[發(fā)明專利]復合定向鉆井的控制裝置與使用方法

有效

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• 申請日: 2021-11-18
• 公開（公告）號: CN114109251B
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發(fā)明（設計）人: 田家林;何禹;任堰牛;賀一烜;毛蘭輝;文峰;宋俊陽;宋豪林;吳雨航;楊琳
• 申請（專利權）人: 西南石油大學;四川諧銘科技有限公司
• 主分類號: E21B7/04
• 分類號: E21B7/04;E21B7/06;E21B17/046
• 代理公司: 重慶縱義天澤知識產權代理事務所(普通合伙) 50272
• 代理人: 曾娟

本發(fā)明公開了一種復合定向鉆井的控制裝置與使用方法，包括上接頭、復位模塊、執(zhí)行控制模塊、輔助模塊、防掉模塊和下接頭。其技術方案是：復合鉆進時，該控制裝置的花鍵處于嚙合狀態(tài)，芯軸帶動與下接頭相連的井底鉆具組合一起轉動；定向滑動鉆進時，增加鉆壓，鉆壓從上部鉆柱傳遞給上接頭，壓縮控制裝置中的碟簧，使得花鍵處于脫離狀態(tài)，外殼將不會帶動芯軸轉動；當減小鉆壓時，控制裝置依靠碟簧的推力復位，花鍵重新處于嚙合狀態(tài)，此時處于復合鉆進狀態(tài)。本發(fā)明的利用鉆壓實現(xiàn)復合定向鉆井的控制裝置，能夠實現(xiàn)在復合鉆進與定向滑動鉆進之間的切換，提高鉆井效率，減少卡鉆風險，并且大幅度節(jié)約成本。

技術領域

本發(fā)明涉及一種用于鉆探工程領域的復合定向鉆井的控制裝置與使用方法，其主要應用于石油天然氣鉆井工程、地質勘探、新能源（比如煤層氣、頁巖氣、頁巖油、地熱等）的勘探開發(fā)工程。

背景技術

隨著石油鉆采技術的不斷發(fā)展，油氣開發(fā)難度逐漸增加，地層環(huán)境日益復雜，面臨的挑戰(zhàn)也越來越多，而定向鉆井技術已經成為提高石油和天然氣開采效益的一個重要的手段。通過定向井等技術可以實現(xiàn)現(xiàn)代油氣資源經濟高效地開采。現(xiàn)有的定向鉆井技術包括彎螺桿定向和旋轉導向技術。彎螺桿定向其成本低，屬于滑動定向，易導致鉆柱拖壓嚴重，鉆井效率和機械鉆速低，井眼軌跡不易控制，鉆屑堆積不易排出的情況。而旋轉導向鉆井系統(tǒng)由于鉆進過程中鉆柱全程旋轉，可以減少由于鉆柱滑動而產生的阻力，提高鉆壓的傳輸效率，并大幅度提高井眼清潔效果，但其制造、使用、維護成本太高，如遇卡鉆等問題，經濟損失較大。因此，開發(fā)一種可靠性高、維護成本低、操作簡單的鉆進控制器具有重要的經濟價值與工程實際意義。

定向滑動鉆進時，上部鉆柱與井壁不發(fā)生相對轉動，鉆頭靠井下動力馬達旋轉，通過控制下部鉆具的工具面實現(xiàn)定向和鉆進。如果能實現(xiàn)在鉆桿連續(xù)旋轉時完成定向滑動鉆進，將大大降低鉆柱與井壁摩擦，提高機械鉆速，減少卡鉆風險，有利于井眼清潔度且提高井壁質量。

對比彎螺桿定向的低成本以及旋轉導向高效率的特點，利用該控制裝置可以實現(xiàn)復合鉆進、井底鉆具組合被芯軸和下接頭帶著一起轉動，以及定向鉆進時鉆柱旋轉鉆進、井底鉆具組合滑動鉆進。該控制裝置可以有效提高定向鉆井的效率，大幅度節(jié)約成本，且方便維護、安全性高。

發(fā)明內容

為了探索解決背景技術中所述的在鉆井過程中綜合彎螺桿定向的低成本以及旋轉導向高效率的特點，本發(fā)明提供了一種復合定向鉆井的控制裝置與使用方法。本發(fā)明的控制裝置可以在復合鉆進和定向鉆進之間切換，減小無效鉆壓，并且減少了鉆具和鉆頭等工具的磨損，提高了鉆井效率，減少了卡鉆風險。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下：

一種復合定向鉆井的控制裝置，所述裝置包括：包括上接頭、執(zhí)行模塊、復位模塊、輔助模塊以及下接頭，

所述的上接頭與上部鉆柱相連接，下接頭與井底鉆具組合相連接；

所述的復合定向鉆井的控制裝置的內腔可以通過鉆井液，使其可以流向螺桿鉆具；

所述執(zhí)行模塊，包括：外筒、上部外殼、下部外殼、花鍵外殼、活塞、芯軸a、芯軸b、花鍵芯軸，其中，所述外筒與上接頭通過螺紋連接，所述上部外殼與外筒通過螺紋連接，所述下部外殼與上部外殼通過螺紋連接，所述花鍵外殼與下部外殼通過螺紋連接，所述活塞與芯軸a通過螺紋連接，所述芯軸a與防掉接頭通過螺紋連接，所述芯軸b上端與防掉接頭通過銷連接，其下端與花鍵芯軸通過螺紋連接；所述活塞可在外筒內隨著芯軸整體的上下移動而移動，其中芯軸包括：芯軸a、芯軸b以及花鍵芯軸。

當花鍵芯軸的所有花鍵與花鍵外殼嚙合時，通過上接頭將上部鉆柱的轉動傳遞到與其相連的花鍵外殼，再由花鍵外殼帶動花鍵芯軸一起轉動，通過與其花鍵芯軸相連的下接頭將轉動傳遞至井底鉆具組合；相反的，當花鍵芯軸的所有花鍵與花鍵外殼脫開時，上部鉆柱的轉動帶動花鍵外殼轉動，花鍵芯軸將不會轉動，與其相連的井底鉆具組合也不會轉動。