導向能力可控式井下動力鉆具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及鉆井工具領(lǐng)域中的一種導向能力可控式井下動力鉆具。特別適用于石油天然氣鉆井、煤層氣鉆井、地質(zhì)勘探、礦山鉆探領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著油氣田開發(fā)難度的日益加大和鉆井技術(shù)的快速發(fā)展，大位移井、長水平段水平井、多級分支井等復雜結(jié)構(gòu)井的數(shù)量與日俱增，旋轉(zhuǎn)導向鉆井技術(shù)優(yōu)勢明顯，能夠滿足鉆井軌跡實時控制調(diào)整的工藝技術(shù)要求，但由于國外技術(shù)保密與壟斷，且服務(wù)價格昂貴，國內(nèi)應用較少，而利用帶彎角的井下動力鉆具進行導向鉆井，其工藝技術(shù)相對成熟，且作業(yè)成本較低，目前在國內(nèi)導向鉆井技術(shù)中占有不可替代的地位。
[0003]現(xiàn)有帶彎角的井下動力鉆具導向鉆井技術(shù)主要依靠調(diào)整滑動鉆進井段與復合旋轉(zhuǎn)鉆進井段的比例控制井眼軌跡，但在實際應用過程中，常規(guī)帶彎角的井下動力鉆具對井眼軌跡的控制調(diào)節(jié)能力非常有限，還不能滿足高難度復雜結(jié)構(gòu)井的軌跡精確控制與調(diào)節(jié)的要求，(I)較大彎角導向鉆具下入井內(nèi)過程不順暢，容易發(fā)生遇阻；(2)滑動鉆進過程中，較大彎角導向鉆具容易引發(fā)卡鉆事故；(3)復合鉆進過程中，由于動力鉆具承受的扭矩較大，容易造成較大彎角連接處發(fā)生斷裂。這樣不僅不能滿足鉆井施工的要求，而且也延長了鉆井周期增加了鉆井成本。
[0004]研宄結(jié)果表明，將可變徑穩(wěn)定器與帶彎角的動力鉆具組合，并安裝在鉆柱與鉆頭之間，這樣就在井眼軌跡控制過程中增加了一個人工可調(diào)參數(shù)一近鉆頭穩(wěn)定器直徑，能夠在利用鉆壓控制井眼軌跡的基礎(chǔ)上，進一步增強井下導向動力鉆具控制井眼軌跡的能力，大大提高復合鉆進井段的比例和井眼軌跡控制能力，降低鉆進摩阻損耗，提高鉆井時效。與常規(guī)導向鉆井工藝技術(shù)相比，能夠增大井眼軌跡調(diào)整的可控范圍，在沒有旋轉(zhuǎn)導向鉆井技術(shù)的條件下，利用現(xiàn)有成熟技術(shù)，低成本的鉆成更多更長的復雜結(jié)構(gòu)井。
[0005]但是現(xiàn)有井下導向動力鉆具或安裝固定式穩(wěn)定器，或不安裝穩(wěn)定器。前者在應用過程中，由于穩(wěn)定器直徑固定不可調(diào)，使得導向動力鉆具對井眼軌跡的調(diào)整控制范圍有限，若安裝的固定式穩(wěn)定器直徑較大，易引發(fā)卡鉆事故；而后者在應用過程中，雖然在一定程度上能夠降低發(fā)生卡鉆的風險，但大大降低了井眼軌跡的控制能力；如果將變徑穩(wěn)定器與導向動力鉆具簡單串聯(lián)，則會減小動力鉆具施加在鉆頭上的破巖扭矩和功率，降低鉆井效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實用新型是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提出一種結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠，控制精度高，操作方便的導向能力可控式井下動力鉆具，通過對安裝在井下動力鉆具上的變徑穩(wěn)定器的遙控調(diào)節(jié)，提高現(xiàn)有井下導向動力鉆具的井眼軌跡控制能力，同時降低發(fā)生卡鉆事故的風險，滿足復雜結(jié)構(gòu)井軌跡實時控制調(diào)整的技術(shù)要求，在國內(nèi)暫無旋轉(zhuǎn)導向鉆井技術(shù)的前提下，達到利用國內(nèi)現(xiàn)有成熟技術(shù)裝備，低成本高效率完成復雜結(jié)構(gòu)井鉆井軌跡控制的目的。
