[發明專利]一種靜態內推靠鉸接式高造斜率旋轉導向工具及控制方法

有效

• 申請號: 201711044207.9
• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN107701107B
• 公開（公告）日: 2019-02-12
• 發明（設計）人: 杜建生;底青云;王自力;陳文軒
• 申請（專利權）人: 中國科學院地質與地球物理研究所
• 主分類號: E21B7/06
• 分類號: E21B7/06
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 巴曉艷

本發明主要屬于旋轉導向系統技術領域，具體涉及一種靜態內推靠鉸接式高造斜率旋轉導向工具及其控制方法。所述靜態內推靠鉸接式高造斜率旋轉導向工具采用靜態內推靠鉸接式設計，通過將不旋轉測控本體與不旋轉執行機構本體鉸接，而非整體體式結構；鉆具在井眼中易于彎曲，對導向工具上部造成的彎曲應力小，用于鉆具彎曲變形的推靠力消耗達到最低。由于承力執行機構本體外套與井壁沒有旋轉摩擦僅為軸向滑動，壽命高。同時，采用了液壓的方式而非泥漿壓差作用于活塞形成推靠力，推靠力大幅提高，活塞密封壽命也較高。因此，本發明裝置易于實現更高造斜率，且具有鉆井壽命較高的優點。

技術領域

本發明主要屬于旋轉導向系統技術領域，具體涉及一種靜態內推靠鉸接式高造斜率旋轉導向工具及控制方法。

背景技術

旋轉導向技術屬于定向鉆井領域，主要用于定向井、水平井、大位移井等三位軌跡井鉆井。依靠自身高精度伺服控制機構和高精度姿態測量傳感器，能夠實時精確控制鉆頭的鉆進方向，從而實現井眼軌跡的控制。當前常規低造斜率（6.5°/30m）旋轉導向工具已無法滿足頁巖氣定向井鉆井以及海洋陸地高曲率井鉆井的需求。

貝克休斯公司的AutoTrak Curve旋轉導向工具采用三套液壓推靠油缸及其附屬翼肋推靠井壁，推靠力作用下使得導向工具上部發生整體彎曲變形，使得井眼軌跡軸向與導向工具軸向形成一個固定的角度，從而實現造斜。這種結構的缺點是導向工具上部彎曲消耗推靠力，同時推靠力造成的彎曲加重了上部鉆柱的彎曲應力，在高曲率井眼中，上部鉆具易發生交變疲勞破壞，對上部鉆具金屬材料強度要求高。該導向系統由于整套工具系統在井眼中整體發生變形，不易實現更高造斜率。并且貝克休斯的推靠器推靠井壁，磨損較高。

斯倫貝謝公司的PD Archer旋轉導向工具采用測控本體與萬向機構本體鉸接結構，位于測控本體下端的4套推靠活塞推靠下部萬向機構本體外套的內壁，從而控制鉆頭的方向。由于采用全旋轉的設計理念以及采用泥漿壓力差對活塞做功，該工具系統萬向機構本體外套承力大，旋轉狀態下更易磨損，壽命低。此外，含有砂粒的泥漿造成活塞密封難且工作壽命低。因此，該整套旋轉導向工具系統總體壽命較低，維修維護成本較高。

發明內容

針對上述技術問題，本發明提供一種靜態內推靠鉸接式高造斜率旋轉導向工具及旋轉導向系統控制方法。本發明所述靜態內推靠鉸接式高造斜率旋轉導向工具采用靜態內推靠鉸接式的設計理念，通過將不旋轉測控本體與不旋轉執行機構本體鉸接，而非整體體式結構。鉆具在井眼中易于彎曲，對導向工具上部造成的彎曲應力小，用于鉆具彎曲變形的推靠力消耗達到最低。由于承力執行機構本體外套與井壁沒有旋轉摩擦僅為軸向滑動，壽命高。同時，采用了液壓的方式而非泥漿壓差作用于活塞形成推靠力，推靠力大幅提高，活塞密封壽命也較高。因此，本發明裝置易于實現更高造斜率，且具有鉆井壽命較高的優點。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種靜態內推靠鉸接式高造斜率旋轉導向工具，包括旋轉芯軸、鉆頭軸、連接所述旋轉芯軸和所述鉆頭軸的萬向節、設置在所述旋轉芯軸外圍的第一不旋轉外套和第二不旋轉外套，所述萬向節設置在所述第二不旋轉外套的內部；所述第一不旋轉外套（4），通過下泥漿軸承（5）、上泥漿軸承支撐（6）支撐于芯軸（7）上。非接觸電力傳輸總成（3）中定子線圈安裝于第一不旋轉外套（4）內，轉子線圈定位于芯軸（7）上，隨芯軸共同旋轉。中控電路（2）也安裝于第一不旋轉外套（4）內孔。為便于維修，三套獨立的電機泵液壓模塊（1）通過螺栓緊固于第一不旋轉外套（4）上。

所述旋轉芯軸與所述萬向節鉸接，以將鉆井用的鉆壓和扭矩傳遞給鉆頭，同時實現所述第一不旋轉外套和第二不旋轉外套的萬向鉸接；

所述第一不旋轉外套以及所述第二不旋轉外套通過上泥漿軸承、下泥漿軸承以及近鉆頭端泥漿軸承隔離所述旋轉芯軸轉動運動，使所述第一不旋轉外套以及所述第二不旋轉外套相對于大地保持準靜止狀態或不旋轉狀態。