專(zhuān)利名稱(chēng)：鉆井液控鉆頭變向器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種用于油田勘探開(kāi)發(fā)中鉆井的鉆井液控鉆頭變向器，適用于直井、定向井、叢式井、水平井鉆井中井身軌跡控制。
早在五十年代，美國(guó)Eastman公司研制出了一種叫“Rebel tool ”的工具(專(zhuān)利號(hào)US158948)。該工具的設(shè)計(jì)構(gòu)思是巧妙的，成功地將在斜井鉆井中由于鉆柱自重及鉆柱受壓而產(chǎn)生的力轉(zhuǎn)換成使鉆頭改變方位的力，用以控制定向井中的方位漂移。但由于其本身結(jié)構(gòu)的原因，上下葉片與心軸之間的活動(dòng)間隙易被巖屑充填而失去作用，其上下葉片之間的力是通過(guò)一圓形鋼軸傳遞的，易產(chǎn)生彈性變性。由于這兩個(gè)缺點(diǎn)影響了該工具的推廣應(yīng)用。
一九八五年中國(guó)石油天燃?xì)饪偣究碧介_(kāi)發(fā)研究院研制出圓桶形鉆井變向器(專(zhuān)利號(hào)85103611.2)，工作原理與美國(guó)“Eastman”公司的“Rebel tool”一樣，只是把傳遞上下葉片之間的力的鋼軸改成了圓桶，由于采用了圓桶結(jié)構(gòu)，鉆井的巖屑不能進(jìn)入葉片與心軸之間，從而避免了填卡失效的問(wèn)題，由于鋼桶較鋼軸在強(qiáng)度上有大幅度的提高，從而避免了力的傳遞過(guò)程中的彈性變性?？朔嗣绹?guó)“Rebel tool”變向器的兩個(gè)缺點(diǎn)。但從現(xiàn)場(chǎng)的使用效果看，該工具只能在某些定向井上起作用，主要原因是受力的結(jié)構(gòu)和工作原理的限制，不論是美國(guó)的“Rebel tool”，還是圓桶型變向器，在井下起的作用只是起一個(gè)力的方向的變換。如下圖所示
在力的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，P1是由于鉆柱在斜井中彎曲及受壓而產(chǎn)生的與井壁的接觸力，而當(dāng)?shù)貙虞^軟或地層易塌造成擴(kuò)經(jīng)時(shí)，P1會(huì)很小或者為零，這時(shí)的P2也會(huì)很小或者為零，在此種情況下，該工具就起不到應(yīng)起的作用。當(dāng)?shù)貙虞^硬時(shí)，由于其結(jié)構(gòu)的特性，產(chǎn)生較大的P1，同時(shí)也獲得較大的P2，但在硬地層中，沒(méi)有足夠的側(cè)向力是不容易使鉆頭偏離原鉆進(jìn)軸線的，以上分析的結(jié)果和大量的井下實(shí)際應(yīng)用相吻合，說(shuō)明該工具在使用范圍上有很大的局限性。
鑒于圓桶型變向器在使用范圍上所受的限制，為能在有較小P1的情況下獲得較大的P2，拓寬該工具的使用范圍，提高控制井眼方位的能力，本實(shí)用新型提供一種鉆井液控鉆頭變向器。
鉆井液控鉆頭變向器是在原有變向器的基礎(chǔ)上進(jìn)行的改進(jìn)，其由上瓦片(1)彈簧(3，10)，液壓傳導(dǎo)管線(5)，液壓缸(8)，下瓦片(9)，心軸(12)等組成，鉆井液控鉆頭變向器主要增加了液力傳感器(2)，液力開(kāi)關(guān)(6)，液壓傳導(dǎo)管線(5)。液力傳感器(2)用上固定瓦片(15)固定在變向器的上端，在變向器的下端裝有四個(gè)孔的液力開(kāi)關(guān)(6)，液力開(kāi)關(guān)(6)與液壓缸(8)和鉆具內(nèi)孔相聯(lián)接。液壓傳導(dǎo)管線(5)的上端與液力傳感器(2)下端與液力開(kāi)關(guān)(6)相連接。液力開(kāi)關(guān)(6)上開(kāi)有四個(gè)孔，B孔與鉆具內(nèi)孔相通，E、D孔與液壓缸(8)相連，下孔為泄壓孔(11)。液力傳感器(2)可在變向器上部360度的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)安裝位置。
鉆井液控鉆頭變向器的液力傳感器(2)主要是接收鉆柱與井壁之間的接觸力P1，液壓傳導(dǎo)管線(5)用于傳導(dǎo)液力傳感器(2)與液壓力開(kāi)關(guān)(6)之間的液壓。液力開(kāi)關(guān)(6)用于關(guān)閉和開(kāi)啟鉆桿內(nèi)孔與液壓缸(8)的通道及液壓缸(8)與泄壓孔(11)的通道。
下面將結(jié)合附圖作詳細(xì)說(shuō)明
