本发明专利技术公开了一种自适应井下转向装置及施工方法，设置导向柱，于所述的导向柱侧壁开口嵌设支撑臂，支撑臂一端与导向柱铰接；导向柱端部轴接转向动力总成；与所述的转向动力总成和支撑臂的另一端分别滑动铰接设置支撑杆；通过转向动力总成的轴向位移，带动支撑杆连同支撑臂相对于导向柱在0～90
【技术实现步骤摘要】
一种自适应井下转向装置及施工方法
[0001]本专利技术属于煤层气、石油、天然气钻井装备
，涉及一种自适应井下转向装置及施工方法。
技术介绍
[0002]高压水射流极小半径钻井技术(以下简称极小半径钻井技术)是钻井行业的前沿和热门技术，利用特殊的井下转向装置可在0.3m或更小转弯半径内实现高压水射流钻头垂直向水平的转向，然后利用高压水射流能量，沿目的层径向方向，侧钻出多个不同方位的放射状水平井眼。
[0003]目前已有套管开窗型极小半径钻井技术(ZL200810119469.1，ZL200910220786.7)无需套管锻铣扩孔或开窗开槽，采用固定滑道式井下转向装置，钻具可直接在套管内完成转向，具有作业周期短、费用低等优点，但受套管直径的制约，射流钻头和钻杆尺寸受到了极大的限制，导致成孔直径小、钻进长度有限等问题。锻铣扩孔型极小半径钻井技术需要进行锻铣套管、地层扩孔，采用活动式井下转向装置(ZL 92227568.8,ZL03239019.X，ZL201510519110.3，ZL 201510519288.8)，射流钻头和钻杆尺寸受限较小，能满足大直径钻孔的需求，但已有的活动式井下转向装置仍存在以下不足：
①
地层扩孔后可能由于井壁垮塌造成支撑臂无法紧贴孔壁，导致钻头掉入扩孔洞穴中无法顺利进入地层的问题；
②
支撑臂转向角度无法根据地层倾角变化进行调整，只能实现垂直向水平方向的转向，对于倾角较大的地层，易钻入邻近地层，影响目标地层改造效果；
③
无法实时监测支撑臂的井下状态，易出现由于扩孔井壁不规则支撑臂被卡，转向不到位或出现支撑臂损害等问题；
④
井下转向装置缺少钻头定位设置，由于钻杆具有一定伸缩性，仅根据深度数据不易判断钻头准确位置，钻头下放或者回收过程中未到达预设位置井下转向装置转向可能造成转向失败；
⑤
作业过程相对复杂，装置一次下井不同深度钻进对段间距要求高。
[0004]为此，本专利技术的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种自适应井下转向装置及其施工方法，以克服上述缺陷。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的是提供一种自适应井下转向装置及施工方法，其结构简单，操作维护简便，能有效克服目前活动式井下转向装置因井壁易垮塌钻头易掉入洞穴、支撑臂转向角度无法根据地层倾角变化进行调整、转向角度不到位、缺少钻头定位设置、多层钻进段间距要求高等问题。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案予以实现：
[0007]一种自适应井下转向装置，设置导向柱，于所述的导向柱侧壁开口嵌设支撑臂，支撑臂一端与导向柱铰接；导向柱端部轴接转向动力总成；与所述的转向动力总成和支撑臂的另一端分别滑动铰接设置支撑杆；通过转向动力总成的轴向位移，带动支撑杆连同支撑
臂相对于导向柱在0～90
°
的范围内转动。
[0008]可选的，与所述的转向动力总成轴接设置电源控制总成，电源控制总成设置连接筒，连接筒内设置电源控制筒，电源控制筒上嵌设电源控制主板，且连接筒端部设置堵头。
[0009]可选的，在所述的支撑臂与导向柱的铰接端设置传感器安装位；在所述的支撑杆上沿偏心方向嵌设一端开放的引鞋卡槽，与所述的引鞋卡槽于径向连通设置多个排渣孔。
[0010]可选的，所述的传感器安装位上安装霍尔传感器和/或倾角传感器；所述的引鞋卡槽上安装光纤陀螺测量仪引鞋。
[0011]可选的，所述的支撑臂设置滑动插接的第一臂体和第二臂体；第二臂体上滑动铰接支撑杆，且第一臂体与第二臂体通过复位弹簧连接。
[0012]可选的，所述的第一臂体为四棱状的构件，其内沿轴向设置第一通槽；第一臂体上设置第一滑动槽和第二滑动槽，第一滑动槽用于第二臂体与第一臂体的滑动插接，第二滑动槽用于与支撑杆的滑动铰接。
[0013]可选的，所述的第二臂体为与第一臂体插接的四棱状的构件，其内沿轴向设置第二通槽；在所述的第二臂体下设置与第一臂体连接的复位弹簧。
[0014]可选的，所述的转向动力总成设置转向动力筒，转向动力筒内套设推杆；导向柱上沿轴向设置支撑杆滑轨，推杆端部与所述的支撑杆端部于支撑杆滑轨处铰接。
[0015]可选的，还设置线缆总成，所述的线缆总成设置地面控制台、线缆绞车、总线缆和分线缆；并于转向动力总成端部设置线缆连接头，总线缆和分线缆于线缆连接头处穿插设置。
