液力变矩定向钻井工具及其使用方法技术

本发明专利技术属于油气资源钻探技术领域，公开了液力变矩定向钻井工具及其使用方法，该装置包括工具外壳，工具外壳内插接有中心轴，工具外壳与中心轴之间具有间隔的密封件以围合形成密封环空，中心轴被配置为相对于工具外壳旋转；而在密封环空内设置有若干连接于工具外壳的定子叶轮以及若干连接于中心轴的转子叶轮；定子叶轮与转子叶轮独立旋转；密封环空能够容纳粘度流体，中心轴旋转时通过转子叶轮驱动粘度流体在密封环空内旋转，以带动定子叶轮和工具外壳旋转。从而通过设置在密封环空内定子叶轮、转子叶轮以及粘度流体之间的互相作用，以实现转动的传递，从而避免使用电学信号技术等复杂的装置，使用时能够实现不同形式的破岩。使用时能够实现不同形式的破岩。使用时能够实现不同形式的破岩。

【技术实现步骤摘要】
液力变矩定向钻井工具及其使用方法


[0001]本专利技术涉及油气资源钻探
，尤其涉及一种液力变矩定向钻井工具其使用方法。

技术介绍

[0002]定向钻井是指按照预先设计的井斜、方位进行钻进，达到预期井眼轨迹的钻井技术。现有的定向钻井技术，根据导向工具工作方式的不同可分为滑动定向钻井技术与旋转导向钻井技术。滑动定向钻井技术与旋转导向钻井技术有不同的适应范围，所以在钻井过程中对应不同的工况选择不同的钻井方式具有必要性。
[0003]申请公布号CN108868604B公布一种《一种机械式井下扭矩分离与传递工具》，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。但是只能实现旋转钻进。
[0004]申请公布号CN111411904B公布一种《一种基于RFID的井下扭矩离合式钻井减阻装置》，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。但是需要使用RFID技术，增加了操作的困难。
[0005]申请公布号CN105525871B公布一种《液力变矩器》，提出了一种结构简单，性能可靠，控制精度高，操作方便的液力变矩器。当在钻进过程中需要改变工具面的方位时，增加钻柱的转速，由于钻柱与中心轴连接，所以中心轴的转速也会随之增加，中心轴与扭矩发生器连接，对于扭矩发生器，随着输入转速的增加，其输出的顺时针扭矩也会增加，当产生的顺时针扭矩大于底部钻具组合传递上来的逆时针扭矩时，就会使底部钻具组合沿顺时针方向转动，当工具面转到设计方位时，降低钻柱转速也就减小了扭矩发生器的输出扭矩，钻进破岩时，只要控制钻柱转速使得扭矩发生器的输出扭矩与底部钻具组合的反扭矩相等，即可进行导向钻井施工。但是由于需要识别钻进过程中工具面角的变化给操作带来了困难。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种液力变矩定向钻井工具，通过密封环空内的定子叶轮以及转子叶轮进行驱动旋转，从而能够避免使用复杂的电气控制，并且能够通过中心轴的旋转速度即可改变旋转扭矩，方便操作。
[0007]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]液力变矩定向钻井工具，用于连接钻具，包括：
[0009]工具外壳，所述工具外壳的一端用于连接所述钻具，所述工具外壳内插接有中心轴，所述工具外壳与所述中心轴之间具有间隔的密封件以围合形成密封环空，所述中心轴被配置为相对于所述工具外壳旋转；
[0010]所述密封环空内设置有若干连接于所述工具外壳的定子叶轮以及若干连接于所述中心轴的转子叶轮；所述定子叶轮与所述转子叶轮之间互相独立旋转；所述密封环空能够容纳粘度流体，所述中心轴旋转时通过所述转子叶轮驱动所述粘度流体在所述密封环空内旋转，以带动所述定子叶轮和所述工具外壳旋转。
[0011]作为优选，还包括径向轴承，两个所述径向轴承位于所述密封环空的两端，所述中心轴插接于所述径向轴承以通过所述径向轴承转接于所述工具外壳。
[0012]作为优选，两个所述径向轴承之间间隔设置有两个所述密封件。
[0013]作为优选，所述定子叶轮与所述转子叶轮均包括内轴套，所述内轴套的外周设置有叶轮环壁，所述叶轮环壁与所述内轴套之间设置有若干叶轮；所述中心轴插接于所述定子叶轮与所述转子叶轮的所述内轴套，所述定子叶轮的所述内轴套与所述中心轴固接，所述转子叶轮的所述叶轮环壁与所述工具外壳固接。
[0014]作为优选，所述工具外壳设置有注液孔，所述注液孔连通所述密封环空以向所述密封环空注入所述粘度流体，所述注液孔设置有可拆卸的封堵件。
[0015]作为优选，所述中心轴设置有沿其轴向贯穿的下流道，所述中心轴靠近所述钻具的一端设置有沿所述工具外壳滑动的摩擦块，所述摩擦块设置有沿所述下流道延伸方向的过液孔，所述摩擦块与所述中心轴的端部连接有弹性件，所述工具外壳内周设置有摩擦片层，所述摩擦块位于所述中心轴与所述摩擦片层之间。
