可旋转钻柱定向钻进短节和钻进方法技术

本发明专利技术涉及一种可旋转钻柱定向钻进短节和钻进方法，属于钻井工具领域，其包括外壳；设置在所述缸体外壳内的缸体；开关总成，所述开关总成构造成在开启时使所述缸体和所述外壳分离而能够相对旋转，而在关闭时使所述缸体和所述外壳连接而能够同步旋转；井壁摩擦机构，包括与所述缸体相连的第一接头，以及布置在所述第一接头内的可动件，所述可动件构造成能够根据流经所述短节的钻井液的排量而径向运动，从而选择性地对井壁施加不同的摩擦力。定向钻进时，打开开关，钻杆可以在转盘带动下旋转，短节以下螺杆钻具的反扭矩被井壁摩擦机构产生的摩擦力平衡，工具面处于稳定状态，实现定向钻进可旋转钻柱的效果，从而有效降低托压效应，提高了机械钻速。

Directional drilling with rotary drill string and drilling method

The invention relates to a rotary drill string directional drilling joint and a drilling method, belonging to the field of drilling tools, which comprises a casing, a cylinder body arranged in the casing of the cylinder body, a switch assembly, which is constructed to separate the cylinder body and the casing at opening and rotate relatively, while connecting the cylinder body and the casing at closing so as to rotate synchronously. The wellbore friction mechanism includes a first joint connected with the cylinder block and a movable member arranged in the first joint, which is constructed to move radially according to the displacement of drilling fluid flowing through the short joint, thereby selectively exerting different friction forces on the wellbore. In directional drilling, when the switch is opened, the drill pipe can rotate under the drive of the rotary table. The reverse torque of the screw drill tool below the short section is balanced by the friction force produced by the friction mechanism on the borehole wall, and the tool surface is in a stable state. The effect of rotary drill string in directional drilling can be realized, thus effectively reducing the supporting pressure effect and improving the mechanical drilling speed.

