复合与滑动耦合定向钻井调控工具及调控方法技术

本发明专利技术涉及油气钻探设备领域，公开了一种复合与滑动耦合定向钻井调控工具及调控方法，所述钻井调控工具包括壳体及在该壳体内延伸并依次相接的形成有流体输入通道的驱动轴、形成有流体输送通道的转子和形成有芯轴通道的芯轴，其中芯轴通道连通至流体输送通道，壳体与转子之间的径向间隙形成为环形增压通道，壳体与芯轴之间的径向间隙内形成有连通至环形增压通道的离合腔，以能够通过转子被驱动为具有不同转速而使得壳体相对所述转子和芯轴耦合或解耦。该钻井调控工具能够仅通过控制上部钻具施加于驱动轴的转速即可使得上部钻具与下部BHA彼此复合转动或独立转动，可保持上部钻具持续转动的同时方便地使下部钻具在滑动定向钻进与复合钻进之间切换。定向钻进与复合钻进之间切换。定向钻进与复合钻进之间切换。

【技术实现步骤摘要】
复合与滑动耦合定向钻井调控工具及调控方法


[0001]本专利技术涉及油气钻探设备，具体地涉及一种用于钻完井设备的复合与滑动耦合定向钻井调控工具。在此基础上，本专利技术还涉及一种利用该钻井调控工具的复合与滑动耦合定向钻井调控方法。

技术介绍

[0002]在油气资源钻探工程中，定向钻井是一种按照预先设计的方向钻进，并使得井身以预期井斜和井眼轨迹钻达目的层的钻井工艺，其可广泛应用于斜向钻井、水平钻井和对接钻井等情形中。根据导向工具工作方式的不同，定向钻井可分为滑动定向钻井与旋转导向钻井，二者适用于不同的工况，有必要在钻完井过程中选择适当的钻进方式。
[0003]中国专利技术专利申请CN108868604A公开了一种机械式井下扭矩分离与传递工具，其以常规弯螺杆下部钻具组合为基础，在钻柱上安装该工具，通过工具对扭矩的分离实现钻柱旋转定向钻进。该工具可以替代旋转导向钻井系统实现旋转钻柱定向钻进，用于定向井、水平井、大位移井等复杂结构井的定向钻井。然而，通过该工具，该现有技术只能实现旋转钻进，而无法稳定地定向钻进。
[0004]中国专利技术专利申请CN111411904A公开了一种基于RFID的井下扭矩离合式钻井减阻装置，其通过射频小球传递地面控制信号，采用整体齿轮副结构，让内齿轮和外齿轮通过上下运动，能够实现啮合和分离，克服了分离式牙嵌离合器容易出现偏磨的缺陷，同时克服了机械式离合结构随机有效啮合无法保证的缺陷，提高了离合系统的可靠性和稳定性。该装置依赖于RFID技术，这增加了操作的困难。

