[發明專利]一種靜態推靠式旋轉導向工具用導向單元

有效

• 申請號: 202010090566.3
• 申請日: 2020-02-13
• 公開（公告）號: CN111270992B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 王眉山;范永濤;李曉軍;羅維;張軍鋒;張健閣
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團有限公司;中國石油集團油田技術服務有限公司;中國石油集團測井有限公司
• 主分類號: E21B7/04
• 分類號: E21B7/04
• 代理公司: 北京智橋聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 11560
• 代理人: 洪余節

本發明公開了一種靜態推靠式旋轉導向工具用導向單元，包括同軸相連的控制短節和執行短節，所述控制短節包括控制短節本體、套筒、電子倉、電路板、接插件、液壓模塊、耐沖蝕腔、近鉆頭測量探管等；所述執行短節主要包括上芯軸、連接環、動密封芯軸、動密封組、軸承、不旋轉套、雙柱塞推靠組件、下芯軸等。本發明所提供的靜態推靠式旋轉導向工具用導向單元，結構設計合理而緊湊，工作原理更有先進性，有利于旋轉導向工具用導向單元的小型化，提高了工具的能量傳遞效率、信息傳遞的準確性和軸承的使用壽命，提高了旋轉導向工具的性能、穩定性、可靠性，延長旋轉導向工具的使用壽命。

技術領域

本發明涉及一種能夠定向鉆井的旋轉導向工具，具體涉及一種靜態推靠式旋轉導向工具用導向單元。

背景技術

隨著油氣田開發進程的不斷推進和深度發展，國內外越來越多的老油田年產量不斷下降，相繼進入油氣開發的中后期，新發現的油氣田很多位于海上、湖泊、城市等，一些非常規油氣田，如頁巖氣、頁巖油、煤層氣等需要提高儲層鉆遇率等。這些情況的出現對大位移井、水平井、分支井、魚骨井等復雜結構井的需求越來越多。

旋轉導向鉆井技術在國際上是20世紀90年代發展起來的一種機、電、液一體化的尖端鉆井技術，是依靠旋轉導向工具的偏置機構使鉆頭或鉆柱發生方向偏移，從而產生導向作用，相比于常規的定向鉆井技術——滑動導向鉆井技術，由于旋轉導向工具在井底一直處于旋轉鉆進狀態，井眼清潔效果更好更光滑，井眼軌跡控制精度更高，降低了水平井、大位移井等井段易托壓的問題，增大了水平段的延伸極限長度，可以大幅縮短鉆井周期。

旋轉導向工具是旋轉導向鉆井技術的核心工具，根據導向方式的不同，可劃分為推靠式和指向式兩種。推靠式是直接在鉆頭附近形成一個支撐于井壁的支點，給鉆頭提供一個推靠力，將鉆頭推向井眼軌跡的目標方向；指向式是使鉆頭附近的鉆柱發生彎曲，以使鉆頭指向井眼軌跡的目標方向。根據推靠式旋轉導向工具偏置機構工作模式的不同，又將推靠式旋轉導向工具分為靜態推靠式旋轉導向工具和動態推靠式旋轉導向工具。靜態推靠式旋轉導向工具是指在鉆進過程中偏置導向機構不與鉆柱一起旋轉，而是支撐在井壁的一定方向上為鉆頭提供一個推靠力；動態推靠式旋轉導向工具是指在鉆進過程中偏置導向機構與鉆柱一起旋轉，依靠控制系統在一定方向上偏置導向機構不斷伸出以支撐井壁，為鉆頭提供一個推靠力。

靜態推靠式旋轉導向工具目前已研制出多種結構，具有操作簡單、容易控制等優點，得到了廣泛的應用，一般包括地面工具、井下工具、輔助工具等，井下工具主要有井下動力與脈沖發生單元、MWD單元、LWD單元、柔性短節、導向單元等組成，其中導向單元又是井下工具的核心部分，主要進行井底信息的測量、通過接受地面下發的信號指令控制導向單元上支撐塊的伸出或縮回，進而實現對井眼軌跡的控制。

目前已知的靜態推靠式旋轉導向工具用的導向單元有多種結構，主要有芯軸、不旋轉套、軸承、非接觸旋轉變壓器等部分組成。芯軸上端連接鉆柱，下端連接鉆頭，主要是傳遞鉆壓、扭矩、輸送鉆井液的作用。不旋轉套通過軸承安裝在芯軸上，通過非接觸旋轉變壓器實現不旋轉外套與芯軸之間的能量、信息的傳遞。不旋轉套上面安裝有間隔120°分布的3個支撐塊、測量系統、控制系統、液壓模塊等。通過測量系統實現井底壓力、振動等參數的測量；通過控制系統和液壓模塊來控制3個支撐塊的伸縮，為鉆頭提供一個預期的推靠力。

目前已知的靜態推靠式旋轉導向工具用的導向單元仍然存在一些缺點和不足。由于液壓模塊與支撐塊處于不旋轉套的同一段圓周上，導致導向單元的小型化存在困難，難以將導向單元的直徑設計的更小，如中發明專利CN108894729A所公開的壓推靠式旋轉導向工具，其將液壓模塊鑲嵌在支撐塊之下，使支撐塊與液壓模塊安裝在不旋轉套的同一段位置上。導向單元的芯軸與不旋轉外套之間能量、信息的傳遞依靠非接觸旋轉變壓器，降低了能量傳遞效率、增加了能量損耗，同時降低了信息傳遞的準確性和可靠性。軸承處于與泥漿接觸的工況下，由于泥漿含有固相顆粒、巖屑等，加快了軸承的磨損疲勞，降低了軸承的使用壽命。