一种高精度短半径旋转导向钻井工具制造技术

本发明专利技术公开了一种高精度短半径旋转导向钻井工具，其包括导向钻进短节、钻压扭矩偏转传递机构、工具面角测量模块、控制模块、跨接线路以及驱动钻柱，其中，导向钻进短节通过驱动钻柱连接于其上方的常规钻柱或旋转驱动装置。导向钻进短节由钻头和导向短节构成，导向短节包括承载本体，承载本体的末端固定有所述钻头。驱动钻柱包括多个由上至下依次连接的承载短节，位于最下方的所述承载短节与所述承载本体相接，且相邻两所述承载短节之间以及所述承载短节与所述承载本体之间均通过钻压扭矩偏转传递机构相铰接；本发明专利技术能够有效实现短

【技术实现步骤摘要】
一种高精度短半径旋转导向钻井工具


[0001]本专利技术涉及短半径旋转导向钻井工具领域，具体是一种高精度短半径旋转 导向钻井工具。

技术介绍

[0002]很多油气藏、或者需要流化开采的固体矿藏的开发需要大量用到钻井技术， 甚至于水平井钻探技术；由于现有的定向钻井技术无法实现短半径转向，难于 开发超薄储层；或在盖层中难于造斜但进入储层后又需要大曲率转向的定向井； 或尽可能大限度的实现分支钻井；或在浅部地层实现大角度转弯，或通过在已 有井眼中侧钻分支井以实现井旁储量的动用；现有技术中，通常采用带有弯接 头的螺杆钻具钻分支井的方式实现井旁储量的动用；已有资料表明，现有的螺 杆钻具定向钻井技术以及其他定向钻井技术无法超过15
°
/30米的造斜率。
[0003]综上所述，井眼曲率太大，现有的可控轨迹的定向井技术无法实现；井眼 曲率太小，导致造斜段太长，处于转弯状态的井段会产生大量的无效进尺，经 济效益差且增加了施工井段的作业难度。

