连续旋转滑动钻井系统和方法技术方案

本发明专利技术提供了一种连续旋转滑动钻井系统和方法，所述连续旋转滑动钻井系统包括顺次连接的无线传输机构、钻杆、可控旋转滑动执行工具、随钻测量工具和螺杆钻具，其中，可控旋转滑动执行工具包括本体、第一旋转机构、离合机构、第二旋转机构和控制机构，控制机构能够控制离合机构以预定频率间歇地切换为第一或第二状态，以使根据目标工具面角与实时工具面角之间的误差值趋于误差允许范围；处于第一状态下的离合机构能够与第二旋转机构连接，以使第一旋转机构能够带动第二旋转机构发生旋转，处于第二状态下的离合机构能够与第二旋转机构断开连接，以使第二旋转机构暂停旋转。本发明专利技术可靠性高，可实现工具面自动控制，且工具面角控制精度高。精度高。精度高。

【技术实现步骤摘要】
连续旋转滑动钻井系统和方法


[0001]本专利技术涉及滑动导向钻井
，具体来讲，涉及一种连续旋转滑动钻井系统和一种连续旋转滑动钻井方法。

技术介绍

[0002]目前水平井导向钻井以旋转导向和弯螺杆滑动导向两种方式为主，由于旋转导向工具以进口为主，费用高、卡钻风险大等原因，弯螺杆滑动导向依然是水平井导向钻井的主体技术。据统计，2020年弯螺杆滑动导向井段川渝页岩气占比超过50%，长庆致密油气等由于成本限制占比甚至超过90%。
[0003]弯螺杆滑动导向由于钻柱不旋转，摩阻大极易“托压”，导致钻压不能有效传递，机械钻速通常为旋转钻井的20~50%，同时“托压”导致工具面不易调整和控制，钻井时效降低超过20%，且钻柱不旋转导致岩屑床和粘附卡钻风险大幅增加，传统滑动导向方式亟待升级换代。
[0004]钻柱旋转是解决滑动钻井“托压”最有效手段之一，前期研发了钻柱扭摆系统，实现了上部钻柱往复旋转，提速超过30%，但该系统应用井深受限，2000m水平段以上提速有限。基于滑动钻井钻柱旋转范围越大钻井效果越好的事实，业界提出了MWD以上钻柱全旋转，MWD以下钻柱静止的“可控旋转”滑动导向新思路。
[0005]例如，基于该原理，加拿大HydroClutch公司推出了液力离合器，通过双螺杆实现上部钻柱旋转和工具面可控，近期将进入国内试用。国内西部钻探等进行了隔离钻柱旋转的方法研究与离合器研发，实现了钻柱“分离”与“结合”，但无法传递扭矩，存在无法控制工具面和下部静止钻具过长的问题（超过700米）。
[0006]又例如，于2018年6月19日公开的专利技术名称为一种旋转滑动钻进工具、公开号为CN108179981A的中国专利文献记载了一种旋转滑动钻进工具，主要由上接头、传动轴、密封圈、密封筒、下接头、金属球、活塞、弹簧和调压阀组成。摆工具面或复合钻进时，传动轴扭矩传动段和下接头扭矩传动段重合，且传动轴和下接头通过金属球锁紧，上、下部钻具共同旋转送钻。滑动钻进时，传动轴扭矩传动段和下接头扭矩传动段分离，且传动轴和下接头通过金属球锁紧，下部钻具滑动送钻，上部钻具旋转送钻。停泵时，传动轴和下接头锁紧解除，通过机械辅助操作可转换成复合钻进或滑动钻进。因此，利用该旋转滑动钻进工具可有效解决定向井、水平井钻井过程中螺杆钻具滑动钻进托压问题，但其无法精确调整工具面角。
[0007]然而，现有技术无法解决水平井弯螺杆钻井“托压”导致井眼轨迹控制困难、钻速慢、安全性差的问题。亟待专利技术一种新的钻井工具，从根本上解决上述技术难题。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本专利技术的目的之一在于提供一种能够精确控制工具面角的连续旋转滑动钻井系统及方法。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术一方面提供了一种连续旋转滑动钻井系统，所述连续