[0016]作为优选，所述摩擦块设置有球形槽，所述球形槽面向所述中心轴，所述过液孔贯穿设置在所述球形槽内，所述过液孔的直径小于所述下流道的直径。
[0017]作为优选，还包括驱动轴组件，所述驱动轴组件包括驱动轴，所述驱动轴所述驱动轴设置有沿其轴向贯穿的上流道，所述驱动轴密封插接于所述中心轴远离所述摩擦块的一端，以使所述上流道连通所述下流道。
[0018]作为优选，所述驱动轴的端部外壁设置限位凸台，所述中心轴远离所述钻具的端部内壁设置有与所述限位凸台匹配插接的限位凹槽。
[0019]还提供一种液力变矩定向钻井工具的使用方法，用于所述液力变矩定向钻井工具的使用，以达到不同的形式的破岩，方法如下：
[0020]控制所述中心轴旋转，以驱动所述粘度流体；
[0021]当驱动所述粘度流体来得到的扭矩F
t
大于所述钻具与井壁的摩擦阻力F
f
以及反扭矩F
b
之和时，所述钻具旋转进行复合钻进破岩；
[0022]当驱动所述粘度流体来得到的扭矩F
t
大于反扭矩F
b
与所述钻具与井壁的摩擦阻力F
f
之差且小于反扭矩F
b
及所述钻具与井壁的摩擦阻力F
f
之和时，所述钻具进行定向钻进破岩。
[0023]本专利技术的有益效果：
[0024]从而通过设置在密封环空内定子叶轮、转子叶轮以及粘度流体之间的互相作用，以实现转动的传递。工具外壳连接钻具后，当中心轴被驱动旋转后，中心轴带动转子叶轮旋转，而转子叶轮的旋转会带动粘度流体进行转动，从而通过粘度流体的剪切应力提供扭矩带动定子叶轮旋转进而带动工具外壳与钻具进行旋转。从而当定子叶轮个数、转子叶轮个数、流体粘度不变的情况下，能够根据中心轴的旋转扭矩决定钻具的旋转扭矩，从而避免使用电学信号技术等复杂的装置，通过粘度流体的软特性介质，还能够在一定程度上消除扭
矩波动的波峰波谷；此外通过该控制方法能够不同的形式的破岩。
附图说明
[0025]图1是本专利技术液力变矩定向钻井工具的剖面图；
[0026]图2是本专利技术液力变矩定向钻井工具中定子叶轮与转子叶轮的示意图；
[0027]图3是本专利技术液力变矩定向钻井工具中摩擦块与弹性件的连接示意图；
[0028]图4是本专利技术液力变矩定向钻井工具连接驱动轴组件的示意图；
[0029]图5是本专利技术中驱动轴组件的示意图。
[0030]图中：
[0031]1、工具外壳；2、中心轴；3、密封件；4、密封环空；5、定子叶轮；6、转子叶轮；7、径向轴承；8、内轴套；9、叶轮环壁；10、扇叶；11、封堵件；12、下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.液力变矩定向钻井工具，用于连接钻具，其特征在于，包括：工具外壳(1)，所述工具外壳(1)的一端用于连接所述钻具，所述工具外壳(1)内插接有中心轴(2)，所述工具外壳(1)与所述中心轴(2)之间具有间隔的密封件(3)以围合形成密封环空(4)，所述中心轴(2)被配置为相对于所述工具外壳(1)旋转；所述密封环空(4)内设置有若干连接于所述工具外壳(1)的定子叶轮(5)以及若干连接于所述中心轴(2)的转子叶轮(6)；所述定子叶轮(5)与所述转子叶轮(6)之间互相独立旋转；所述密封环空(4)能够容纳粘度流体，所述中心轴(2)旋转时通过所述转子叶轮(6)驱动所述粘度流体在所述密封环空(4)内旋转，以带动所述定子叶轮(5)和所述工具外壳(1)旋转。2.根据权利要求1所述的液力变矩定向钻井工具，其特征在于，还包括径向轴承(7)，两个所述径向轴承(7)位于所述密封环空(4)的两端，所述中心轴(2)插接于所述径向轴承(7)以通过所述径向轴承(7)转接于所述工具外壳(1)。3.根据权利要求2所述的液力变矩定向钻井工具，其特征在于，两个所述径向轴承(7)之间间隔设置有两个所述密封件(3)。4.根据权利要求1所述的液力变矩定向钻井工具，其特征在于，所述定子叶轮(5)与所述转子叶轮(6)均包括内轴套(8)，所述内轴套(8)的外周设置有叶轮环壁(9)，所述叶轮环壁(9)与所述内轴套(8)之间设置有若干叶轮；所述中心轴(2)插接于所述定子叶轮(5)与所述转子叶轮(6)的所述内轴套(8)，所述定子叶轮(5)的所述内轴套(8)与所述中心轴(2)固接，所述转子叶轮(6)的所述叶轮环壁(9)与所述工具外壳(1)固接。5.根据权利要求4所述的液力变矩定向钻井工具，其特征在于，所述工具外壳(1)设置有注液孔，所述注液孔连通所述密封环空(4)以向所述密封环空(4)注入所述粘度流体，所述注液孔设置有可拆卸的封堵件(11)。6.根据权利要求1所述的液力变矩定向钻井工具，其特征在于，所述中心轴(2)设置有沿其轴向贯穿的下流道(12)，所述中心轴(2)靠近所述钻具...

【专利技术属性】
技术研发人员：林子力，刘伟，范进朝，查春青，许朝辉，房超，王瑛，柳贡慧，李牧，孙一迪，
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：