[0016]一种自适应井下转向装置的施工方法，包括如下步骤：
[0017]步骤1，依次连接丢手、导向柱、支撑臂、支撑杆、转向动力总成、电源控制总成和线缆总成形成自适应井下转向装置，总线缆连同下井管柱下至设计深度；
[0018]步骤2，导向管内下入光纤陀螺测量仪，光纤陀螺测量仪引鞋进入支撑杆的引鞋卡槽42，获取支撑臂的方位，转动下井管柱使支撑臂至设计方位，起出光纤陀螺测量仪；
[0019]步骤3，导向管内下入高压水射流钻头，通过高压水射流钻头经过支撑臂3上的霍尔传感器，判断高压水射流钻头是否达到支撑臂预定位置；
[0020]步骤4，启动地面控制台，实现支撑臂的转向，利用倾角传感器判断支撑臂是否转向到预定角度；
[0021]步骤5，进行侧钻水平井钻进；
[0022]步骤6，回收钻具进入支撑臂，回收支撑臂进入导向柱的支撑臂卡槽内，起出钻具；
[0023]步骤7，井口旋转下井管柱，重复步骤2
‑
步骤6完成设计钻孔的钻进。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0025](1)井下转向装置支撑臂转向角度可实时测量，能适应地层倾角变化对转向角度的要求，可根据电机电流变化实时监测支撑臂的井下状态，避免因扩孔井壁不规则支撑臂被卡，转向不到位或出现支撑臂损害等问题；
[0026](2)井下转向装置支撑臂可二次伸缩，解决了地层扩孔后可能由于井壁垮塌造成支撑臂无法紧贴孔壁，导致钻头掉入扩孔洞穴中无法顺利进入地层的问题；
[0027](3)井下转向装置实现了钻头位置测量，避免出现钻头下放或者回收过程中未到达预设位置井下转向装置转向可能造成转向失败问题；
[0028](4)作业过程简单、快捷，井下转向装置不受钻进段间距的影响，一次下井可任意深度、任意方位施工。
附图说明
[0029]附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
[0030]图1是本专利技术的自适应井下转向装置的整体结构示意图；
[0031]图2是图1中支撑臂结构示意图；
[0032]图3是图1中支撑杆结构示意图；
[0033]图4是本专利技术的自适应井下转向装置的施工流程图；
[0034]图中各标号表示为：
[0035]1‑
丢手、2
‑
...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种自适应井下转向装置，其特征在于，设置导向柱(2)，于所述的导向柱(2)侧壁开口嵌设支撑臂(3)，支撑臂(3)一端与导向柱(2)铰接；导向柱(2)端部轴接转向动力总成(5)；与所述的转向动力总成(5)和支撑臂(3)的另一端分别滑动铰接设置支撑杆(4)；通过转向动力总成(5)的轴向位移，带动支撑杆(4)连同支撑臂(3)相对于导向柱(2)在0～90
°
的范围内转动。2.根据权利要求1所述的自适应井下转向装置，其特征在于，与所述的转向动力总成(5)轴接设置电源控制总成(6)，电源控制总成(6)设置连接筒(61)，连接筒(61)内设置电源控制筒(62)，电源控制筒(62)上嵌设电源控制主板(63)，且连接筒(61)端部设置堵头(64)。3.根据权利要求1或2所述的自适应井下转向装置，其特征在于，在所述的支撑臂(3)与导向柱(2)的铰接端设置传感器安装位(313)；在所述的支撑杆(4)上沿偏心方向嵌设一端开放的引鞋卡槽(42)，与所述的引鞋卡槽(42)于径向连通设置多个排渣孔(41)。4.根据权利要求3所述的自适应井下转向装置，其特征在于，所述的传感器安装位(313)上安装霍尔传感器和/或倾角传感器；所述的引鞋卡槽(42)上安装光纤陀螺测量仪引鞋。5.根据权利要求1或2所述的自适应井下转向装置，其特征在于，所述的支撑臂(3)设置滑动插接的第一臂体(31)和第二臂体(32)；第二臂体(32)上滑动铰接支撑杆(4)，且第一臂体(31)与第二臂体(32)通过复位弹簧(321)连接。6.根据权利要求5所述的自适应井下转向装置，其特征在于，所述的第一臂体(31)为四棱状的构件，其内沿轴向设置第一通槽(311)；第一臂体(31)上设置第一滑动槽(314)和第二滑动槽(315)，第一滑动槽(314)用于第二臂体(32)与第一臂体(31)的滑动插接，第二滑动槽(315)用于与支撑杆(4)的滑动铰接。7.根据权利要求5所述的自适应井...
【专利技术属性】
技术研发人员：范耀，张群，姜在炳，汪凯斌，庞涛，程斌，舒建生，李浩哲，
申请(专利权)人：中煤科工集团西安研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。