垂直钻井工具制造技术

本发明专利技术涉及油气钻井井下工具技术领域，是一种垂直钻井工具，其包括中心管、短钻铤、本体、供电装置、凸块旋转装置、测控装置和非接触输电装置；中心管上端安装有短钻铤，本体通过上轴承和下轴承安装在中心管外部并能够相对中心管转动，短钻铤的内部安装有供电装置，本体的外侧沿圆周均匀分布有三个轴向凸台。本发明专利技术结构合理而紧凑，使用方便，其通过测控装置使凸块旋转装置凸出本体外侧，支撑在井壁上并带动本体旋转，通过传感器自动跟踪检测井斜方位，通过使防转推力装置和纠偏推力装置推动推力板支撑在井壁上，形成与井斜方向相反的反作用力实现侧推防斜，具有结构简单、定位准确、可靠性高的特点，能够大幅度降低设备应用成本。

【技术实现步骤摘要】
垂直钻井工具
本专利技术涉及油气钻井井下工具
，是一种垂直钻井工具。
技术介绍
在石油或地质勘探钻井过程中，经常会遇见在地层倾角大、高陡构造带、山前逆掩推覆体区域等复杂地质条件下钻深井、超深井，尤其是钻深探井、超深探井以及区域第一口预探井、大陆科探井时，普遍要求防斜打快和安全低成本，而常规钻井技术在复杂易斜地层钻深井、钻遇高陡构造或是地应力异常地层时，钻头在地层倾角、地应力及钻压的共同作用下，会偏离正常的井眼轨迹垂直轴线而出现井斜。出现井斜后往往会给后续的钻井、测井和完井作业带来很大的风险，如出现起下钻具、套管或测井仪器困难，极易发生卡钻等事故，严重时甚至可能会导致油井的报废。同时为了防止井斜的发生，通常将钻压控制在较低的范围内进行钻进，严重制约了钻井效率的提高。 目前，常规的被动防斜打直技术(如塔式钻具、钟摆钻具、满眼钻具、旋冲钻井等)均无法实现在复杂地质条件下的快速防斜打直，并且具有很大的局限性，因此针对这一技术难题，国外各大石油公司多年前就开展了主动防斜技术的研究。经过多年的攻关研究，目前该项技术已获得了突破性进展，三家大的石油技术服务公司BakerHughes、Schlumberger 和 Halliburton 分别形成了其各自商业化应用的 AutoTrak RCLS>PowerDrive SRD和Geo-Pilot旋转导向钻井系统。国内的多家石油公司如中石油西部钻探公司和中石化胜利油田分公司等也分别开展了该项技术的研究并获得了成功。经过现场实际应用，上述防斜工具实现了对井眼轨迹控制的目的，有效的防止了井斜的发生。但是第一代主动防斜工具在工具的结构、控制方法、可靠性及成本方面也存在着不足，如工具的结构复杂、数据处理量大，可靠性不高、维修难度大、使用成本高等，这些缺陷成为了制约该项技术普遍推广应用的瓶颈。
技术实现思路
本专利技术提供了一种垂直钻井工具，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有防斜工具存在的结构复杂、可靠性低、维修难度大、使用成本高的问题。 