圖1(A)鉆井液控鉆頭變向器的工作原理示意圖；(B)是液力開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖；(C)液力傳感與下液壓缸的裝配位置圖。圖2(A)鉆井液控鉆頭變向器的總裝結(jié)構(gòu)示意圖；(B)增方位工作情況示意圖；(C)減方位工作情況示意圖。圖中(1，13)上瓦片(2)液力傳感器；(3，10)彈簧；(4)活塞；(5，16)液壓傳導(dǎo)管線；(6)液力開(kāi)關(guān)；(7)活塞；(8)液壓缸；(9，18)下瓦片；(11)泄壓孔；(12，21)心軸；(14)液力傳感器位置；(15)上固定瓦片；(17)液力開(kāi)關(guān)位置；(19)液壓缸位置；(20)下固定瓦片。
鉆井液控鉆頭變向器利用了鉆井過(guò)程中鉆柱內(nèi)高壓流體能量的作用，當(dāng)液力傳感器(2)轉(zhuǎn)到斜井中的下井壁時(shí)，由于重力及鉆壓的作用，使上瓦片(1)獲得力P1，液力傳感器由于受到P1的作用，在液壓缸(8)內(nèi)產(chǎn)生一定的壓力，當(dāng)壓力達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，通過(guò)液壓傳導(dǎo)管線(5)傳導(dǎo)到液力開(kāi)關(guān)(6)，液力開(kāi)關(guān)(6)接通鉆柱與液壓缸(8)的通道。鉆柱內(nèi)高壓流體進(jìn)入液壓缸(8)，使下瓦片(9)獲得側(cè)向力P2，P2的大小與鉆柱內(nèi)高壓流體壓力及液壓缸(8)的面積成正比；P2的大小通過(guò)循環(huán)泵壓和液壓缸(8)的面積來(lái)控制。當(dāng)液壓傳感器(2)轉(zhuǎn)離斜井下井壁時(shí)，上瓦片(1)不與井壁接觸，此時(shí)P1為零，液壓缸(8)泄壓，P2也為零。就此完成一個(gè)工作過(guò)程。
鉆井液控鉆頭變向器與原有技術(shù)對(duì)比具有如下優(yōu)點(diǎn)1、本實(shí)用新型具有美國(guó)“Rebel tool”和圓桶型變向器的所有功能。
2、利用了鉆具內(nèi)高壓流體的能量，使在P1很小的情況下，獲得較大的P2。
3、改變傳感器與液壓缸的相對(duì)位置，可全方位地對(duì)井身軌跡進(jìn)行控制。
4、可通過(guò)地面調(diào)節(jié)泵壓來(lái)控制井下側(cè)向力P2的大小。
5、該變向器適用性強(qiáng)，不僅能在定向井中控制方位漂移，同時(shí)也可在直井防斜，水平井穩(wěn)斜，并適用于軟硬地層。
權(quán)利要求1.一種用于鉆井的鉆井液控鉆頭變向器，其由上瓦片(1)、彈簧(3)、液壓缸(8)、下瓦片(9)、心軸(12)等組成。本實(shí)用新型的特征是鉆井液控鉆頭變向器裝有液力傳感器(2)，其用上固定瓦片(15)，固定在變向器的上端，在變向器的下端裝有四個(gè)孔的液力開(kāi)關(guān)(6)，液力開(kāi)關(guān)(6)與液壓缸(8)和鉆具內(nèi)孔相聯(lián)接，液壓傳導(dǎo)管線(5)上端與液力傳感器(2)，下端與液力開(kāi)關(guān)(6)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆井液控鉆頭變向器，其特征是液力開(kāi)關(guān)(6)上開(kāi)有四個(gè)孔，B孔與鉆具內(nèi)孔相通，E、D孔與液壓缸(8)相連，下孔為泄壓孔(11)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆井液控鉆頭變向器，其特征是液力傳感器(2)可在變向器上部360度的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)安裝位置。
專(zhuān)利摘要鉆井液控鉆頭變向器適用于油田勘探鉆直井、定向井、水平井的井身軌跡控制。該變向器克服了美國(guó)“Rebel tool”變向器和我國(guó)圓桶型變向器的不足，在原變向器上增加了液力傳感器、液力開(kāi)關(guān)、液壓傳導(dǎo)管線等結(jié)構(gòu)，利用了鉆柱內(nèi)高壓流體的能量、改變傳感器與液壓缸的相對(duì)位置，可全方位地對(duì)井身軌跡進(jìn)行控制。而且只需在地面調(diào)節(jié)泵壓就可控制井下鉆頭的側(cè)向力。該變向器適用性強(qiáng)，不僅能在定向井中控制方位漂移，同時(shí)也可用在直井防斜，水平井穩(wěn)斜等等。
文檔編號(hào)E21B7/04GK2076151SQ9021417
公開(kāi)日1991年5月1日 申請(qǐng)日期1990年7月31日 優(yōu)先權(quán)日1990年7月31日
發(fā)明者盛明仁, 孫建成, 蔣傳新, 李宏偉 申請(qǐng)人:勝利石油管理局鉆井總公司