角度可控的新型旋转导向工具制造技术

本发明专利技术公开了在石油定向钻井中一种角度可控的新型旋转导向工具，此工具的目的在于可根据井下情况调整钻井角度的控制，提高钻井效率。该新型旋转导向工具包括：上部液压角度控制总成，离合器控制总成，偏离装置总成。液压角度控制总成包括中空芯轴，可沿中空芯轴往复运动的多角度敲击环，离合器总由两根带键与键槽的轴啮合而成，偏离装置总成包括一排偏执执行机构，可控制旋转外壳构成，可滑动的活塞机构可通过控制流量的大小控制在两个位置，一个位置接通流体与偏执执行机构，实现定向钻井，另一个位置隔离流体进入偏执机构腔室，实现垂直钻井。该新型工具结构简单，可实现多角度钻井控制。

【技术实现步骤摘要】
角度可控的新型旋转导向工具
本专利技术涉及石油天然气钻探工程技术井下定向钻井钻具设备领域，特别是一种角度可控的旋转导向工具。
技术介绍
旋转导向钻井系统(RotarySteerableSystems，简称RSS)是在钻柱旋转钻进时，随钻实时完成导向功能的一种导向式钻井系统,目前国际上的旋转导向钻井系统，根据其导向方式可以划分为推靠式(PushtheBit)和指向式(PointtheBit)两种。近年来，随着国内外大部分油田相继进入开发后期，而新探区大部分都处于特殊环境，使勘探开发难度和成本增大。为了提高油气采收率、降低成本，超深井、高难度定向井、丛式井、水平井、大位移井、多底井及三维多目标井等特殊工艺井技术相继出现并受到广泛重视，而能够引导或控制井眼按预定的井眼轨迹(几何导向)或预定的目标地层(地质导向)钻进的旋转导向钻井技术成为钻成这些高难度的复杂结构井的关键技术。此外，页岩气等非常规油气资源开发需要RSS技术。为了降低页岩气开发成本，获得较高的收益率，丛式水平井已成为页岩气开发的主要钻井方式。在丛式水平井钻井作业中，为了加快钻井速度，延长水平段位移，提高单井产能，RSS就成了页岩气开发中必不可少的技术装备。因此研究一种角度可控的新型旋转导向工具具有重要意义。
技术实现思路
为了提高钻井效率，实现井下钻井角度控制，本专利技术提供了一种角度可控的新型旋转导向工具，使钻井工程中随时调整钻井角度。本专利技术的目的通过以下实施方案实现：在一些实施方案中，该新型旋转导向工具由三大部分组成：角度控制总成，离合器总成，偏置总成。角度控制总成包括中空芯轴，可延中空芯轴往复运动的多角度敲击环离合器总由两根带有键与键槽的轴啮合而成，偏离总成包括一排偏置执行机构，可控制旋转外壳构成，可滑动的活塞机构可通过控制流量的大小控制在两个位置，一个位置接通流体与偏置执行机构，实现定向钻井另一个位置隔离流体进入偏置机构腔室，实现垂直钻井。在一些实施方案中，角度控制总成中的活塞能在上下两个流量阀的共同作用下实现往复运动，从而实现多角度敲击环的往复运动，多角度敲击环是一个锥形结构的装置，通过与偏转环的共同控制实现角度的可控。当偏转环移动时，偏转环可推动内套筒与外套筒啮合，实现偏置芯轴与偏置外壳共同旋转，此时为非导向钻井状态；当液压变小时，在压力弹簧的作用下，实现偏置芯轴与偏置外壳分离，此时为导向钻井状态。在一些实施方案中，可滑动活塞通过活塞上设置的定位槽与定位销钉在液压调节与弹簧的共同作用下实现往复运动，通过活塞上的通孔与偏置芯轴的通孔的相互之间的状态实现对偏置机构偏置执行机构控制。在一些实施方案中偏转环，内套筒，外套筒与偏转柔性芯轴均设置有键与键槽的结构，从而实偏置芯轴与偏置外壳周向扭矩的传递与轴向滑动。在一些实施方案中，活塞在偏置芯轴中往复运动时末端安装有一个定位套筒。本专利技术的有益效果是：通过控制阀门，实现对角度控制装置中活塞的往复运动，控制钻井角度，通过控制离合器和控制活塞的往复运动共同控制钻井状态的控制，实现了钻井方式的切换，双重控制提高了钻井的安全性，同时提高了钻井效率。