旋转滑动钻井系统包括沿地面至井底方向顺序连接的无线传输机构、钻杆、可控旋转滑动执行工具、随钻测量工具和螺杆钻具，其中，所述无线传输机构被配置为能够接收井眼轨迹参数的测量值，并计算出实钻井眼轨迹，以及，能够以泥浆脉冲方式将目标工具面角发射至可控旋转滑动执行工具；所述钻杆用于连接无线传输机构和可控旋转滑动执行工具；所述随钻测量工具被配置为能够获取井眼轨迹参数的测量值，所述井眼轨迹参数包括井斜角、方位角和实时工具面角；所述可控旋转滑动执行工具包括本体、第一旋转机构、离合机构、第二旋转机构和控制机构，其中，所述本体具有呈阶梯状的外壁，第一旋转机构、离合机构、第二旋转机构和控制机构沿地面至井底方向顺序设置在本体的所述外壁上，所述本体内部开设有供钻井液流通的第一流道；第一旋转机构被配置为能够在螺杆钻具在破岩过程中产生的反扭矩作用下按照与随钻测量工具的旋转方向相反的方向进行旋转；所述控制机构能够控制所述离合机构以预定频率间歇地切换为第一状态或第二状态，以使根据目标工具面角与实时工具面角之间的误差值小于或等于误差允许范围；处于第一状态下的离合机构能够与第二旋转机构连接，以使第一旋转机构能够带动第二旋转机构发生旋转，处于第二状态下的离合机构能够与第二旋转机构断开连接，以使第二旋转机构暂停旋转；所述螺杆钻具被配置为能够钻进岩层，并包括弯螺杆和钻头。
[0010]在本专利技术的连续旋转滑动钻井系统的一个示例性实施例中，所述阶梯状的外壁可包括沿地面至井底方向依次设置的第一外圆柱面、第二外圆柱面、第三外圆柱面和第四外圆柱面，第一外圆柱面的外径小于第二外圆柱面的外径，第二外圆柱面的外径小于第三外圆柱面的外径，第四外圆柱面的外径小于第一外圆柱面的外径。
[0011]在本专利技术的连续旋转滑动钻井系统的一个示例性实施例中，所述第一旋转机构可包括第一连接接头、第二连接接头和旋转筒，所述离合机构包括固定外筒、角度调整内筒、第一驱动模块和第二驱动模块，所述第二旋转机构包括角度调整外筒，所述控制机构包括多个换向阀门，其中，第一连接接头的一端与钻杆可拆卸连接，另一端与本体的所述第一外圆柱面可拆卸连接；旋转筒套设在本体的所述第二外圆柱面上，且旋转筒的一端与第一连接接头可拆卸连接，另一端与第二连接接头可拆卸连接；角度调整内筒套设在本体的所述第二外圆柱面上，且角度调节内筒的外侧壁上设置有多个沿圆周方向均匀分布的第一啮合齿；固定外筒设置在角度调整内筒的外侧，且固定外筒的一端与角度调整内筒可拆卸连接，另一端与第二连接接头可拆卸连接；角度调整外筒设置在角度调整内筒的外侧，角度调整内筒与本体的所述第三外圆柱面可拆卸连接，且角度调整外筒的内侧壁上设置有多个沿圆周方向均匀分布的能够与第一啮合齿相互配合的第二啮合齿；本体、角度调整外筒以及角度调整内筒之间围合形成环形状的第一液压腔，第二连接接头、固定外筒以及角度调整内筒之间围合形成环形状的第二液压腔，第一驱动模块设置在第一液压腔内，第二驱动模块设置在第二液压腔内；多个换向阀门沿圆周方向均匀设置在本体的第四外圆柱面上，并具有多个介质出口，换向阀门被配置为能够改变本体内外钻井液的流通方向；在换向阀门开启情况下，第一液压腔的腔内压力高于第二液压腔的腔内压力，第一驱动模块能够推动角度调整内筒靠近第二驱动模块，以使第一啮合齿和第二啮合齿相互错开；在换向阀门关闭情况下，第一液压腔的腔内压力低于第二液压腔的腔内压力，第二驱动模块能够推动角度调整内筒靠近第一驱动模块，以使第一啮合齿和第二啮合齿相互啮合；所述第一连接接头能够承载螺杆钻具在破岩过程中产生的反扭矩，当第一啮合齿和第二啮合齿相互啮合时，
第一连接接头、旋转筒、固定外筒和角度调整内筒能够在反扭矩作用下带动角度调整外筒及其下部连接的钻柱一起共同旋转，当第一啮合齿和第二啮合齿相互离开时，角度调整外筒及其下部连接的钻柱暂停旋转，仅上接头、旋转筒、角度调整内筒和固定外筒发生旋转。