本专利技术的技术方案是通过以下措施来实现的:一种垂直钻井工具，包括中心管、短钻铤、本体、供电装置、凸块旋转装置、测控装置和非接触输电装置；中心管上端安装有短钻铤，本体通过上轴承和下轴承安装在中心管外部并能够相对中心管转动，短钻铤的内部安装有供电装置，本体的外侧沿圆周均匀分布有三个轴向凸台，各轴向凸台的上部体内分别安装有能伸出轴向凸台并支撑在井壁上带动本体旋转的凸块旋转装置；各轴向凸台的下部分别设有推板安装槽，其中一个推板安装槽内安装有带推力板的防转推力装置，其余推板安装槽内安装有带推力板的纠偏推力装置，防转推力装置能使推力板支撑在井壁上以防止本体旋转，纠偏推力装置能使推力板支撑在井壁上以防止本体倾斜，纠偏推力装置的推力大于防转推力装置；本体的中部体内安装有旋转装置液泵、推力装置液泵和测控装置，测控装置上有能够检测井斜及倾斜方位的传感器，本体下部内壁与中心管之间安装有非接触输电装置，供电装置通过非接触输电装置与测控装置的电源端子电连接，传感器的输出端子与测控装置的信号输入端子电连接，测控装置的信号输出端子与旋转装置液泵的控制端子及推力装置液泵的控制端子电连接，旋转装置液泵能够驱动凸块旋转装置工作，推力装置液泵能够驱动防转推力装置及纠偏推力装置工作。 下面是对上述专利技术技术方案的进一步优化或/和改进:上述各轴向凸台的外侧中部分别可有舱盖安装槽并固定安装有舱盖板；轴向凸台包括第一轴向凸台、第二轴向凸台和第三轴向凸台；对应第一轴向凸台的舱盖安装槽的槽底中部有泵舱，旋转装置液泵和推力装置液泵固定安装在泵舱内壁上；对应第二轴向凸台的舱盖安装槽的槽底中部有平衡舱，平衡舱内安装有平衡胶囊，平衡舱的舱盖板中部有平衡通孔并固定安装有平衡接头，平衡胶囊的口部固定安装在平衡接头内端，平衡胶囊的内腔通过平衡接头内腔与本体外部相连通；对应第三轴向凸台的舱盖安装槽的槽底中部有控制舱，测控装置固定安装在控制舱内壁上；泵舱与平衡舱之间有衡压通孔，泵舱与控制舱之间有装有密封塞的线缆孔。 上述防转推力装置可包括两个小柱塞，纠偏推力装置可包括推力活塞；各推力板的上部和下部分别有上压台和下压台，对应上压台位置的轴向凸台上设有上限位槽并固定安装有上限位块，对应下压台位置的轴向凸台上设有下限位槽并固定安装有下限位块，上压台与上限位块之间安装有上复位簧，下压台与下限位块之间安装有下复位簧；第一轴向凸台、第二轴向凸台和第三轴向凸台下部的推板安装槽分别为第一推板安装槽、第二推板安装槽和第三推板安装槽；第一推板安装槽和第三推板安装槽的底面中部设有活塞安装腔，推力活塞安装在活塞安装腔内；第二推板安装槽的上部底面上和下部底面上分别设有上柱塞安装腔和下柱塞安装腔，两个小柱塞分别安装在上柱塞安装腔和下柱塞安装腔内，上下两个小柱塞的直径之和小于推力活塞的直径；本体的下部有下油环安装槽，下油环安装槽内安装有上端带有导油槽的下导油环，第一推板安装槽的活塞安装腔底部有第一轴向油孔，上柱塞安装腔和下柱塞安装腔的底部通过第二轴向油孔相连通，第三推板安装槽的活塞安装腔底部有第三轴向油孔；第一轴向油孔的上端与推力装置液泵的出液口相连通，第一轴向油孔的上端与推力装置液泵的出液口之间安装有溢流阀；第一轴向油孔、第二轴向油孔和第三轴向油孔的下端分别与下导油环的导油槽相连通。 