附图说明图1.为本专利技术的整体装配图；图2.为离合器啮合剖面图；图3.为活塞定位槽布置展开图；图4.为定位保护套筒的剖面图；图中：1-角度控制总成，2-离合器总成，3-偏置总成，4-中空芯轴，5-活塞缸，6-第一弹簧，7-上活塞,8-上流量控制阀,9-上流道，10-下流道，11-下流量控制阀，12-多角度敲击环，13-上入口流道，14-上中心流道，15-偏转环，16-万向节，17-内套筒，18-第二弹簧，19-外套筒，20-偏置芯轴，21-定位套筒，22-定位槽，23-定位销钉1，24-轴承组件，25-偏置外壳，26-下活塞，27-下中心流道，28-第三弹簧，29-第四弹簧，30-偏置活塞，31-第二定位销钉，32-第二定位套筒，33-第一通孔，34-第二通孔，35-定位槽位置1，36-定位槽位置2，37-定位槽位置3，38-内套筒键，39-偏置芯轴键，40-偏置芯轴键槽，41-下活塞26第一末端，42-下活塞26第二末端，43-定位保护套筒。具体实施方式一种角度可控的新型旋转导向工具，该工具设置有一个带液压控制系统的角度控制总成1，带离合器功能的离合器总成2，下部设置有偏置总成3，一种角度可控的新型旋转导向工具其特征在于，角度控制总成1由中空芯轴4，活塞缸5，第一弹簧6，上活塞7，上流量控制阀8，下流量控制阀11，以及可沿着中空芯轴4运动的多角度敲击环12，偏转环15，万向节16组成，万向节16是角度控制总成1与离合器总成2的连接枢纽，偏转环15通过键连接方式连接在偏置芯轴20上，离合器总成2由内套筒17，第二弹簧18，外套筒19，定位套筒21组成，内套筒17通过键连接方式与偏置芯轴20连接，外套筒19通过螺纹或者螺栓方式固定在偏置外壳25上，偏置总成3特征在于，偏置外壳25上设置的偏置执行机构由第四弹簧29及偏置活塞30组成，偏置芯轴20通过轴承组件24固定在偏置外壳25内部，偏置芯轴20内部开孔，且偏置芯轴20内部设置有可往复运动的偏置机构的控制结构，偏置机构的控制机构包括可滑动的下活塞26，一组定位销钉23设置在偏置芯轴20上，下活塞26上设置有一组定位槽22，第三弹簧28通过销钉定位一头定位在下活塞26上，一头定位在定位套筒32上，下活塞26上设置有第一通孔33，偏置芯轴20设置有第二通孔34，定位套筒32通过螺栓固定在偏置芯轴20上，定位套筒32上的通孔与偏置芯轴20的通孔共同构成第二通孔34，偏置芯轴20末端设置有定位保护套筒43。如图1所示，当钻井处于垂直旋转钻井状态时，具体实施方案如下：当钻井液通过上入口流道13进入上中心流道14时，角度控制器1的上流量控制阀8与下流量控制阀11开启，上流量控制阀8阀门大，下流量控制阀11阀门小，使上活塞7沿着箭头A的方向移动适当的距离，在上活塞7，多角度敲击环12，偏转环15的作用下，内套筒17沿着箭头A的方向移动，直至与外套筒19啮合，此时偏置外壳25将与偏置芯轴20共同运动。当钻井液到达下活塞26上部时，会施加给下活塞26一部分压力，此时下活塞26在压力作用下，压缩第三弹簧28，沿着箭头A的方向运动，当定位销钉23与定位槽22的位置35(如图3)啮合时，下活塞26第一末端41与定位保护套筒43紧密接触，下活塞26停止A方向的运动，同时保护套筒43防止定位销钉因剪切力过大而失效。此时，第一通孔33与第二通孔34并未接通，钻井液直接通过下中心流道27流出。在如上所述的工作状态下，偏置外壳25与偏置芯轴20一起运动，钻井处于直线钻井状态。当钻井处于旋转导向钻井状态时，具体实施方案如下：此时，减小钻井液的通过上部流道13的流量，关闭上流量控制阀8，下流量控制阀11仍处于开启状态，此时上流量控制阀8腔室的钻井液通过活塞缸5上的通孔流出，上腔室压力减小，形成压力差，同时在第一弹簧6与第二弹簧18的共同作用下，上活塞7，多角度敲击环12，偏转环15的，内套筒17沿箭头A相反的方向运动至最远距离，因此此时，偏置外壳25与偏置芯轴20分离。