一种水力推靠钻头指向式导向钻井工具制造技术

一种水力推靠钻头指向式导向工具，包括钻铤，钻铤内设置有涡轮致稳测控短节和指向式工具短节；使用时，驱动涡轮电机改变作用力矩，使得稳定平台控制主轴连接的上盘阀稳定或运动，当过流水眼与上盘阀的导流孔联通时，钻井液流入过流水眼通道，而后冲击水力推靠杯筒，形成射流冲击力，使得偏心控制轴产生偏转，从而形成导向力；本发明专利技术具有能够实现高造斜率旋转导向的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种水力推靠钻头指向式导向钻井工具
本专利技术属于石油钻井工程领域，具体涉及一种水力推靠钻头指向式导向工具。
技术介绍
为了满足油气资源勘探开发特别是海洋油气资源开发，以及油田后期的复杂油气藏中钻超深井、高难定向井、丛式井、水平井、大位移井、分支井及三维复杂结构井等特殊工艺井的开发要求，同时也满足闭环自动钻井发展的需要，迫切需要一种高造斜率的旋转导向钻井工具。旋转导向钻井技术不仅可以解决钻井过程中大位移井等类复杂结构井面临的钻井技术方面的难题，降低开发成本，还可以实现增大石油产量的目的。旋转导向钻井技术是展现一个国家或集团的钻井工程自动化技术水平高低的重要依据之一。旋转导向钻井工具是旋转导向钻井系统的核心，按其工作方式划分主要有四种：静态推靠式、静态指向式、动态推靠式与动态指向式四类。推靠式旋转导向钻井工具钻头的侧向力大，造斜率高，但旋转导向钻出的井眼狗腿大，轨迹波动大，不平滑。指向式旋转导向井下工具钻头的侧向力较小，造斜率较低，但旋转导向钻出的井眼狗腿小，轨迹平缓。从应用情况来看，指向式是旋转导向钻井系统的发展趋势。目前而言，国外较为成熟的旋转导向钻井工具主要以BakerHughes的AutoTrack系列、Schlumberger公司的PowerDrive系列、Halliburton公司的Geo-Pilot系列最具代表性。贝克休斯公司的AutoTrack是典型的推靠式工具，其“驱动轴-不旋转套”结构通过控制不旋转外套上推力块作用于井壁的合力大小及方向进行导向作业(参照专利文献W02008101020A、US2013256034A等)。而典型的钻头指向式旋转导向工具如哈里伯顿公司的Geo-Pilot(参照专利文献W02014055068A)、威德福公司的Revolution(参照专利文献W02008120025A)及斯伦贝谢公司的PowerDriveXceed(参照专利文献N020061119A)等。其中Geo-Pilot和Revolution是静态指向式旋转导向工具，工具的造斜能力通过调整井下导向工具偏置位移实现，且可连续调节。而“全旋转”结构的PowerDriveXceed采用了固定导向偏置结构，其造斜率通过交替变化的导向和稳斜钻进模式来实现，依靠地面系统下传导向参数(工具面及导向比例)来进行控制。无论推靠式还是指向式都存在各自的优点和不足，单一方式的结构都不能很好满足高造斜的钻井要求，因此两者的结合可有效避免单一形式的缺点，混合式结构成为现行的趋势。国内在这方面的研究起步较晚，还未研发出能够成功商业化应用的高造斜旋转导向钻井工具。耿艳峰等人专利技术的“动态指向式旋转导向钻井工具及其测控方法”(授权公告号CN104832088B)，采用双偏心环机构进行造斜，结构复杂；唐雪平等人专利技术的“一种全旋转指向式导向工具及导向方法”(授权公告号104499940B)，针对斯伦贝谢公司的PowerDriveXceed全旋转指向式导向工具存在的缺点，提出了一种改进的全旋转指向式导向工具；张晓广等人专利技术的“静态指向式旋转导向钻井工具”(授权公告号CN104775757B)，其上面部分是不旋转的静态结构；李洪涛等人专利技术的“指向式旋转导向钻井工具”(授权公告号CN104343389B)，采用集成液压缸实现芯轴的偏置，进而造斜，该专利技术只包含钻头指向式产生造斜；张策专利技术的“推靠指向式旋转导向钻井装置”(授权公告号CN103437704B)，采用稳定器与液压系统连接结构，其稳定器为不旋转装置，且只有钻头指向部分进行造斜。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足,本专利技术提供了一种水力推靠钻头指向式导向工具，能够实现高造斜率旋转导向，具有市场推广的价值。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是实现方式如下：一种水力推靠钻头指向式导向工具，包括钻铤13，钻铤13内设置有涡轮致稳测控短节和指向式工具短节；所述的涡轮致稳测控短节包括测控电子舱1，测控电子舱1通过上支撑轴承17和下支撑轴承18固定在钻铤13内，测控电子舱1通过控制主轴连接涡轮电机3和平台主轴4，涡轮电机3的输出轴通过平台主轴4连接上盘阀5，上盘阀5上设置有导流孔，上盘阀5一侧设置有配套的钻井液节流分配器6，钻井液节流分配器6上设置有多个均匀分布的导流孔；钻井液节流分配器6一侧的中间连接水力推靠杯筒7；所述的指向式工具短节包括偏心控制轴9，水力推靠杯筒7连通偏心控制轴9，偏心控制轴9上设置有侧向过流孔8，偏心控制轴9通过万向节10固定在钻铤13内，偏心控制轴9端部连接钻头12。