复合式导向钻井工具及方法技术

本发明专利技术提供了一种复合式导向钻井工具及方法，复合式导向钻井工具包括传力筒和承载本体，承载本体设置于传力筒的内部，承载本体与传力筒之间通过内铰接结构相铰接，承载本体的下端连接有钻头，传力筒与承载本体之间设置有环形活动空间，承载本体的下部沿周向设有至少三组间隔设置的驱动液压缸，驱动液压缸包括设置于承载本体的外壁中的活塞结构容置腔和设置于活塞结构容置腔内的驱动活塞结构，驱动活塞结构能推动传力筒和承载本体相对运动，传力筒能抵靠井壁。本发明专利技术通过将驱动液压缸设置于传力筒与承载本体之间，大幅度缩减了旋转导向尺寸，并可精确控制的旋转导向，从而实现可控轨迹的延伸。轨迹的延伸。轨迹的延伸。

【技术实现步骤摘要】
复合式导向钻井工具及方法


[0001]本专利技术涉及钻探技术和油气开采
，特别涉及一种复合式导向钻井工具以及一种复合式导向钻井方法。

技术介绍

[0002]开采成本的控制一直以来都是石油天然气钻探所追求的目标，随着非常规油气田的开发，对钻井装备的要求越来越高，自动化和智能化的高效钻井技术已成为降低成本，提高效率的主流技术；此外，钻探技术在地质工程领域和矿产开发领域也有大量的应用。
[0003]旋转导向钻井技术是目前世界上最具代表性和先进性的钻井技术，根据井下工具系统的工作方式将旋转导向系统(RSS，Rotary Steerable Systems)分为以下四种：静态偏置推靠式、动态偏置推靠式、静态偏置指向式和动态偏置指向式。其中，静态偏置推靠式旋转导向和静态偏置指向式旋转导向的导向执行机构不随钻柱旋转，容易遇到卡组；而动态偏置旋转导向的导向执行机构复杂，造斜率难以提高，且在高曲率井眼中的通过性差。
[0004]在既有的主井眼中任意位置以短
‑
极短半径侧钻分支井，继而在与主井眼井轴不同的方向继续延伸分支井眼或在既有的井眼的末端通过短
‑
极短半径造斜技术使井眼超向与主井的眼井轴不同的方向延伸；一般而言，极短半径的尺度范围是“米”级范围，短半径的范围是10～60米，极短半径井的造斜段的最小转弯半径小于10米，极短半径钻井包括实现转弯半径小于10米的高曲率井段的钻进和/或通过转弯半径小于1米的高曲率井段继续钻井作业以完成其延伸井段。
[0005]目前采用连续油管传输弯接头螺杆马达可实现中短半径可控轨迹侧钻钻井，但定向方式为滑动导向，整个钻柱不作旋转运动，由钻井循环介质驱动螺杆带动钻头做旋转运动，并通过弯接头工具面角的变化来改变钻具的井斜和方位性能，存在定向作业期间钻具不旋转、无法完成短半径定向钻井作业等限制，井眼轨迹精度差，且由于连续油管具有不可旋转、强度低等先天劣势，管柱容易破损和断裂，不适合承担高扭矩，所钻井眼直径过小，无法达到油气藏开发对油气井导流能力的基本需求，故几乎无法胜任短半径侧向钻井，在转弯半径小于10米的超短半径和极短半径侧向钻井的范畴内更无法工作。
[0006]另外一种可实现短
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极短半径侧向钻井的方法是通过柔性钻杆驱动钻头钻进实现短
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极短半径侧向钻井，即采用单节长度小于1.5米的短钻杆串联柔性钻柱，相邻的短钻杆之间依靠球头和球碗传拉力，并依靠在球头和球碗间设置的花键传递扭矩，通过柔性钻柱驱动底部的钻头旋转实现破岩；该方法可以依靠斜向器的造斜作用实现短
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极短半径侧钻，然而，该方法在井眼延伸过程中无法实现井眼轨迹控制并取得具有一定精度的井眼轨迹，井眼屈曲严重，阻碍钻头的钻进，且扭曲不可控的井眼轨迹也难以达到现场需求。

