旋转导向钻井系统的导向方法技术方案

本发明专利技术提供了一种旋转导向钻井系统的导向方法，其中，该方法中的系统包括：钻铤、钻头驱动轴、泥浆管、泥浆管连接器、万向节、泥浆密封装置和钻头，以及与钻铤的内壁相连接的定向控制模块；钻头驱动轴通过万向节和定向控制模块机械耦合至钻铤内，钻头驱动轴能绕着万向节旋转；定向控制模块为电磁导向结构；该方法包括：通过电磁导向结构内的磁力对钻头驱动轴进行定向控制。本发明专利技术通过带有电磁导向结构的定向控制模块的磁力对钻头驱动轴进行定位控制，系统结构简单，易于导向控制。

【技术实现步骤摘要】
旋转导向钻井系统的导向方法
本专利技术涉及地质勘探领域，具体而言，涉及一种旋转导向钻井系统的导向方法。
技术介绍
目前，定向钻井系统主要有两种：1)推靠式系统；2)指向式系统。其中，推靠式系统通过推动特定钻井方位对面的井壁来控制钻井方向。指向式系统直接将钻头对准确定好的钻井方向。指向式系统通常至少包括钻铤内的一根钻头驱动轴，钻头驱动轴由钻铤内的万向节支撑，通过钻铤实现旋转驱动。图1是配有传统随钻测井系统100的旋转导向钻井系统112的主视图。传统随钻测井系统100包括钻机102、钻柱106、钻头110以及一个旋转导向钻井系统112。钻柱106由钻机102支撑，可以从地面104表面往下延伸至钻孔108。钻柱106可以与钻头110和旋转导向钻井系统112配合，进行定向钻井。在定向钻井中，钻铤旋转期间，需要保持钻头驱动轴相对静止且朝钻铤方向倾斜，该指向式系统会结合定向控制方法，确保在钻井工具旋转时钻头会向预定的方向偏置。但是，这种旋转导向钻井系统的机械设计较为复杂，导向过程繁琐。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种旋转导向钻井系统的导向方法，以解决上述的问题。在本专利技术的实施例中提供了一种旋转导向钻井系统的导向方法，该系统包括：钻铤、钻头驱动轴、泥浆管、泥浆管连接器、万向节、泥浆密封装置和钻头，以及与钻铤的内壁相连接的定向控制模块；钻头驱动轴通过万向节和定向控制模块机械耦合至钻铤内，钻头驱动轴能绕着万向节旋转；定向控制模块为电磁导向结构；该方法包括：通过电磁导向结构内的磁力对钻头驱动轴进行定向控制。上述定向控制模块包括：一对导轨和定位架；其中，每对导轨由两个横截面为“L”形的导轨上下相对设置构成，每个导轨的一侧固定在钻铤的内壁上；定位架由一个横臂和一个竖臂组成，其横截面为“T”形；其中，所述竖臂与钻铤的内壁平行，所述横臂位于相对设置的导轨的中部，所述竖臂的两端设置有与导轨耦合的支撑轮；上下相对设置的导轨的相对面分别设置有第一定位磁铁组，横臂对应第一定位磁铁组的位置设置有第二定位磁铁组；定位架的横臂远离所述竖臂一端设置有耦合管，耦合管与钻头驱动轴连接；基于此，上述通过电磁导向结构内的磁力对钻头驱动轴进行定向控制包括：根据定位要求调节第一定位磁铁组与第二定位磁铁组间的磁力大小，用以推动或拉动所述定位架的横臂，控制钻头驱动轴与钻铤之间的倾角。上述第一定位磁铁组可以为电磁铁组，每组所述电磁铁组至少包括四块电磁铁；所述第二定位磁铁组可以为永磁铁组；基于此，根据定位要求调节所述第一定位磁铁组与所述第二定位磁铁组间的磁力大小可以包括：根据定位要求调节所述电磁铁的电流大小。上述第一定位磁铁组可以为永磁铁组；所述第二定位磁铁组可以为电磁铁组；基于此，根据定位要求调节第一定位磁铁组与第二定位磁铁组间的磁力大小包括：根据定位要求调节所述电磁铁的电流大小。本专利技术实施例提供的旋转导向钻井系统的导向方法，通过带有电磁导向结构的定向控制模块的磁力对钻头驱动轴进行定位控制，系统结构简单，易于导向控制。附图说明图1是配有传统随钻测井系统的旋转导向钻井系统的主视图；图2是本专利技术实施例提供的旋转导向钻井系统的主视图；图3是本专利技术实施例提供的图2中旋转导向钻井系统的定向控制模块的具体结构示意图；图4A是本专利技术实施例提供的图3中AA’沿线第一组电磁铁的剖面图；图4B是本专利技术实施例提供的图3中BB’沿线第二组电磁铁的剖面图；图5A是本专利技术实施例提供的图3中与钻头驱动轴耦合的定位架的仰视图；图5B是本专利技术实施例提供的定位架、钻头驱动轴和永磁铁另一布局的仰视图；图6是本专利技术实施例提供的永磁铁和电磁铁两者的磁力相互作用的示意图；图7是本专利技术实施例提供的旋转导向钻井系统工作机制的示意图；图8是本专利技术实施例提供的图2所示的定向控制模块的另一部署方式示意图；图9是本专利技术实施例提供的图8中AA’沿线永磁铁的剖面图；图10A是本专利技术实施例提供的图8中耦合到钻头驱动轴上的电磁铁组和定位架的仰视图；图10B是本专利技术实施例提供的定位架、电磁铁组和钻头驱动轴的另一部署方式示意图。具体实施方式下面通过具体的实施例并结合附图对本专利技术做进一步的详细描述。