[發(fā)明專利]一種高穩(wěn)定性可控軌跡柔性鉆井工具及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110075355.7
• 申請日: 2021-01-20
• 公開（公告）號: CN112878910A
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發(fā)明（設計）人: 徐梓辰;楊忠華;萬曉躍;其他發(fā)明人請求不公開姓名
• 申請（專利權）人: 萬曉躍
• 主分類號: E21B7/04
• 分類號: E21B7/04;E21B7/06;E21B17/20;E21B47/022;E21B47/12;E21B47/18;E21B49/00
• 代理公司: 蘇州拓云知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 32344
• 代理人: 孔旗

本發(fā)明公開了一種高穩(wěn)定性可控軌跡柔性鉆井工具及方法，包括柔性傳動短節(jié)串列、高穩(wěn)定性導向鉆進節(jié)、電驅動執(zhí)行器、控制電路；柔性傳動短節(jié)串列能為高穩(wěn)定性導向鉆進節(jié)傳遞旋轉鉆進的動力，其包括若干個傳力短節(jié)，所述傳力短節(jié)至少包含一個變角度傳力結構；高穩(wěn)定性導向鉆進節(jié)包括鉆頭導向承載本體、前段主鉆頭、導向執(zhí)行機構、后段保徑鉆頭，所述高穩(wěn)定性導向鉆進節(jié)與所述柔性傳動短節(jié)串列通過變角度傳力結構連接；電驅動執(zhí)行器和控制電路用于控制導向執(zhí)行機構實現(xiàn)導向功能；柔性傳動短節(jié)串列沿其軸線方向延伸有可過流鉆井液的貫通結構；本發(fā)明公開的高穩(wěn)定性可控軌跡柔性鉆井工具及方法能夠通過短?極短半徑井段實現(xiàn)其延伸井段的鉆探。

技術領域

本發(fā)明涉及鉆探技術和油氣開采領域，具體是一種高穩(wěn)定性可控軌跡柔性鉆井工具及方法。

背景技術

以最低成本最大限度地增加與地層的接觸程度，一直以來都是鉆完井工程或鉆孔工藝追求的目標。短半徑鉆井可以最大限度地以低成本增加與地層的接觸。其中包括從主井眼底部以短半徑造斜并進一步鉆進，或，在既有的主井眼中任意位置以短-極短半徑側鉆分支井，繼而在與主井眼井軸不同的方向繼續(xù)延伸分支井眼或在既有的井眼的末端通過短-極短半徑造斜技術使井眼朝向與主井的眼井軸不同的方向延伸；一般而言，短半徑的范圍是10～60米。本發(fā)明中敘述的極短半徑井井眼的曲率半徑小于10米。

目前實現(xiàn)短-極短半徑鉆井的方法是通過柔性傳動短節(jié)串列驅動鉆頭鉆進實現(xiàn)短-極短半徑側向鉆井，即采用單節(jié)長度小于1.5米的短鉆桿串聯(lián)為柔性鉆柱，短鉆桿之間依靠球頭和球碗形成的鉸接結構傳遞軸向力，依靠在球頭和球碗間設置的花鍵傳遞扭矩，通過所述柔性鉆柱驅動底部的鉆頭旋轉實現(xiàn)破巖；該方法可以依靠斜向器的造斜作用實現(xiàn)短-極短半徑側鉆，然而進一步的井眼延伸過程中無法實現(xiàn)井眼軌跡控制，井眼屈曲嚴重，阻礙鉆頭的鉆進，且扭曲不可控的井眼軌跡也難以達到現(xiàn)場需求。本發(fā)明意在解決上述短-極短井眼的延伸井段的控制精度。

發(fā)明內(nèi)容

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：一種高穩(wěn)定性可控軌跡柔性鉆井工具，包括柔性傳動短節(jié)串列、高穩(wěn)定性導向鉆進節(jié)、電驅動執(zhí)行器、控制電路，其特征在于，所述柔性傳動短節(jié)串列包括由若干個能承擔扭矩的傳力短節(jié)構成，所述傳力短節(jié)至少包含一個變角度傳力結構，所述傳力短節(jié)能夠為所述鉆頭傳遞旋轉鉆進的動力，且相鄰的所述傳力短節(jié)之間具有預設有偏轉極限，即相鄰的所述傳力短節(jié)之間可在所述偏轉角度極限范圍內(nèi)發(fā)生偏轉。需要說明的是，這種偏轉是在井眼約束條件下的自由偏轉。

所述高穩(wěn)定性導向鉆進節(jié)與所述柔性傳動短節(jié)串列通過變角度傳力結構連接，所述柔性傳動短節(jié)串列沿其軸線方向延伸有貫通結構，所述貫通結構能形成供鉆井循環(huán)介質流通的主流道；

所述高穩(wěn)定性導向鉆進節(jié)包括鉆頭導向承載本體、前段主鉆頭、導向執(zhí)行機構、后段保徑鉆頭，其中前段主鉆頭至少包括破巖結構，后段保徑鉆頭包括破巖結構和/或保徑結構；所述破巖結構一般指能在鉆壓和扭矩條件下向前鉆進的鉆齒，所述保徑結構為外直徑與井壁直徑相似的刀翼。前段主鉆頭設置于推靠件推力中心前方，后段保徑鉆頭設置于推靠件推力中心后方；需要說明的是，前段主鉆頭和后段保徑鉆頭設置于連續(xù)的刀翼，也可以相互獨立。所述推靠件可以是獨立的推靠臂或者肋翼，或者，所述活塞可直接作為推靠件推靠井壁。

所述變角度傳力結構至少包含萬向節(jié)和/或鉸接結構，能用于變角度的傳遞鉆壓和/或扭矩。

所述柔性傳動短節(jié)串列與高穩(wěn)定性鉆進節(jié)的總長度大于短-極短半徑井段及其延伸井段的長度。以保障柔性傳動短節(jié)串列與高穩(wěn)定性導向鉆進節(jié)的長度可以滿足極短半徑導向鉆井需求，實現(xiàn)短-極短半徑井段，或，在繼續(xù)深入鉆進的延伸井段中實現(xiàn)井眼軌跡的控制。

本發(fā)明的主要用途在于自主井眼任意位置向遠離主井眼方向以短-極短半徑鉆分支井及其延伸井眼的情形，在該背景下，所述柔性傳動短節(jié)串列與高穩(wěn)定性鉆進節(jié)的總長度大于短-極短半徑的長度。

進一步地，作為優(yōu)選，所述前段主鉆頭包括破巖結構與保徑結構；破巖結構為包含切削結構的刀翼，所述保徑結構為包含保徑結構的刀翼；