技术实现思路
<br/>[0005]本专利技术的目的是提供一种复合与滑动耦合定向钻井调控工具，该复合与滑动耦合定向钻井调控工具能够根据需要使下部钻具在滑动定向钻进与复合钻进之间切换钻进方式，以使得上部钻具与井底钻具组件(Bottom hole assembly,BHA)彼此复合转动或独立转动，且无需复杂的操作和控制即可完成“离”和“合”之间的转换。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术一方面提供一种复合与滑动耦合定向钻井调控工具，包括：
[0007]壳体，该壳体具有中空腔；
[0008]驱动轴，该驱动轴通过轴承组可转动地安装至所述壳体并穿入所述中空腔延伸，且该驱动轴形成有沿轴向延伸的流体输入通道；
[0009]转子，该转子传动连接至所述驱动轴并形成有沿轴向延伸的流体输送通道，所述壳体与所述转子之间的径向间隙形成为环形增压通道，所述流体输入通道连通至所述流体输送通道和该环形增压通道，以在所述转子随所述驱动轴被驱动为转动并与所述壳体形成差速时，该环形增压通道能够抽吸由所述流体输入通道输入的至少部分流体；
[0010]芯轴，该芯轴连接至所述转子的远离所述驱动轴的一端并形成有连通所述流体输
送通道的芯轴通道，所述壳体与所述芯轴之间的径向间隙内形成有离合腔，该离合腔连通至所述环形增压通道，以能够通过所述转子被所述驱动轴带动为具有不同转速而使得所述壳体相对所述转子和芯轴耦合或解耦。
[0011]优选地，所述轴承组包括彼此间隔地布置于所述驱动轴的不同轴向位置的第一TC轴承和第二TC轴承以及位于该第一TC轴承和第二TC轴承之间的串轴承。
[0012]优选地，所述驱动轴的朝向所述转子的一端连接有水帽，该水帽形成有第一径向流道，以允许由所述流体输入通道输入的流体通过该第一径向流道流入所述水帽与所述壳体之间的环形空间内。
[0013]优选地，所述转子通过万向轴传动连接至所述驱动轴，所述万向轴的两端分别连接有连接至所述水帽的第一转换接头和形成有第二径向流道的第二转换接头，所述流体输入通道通过所述水帽与所述壳体之间的环形空间连通所述环形增压通道，并通过所述第二径向流道连通所述流体输送通道。
[0014]优选地，所述壳体的内壁上连接有环绕所述转子的定子，所述环形增压通道形成于该定子与所述转子之间并形成为能够在所述转子转动过程中向远离所述驱动轴的方向泵送从而抽吸由所述流体输入通道输入的至少部分流体。
[0015]优选地，所述芯轴包括连接至所述转子的远离所述驱动轴的一端的第一芯轴和连接至该第一芯轴的远离所述转子的一端的第二芯轴，所述离合腔的对应于该第二芯轴的部分设有安装有压力喷嘴的压差控制元件，进入所述离合腔内的流体能够通过该压差控制元件流动并在所述第二芯轴的远离所述第一芯轴的一端与通过所述芯轴流动的流体汇合。
[0016]优选地，所述压差控制元件连接至所述壳体的内壁面上并径向支撑所述第二芯轴，该第二芯轴通过旋转密封组件密封连接至所述第一芯轴并连接为能够与该第一芯轴相对转动。
[0017]优选地，所述旋转密封组件包括连接至所述第二芯轴并朝向所述第一芯轴延伸的密封壳体，该密封壳体具有安装槽，所述第一芯轴通过安装于该安装槽内的径向轴承径向支撑于所述密封壳体以允许所述第一芯轴与所述第二芯轴相对转动，所述安装槽的朝向所述第一芯轴的开口端连接有与该第一芯轴的外周面密封接合的密封端盖。
[0018]优选地，所述壳体依次可拆卸地连接并分别对应所述驱动轴、转子和芯轴的多段，并且/或者，所述壳体的远离所述驱动轴的一端连接有用于连接井底钻具的下接头。
[0019]本专利技术的第二方面提供一种复合与滑动耦合定向钻井调控方法，包括根据井下信号利用上述复合与滑动耦合定向钻井调控工具选择性执行复合钻进模式和滑动定向钻进模式，所述钻井调控工具的所述驱动轴刚性连接至上部钻具，所述壳体的底端连接有下部钻具，其中，控制所述上部钻具的转速，当该转速转换的扭矩小于所述下部钻具传递的反扭矩时，所述壳体相对所述转子和芯轴解耦，执行所述滑动定向钻进模式；当该转速转换的扭矩大于所述下部钻具传递的反扭矩时，所述壳体相对所述转子和芯轴耦合，执行所述复合钻进模式。