技术实现思路

[0004]为此，本专利技术提出一种高精度短半径旋转导向钻井工具以解决上述背景技 术中提出的问题。用于实现转弯半径小于50米的定向钻井或通过上述弯半径小 于50米的高曲率井段完成其延伸井段的定向钻井。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供以下技术方案：一种高精度短半径旋转导向 钻井工具，其特征在于，所述高精度短半径旋转导向钻井工具包括：
[0006]导向钻进短节，其包括钻头和导向短节，所述导向短节包括承载本体，所 述承载本体上设置有偏转导向机构和钻头姿态测量模块，所述钻头连接于所述 承载本体的下端，所述偏转导向机构能驱动所述钻头按预设方向偏转；
[0007]驱动钻柱，其包括多个由上至下依次连接的承载短节，位于最下方的所述 承载短节与所述承载本体相接，且相邻两所述承载短节之间以及所述承载短节 与所述承载本体之间均通过钻压扭矩偏转传递机构相铰接；
[0008]电驱动执行器，能驱动所述导向机构实现导向功能；
[0009]电驱动执行器驱动模块，随所述承载本体和承载短节一同旋转，能通过驱 动所述电驱动执行器实现导向功能；
[0010]控制模块，随所述承载本体和承载短节一同旋转，能通过驱动所述电驱动 执行器驱动模块实现导向功能；
[0011]工具面角测量模块，随所述承载本体和承载短节一同旋转，能测量所述高 精度短半径旋转导向钻井工具的工具面角，并辅助控制模块实现其功能；
[0012]需要说明的是:所述工具面角测量模块、钻头姿态测量模块、所述控制模块、 所述
电驱动执行器驱动模块均说明其功能，并不代表上述模块不能进行组合， 例如所述测量模块和所述控制模块采用同一块电路板实现，再例如所述控制模 块和所述电驱动执行器驱动模块被采用同一块电路板实现。
[0013]跨接线路，能跨越所述钻压扭矩偏转传递机构传递电能和/或信号。
[0014]所述设置于不同短节的电力和/或电子设备之间能通过与所述跨接线路电连 接，以实现电力和/或通讯连接。所述电力和/或电子设备包括所述工具面角测 量模块、钻头姿态测量模块、所述控制模块、所述电驱动执行器驱动模块、工 具面角测量模块、电驱动执行器。
[0015]钻压扭矩偏转传递机构可以包含万向节，或包含万向节和铰接结构，或包 含扭矩传递轴与铰接结构。
[0016]进一步的，一种高精度短半径旋转导向钻井工具，其包括导向钻进短节、 钻压扭矩偏转传递机构、驱动短节以及驱动钻柱，其中，所述导向钻进短节通 过所述驱动钻柱驱动连接于刚度远大于所述高精度短半径旋转导向钻井工具的 常规钻杆，所述常规钻杆被井口处的旋转设备驱动，所述旋转设备可以是转盘、 顶驱、旋转头等提供钻井旋转动力的设备。
[0017]所述导向钻进短节由钻头和导向短节构成，所述导向短节包括承载本体， 所述承载本体的末端固定有所述钻头，所述承载本体上设置有钻头姿态测量模 块、电驱动执行器、电驱动执行器驱动模块、控制模块以及能够驱动所述钻头 按预设方向偏转的偏转导向机构；
[0018]所述驱动钻柱包括多个依次连接的承载短节，位于最末端的一所述承载短 节通过钻压扭矩偏转传递机构与所述承载本体相铰接，且每两个相邻的所述承 载短节之间也都通过钻压扭矩偏转传递机构相铰接。
[0019]进一步的，作为优选，所述偏转导向机构包括至少三个圆周阵列设置在所 述承载本体内壁上的驱动液压缸，所述驱动液压缸由连接于所述承载本体内壁 上的活塞缸，驱动活塞以及推靠件组成，所述活塞缸内设置有驱动活塞，所述 驱动活塞上固定有推靠件。
[0020]进一步的，作为优选，工具面角测量短节，其设有工具面角测量模块，所 述工具面角测量模块与控制模块电连接，所述控制模块能通过电驱动执行器驱 动模块驱动所述电驱动执行器实现导向功能，所述工具面角测量短节连接于所 述导向钻进短节与所述驱动钻柱之间，或者，所述工具面角测量短节连接于所 述驱动钻柱中任意位置，或者，所述工具面角测量短节连接于所述驱动钻柱的 上端。工具面角测量短节与任意邻近的承载短节、承载本体或其他功能短节均 采用所述钻压扭矩偏转传递机构连接。
[0021]所述工具面角测量模块42，至少包括能测量径向加速度分量的加速度传感 器、能测量径向磁通分量的磁力计中的任意一种或组合。
[0022]后置的工具面角测量模块可以很好的防止钻头处震动或者防止近钻头处的 磁场干扰。
[0023]进一步的，作为优选，所述钻头的上端同轴连接有传动杠杆，所述传动杠 杆通过可控万向节与所述承载本体的下部相接，且所述传动杠杆与所述承载本 体之间形成有活动间隙，所述活动间隙内设有所述偏转导向机构并位于所述可 控万向节的上方，以便所述驱动活塞能通过所述传动杠杆与井壁抵接，所述驱 动活塞的伸缩驱动所述传动杠杆绕所
述可控万向节的中心转动，从而使得所述 传动杠杆带动所述钻头按预设方向偏转。
[0024]进一步的，作为优选，所述电驱动执行器包括多个分别与各所述驱动液压缸 一一对应的电磁阀，每个所述电磁阀与所述电驱动执行器驱动模块电连接，所 述电磁阀具有第一通路和第二通路，所述第一通路与所述驱动液压缸相连通， 所述第二通路与所述贯通流道相连通，所述电磁阀能将所述贯通流道与所述驱 动液压缸进行周期性连通。
[0025]进一步的，作为优选，所述电驱动执行器包括转阀和驱动电机，所述承载 本体上设有贯通流道，所述转阀能使所述贯通流道与所述驱动液压缸进行周期 性连通，所述驱动电机与所述电驱动执行器驱动模块电连接；
[0026]所述转阀包括转阀转子和转阀定子，所述转阀定子与所述承载本体固定连 接，所述转阀定子设置有多个分别与各所述驱动液压缸一一对应的阀位；
[0027]所述驱动电机包括驱动电机转子和驱动电机定子，所述驱动电机定子与所 述承载本体固定连接；所述转阀转子与所述驱动电机转子相互耦接，所述驱动 电机转子能驱动所述转阀转子相对所述转阀定子进行旋转。
[0028本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高精度短半径旋转导向钻井工具，其特征在于，所述高精度短半径旋转导向钻井工具包括：导向钻进短节(100)，其包括钻头(110)和导向短节(120)，所述导向短节(120)包括承载本体(121)，所述承载本体(121)上设置有偏转导向机构(130)和钻头姿态测量模块(41)，所述钻头(110)连接于所述承载本体(121)的下端，所述偏转导向机构能驱动所述钻头按预设方向偏转；驱动钻柱(200)，其包括多个由上至下依次连接的承载短节，位于最下方的所述承载短节与所述承载本体相接，且相邻两所述承载短节之间以及所述承载短节与所述承载本体之间均通过钻压扭矩偏转传递机构(220)相铰接；电驱动执行器(140)，能驱动所述导向机构实现导向功能；电驱动执行器驱动模块(230)，能通过驱动所述电驱动执行器实现导向功能；控制模块(250)，能通过驱动所述电驱动执行器驱动模块实现导向功能；工具面角测量模块(280)，能测量所述高精度短半径旋转导向钻井工具的工具面角，并辅助控制模块实现其功能；2.根据权利要求1所述的一种高精度短半径旋转导向钻井工具，其特征在于：所述偏转导向机构包括至少三个圆周阵列设置在所述承载本体(121)内壁上的驱动液压缸(131)，所述驱动液压缸(131)由连接于所述承载本体(121)内壁上的活塞缸(1311)，驱动活塞(1312)以及推靠件(1313)组成，所述活塞缸(1311)内设置有驱动活塞(1312)，所述驱动活塞(1312)上固定有推靠件(1313)。3.根据权利要求2所述的一种高精度短半径旋转导向钻井工具，其特征在于：所述一种高精度短半径旋转导向钻井工具还包括工具面角测量短节(280)，所述工具面角测量短节(280)内设置有工具面角测量模块(42)，所述工具面角测量模块(42)与所述控制模块(270)电连接。所述工具面角测量模块设置于所述承载本体和任意承载短节之间，或，设置于任意两个承载短节之间，所述工具面角测量短节(280)与承载短节或承载本体均采用钻压扭矩偏转传递机构(220)连接。4.根据权利要求3所述的一种高精度短半径旋转导向钻井工具，其特征在于：所述钻头(110)的上端同轴连接有传动杠杆(111)，所述传动杠杆(111)通过可控万向节(112)与所述承载本体(121)的下部相接，且所述传动杠杆(111)与所述承载本体(121)之间形成有活动间隙，所述活动间隙内设有所述偏转导向机构并位于所述可控万向节(112)的上方，以便所述驱动活塞(1312)能通过所述传动杠杆(111)与井壁抵接，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ七四专利代理机构，
申请(专利权)人：万晓跃，
类型：发明
国别省市：