[發明專利]一種混合型高造斜率旋轉導向鉆井工具

有效

• 申請號: 201810911746.6
• 申請日: 2018-08-10
• 公開（公告）號: CN109025821B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 霍愛清;汪躍龍;程為彬
• 申請（專利權）人: 西安石油大學
• 主分類號: E21B7/06
• 分類號: E21B7/06;E21B4/02;E21B17/10;E21B21/10
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

一種混合型高造斜率旋轉導向鉆井工具，包括調制推靠式導向鉆井短節和水力推靠指向式工具短節等兩部分所組成；使用時，驅動渦輪力矩電機改變作用力矩，使得上盤閥穩定或運動；當穩定平臺的所有作用力矩平衡時，將使得穩定平臺相對大地穩定，從而使通過下盤閥及鉆井液流道的泥漿推動推靠肋板總在同一個位置伸出、推靠井壁，從而達到造斜的目的；將鉆鋌的旋轉力矩通過控制軸，傳遞給鉆頭，帶動鉆頭旋轉破碎巖石；本發明具有實現高造斜率旋轉導向鉆井工具和推廣價值高的優點。

技術領域

本發明屬于石油鉆井工程領域，具體涉及一種混合型高造斜率旋轉導向鉆井工具。

背景技術

為了滿足油氣資源勘探開發特別是海洋油氣資源開發，以及油田后期的復雜油氣藏中鉆超深井、高難定向井、叢式井、水平井、大位移井、分支井及三維復雜結構井等特殊工藝井的開發要求，同時也滿足閉環自動鉆井發展的需要，迫切需要一種高造斜率的旋轉導向鉆井工具。

旋轉導向鉆井技術不僅可以解決鉆井過程中大位移井等類復雜結構井面臨的鉆井技術方面的難題，降低開發成本，還可以實現增大石油產量的目的。旋轉導向鉆井技術是展現一個國家或集團的鉆井工程自動化技術水平高低的重要依據之一。

旋轉導向鉆井工具是旋轉導向鉆井系統的核心，按其工作方式劃分主要有四種：靜態推靠式、靜態指向式、動態推靠式與動態指向式四類。推靠式旋轉導向鉆井工具鉆頭的側向力大，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。指向式旋轉導向井下工具鉆頭的側向力較小，造斜率較低，但旋轉導向鉆出的井眼狗腿小，軌跡平緩。從應用情況來看，指向式是旋轉導向鉆井系統的發展趨勢。目前而言，國外較為成熟的旋轉導向鉆井工具主要以Baker Hughes的Auto Track系列、Schlumberger公司的Power Drive系列、Halliburton公司的Geo-Pilot系列最具代表性。貝克休斯公司的AutoTrack是典型的推靠式工具，其“驅動軸-不旋轉套”結構通過控制不旋轉外套上推力塊作用于井壁的合力大小及方向進行導向作業(參照專利文獻W02008101020A、US2013256034A等)。而典型的鉆頭指向式旋轉導向工具如哈里伯頓公司的Geo-Pilot(參照專利文獻W0201405 5068A)、威德福公司的Revolution(參照專利文獻W02008120025A)及斯倫貝謝公司的Power Drive Xceed(參照專利文獻N020061119A)等。其中Geo-Pilot和Revolution是靜態指向式旋轉導向工具，工具的造斜能力通過調整井下導向工具偏置位移實現，且可連續調節。而“全旋轉”結構的Power Drive Xceed采用了固定導向偏置結構，其造斜率通過交替變化的導向和穩斜鉆進模式來實現，依靠地面系統下傳導向參數(工具面及導向比例)來進行控制。

無論推靠式還是指向式都存在各自的優點和不足，單一方式的結構都不能很好滿足高造斜的鉆井要求，因此兩者的結合可有效避免單一形式的缺點，混合式結構成為現行的趨勢。國內在這方面的研究起步較晚，還未研發出能夠成功商業化應用的高造斜旋轉導向鉆井工具。耿艷峰等人發明的“動態指向式旋轉導向鉆井工具及其測控方法”(授權公告號CN 104832088 B)，采用雙偏心環機構進行造斜，結構復雜；唐雪平等人發明的“一種全旋轉指向式導向工具及導向方法”(授權公告號104499940 B)，針對斯倫貝謝公司的PowerDrive Xceed全旋轉指向式導向工具存在的缺點，提出了一種改進的全旋轉指向式導向工具；張曉廣等人發明的“靜態指向式旋轉導向鉆井工具”(授權公告號CN 104775757 B)，其上面部分是不旋轉的靜態結構；李洪濤等人發明的“指向式旋轉導向鉆井工具”(授權公告號CN 104343389 B)，采用集成液壓缸實現芯軸的偏置，進而造斜，該發明只包含鉆頭指向式產生造斜；張策發明的“推靠指向式旋轉導向鉆井裝置”(授權公告號CN 103437704 B)，采用穩定器與液壓系統連接結構，其穩定器為不旋轉裝置，且只有鉆頭指向部分進行造斜。

本專利提出一種混合式高造斜率旋轉導向鉆井工具結構，既包含推靠式又包含指向式，兩種結構混合作用，為實現高造斜率旋轉導向鉆井工具提供有力保證。