技术实现思路

[0007]本专利技术的一个目的是提供一种能够精确控制的旋转导向的复合式导向钻井工具。
[0008]本专利技术的另一个母的是提供一种采用上述复合式导向钻井工具的复合式导向钻
井方法。
[0009]为达到上述目的，本专利技术提供了一种复合式导向钻井工具，其包括传力筒和承载本体，所述承载本体设置于所述传力筒的内部，且所述承载本体的上部与所述传力筒通过内铰接结构相铰接，或者，且所述传力筒的上部通过内铰接结构与承载本体相铰接；所述承载本体的下端连接有钻头，所述传力筒与所述承载本体之间设置有环形活动空间，所述环形活动空间中设置有偏转导向机构，所述偏转导向机构能推动所述传力筒和所述承载本体相对运动。
[0010]如上所述的复合式导向钻井工具，其中，所述偏转导向机构包括所述承载本体的下部沿周向设有至少三组间隔设置的驱动液压缸，所述驱动液压缸包括设置于所述承载本体的外壁中的活塞结构容置腔和设置于所述活塞结构容置腔内的驱动活塞结构，所述驱动活塞结构能推动所述传力筒和所述承载本体相对运动；所述传力筒的外周面沿周向连接有第一扶正器，所述传力筒能带动所述第一扶正器抵靠井壁。
[0011]如上所述的复合式导向钻井工具，其中，所述复合式导向钻井工具还包括驱动钻柱，所述驱动钻柱包括多个由上至下依次铰接的传动短节，各所述传动短节的内部均设有贯通孔，多个所述贯通孔依次连通形成用于钻井循环介质流通的贯通流道，位于最下方的所述传动短节与所述传力筒的上端固定连接，或者，位于最下方的所述传动短节与所述承载本体的上端固定连接。
[0012]如上所述的复合式导向钻井工具，其中，相邻的两所述传动短节之间的偏转角度为0.5
°
～8
°
。
[0013]如上所述的复合式导向钻井工具，其中，所述传动短节的内部设有至少一个能传递旋转钻井动力的万向节。
[0014]如上所述的复合式导向钻井工具，其中，所述万向节包括球头和球窝，所述球头的外表面设有扭矩传递槽，所述球窝的内表面固定设有传动销，或者，所述球窝的内表面设有扭矩传递槽，所述球头的外表面固定设有传动销，所述传动销能转动的嵌设于所述扭矩传递槽内。
[0015]如上所述的复合式导向钻井工具，其中，相邻的两所述万向节之间的距离小于1m。
[0016]如上所述的复合式导向钻井工具，其中，相邻的两所述传动短节的偏转中心之间的最小距离小于所述钻头的直径的5倍。
[0017]如上所述的复合式导向钻井工具，其中，所述承载本体内设有电驱动执行器和液压分流器，所述电驱动执行器与所述液压分流器连接，各所述驱动液压缸能分别通过沟通流道与所述液压分流器相连通。
[0018]如上所述的复合式导向钻井工具，其中，所述电驱动执行器为电动机，所述电动机包括电动机定子和电动机转子，所述液压分流器为转阀，所述转阀包括转阀定子和阀芯，所述阀芯与所述电动机转子耦接，所述转阀定子上设有多个分别与各所述驱动液压缸一一对应设置的供液窗口，所述供液窗口与所述驱动液压缸能通过所述沟通流道相连通，所述阀芯能控制各所述供液窗口与所述贯通流道的通断。
[0019]如上所述的复合式导向钻井工具，其中，所述液压分流器包括至少一个换向阀，所述电驱动执行器包括与所述换向阀对应设置的摆动电机，所述摆动电机通过丝杠驱动所述换向阀往复运动。
[0020]如上所述的复合式导向钻井工具，其中，所述液压分流器包括至少一个换向阀，所述电驱动执行器包括与所述换向阀对应设置的电磁铁，所述电磁铁与所述换向阀相连并能驱动所述换向阀的开合。
[0021]如上所述的复合式导向钻井工具，其中，所述驱动钻柱的上端连接有电力供应短节，所述电力供应短节通过电气线路与所述电驱动执行器电连接。
[0022]如上所述的复合式导向钻井工具，其中，所述驱动钻柱的上端连接有中继通讯装置，所述中继通讯装置与所述电气线路电连接。
[0023]如上所述的复合式导向钻井工具，其中，所述承载本体内设有测量装置，所述测量装置包括加速度传感器和/或磁传感器和/或陀螺仪。
[0024]如上所述的复合式导向钻井工具，其中，所述测量装置还包本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合式导向钻井工具，其特征在于，所述复合式导向钻井工具包括传力筒和承载本体，所述承载本体设置于所述传力筒的内部，且所述承载本体的上部与所述传力筒通过内铰接结构相铰接，或者，所述传力筒的上部通过内铰接结构与承载本体相铰接；所述承载本体的下端连接有钻头，所述传力筒与所述承载本体之间设置有环形活动空间，所述环形活动空间中设置有偏转导向机构，所述偏转导向机构能推动所述传力筒和所述承载本体相对运动。2.根据权利要求1所述的复合式导向钻井工具，其特征在于，所述偏转导向机构包括所述承载本体的下部沿周向设有至少三组间隔设置的驱动液压缸，所述驱动液压缸包括设置于所述承载本体的外壁中的活塞结构容置腔和设置于所述活塞结构容置腔内的驱动活塞结构，所述驱动活塞结构能推动所述传力筒和所述承载本体相对运动；所述传力筒的外周面沿周向连接有第一扶正器，所述传力筒能带动所述第一扶正器抵靠井壁。3.根据权利要求1所述的复合式导向钻井工具，其特征在于，所述复合式导向钻井工具还包括驱动钻柱，所述驱动钻柱包括多个由上至下依次铰接的传动短节，各所述传动短节的内部均设有贯通孔，多个所述贯通孔依次连通形成用于钻井循环介质流通的贯通流道，位于最下方的所述传动短节与所述传力筒的上端固定连接，或者，位于最下方的所述传动短节与所述承载本体的上端固定连接。4.根据权利要求3所述的复合式导向钻井工具，其特征在于，相邻的两所述传动短节之间的偏转角度为0.5
°
～8
°
。5.根据权利要求3所述的复合式导向钻井工具，其特征在于，所述传动短节的内部设有至少一个能传递旋转钻井动力的万向节。6.根据权利要求5所述的复合式导向钻井工具，其特征在于，所述万向节包括球头和球窝，所述球头的外表面设有扭矩传递槽，所述球窝的内表面固定设有传动销，或者，所述球窝的内表面设有扭矩传递槽，所述球头的外表面固定设有传动销，所述传动销能转动的嵌设于所述扭矩传递槽内。7.根据权利要求5所述的复合式导向钻井工具，其特征在于，相邻的两所述万向节之间的距离小于1m。8.根据权利要求3所述的复合式导向钻井工具，其特征在于，相邻的两所述传动短节的偏转中心之间的最小距离小于所述钻头的直径的5倍。9.根据权利要求3所述的复合式导向钻井工具，其特征在于，所述承载本体内设有电驱动执行器和液压分流器，所述电驱动执行器与所述液压分流器连接，各所述驱动液压缸能分别通过沟通...

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