当钻井液施加在下活塞26上部的压力减少时，在第三弹簧28的作用下，下活塞26沿着与箭头本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种角度可控的新型旋转导向工具，该工具设置有一个带液压控制系统的上部角度控制总成(1)，带离合器功能的离合器控制总成(2)，下部设置有偏执装置总成(3)，一种角度可控的新型旋转导向工具其特征在于，上部角度控制总成(3)由中空芯轴(4)，活塞缸(5)，弹簧(6),活塞(7),上流量控制阀(8),下流量控制阀(11)，及可沿着中空芯轴运动的多角度敲击环(12)，偏转环(15)，万向节(16)组成，万向节(16)是角度控制总成与离合器总成的连接枢纽，偏转环(15)通过键连接方式连接在偏置柔性芯轴(20)上，离合器总成(2)由内套筒(17)，弹簧(18)，外套筒(19)，定位套筒(20)组成，内套筒通过键连接方式与偏转芯轴(20)连接，外套筒(19)通过螺纹或者螺栓方式固定在偏转外壳(25)上，偏执装置其特征在于，偏转外壳(25)上设置有偏执执行机构由弹簧(29)及偏执活塞(30)组成，偏执柔性芯轴(20)通过轴承组件(24)固定在装置内部，偏执柔性芯轴(20)内部开孔，其内部设置有可往复运动的偏执机构的控制结构，其包括可滑动的活塞(26)，一组定位销钉(23)设置在偏置柔性芯轴(20)上，活塞(26)上设置有一组定位槽(22)，弹簧(28)通过销钉定位一头定位在活塞(26)上，一头定位在定位套筒(32)上，活塞(20)上设置有通孔(33)，偏置柔性芯轴(20)设置有通孔(34)，定位套筒(32)通过螺栓固定在偏置柔性芯轴(20)上，其上设置通过与偏执柔性芯轴(20)的通孔共同构成通孔(34)，装置末端设置有定位保护套筒(43)。...

【技术特征摘要】
1.一种角度可控的新型旋转导向工具，该工具设置有一个带液压控制系统的角度控制总成(1)，带离合器功能的离合器总成(2)，下部设置有偏置总成(3)，一种角度可控的新型旋转导向工具其特征在于，角度控制总成(1)由中空芯轴(4)，活塞缸(5)，第一弹簧(6)，上活塞(7)，上流量控制阀(8)，下流量控制阀(11)，以及可沿着中空芯轴(4)运动的多角度敲击环(12)，偏转环(15)，万向节(16)组成，万向节(16)是角度控制总成(1)与离合器总成(2)的连接枢纽，偏转环(15)通过键连接方式连接在偏置芯轴(20)上，离合器总成(2)由内套筒(17)，第二弹簧(18)，外套筒(19)，定位套筒(21)组成，内套筒(17)通过键连接方式与偏置芯轴(20)连接，外套筒(19)通过螺纹或者螺栓方式固定在偏置外壳(25)上，偏置总成(3)特征在于，偏置外壳(25)上设置的偏置执行机构由第四弹簧(29)及偏置活塞(30)组成，偏置芯轴(20)通过轴承组件(24)固定在偏置外壳(25)内部，偏置芯轴(20)内部开孔，且偏置芯轴(20)内部设置有可往复运动的偏置机构的控制结构，偏置机构的控制结构包括可滑动的下活塞(26)，一组定位销钉(23)设置在偏置芯轴(20)上，下活塞(26)上设置有一组定位槽(22)，第三弹簧(28)通过销钉定位一头定位在下活塞(26)上，一头定位在定位套筒(32)上，下活塞(26)上设置有第一通孔(33)，偏置芯轴(20)设置有第二通孔(34)，定位套筒(32)通过螺栓...

【专利技术属性】
技术研发人员：田家林，夏天鸿，杨琳，袁长福，杨志，刘刚，吴纯明，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川;51