如图2所示的本专利技术实施例提供的旋转导向钻井系统的主视图，该旋转导向钻井系统200包括：钻铤202、钻头驱动轴212、泥浆管210、泥浆管连接器208、万向节207、泥浆密封装置204和214以及钻头216；以及与钻铤202的内壁相连接的定向控制模块206；该钻头驱动轴212通过万向节207和定向控制模块206机械耦合至钻铤202内，钻头驱动轴212能绕着万向节207旋转；定向控制模块206为电磁导向结构。基于该系统的导向方法包括：通过电磁导向结构内的磁力对钻头驱动轴212进行定向控制。使用万向节207和定向控制模块206，可以把钻头驱动轴212机械耦合到钻铤202内。钻头驱动轴212会绕着万向节207旋转，因而万向节207就相当于一个中心点。整根钻柱和钻铤202的重量都通过万向节207施加到钻头216上。钻铤202的转矩也可以通过万向节207传送到钻头216上。钻头驱动轴212的位置和方向角可以通过定向控制模块206进行控制。本专利技术实施例提供的旋转导向钻井系统的导向方法，通过带有电磁导向结构的定向控制模块的磁力对钻头驱动轴进行定位控制，系统结构简单，易于导向控制。参见图3，定向控制模块206包括：一对导轨302和定位架314(图3左侧也有定位架314，为了清楚，未示意)；其中，每对导轨302由两个横截面304为“L”形的导轨302上下相对设置构成，每个导轨302的一侧固定在钻铤202的内壁上；定位架314由一个横臂和一个竖臂组成，其横截面为“T”形；其中，竖臂与钻铤202的内壁316平行，横臂位于相对设置的导轨302的中部，竖臂的两端设置有与导轨302耦合的支撑轮308；上下相对设置的导轨302的相对面分别设置有第一定位磁铁组，例如图3中的第一组电磁铁310和第二组电磁铁318，横臂对应第一定位磁铁组的位置设置有第二定位磁铁组，例如图3中的永磁铁组312；基于图3所示的定向控制模块206的具体结构，上述通过电磁导向结构内的磁力对钻头驱动轴212进行定向控制的步骤可以包括：根据定位要求调节第一定位磁铁组与第二定位磁铁组间的磁力大小，用以推动或拉动所述定位架的横臂，控制钻头驱动轴与钻铤之间的倾角。进一步地，根据定位要求调节第一定位磁铁组与第二定位磁铁组间的磁力大小的步骤可以包括：根据定位要求调节电磁铁的电流大小，进而调节了第一定位磁铁组与第二定位磁铁组间的磁力大小。定位架314的横臂远离竖臂一端设置有耦合管306，耦合管306与钻头驱动轴212连接。在有些方案中，导轨302可以用高导磁率金属制造，以增强磁通量。在有些方案中，第一组电磁铁310和第二组电磁铁318可以用线圈代替。定位架314通过下列方法可以控制钻头驱动轴212和钻头216的方位：1)拉/推钻头驱动轴212使其倾向带万向节207的钻铤202的一侧；2)推/拉定位架314的横臂，以便确定钻头驱动轴212与钻铤202之间的倾角；3)竖臂沿导轨302旋转。定位架314可以通过第一组电磁铁310和第二组电磁铁318以及永磁铁组312之间的相互作用驱动。如图3所示，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种旋转导向钻井系统的导向方法，该系统包括：钻铤(202)、钻头驱动轴(212)、泥浆管(210)、泥浆管连接器(208)、万向节(207)、泥浆密封装置(204)和钻头(216)；其特征在于，该系统还包括：与钻铤(202)的内壁相连接的定向控制模块(206)；钻头驱动轴(212)通过万向节(207)和定向控制模块(206)机械耦合至钻铤(202)内，钻头驱动轴(212)能绕着万向节(207)旋转；定向控制模块(206)为电磁导向结构；所述方法包括：通过所述电磁导向结构内的磁力对钻头驱动轴(212)进行定向控制。

【技术特征摘要】
1.一种旋转导向钻井系统的导向方法，该系统包括：钻铤(202)、钻头驱动轴(212)、泥浆管(210)、泥浆管连接器(208)、万向节(207)、泥浆密封装置(204)和钻头(216)；其特征在于，该系统还包括：与钻铤(202)的内壁相连接的定向控制模块(206)；钻头驱动轴(212)通过万向节(207)和定向控制模块(206)机械耦合至钻铤(202)内，钻头驱动轴(212)能绕着万向节(207)旋转；定向控制模块(206)为电磁导向结构；其中，定向控制模块(206)包括：一对导轨(302)和定位架(314)；其中，每对导轨(302)由两个横截面为“L”形的导轨(302)上下相对设置构成，每个导轨(302)的一侧固定在钻铤(202)的内壁上；定位架(314)由一个横臂和一个竖臂组成，其横截面为“T”形；其中，所述竖臂与钻铤(202)的内壁平行，所述横臂位于相对设置的导轨(302)的中部，所述竖臂的两端设置有与导轨(302)耦合的支撑...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘乃震，赵齐辉，卢毓周，李永和，白锐，刘策，李敬，刘潇，翁波强，
申请(专利权)人：中国石油集团长城钻探工程有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11