上述凸块旋转装置可包括推力胶囊、驱动凸块、回位弹簧和凸块压板；各轴向凸台的上部分别有沿右上左下方向倾斜布置的凸块安装腔，各凸块安装腔的内端分别安装有推力胶囊，推力胶囊外部的凸块安装腔内安装有驱动凸块，驱动凸块的外侧左右两边分别设有凸棱，凸棱为沿凸块安装腔方向布置的螺旋状凸棱，驱动凸块的外侧中部设有弹簧安装槽并安装有回位弹簧，对应凸块安装腔上下端位置的轴向凸台外侧设有压板槽，压板槽内固定安装有凸块压板，回位弹簧的外端压紧在凸块压板的中部，回位弹簧的内端压紧在弹簧安装槽的槽底面上并使驱动凸块的凸棱位于凸块安装腔内；本体的上端有上油环安装槽，上油环安装槽内安装有下端带有导油槽的上导油环，各推力胶囊内腔之间通过平衡油管与上导油环的导油槽相互连通；其中一个推力胶囊的内腔下端通过导油管与旋转装置液泵的出液口相连通，导油管与旋转装置液泵的出液口之间安装有限压阀。 上述供电装置可包括泥浆发电机和电源舱；短钻铤的内部有钻铤腔，泥浆发电机的外壳固定安装在钻铤腔的上部内壁上，泥浆发电机的驱动轴上安装有叶轮，泥浆发电机的下端安装有电源舱，电源舱的输入端子与泥浆发电机的输出端子电连接；电源舱的输出端子通过初级电力传输装置与非接触输电装置的输入端子电连接，非接触输电装置的输出端子与测控装置的电源端子电连接；钻铤腔上端通过叶轮的叶片间隙、泥浆发电机外侧环空、电源舱外侧环空与中心管的内腔相连通。 上述初级电力传输装置可包括电缆导管、导电管、导管座、导电插头、导电插座、初级电缆和连接电缆；电源舱下端固定安装有电缆导管，中心管的内部有心管腔，对应非接触输电装置下端位置的心管腔内壁上有贯穿中心管的径向通孔，径向通孔内安装有导电管，导电管的内端位于心管腔内并固定安装有导管座，电缆导管的下端固定安装在导管座上；电缆导管的下端安装有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种垂直钻井工具，其特征在于包括中心管、短钻铤、本体、供电装置、凸块旋转装置、测控装置和非接触输电装置；中心管上端安装有短钻铤，本体通过上轴承和下轴承安装在中心管外部并能够相对中心管转动，短钻铤的内部安装有供电装置，本体的外侧沿圆周均匀分布有三个轴向凸台，各轴向凸台的上部体内分别安装有能伸出轴向凸台并支撑在井壁上带动本体旋转的凸块旋转装置；各轴向凸台的下部分别设有推板安装槽，其中一个推板安装槽内安装有带推力板的防转推力装置，其余推板安装槽内安装有带推力板的纠偏推力装置，防转推力装置能使推力板支撑在井壁上以防止本体旋转，纠偏推力装置能使推力板支撑在井壁上以防止本体倾斜，纠偏推力装置的推力大于防转推力装置；本体的中部体内安装有旋转装置液泵、推力装置液泵和测控装置，测控装置上有能够检测井斜及倾斜方位的传感器，本体下部内壁与中心管之间安装有非接触输电装置，供电装置通过非接触输电装置与测控装置的电源端子电连接，传感器的输出端子与测控装置的信号输入端子电连接，测控装置的信号输出端子与旋转装置液泵的控制端子及推力装置液泵的控制端子电连接，旋转装置液泵能够驱动凸块旋转装置工作，推力装置液泵能够驱动防转推力装置及纠偏推力装置工作。...