【技术实现步骤摘要】
可旋转钻柱定向钻进短节和钻进方法
本专利技术涉及一种可旋转钻柱定向钻进短节，特别是一种应用于定向井、水平井定向钻井作业的短节。本专利技术还涉及一种钻进方法。
技术介绍
在定向井、水平井中，主要是通过螺杆钻具来控制井眼轨迹。通常来说，钻柱不旋转以保证螺杆钻具工具面的稳定。然而，这样会导致钻柱和井壁之间产生较大的轴向摩阻。尤其是对于长水平段水平井和大位移井而言，轴向摩阻会导致钻压传递不顺利、机械钻速低等问题。中国专利文件201620363357.0公开了一种井下管柱转动控制开关，其包括上接头、开关总成、外壳和下接头。开关总成根据钻井需要打开或关闭开关。当关闭开关后，整体的钻柱结构是一体的，从上至下同时旋转或不旋转。当打开开关后，开关以下的钻杆、无磁钻铤及螺杆钻具在摩擦力的作用下保持不旋转的状态。这样就可以在保持井眼轨迹控制能力的前提下，保持开关以上钻柱的旋转。钻柱旋转时产生动摩擦力代替静摩擦力，降低了钻柱的摩阻。但是，设置在下方的螺杆钻具产生较大的反扭矩，为了克服该反扭矩，需要在此开关下方安装较长的钻柱，利用钻柱的摩擦力来克服反扭矩。通常来说，开关下方安装的钻柱长达300米左右，钻柱的摩擦力受运动状态及井下环境的影响较大，在工作时经常会发生摩擦力变化的情况，造成螺杆钻具不稳定的情况产生。300米左右的钻柱不能旋转，缩短了钻柱旋转的比例，影响了降摩提速的效果。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出了一种可旋转钻柱定向钻进短节和钻进方法，能够降低钻柱与井壁之间的轴向摩阻，减小螺杆钻具所承受的反扭矩。根据本专利技术的一个方面，提出了可旋转钻柱定向钻进短节，包括：外壳；设置在所述缸体外壳内的缸体；开关总成，所述开关总成构造成在开启时使所述缸体和所述外壳分离而能够相对旋转，而在关闭时使所述缸体和所述外壳连接而能够同步旋转；井壁摩擦机构，包括与所述缸体相连的第一接头，以及布置在所述第一接头内的可动件，所述可动件构造成能够根据流经所述短节的钻井液的排量而径向运动，从而选择性地对井壁施加不同的摩擦力。本专利技术的进一步改进在于，所述第一接头构造成套筒接头，包括贯穿接头外壁的径向孔，所述可动件密封式地布置在径向孔内。本专利技术的进一步改进在于，所述径向孔包括靠近所述第一接头的中心的内段和远离所述第一接头的外段，其中所述内段的直径大于所述外段的直径。本专利技术的进一步改进在于，所述可动件包括能够在所述内段中运动的第一部分，以及能够在所述外段中运动的第二部分。本专利技术的进一步改进在于，在所述第一接头和所述外壳之间设置有推力轴承。本专利技术的进一步改进在于，所述开关总成包括与所述外壳固定连接的第二接头，设置在缸体上的插销，以及能够控制插销与所述第二接头相连的顶杆。本专利技术的进一步改进在于，所述顶杆下端设置能够在所述缸体内滑动的活塞，所述活塞底部通过第一弹性件连接所述缸体。本专利技术的进一步改进在于，所述顶杆与所述活塞通过第二弹性件相连。根据本专利技术的另一方面，提供了一种钻进方法，包括：将根据上述可旋转钻柱定向钻进短节安装在螺杆钻具的上游；在进行复合钻进时，降低钻井液的排量，从而关闭所述可旋转钻柱定向钻进短节的开关总成；以及在进行定向钻进时，增大钻井液的排量，从而打开所述开关总成。本专利技术的进一步改进在于，在进行复合钻进时，降低钻井液的排量，井壁摩擦机构对井壁的摩擦力减小；以及本专利技术的进一步改进在于，所述下接头和所述外壳之间设置推力轴承。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：在本专利技术所述的可旋转钻柱定向钻进短节中，开关总成能够控制外壳和缸体的连接或分离，从而控制钻柱转动，钻柱旋转时，降低了钻柱的摩阻。井壁摩擦机构能够与井壁紧贴接触，并产生摩擦力，可以克服螺杆钻具反扭矩保持螺杆钻具的工具面，从而在定向钻进时减小摩阻，降低粘卡风险，防止托压现象的发生。在本专利技术的可旋转钻柱定向钻进短节中，开关总成和井壁摩擦机构均通过钻井液控制。当需要复合钻井时，可以降低钻井液的排量，从而关闭了可旋转钻柱定向钻进短节的开关总成，使得缸体和外壳相互连接而能够同步旋转。因此，本专利技术所述的短节以及下部连接的螺杆钻具一同旋转。由于钻井液排量降低，可动件和井壁之间的摩擦力变小，则有利于降低转盘负荷，并且使井倾保持不变。而当井眼轨迹和设计出现偏差，需要定向钻进时，可以增大钻井液的排量，这样便打开可旋转钻柱定向钻进短节的开关总成。这样一来，缸体和外壳彼此分离，从而能够相对旋转。同时，可动件与井壁之间的摩擦力增大，则螺杆钻具的反扭矩被推靠块和井壁间的摩擦力抵消。这样就保持了螺杆钻具工作面的稳定，并且能够迅速改变井眼轨迹，同时降低摩阻、提高钻速。在本专利技术的可旋转钻柱定向钻进短节中井壁摩擦机构工作时，可动件与井壁之间产生摩擦力。该摩擦力使井壁摩擦机构卡在井壁上，抵消短节以下螺杆钻具的反扭矩。因此，不需要在短节以下安装300米的钻柱来抵消反扭矩。此外，井壁摩擦机构相比于300米的钻柱，摩擦力不受运动状态和井下环境的影响，因而更加稳定，从而使得螺杆钻具的工作面更稳定；同时井壁摩擦机构的摩擦力便于控制，根据不同的需要控制摩擦力的大小。附图说明图1是根据本专利技术的一个实施方案的可旋转钻柱定向钻进短节的示意图；图2是图1的B-B剖视图，显示了根据本专利技术的井壁摩擦机构的截面示意图；图3是图1的A-A剖视图，显示了根据本专利技术的开关总成的截面示意图。在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。在附图中各附图标记的含义如下：10、外壳，11、推力轴承，20、缸体，21、滑槽，30、井壁摩擦机构，31、第一接头，32、径向孔，33、可动件，34、内段，35、外段，36、第一部分，37、第二部分，40、开关总成，41、第二接头，42、插销，43、顶杆，44、活塞，45、第一弹性件，46、顶杆座，47、第二弹性件，48、第三弹性件，49、插销槽。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术作进一步说明。图1示意性地显示了根据本专利技术的一个实施例可旋转钻柱定向钻进短节。根据本专利技术的可旋转钻柱定向钻进短节尤其能够用于水平井或定向井的钻井。如图1所示，本实施例的短节包括外壳10。在本实施例中，外壳10为圆筒形。外壳10内设置缸体20，所述缸体20同样为圆筒形。本实施例的短节还包括开关总成40。该开关总成40构造成在开启时使缸体20和外壳10分离而能够相对旋转，而在关闭时使缸体20和外壳10连接而能够同步旋转。本实施例的短节还包括井壁摩擦机构30。该井壁摩擦机构30包括与所述缸体20相连的第一接头31，以及布置在所述第一接头31内的可动件33，所述可动件33构造成能够根据流经所述短节的钻井液的排量而径向运动，从而选择性地对井壁施加摩擦力。在使用时，缸体20的内腔用于流通钻井液，钻井液在流动过程中向开关总成40和井壁摩擦机构30施加压力。开关总成40随着钻井液施加的压力大小进行开启或关闭。同时，井壁摩擦机构30随着钻井液施加的压力大小而改变可动件33和井壁之间的摩擦力。这样，通过控制钻井液的排量就能够控制开关总成40的开启和关闭，从而控制缸体20和外壳10之间分离或连接。与此同时，控制钻井液的排量也能够控制井壁摩擦机构30与井壁间的摩擦力。在一个优选实施例中，如图1和图2所示，第一接头31构造成套筒接头。第一接头31包括贯穿接头本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.可旋转钻柱定向钻进短节，包括：外壳(10)；设置在所述缸体(20)外壳(10)内的缸体(20)；开关总成(40)，所述开关总成(40)构造成在开启时使所述缸体(20)和所述外壳(10)分离而能够相对旋转，而在关闭时使所述缸体(20)和所述外壳(10)连接而能够同步旋转；井壁摩擦机构(30)，包括与所述缸体(20)相连的第一接头(31)，以及布置在所述第一接头(31)内的可动件(33)，所述可动件(33)构造成能够根据流经所述短节的钻井液的排量而径向运动，从而选择性地对井壁施加摩擦力。

