本发明专利技术涉及一种带有自适应支撑结构的旋转导向钻井工具，通过添加扶正套筒和在扶正套筒内部穿设柔性轴的方法将原本中心轴尾部与外套筒之间直接连接变为经扶正套筒的间接连接，在不对柔性节做明显加长的基础上增加柔性轴形变过程中的力臂距离，进而减小了偏置控制机构的工作压力，提升工具使用稳定性和地层适应性。应性。应性。
【技术实现步骤摘要】
一种带有自适应支撑结构的旋转导向钻井工具
[0001]本专利技术涉及钻井勘探工程
，尤其涉及一种带有自适应支撑结构的旋转导向钻井工具。
技术介绍
[0002]伴随着石油工业的发展，在油气田开发过程中越来越多的出现深井、超深井、大位移井等对钻井井眼轨迹有非常高要求的情况。针对这种需求，目前普遍采用旋转导向钻井工具进行定向钻井，尤其是采用柔性轴作用力形变改变钻头方向的旋转导向钻井工具，由于其井眼平滑、规则，更加有利于提高钻井质量、保证钻井安全，具有更广的适用范围和应用前景。
[0003]如图1所示，为现有技术钻井工具结构示意图，包括钻头1、偏置控制机构4、外套筒6、中心轴8、第一扶正轴承23、第二扶正轴承24、柔性短节25、支点扶正器26、电连接线54、偏置控制机构驱动电路55、控制电路56、侧推活塞容置空间61、侧推活塞62、侧推推靠件63、能量接收端71、能量输出端72、插接件73、供电电路81、调制解调器82、姿态测量电路83。其中侧推活塞容置空间61、侧推活塞62以及偏置控制机构4构成了导向短节，通过产生侧向推力实现导向，该导向可为动态推靠式旋转导向、动态混合式旋转导向、静态推靠式旋转导向、静态混合式旋转导向，即不限制旋转导向的类型，既可以是通过外套筒6实现导向的静态偏置旋转导向也可以是动态偏置旋转导向。在现有技术中，柔性短节的挠性形变应力点位于支点扶正器26后方位置，柔性短节即柔性变形段b相对较短且远离钻井工具端部钻头，当需要改变a段导向时，需要使用较大的作用力。
[0004]现有技术使用旋转导向钻井工具的过程中，需要通过偏置控制机构4以支点扶正器26为支点对柔性短节施加作用力产生合适的侧推力，使柔性短节受力矩影响产生形变进而允许钻头1朝向导向方向偏离井眼的中心线；由于在钻头1偏转的同时还要保持钻头1旋转掘进。由于支点扶正器26与钻头1间需要保持较强的刚度和适当的距离，因此，现有技术中支点扶正器26设置于柔性短节前方。这就造成柔性短节设置位置过于靠后，故必须在导向短节上施加较大的反力，才可使旋转导向达到工程需求的造斜率。即在柔性短节形变过程中实际起作用的力臂距离为偏置控制机构4的施力点至支点扶正器的距离。对于柔性短节一般采用金属制作，想要其产生足够的形变以使导向短节偏转希望的角度达到合格的造斜率，往往需要非常大的作用力施加才能产生足够力矩，而力臂距离的限制进一步加重了对旋转导向侧推力的需求；同时为了钻井工具整体稳定性及安全性的考虑，不能随意通过加长柔性短节长度，只能依靠偏置控制机构4输出更强作用力实现需要的效果，一方面使工具在软地层钻进过程中破坏井壁，另一方面造成偏置控制机构故障率上升，降低了工具整体可靠性。
技术实现思路
[0005]为解决现有技术的不足，本专利技术提出一种带有自适应支撑结构的旋转导向钻井工
具。
[0006]本专利技术所采用的技术方案包括：
[0007]一种带有自适应支撑结构的旋转导向钻井工具，其特征在于包括导向短节、偏置控制机构、偏置控制机构驱动电路、姿态测量电路和自适应支撑结构；
[0008]所述导向短节包括侧推装置、钻头，钻头设置在所述导向短节前部；
[0009]所述自适应支撑结构包括柔性轴、扶正套筒和支点扶正器；所述扶正套筒前部与柔性轴前部连接，所述柔性轴前端与所述扶正套筒的连接部采用同轴连接的方式，所述柔性轴沿其轴线做自旋转运动时在导向短节侧推装置向外的推力作用下发生挠曲形变同时柔性轴前部随扶正套筒前部以支点扶正器为支点发生偏转；
[0010]所述侧推装置包括侧推活塞容置空间和侧推活塞，所述侧推装置设置在扶正套筒前端面之前，所述侧推装置在偏置控制机构的驱动下为导向短节施加垂直于其轴线的作用力；所述导向短节连接于柔性轴前部，所述导向短节以扶正器为支点发生偏转；
[0011]所述扶正套筒与柔性轴间设置有环形形变空间，所述环形形变空间的前端终止于导向短节与扶正套筒前部的交接面。
[0012]所述扶正套筒、导向短节本体、柔性轴之间的连接可采用螺纹连接、焊接、一体化机加工制造、3D打印一体制造等任意方式实现固定连接；支点扶正器和扶正套筒的连接也可采用螺纹连接、焊接、一体化机加工制造、3D打印一体制造等任意方式实现固定连接。
[0013]优选的所述扶正套筒与柔性轴间所形成的环形形变空间由所述环形形变空间与柔性轴相接触的受力位置起，由前向后渐变扩大形成圆锥形环形形变空间，所述环形形变空间与柔性轴相接触的受力位置至少位于支点扶正器最前端的前方。
[0014]优选的，所述导向短节后部设置有用于将所述扶正套筒与导向短节后部固定连接的扶正套筒安装位；所述固定连接包括螺纹连接、花键连接、销钉连接中的一种或多种组合；所述扶正套筒的内直径大于柔性轴根部以后位置任意区段的外直径。
