一种柔性导向钻井工具制造技术

本发明专利技术公开了一种柔性导向钻井工具，其涉及钻井、钻孔技术领域。本发明专利技术公开的柔性导向钻井工具，通过柔性驱动钻柱和柔性驱动控制系统提高了柔性导向钻井工具的通过性，解决了极短半径井眼中的井眼轨迹控制问题；通过设置偏转导向机构，使柔性导向钻井工具在旋转钻井条件下能驱动钻头按预设方向偏转；通过多个由万向传动机构连接的承载短节实现钻井动力传递；通过将偏转导向机构和电驱动执行器分别设置于不同的功能短节内，并用柔性传动机构实现连接，最大限度缩短了导向钻进节的长度和各个万向传动机构之间的距离，解决了柔性导向钻井工具的控制问题。本发明专利技术可实现钻探短半径

【技术实现步骤摘要】
一种柔性导向钻井工具


[0001]本专利技术涉及钻井、钻孔
，特别涉及一种柔性导向钻井工具。

技术介绍

[0002]对地下物质资源和空间资源进行勘探开发需要大量应用钻井技术。现有的导向钻井技术主要有井下马达导向钻井技术和旋转导向钻井技术。上述技术可达到的最大造斜率一般不超过15
°
/30米，均无法实现曲率半径小于60米的钻井可控轨迹短半径导向钻井。现有技术中还存在诸多无法有效控制井眼轨迹的径向或短半径钻井技术，此类技术对地下资源开发利用效果不佳。然而针对转弯半径小于10米的极短半径钻井领域，现有径向钻井技术或短半径钻井技术不具备导向功能，无法实现井眼轨迹的控制。由于目前使用的旋转导向系统先天性的无法被弯折，几乎不可能适应短半径钻井实际需求，并且无法在旋转钻井条件下实现短半径至极短半径定向钻井。现有技术中的其他有关产品也均存在无法在旋转钻井条件下实现井眼轨迹控制的功能，导致严重的拖钻压问题。上述短
‑
极短半径钻井也包含通过所述短
‑
极短半径井段，在短
‑
极短半径井段的井底端继续进行导向钻井。
[0003]针对上述问题，本专利技术提出了有效的解决方案。即通过将电驱动执行器、液压分流装置设置于不同短节承载短节的方式减小各个承载短节的长度，以达到大幅度提高柔性导向钻井工具通过性能的目的。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种能实现短
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极短半径井眼定向钻进或通过短
‑
极短半径井眼实现其延伸井段定向钻进的柔性导向钻井工具。
[0005]为达到上述目的，本专利技术提供了一种柔性导向钻井工具，其包括：
[0006]导向钻进短节，其包括钻头和导向短节，所述导向短节包括导向短节本体，所述导向短节本体上设置有偏转导向机构，所述钻头设置于所述导向钻进短节下部；
[0007]柔性驱动钻柱，能传递钻井动力，其包括多个由上至下依次连接的承载短节；相邻的所述承载短节之间通过万向传动机构传递钻井动力；所述柔性驱动钻柱内部设置有沿轴向贯通的贯通结构，能形成沿柔性驱动钻柱轴线方向的贯通空间；
[0008]柔性驱动控制系统，其包括驱动控制装置、柔性传动机构、偏转导向机构，所述柔性传动机构包括铰接接头、万向节、挠性杆/管、弹性杆/管中的任意一种或组合；所述柔性传动机构设置于所述柔性驱动钻柱内部的贯通空间中，所述驱动控制装置设置于所述导向钻进短节上方且与所述导向钻进短节至少间隔一套万向传动机构；所述驱动控制装置通过驱动所述柔性传动机构往复运动、旋转或摆动实现对偏转导向机构的控制；所述驱动控制装置能通过所述柔性传动机构跨越万向传动机构对偏转导向机构实施控制；