【技术特征摘要】
1.可旋转钻柱定向钻进短节，包括：外壳(10)；设置在所述缸体(20)外壳(10)内的缸体(20)；开关总成(40)，所述开关总成(40)构造成在开启时使所述缸体(20)和所述外壳(10)分离而能够相对旋转，而在关闭时使所述缸体(20)和所述外壳(10)连接而能够同步旋转；井壁摩擦机构(30)，包括与所述缸体(20)相连的第一接头(31)，以及布置在所述第一接头(31)内的可动件(33)，所述可动件(33)构造成能够根据流经所述短节的钻井液的排量而径向运动，从而选择性地对井壁施加摩擦力。2.根据权利要求1所述的可旋转钻柱定向钻进短节，其特征在于，所述第一接头(31)构造成套筒接头，包括贯穿接头外壁的径向孔(32)，所述可动件(33)密封式地布置在径向孔(32)内。3.根据权利要求2所述的可旋转钻柱定向钻进短节，其特征在于，径向孔(32)包括靠近所述第一接头(31)的中心的内段(34)和远离所述第一接头(31)的中心的外段(35)，其中所述内段(34)的直径大于所述外段(35)的直径。4.根据权利要求3所述的可旋转钻柱定向钻进短节，其特征在于，所述可动件(33)包括能够在所述内段(34)中运动的第一部分(36)，以及能够在所述外段(35)中运动的第二部分(37)。5.根据权利要求1到4中任一项所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑德帅，冯江鹏，豆宁辉，赵晨熙，胡亮，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11