所述的测控电子舱1通过控制主轴连接力矩涡轮2。所述的上盘阀5上的导流孔为月牙状。所述的水力推靠杯筒7呈圆杯形筒状。所述的偏心控制轴9穿过柔性变径接头11，偏心控制轴9通过内螺纹14连接柔性变径接头11，柔性变径接头11通过外螺纹15连接钻铤13内层，偏心控制轴9通过螺纹16连接钻头12。所述的钻铤13的上端设置有扶正器。本专利技术的有益效果：本专利技术采用驱动涡轮电机3改变作用力矩，使得稳定平台控制主轴4连接的上盘阀5稳定或运动，当过流水眼与上盘阀的导流孔联通时，钻井液流入过流水眼通道，而后冲击水力推靠杯筒7，形成射流冲击力，使得偏心控制轴9产生偏转，从而形成导向力，能够实现高造斜率旋转导向。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。图2为本专利技术中钻铤、柔性变径短接头、控制轴、钻头连接示意图。图3为本专利技术水力推靠杯筒作用力剖面图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术作进一步描述。参照图1所示，一种水力推靠钻头指向式导向工具，包括钻铤13，钻铤13内设置有涡轮致稳测控短节和指向式工具短节，钻铤13的上端设置有扶正器；所述的涡轮致稳测控短节包括测控电子舱1，测控电子舱1通过上支撑轴承17和下支撑轴承18固定在钻铤13内，测控电子舱1通过控制主轴连接涡轮电机3、平台主轴4和力矩涡轮2，涡轮电机3的输出轴通过平台主轴4连接上盘阀5，上盘阀5上设置有导流孔，上盘阀5一侧设置有配套的钻井液节流分配器6，钻井液节流分配器6上设置有多个均匀分布的导流孔；钻井液节流分配器6一侧的中间连接水力推靠杯筒7；所述的指向式工具短节包括偏心控制轴9，水力推靠杯筒7连通偏心控制轴9，偏心控制轴9上设置有侧向过流孔8，偏心控制轴9通过万向节10固定在钻铤13内，偏心控制轴9端部连接钻头12。参照图2所示，所述的偏心控制轴9穿过柔性变径接头11，偏心控制轴9通过内螺纹14连接柔性变径接头11，柔性变径接头11通过外螺纹15连接钻铤13内层，偏心控制轴9通过螺纹16连接钻头12。参照图3所示，水力推靠杯筒7呈圆杯形筒状，当上盘阀5保持固定角度时，水力推靠杯7产生的射流冲击力始终保持在固定位置。本专利技术的工作原理：使用时，涡轮致稳测控短节的动力源由涡轮电机3提供，力矩涡轮2用于平衡钻井工具的初始力矩，测控电子舱1完成对近钻头信息的采集处理并产生相应的控制信号，从而驱动涡轮电机3改变作用力矩，使得稳定平台控制主轴4连接的上盘阀5稳定或运动。所述钻头12和柔性变径短接头11连接，钻头通过螺纹16与偏心控制轴9连接，并随偏心控制轴9偏转和旋转，且连通偏心控制轴9的钻井液流道；柔性变径短接头11通过外螺纹15与外钻铤13相连，同时通过内螺纹14与偏心控制轴9连接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水力推靠钻头指向式导向工具，包括钻铤(13)，其特征在于，钻铤(13)内设置有涡轮致稳测控短节和指向式工具短节；所述的涡轮致稳测控短节包括测控电子舱(1)，测控电子舱(1)通过上支撑轴承(17)和下支撑轴承(18)固定在钻铤(13)内，测控电子舱(1)通过控制主轴连接涡轮电机(3)和平台主轴(4)，涡轮电机(3)的输出轴通过平台主轴(4)连接上盘阀(5)，上盘阀(5)上设置有导流孔，上盘阀(5)一侧设置有配套的钻井液节流分配器(6)，钻井液节流分配器(6)上设置有多个均匀分布的导流孔；钻井液节流分配器(6)一侧的中间连接水力推靠杯筒(7)；所述的指向式工具短节包括偏心控制轴(9)，水力推靠杯筒(7)连通偏心控制轴(9)，偏心控制轴(9)上设置有侧向过流孔(8)，偏心控制轴(9)通过万向节(10)固定在钻铤(13)内，偏心控制轴(9)端部连接钻头(12)。

【技术特征摘要】
1.一种水力推靠钻头指向式导向工具，包括钻铤(13)，其特征在于，钻铤(13)内设置有涡轮致稳测控短节和指向式工具短节；所述的涡轮致稳测控短节包括测控电子舱(1)，测控电子舱(1)通过上支撑轴承(17)和下支撑轴承(18)固定在钻铤(13)内，测控电子舱(1)通过控制主轴连接涡轮电机(3)和平台主轴(4)，涡轮电机(3)的输出轴通过平台主轴(4)连接上盘阀(5)，上盘阀(5)上设置有导流孔，上盘阀(5)一侧设置有配套的钻井液节流分配器(6)，钻井液节流分配器(6)上设置有多个均匀分布的导流孔；钻井液节流分配器(6)一侧的中间连接水力推靠杯筒(7)；所述的指向式工具短节包括偏心控制轴(9)，水力推靠杯筒(7)连通偏心控制轴(9)，偏心控制轴(9)上设置有侧向过流孔(8)，偏心控制轴(9)通过万向节(10)固定在钻铤(13)内，偏心控制轴(9...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪跃龙，霍爱清，程为彬，
申请(专利权)人：西安石油大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61