[0009]具体的，所述柔性传动机构“往复运动”是指沿柔性驱动钻柱的轴线方向往复运动，即向上方或下方往复运动；所述柔性传动机构“旋转”是指所述柔性传动机构以柔性驱动钻柱的轴线为旋转轴旋转；所述柔性传动机构“摆动”是指以柔性驱动钻柱的轴线为旋转
轴摆动；所述万向传动机构为铰接结构和扭矩传递件形成的万向节结构，或，所述万向传动机构由铰接结构和独立万向节构成，或，所述万向传动机构为铰链式万向节，所述柔性驱动钻柱中的万向传动机构的具体实现方式类似于柔性钻杆中各个短节间的连接结构，所述万向传动机构的具体设计结构为现有技术，本专利技术不再赘述。
[0010]其作用在于，可以在柔性驱动钻柱的贯通结构内跨越若干个万向传动机构对偏转导向机构实施控制，使驱动控制装置可以独立设置于导向钻进短节后方，避免驱动控制装置设置于导向钻进短节中。柔性驱动控制系统最大限度的缩短了导向钻进短节的长度以及其后方各个铰接点的偏转中心间的距离，使柔性驱动钻柱更容易通过高曲率井眼，并在高曲率井眼中传递钻井动力，并同时实现了对偏转导向机构的控制。具体实施过程中，由于柔性驱动钻柱中的各个承载短节间可以通过万向传动机构相互传递轴向力和/或承担扭矩，故驱动控制装置旋转所述柔性传动机构产生的反扭矩由柔性驱动钻柱承担，使本专利技术的技术方案得以实现。本专利技术中的钻头指在钻进过程中主要实现岩土破岩的结构，保径段或侧向切削齿的可设置于导向短节本体外侧任意位置。
[0011]具体的，导向钻进短节包括导向短节本体和钻头结构，所述钻头结构融合设置于所述导向短节本体下部，融合设置的具体方法为一体化制作或者通过丝扣连接，导向短节本体呈筒状，导向短节本体上设置有用于执行导向功能的偏转导向机构，偏转导向机构能驱动钻头按预设方向偏转，以实现在旋转钻井条件下驱动钻头偏转，从而改变井眼轨迹，进而实现超短半径钻井或通过超短半径井段继续进行导向钻井；
[0012]进一步，作为优选，所述驱动控制装置为驱动短节，所述驱动短节通过万向传动机构连接于所述导向钻进短节与所述柔性驱动钻柱之间，或，所述驱动短节通过所述万向传动机构与相邻的两个承载短节相连；
[0013]所述驱动短节包括驱动短节本体和电驱动执行器，所述偏转导向机构包括液压分流装置和活塞组件，所述电驱动执行器通过柔性传动机构驱动液压分流装置，从而周期性地将导向短节本体上的贯通流道中的高压钻井流体与活塞容置腔连通，通过活塞组件直接或间接的为钻头提供侧向切削力或者辅助钻头向导向方向摆动，从而驱使所述钻头按预设方向偏转；
[0014]需要说明的是，设置有电驱动执行器的承载短节即为驱动短节。
[0015]进一步，作为优选，所述电驱动执行器为电动机，其中所述电动机包括电动机转子和电动机定子，所述电动机定子与驱动短节本体固定连接；
[0016]所述液压分流装置包括转阀转子和转阀定子，所述转阀转子与所述电动机转子通过柔性传动机构相互耦接，所述电动机转子能驱动所述转阀转子相对所述转阀定子旋转，所述转阀定子与所述导向短节本体固定连接，所述转阀定子设置有多个分别与各所述活塞组件一一对应的阀位；
[0017]所述柔性传动机构至少包括内置万向节或弹性杆。具体的，所述电动机转子的动力输出端与所述转阀转子的动力输入端采用内置万向节连接，或，所述电动机转子输出端与所述转阀的动力输入端采用弹性杆连接。所述电动机为可实现角度位置控制的伺服电机。
[0018]所述液压分流装置为转阀，所述电驱动执行器为电动机，所述转阀驱动于电动机，所述转阀转子与电动机转子采用内置万向节连接，用于实现传动。所述导向短节本体上设