[0012]在本专利技术的连续旋转滑动钻井系统的一个示例性实施例中，所述本体可开设有连通第一液压腔的第一液压孔、以及连通第二液压腔的第二液压孔；所述第一连接接头的内部开设有供钻井液流通的第二流道。
[0013]在本专利技术的连续本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种连续旋转滑动钻井系统，其特征在于，所述连续旋转滑动钻井系统包括沿地面至井底方向顺序连接的无线传输机构、钻杆、可控旋转滑动执行工具、随钻测量工具和螺杆钻具，其中，所述无线传输机构被配置为能够接收井眼轨迹参数的测量值，并计算出实钻井眼轨迹，以及，能够以泥浆脉冲方式将目标工具面角发射至可控旋转滑动执行工具；所述钻杆用于连接无线传输机构和可控旋转滑动执行工具；所述随钻测量工具被配置为能够获取井眼轨迹参数的测量值，所述井眼轨迹参数包括井斜角、方位角和实时工具面角；所述可控旋转滑动执行工具包括本体、第一旋转机构、离合机构、第二旋转机构和控制机构，其中，所述本体具有呈阶梯状的外壁，第一旋转机构、离合机构、第二旋转机构和控制机构沿地面至井底方向顺序设置在本体的所述外壁上，所述本体内部开设有供钻井液流通的第一流道；第一旋转机构被配置为能够在螺杆钻具在破岩过程中产生的反扭矩作用下按照与随钻测量工具的旋转方向相反的方向进行旋转；所述控制机构能够控制所述离合机构以预定频率间歇地切换为第一状态或第二状态，以使根据目标工具面角与实时工具面角之间的误差值小于或等于误差允许范围；处于第一状态下的离合机构能够与第二旋转机构连接，以使第一旋转机构能够带动第二旋转机构发生旋转，处于第二状态下的离合机构能够与第二旋转机构断开连接，以使第二旋转机构暂停旋转；所述螺杆钻具被配置为能够钻进岩层，并包括弯螺杆和钻头。2.根据权利要求1所述的连续旋转滑动钻井系统，其特征在于，所述阶梯状的外壁包括沿地面至井底方向依次设置的第一外圆柱面、第二外圆柱面、第三外圆柱面和第四外圆柱面，第一外圆柱面的外径小于第二外圆柱面的外径，第二外圆柱面的外径小于第三外圆柱面的外径，第四外圆柱面的外径小于第一外圆柱面的外径。3.根据权利要求2所述的连续旋转滑动钻井系统，其特征在于，所述第一旋转机构包括第一连接接头、第二连接接头和旋转筒，所述离合机构包括固定外筒、角度调整内筒、第一驱动模块和第二驱动模块，所述第二旋转机构包括角度调整外筒，所述控制机构包括多个换向阀门，其中，第一连接接头的一端与钻杆可拆卸连接，另一端与本体的所述第一外圆柱面可拆卸连接；旋转筒套设在本体的所述第二外圆柱面上，且旋转筒的一端与第一连接接头可拆卸连接，另一端与第二连接接头可拆卸连接；角度调整内筒套设在本体的所述第二外圆柱面上，且角度调节内筒的外侧壁上设置有多个沿圆周方向均匀分布的第一啮合齿；固定外筒设置在角度调整内筒的外侧，且固定外筒的一端与角度调整内筒可拆卸连接，另一端与第二连接接头可拆卸连接；角度调整外筒设置在角度调整内筒的外侧，角度调整内筒与本体的所述第三外圆柱面可拆卸连接，且角度调整外筒的内侧壁上设置有多个沿圆周方向均匀分布的能够与第一啮
合齿相互配合的第二啮合齿；本体、角度调整外筒以及角度调整内筒之间围合形成环形状的第一液压腔，第二连接接头、固定外筒以及角度调整内筒之间围合形成环形状的第二液压腔，第一驱动模块设置在第一液压腔内，第二驱动模块设置在第二液压腔内；多个换向阀门沿圆周方向均匀设置在本体的第四外圆柱面上，并具有多个介质出口，换向阀门被配置为能够改变本体内外钻井液的流通方...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟，汪洋，冯思恒，许期聪，张德军，连太炜，陈东，戴昆，唐梁，王新建，郑超华，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团有限公司，
类型：发明
国别省市：