[0020]通过上述技术方案，本专利技术的复合与滑动耦合定向钻井调控工具能够通过将驱动轴及传动连接至该驱动轴的转子驱动为具有不同转速，使得转子与壳体之间的环形增压通道对由流体输入通道输入的流体产生不同的抽吸作用，由此可以通过该环形增压通道及离合腔内的钻井液将扭矩传递至壳体，从而通过使得该传递的扭矩与壳体底部连接的井底钻
具组件受到的反扭矩具有不同差值而使得上部钻具与下部BHA彼此复合转动或独立转动，由此仅通过控制上部钻具施加于驱动轴的转速即可完成“离”和“合”之间的转换，方便地使下部钻具在滑动定向钻进与复合钻进之间切换。相比于旋转导向系统，本专利技术的复合与滑动耦合定向钻井调控工具成本低，操作简单，没有电子元器件，受井下干扰少；该复合与滑动耦合定向钻井调控工具和调控方法可使上部钻具保持旋转，在滑动定向钻进的过程中极大减少摩阻，增加在水平段钻进的延伸能力。
附图说明
[0021]图1是根据本专利技术一种优选实施方式的钻井调控工具剖视结构示意图；
[0022]图2是图1中钻井调控工具的驱动轴总成的结构示意图；
[0023]图3是图1中钻井调控工具的螺杆总成的结构示意图；
[0024]图4是图1中钻井调控工具的离合总成的结构示意图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合与滑动耦合定向钻井调控工具，其特征在于，包括：壳体，该壳体具有中空腔；驱动轴(1)，该驱动轴(1)通过轴承组可转动地安装至所述壳体并穿入所述中空腔延伸，且该驱动轴(1)形成有沿轴向延伸的流体输入通道(1a)；转子(14)，该转子(14)传动连接至所述驱动轴(1)并形成有沿轴向延伸的流体输送通道(14a)，所述壳体与所述转子(14)之间的径向间隙形成为环形增压通道(14b)，所述流体输入通道(1a)连通至所述流体输送通道(14a)和该环形增压通道(14b)，以在所述转子(14)随所述驱动轴(1)被驱动为转动并与所述壳体形成差速时，该环形增压通道(14b)能够抽吸由所述流体输入通道(1a)输入的至少部分流体；芯轴(17)，该芯轴(17)连接至所述转子(14)的远离所述驱动轴(1)的一端并形成有连通所述流体输送通道(14a)的芯轴通道(17a)，所述壳体与所述芯轴(17)之间的径向间隙内形成有离合腔(17b)，该离合腔(17b)连通至所述环形增压通道(14b)，以能够通过所述转子(14)被所述驱动轴(1)带动为具有不同转速而使得所述壳体相对所述转子(14)和芯轴(17)耦合或解耦。2.根据权利要求1所述的复合与滑动耦合定向钻井调控工具，其特征在于，所述轴承组包括彼此间隔地布置于所述驱动轴(1)的不同轴向位置的第一TC轴承(2)和第二TC轴承(8)以及位于该第一TC轴承(2)和第二TC轴承(8)之间的串轴承(7)。3.根据权利要求1所述的复合与滑动耦合定向钻井调控工具，其特征在于，所述驱动轴(1)的朝向所述转子(14)的一端连接有水帽(9)，该水帽(9)形成有第一径向流道(9a)，以允许由所述流体输入通道(1a)输入的流体通过该第一径向流道(9a)流入所述水帽(9)与所述壳体之间的环形空间内。4.根据权利要求3所述的复合与滑动耦合定向钻井调控工具，其特征在于，所述转子(14)通过万向轴(11)传动连接至所述驱动轴(1)，所述万向轴(11)的两端分别连接有连接至所述水帽(9)的第一转换接头(10)和形成有第二径向流道(13a)的第二转换接头(13)，所述流体输入通道(1a)通过所述水帽(9)与所述壳体之间的环形空间连通所述环形增压通道(14b)，并通过所述第二径向流道(13a)连通所述流体输送通道(14a)。5.根据权利要求1至4中任意一项所述的复合与滑动耦合定向钻井调控工具，其特征在于，所述壳体的内壁上连接有环绕所述转子(14)的定子(15)，所述环形增压通道(14b)形成于该定子(15)与所述转子(14)之间并形成为能...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟，许朝辉，房超，田家林，李牧，林子力，罗良波，翟小强，李雅飞，吕乾，罗西超，
申请(专利权)人：中国石油集团工程技术研究院有限公司北京石油机械有限公司，
类型：发明
国别省市：