工集團公司;中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院
• 主分類號: E21B7/06
• 分類號: E21B7/06;E21B44/00
• 代理公司: 東營雙橋專利代理有限責任公司37107
• 代理人: 侯華頌

技術領域

本發明主要涉及石油天然氣鉆井、煤層氣鉆井、地質勘探、礦山鉆探行業領域的一種旋轉導向鉆井裝置。

背景技術

為了滿足油氣資源勘探開發的要求，大位移井、三維多目標井、長水平段水平井、分支井等復雜結構井越來越多，常規滑動鉆井技術雖然能夠滿足鉆井工藝的技術要求，但鉆進效率大大低于旋轉鉆進，并且存在井眼凈化差、井身質量差、井下復雜情況頻發等諸多問題，直接影響了油氣藏的高效開發。因此發展了旋轉導向鉆井技術，即采用旋轉導向鉆井系統在旋轉鉆井方式下實現井斜和方位的調整，配合隨鉆測量技術和井下控制技術，在進行井下測量信息實時反饋的同時，自動調整井下工具的造斜能力，實現復雜井眼軌跡的連續、自動控制，提高鉆井效率和開發效益。國外石油公司根據各種偏置原理研發出了多種類型的旋轉導向鉆井系統，并已經成功進行了商業化應用，取得了較高的經濟效益，例如philips公司的井底旋轉閉環控制變徑穩定器tracks系統，sperry-sun公司的遙控變徑穩定器AGS系統在復雜結構井的鉆井過程中發揮了重要作用，但由于只能調整井斜不能調整方位，因此使用范圍受到了限制；Baker Hughes公司的帶地質導向的井下閉環旋轉導向鉆井系統RCLS屬于靜止式旋轉導向鉆井系統，camco公司的旋轉導向鉆井系統SRD屬于調節式旋轉導向鉆井系統，施盧默格公司的滑動套筒旋轉導向鉆井系統(專利號99127768.6)、液壓伺服環路旋轉可轉向鉆井系統(專利號00104162.2)、自動控制的旋轉可控鉆井系統及方法(專利號99127889.5)等，實現了三維控制。國內研究機構根據國外技術資料的基礎上也進行了旋轉導向鉆井裝置的研究，例如舵板式鉆頭導向器(專利號96211800.1)、偏心穩定器鉆井導向工具(專利號91210649)、井眼軌跡控制器(專利號96226289.6)等，雖然能夠進行定向鉆井和方位調整，但不能連續實時控制井眼軌跡，并且由于關鍵技術的壟斷以及元器件的限制，國內旋轉導向鉆井技術的研究仍處于室內研究階段，難以滿足國內油氣田高效開發的迫切需要。

發明內容

本發明是針對現有技術存在的問題，提出一種在采用旋轉鉆井方式鉆進的前提下，利用液壓、鉆壓，并配合隨鉆測量工具進行井斜和方位控制，實現井下連續實時調整，提升復雜井眼軌跡的控制能力，提高鉆井效率和安全性，并且能夠達到結構設計簡單、適用范圍廣、性能平穩可靠、維修保養方便、使用成本低廉的旋轉導向鉆井裝置。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

旋轉導向鉆井裝置，心軸1安裝在定向筒2內部，心軸1與定向筒2之間通過設置在心軸1外壁上環形凸沿和設置在定向筒2內壁上的環形凹槽構成沿軸向移動和周向旋轉配合，心軸1上加工有間隔分布的上旁通孔9、下旁通孔19，其中上旁通孔9上部的定向筒2內壁上設有環形定位腔，定位腔內設有定位器6和定位鍵7，定位器6和定位鍵7分別固連在心軸1和定向筒2上，定位器6上加工定位鍵槽25和斜面，定位鍵7能夠沿定位器6斜面滑動并與定位鍵槽25軸向插接配合，控制閥12安裝在定向筒2與心軸1之間環空內，并能夠相對轉動，控制閥12上端與定向筒2之間安裝拉伸彈簧10，控制閥12內壁或外壁上加工控制滑槽13，與之對應的心軸1或定向筒2上固有控制銷14，控制滑槽13和控制銷14構成軸向往復移動的限位配合，心軸1上旁通孔9與控制閥12頂端腔室相通，控制閥12下端加工連通孔16，連通孔16在控制閥12相對心軸1往復移動過程與下旁通孔19關閉或相通，在下旁通孔19下部的定向筒2筒壁徑向設有偏置塊18，偏置塊18與定向筒2之間安裝壓縮彈簧17，偏置塊18、定向筒2、心軸1外壁形成密封腔。

上述方案進一步包括：

心軸1與定向筒2結合部設有浮動軸承4、浮動軸承22和止推軸承5、止推軸承21。

控制滑槽13設有三個軸向位移控制止點；偏置塊18安裝在定向筒2上靠近鉆頭的一端并非均勻分布定向筒2上。

由心軸1、定向筒2、定位器6、定位鍵7形成的腔室內充滿潤滑油；控制滑槽13內充滿潤滑油。

偏置塊18外表面加工直棱，且與軸線平行；定向筒2為非圓形結構。

心軸1與定向筒2之間、控制閥12與定向筒2和心軸1外壁之間均安裝密封裝置。

本發明的旋轉導向鉆井裝置能夠在采用旋轉鉆井方式鉆進的同時，利用液壓、鉆壓，并配合隨鉆測量工具進行井斜和方位控制，實現井下實時調整，從而提高復雜井眼軌跡的控制能力，提高鉆井效率和安全性，打破國外技術壟斷，到達利用低成本、高效率、高安全性鉆井技術開發油氣藏的目的。