有贯通流道，所述电机能驱动所述液压分流装置能通过所述贯通流道与所述活塞组件周期性相连通，所述电动机与所述驱动控制电路电连接。
[0019]进一步，作为优选，所述柔性传动机构包括内置万向节，所述柔性传动机构中的内置万向节设置于所述电驱动执行器输出端轴线与所述液压分流装置输入端的轴线的延伸线的焦点处。
[0020]具体的，所述电驱动执行器输出端轴线与所述液压分流装置输入端的轴线的延伸线的焦点为所述控制轴偏转中心，所述控制轴偏转中心与其外侧的万向传动机构偏转点保持同心。
[0021]其作用在于，由于所述电驱动执行器输出端轴线与所述液本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性导向钻井工具，其特征在于，包括：导向钻进短节，其包括钻头和导向短节本体，所述导向短节本体上设置有偏转导向机构，所述钻头设置于所述导向钻进短节下部；柔性驱动钻柱，能传递钻井动力，其包括多个由上至下依次连接的承载短节；相邻的所述承载短节之间通过万向传动机构传递钻井动力；所述柔性驱动钻柱内部设置有沿轴向贯通的贯通结构，能沿柔性驱动钻柱轴线方向形成贯通空间；柔性驱动控制系统，其包括驱动控制装置、柔性传动机构、偏转导向机构，所述柔性传动机构包括铰接接头、万向节、挠性杆/管、弹性杆/管中的任意一种或组合；所述柔性传动机构设置于所述柔性驱动钻柱内部的贯通空间中，所述驱动控制装置设置于所述导向钻进短节上方且与所述导向钻进短节至少间隔一套万向传动机构；所述驱动控制装置通过驱动所述柔性传动机构往复运动、旋转或摆动实现对偏转导向机构的控制。2.根据权利要求1所述的一种柔性导向钻井工具，其特征在于，包括：所述驱动控制装置为驱动短节，所述驱动短节通过万向传动机构连接于所述导向钻进短节与所述柔性驱动钻柱之间，或，所述驱动短节通过所述万向传动机构与邻近两个承载短节相连；所述驱动短节包括电驱动执行器，所述偏转导向机构包括液压分流装置和活塞组件，所述电驱动执行器通过柔性传动机构驱动液压分流装置，从而周期性地将导向短节本体上的贯通流道中的高压钻井流体与活塞组件连通。3.根据权利要求2所述的一种柔性导向钻井工具，其特征在于，所述电驱动执行器为电动机，其中所述电动机包括电动机转子和电动机定子，所述电动机定子与所述驱动短节本体固定连接；所述液压分流装置包括转阀转子和转阀定子，所述转阀转子与所述电动机转子通过柔性传动机构连接，所述电动机转子能驱动所述转阀转子相对所述转阀定子旋转，所述转阀定子与所述导向短节本体固定连接，所述转阀定子设置有多个分别与各所述活塞组件一一对应的阀位；所述柔性传动机构至少包括内置万向节或弹性杆。4.根据权利要求3所述的一种柔性导向钻井工具，其特征在于，所述柔性传动机构包括内置万向节，所述内置万向节设置于所述电驱动执行器输出端轴线与所述液压分流装置输入端的轴线的延伸线的焦点处。5.根据权利要求2所述的一种柔性导向钻井工具，其特征在于，所述柔性传动机构包括跨接杆，所述电驱动执行器通过所述跨接杆与所述液压分流装置连接，所述跨接杆通过转动和/或轴向运动驱动所述液压分流装置向活塞组件分流高压钻井流体。6.根据权利要求3所述的一种柔性导向钻井工具，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐梓辰，杨忠华，万晓跃，
申请(专利权)人：万晓跃，
类型：发明
国别省市：