[0015]优选的，所述环形形变空间的轴向长度e至少为钻头下端面至第一支点扶正器距离f的30％。
[0016]进一步优选的，所述扶正套筒后部内径与扶正套筒后部对应位置柔性轴外径的间隙小于或等于柔性轴在弹性形变范围内发生挠曲形变产生的位移，或，所述扶正套筒后部内径与对应位置柔性轴外径相减所得直径差为1至30毫米。
[0017]优选的，所述导向短节为静态偏置导向短节，所述导向短节包括外套筒和中心轴，钻头设置在所述中心轴前部顶端，中心轴穿设于外套同内部用于连接钻头并传递钻井动力；
[0018]所述偏置控制机构和侧推装置均设置与外套筒的筒壁中，且随外套同设置于扶正套筒前端面之前，所述偏置控制机构为液压系统，侧推装置包括侧推活塞、侧推活塞容置空间，通过活塞推动推靠件抵推井壁产生造斜效果；所述液压系统依靠能量传输件供应电力，所述能量传输件包括设置在外套筒上的能量接收端以及设置在扶正套筒上并随扶正套筒同步转动的能量输出端；所述能量接收端与所述能量输出端之间为接触式滑动摩擦电传输连接，或，所述能量接收端与所述能量输出端之间采用非接触式耦合感应电能传输。
[0019]优选的，所述扶正套筒后部与柔性轴间设置有用于阻止环空中的岩屑流入扶正套筒与柔性轴间环形空间的密封件。
[0020]进一步优选的，所述密封件为密封管；所述密封管与柔性轴和扶正套筒间均采用弧面接触，且所述密封管与柔性轴和扶正套筒间能够发生偏转。
[0021]优选的，所述柔性轴侧壁中设置有用于实现导向短节与后方钻柱内其他电路电连接的超深孔。
[0022]优选的，所述自适应支撑结构中的柔性轴外直径不低于钻头直径的40％，用于为钻头传输扭矩和钻压，并承担弯矩。
[0023]优选的，所述偏转控制机构包括电动机、转阀转子、转阀阀座，所述电动机能驱动转阀转子相对转阀阀座旋转，能将钻井工具内部的高压钻井循环介质周期性分配给侧推装置，推靠井壁实现导向的目的。
[0024]优选的，铰接套筒通过万向节铰接设置于导向短节前部，所述钻头设置于铰接套筒下方，所述铰接套筒外侧设置有推靠件，所述侧推活塞通过铰接套筒和推靠件将推力传递至井壁。需要说明的是，所述推靠件一般为扶本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种带有自适应支撑结构的旋转导向钻井工具，其特征在于包括导向短节、偏置控制机构、偏置控制机构驱动电路、姿态测量电路和自适应支撑结构；所述导向短节包括侧推装置、钻头，钻头设置在所述导向短节前部；所述自适应支撑结构包括柔性轴、扶正套筒和支点扶正器；所述扶正套筒前部与柔性轴前部连接，所述柔性轴前端与所述扶正套筒的连接部采用同轴连接的方式，所述柔性轴沿其轴线做自旋转运动时在导向短节侧推装置向外的推力作用下发生挠曲形变同时柔性轴前部随扶正套筒前部以支点扶正器为支点发生偏转；所述侧推装置包括侧推活塞容置空间和侧推活塞，所述侧推装置设置在扶正套筒前端面之前，所述偏置控制机构为导向短节施加垂直于其轴线的作用力；所述导向短节连接于柔性轴前部，所述导向短节以扶正器为支点发生偏转；所述扶正套筒与柔性轴间设置有环形形变空间，所述环形形变空间的前端终止于导向短节与扶正套筒前部的交接面。2.如权利要求1所述的钻井工具，其特征在于，所述扶正套筒与柔性轴间所形成的环形形变空间由所述环形形变空间与柔性轴相接触的受力位置起，由前向后渐变扩大形成圆锥形环形形变空间，所述环形形变空间与柔性轴相接触的受力位置至少位于支点扶正器最前端的前方。3.如权利要求1或2所述的钻井工具，其特征在于，所述导向短节后部设置有用于将所述扶正套筒与导向短节后部固定连接的扶正套筒安装位；所述固定连接包括螺纹连接、花键连接、销钉连接中的一种或多种组合；所述扶正套筒的内直径大于柔性轴根部以后位置任意区段的外直径。4.如权利要求1或2所述的钻井工具，其特征在于，所述环形形变空间的轴向长度至少为钻头下端面至第一支点扶正器距离的30％。5.如权利要求1或4所述的钻井工具，其特征在于，所述扶正套筒后部内径与扶正套筒后部对应位置柔性轴外径的间隙小于或等于柔性轴在弹性形变范围内发生挠曲形变产生的位移，或，所述扶正套筒后部内径与对应位置柔性轴外径相减所得直径差为1至30毫米。6.如权利要求1或2所述的钻井工具，其特征在于，所述导向短节为静态偏置导向短节，所述导向短节包括外套筒和中心轴，钻头设置在所述中心轴前部顶端，中心轴穿设于外套同内部用于连接钻头并传递钻井动力；所述偏置控制机构和侧推装置均设置与外套筒的筒壁中，且随外套同设置于扶正套筒前端面之前，所述偏置控制机构为液压系统，侧推装置包括侧推活塞、侧推活塞容置空间，通过活塞推动推靠件抵推井壁产生造斜效...
【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：北京全地科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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