【技术特征摘要】
1.一种垂直钻井工具，其特征在于包括中心管、短钻铤、本体、供电装置、凸块旋转装置、测控装置和非接触输电装置；中心管上端安装有短钻铤，本体通过上轴承和下轴承安装在中心管外部并能够相对中心管转动，短钻铤的内部安装有供电装置，本体的外侧沿圆周均匀分布有三个轴向凸台，各轴向凸台的上部体内分别安装有能伸出轴向凸台并支撑在井壁上带动本体旋转的凸块旋转装置；各轴向凸台的下部分别设有推板安装槽，其中一个推板安装槽内安装有带推力板的防转推力装置，其余推板安装槽内安装有带推力板的纠偏推力装置，防转推力装置能使推力板支撑在井壁上以防止本体旋转，纠偏推力装置能使推力板支撑在井壁上以防止本体倾斜，纠偏推力装置的推力大于防转推力装置；本体的中部体内安装有旋转装置液泵、推力装置液泵和测控装置，测控装置上有能够检测井斜及倾斜方位的传感器，本体下部内壁与中心管之间安装有非接触输电装置，供电装置通过非接触输电装置与测控装置的电源端子电连接，传感器的输出端子与测控装置的信号输入端子电连接，测控装置的信号输出端子与旋转装置液泵的控制端子及推力装置液泵的控制端子电连接，旋转装置液泵能够驱动凸块旋转装置工作，推力装置液泵能够驱动防转推力装置及纠偏推力装置工作。2.根据权利要求1所述的垂直钻井工具，其特征在于各轴向凸台的外侧中部分别有舱盖安装槽并固定安装有舱盖板；轴向凸台包括第一轴向凸台、第二轴向凸台和第三轴向凸台；对应第一轴向凸台的舱盖安装槽的槽底中部有泵舱，旋转装置液泵和推力装置液泵固定安装在泵舱内壁上；对应第二轴向凸台的舱盖安装槽的槽底中部有平衡舱，平衡舱内安装有平衡胶囊，平衡舱的舱盖板中部有平衡通孔并固定安装有平衡接头，平衡胶囊的口部固定安装在平衡接头内端，平衡胶囊的内腔通过平衡接头内腔与本体外部相连通；对应第三轴向凸台的舱盖安装槽的槽底中部有控制舱，测控装置固定安装在控制舱内壁上；泵舱与平衡舱之间有衡压通孔，泵舱与控制舱之间有装有密封塞的线缆孔。3.根据权利要求2所述的垂直钻井工具，其特征在于防转推力装置包括两个小柱塞，纠偏推力装置包括推力活塞；各推力板的上部和下部分别有上压台和下压台，对应上压台位置的轴向凸台上设有上限位槽并固定安装有上限位块，对应下压台位置的轴向凸台上设有下限位槽并固定安装有下限位块，上压台与上限位块之间安装有上复位簧，下压台与下限位块之间安装有下复位簧；第一轴向凸台、第二轴向凸台和第三轴向凸台下部的推板安装槽分别为第一推板安装槽、第二推板安装槽和第三推板安装槽；第一推板安装槽和第三推板安装槽的底面中部设有活塞安装腔，推力活塞安装在活塞安装腔内；第二推板安装槽的上部底面上和下部底面上分别设有上柱塞安装腔和下柱塞安装腔，两个小柱塞分别安装在上柱塞安装腔和下柱塞安装腔内，上下两个小柱塞的直径之和小于推力活塞的直径；本体的下部有下油环安装槽，下油环安装槽内安装有上端带有导油槽的下导油环，第一推板安装槽的活塞安装腔底部有第一轴向油孔，上柱塞安装腔和下柱塞安装腔的底部通过第二轴向油孔相连通，第三推板安装槽的活塞安装腔底部有第三轴向油孔；第一轴向油孔的上端与推力装置液泵的出液口相连通，第一轴向油孔的上端与推力装置液泵的出液口之间安装有溢流阀；第一轴向油孔、第二轴向油孔和第三轴向油孔的下端分别与下导油环的导油槽相连通。4.根据权利要求1或2或3所述的垂直钻井工具，其特征在于凸块旋转装置包括推力胶囊、驱动凸块、回位弹簧和凸块压板；各轴向凸台的上部分别有沿右上左下方向倾斜布置的凸块安装腔，各凸块安装腔的内端分别安...

【专利技术属性】
技术研发人员：雄鹰，何新航，王峰，王吉文，
申请(专利权)人：中国石油集团西部钻探工程有限公司，
类型：发明
国别省市：新疆;65