[0007]本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0008]導向能力可控式井下動力鉆具，主要由殼體13、上接頭1、動力機構(gòu)2、扶正棱9、下接頭12和聯(lián)軸器3、旁通孔4、控制器6、心軸7、彈簧8組成；其中，控制器6是在筒狀本體外設(shè)置與殼體13配合的軸向限位鎖定機構(gòu)，動力機構(gòu)2通過聯(lián)軸器3與心軸7連接后整體設(shè)在殼體13內(nèi)，上接頭I設(shè)在殼體13的上部，下接頭12設(shè)在心軸7裸露端，彈簧8和控制器6設(shè)在心軸7與殼體13組成的環(huán)形空間內(nèi)，扶正棱9設(shè)在殼體13下部對應的槽內(nèi)，控制器6本體下端和扶正棱9之間通過鉸鏈的支撐桿連接，控制器6內(nèi)外壁分別與心軸7和殼體13構(gòu)成軸向滑動密封配合，心軸7上設(shè)有旁通孔4，旁通孔4與心軸7內(nèi)腔和控制器6上方的環(huán)空連通。
[0009]上述方案還包括:所述的軸向限位鎖定機構(gòu)由定棘輪和動棘輪組成，其中動棘輪上設(shè)有滑槽，滑槽與殼體13上的花鍵構(gòu)成插接配合。
[0010]上述方案進一步包括:心軸7與控制器6之間安裝密封裝置5 ;心軸7與控制器6之間安裝密封裝置10 ;控制器6與殼體13之間安裝密封裝置11。
[0011]本實用新型的導向能力可控式井下動力鉆具將動力鉆具與變徑穩(wěn)定器結(jié)合為一體，避免了兩個工具簡單連接引發(fā)井下復雜事故的風險，對于大位移井、長水平段水平井等復雜結(jié)構(gòu)井的高效快速鉆進、井身質(zhì)量的精確控制、延長鉆頭和鉆具的使用壽命、降低能耗和綜合成本、提高經(jīng)濟效益具有重要意義，同時也打破了國外在復雜結(jié)構(gòu)井井眼軌跡精確控制工藝方面的技術(shù)壟斷，實現(xiàn)了利用國內(nèi)低成本、現(xiàn)有成熟技術(shù)完成高難度復雜結(jié)構(gòu)井鉆井的目的，具有重要的社會價值和經(jīng)濟價值。
[0012]同時，本導向能力可控式井下動力鉆具還具有結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單、性能可靠、操作方便等特點。
【附圖說明】
[0013]圖1是一種導向能力可控式井下動力鉆具實施例使用狀態(tài)的外部示意圖。
[0014]圖2是一種導向能力可控式井下動力鉆具剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖3是圖2中定棘輪放大展開結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖4是圖2中動棘輪放大展開結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖中1-上接頭、2-動力結(jié)構(gòu)、3-聯(lián)軸器、4-旁通孔、5-密封裝置、6-控制器、7-心軸、8-彈簧、9-扶正棱、10-密封裝置、11-密封裝置、12-下接頭、13-殼體。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖來和具體實施例對本實用新型詳細描述。
[0019]如圖2，導向能力可控式井下動力鉆具，主要由殼體13、上接頭1、動力機構(gòu)2、扶正棱9、下接頭12和聯(lián)軸器3、旁通孔4、控制器6、心軸7、彈簧8組成；其中，控制器6是在筒狀本體外設(shè)置與殼體13配合的軸向限位鎖定機構(gòu)，動力機構(gòu)2通過聯(lián)軸器3與心軸7連接后整體設(shè)在殼體13內(nèi)，上接頭I設(shè)在殼體13的上部，下接頭12設(shè)在心軸7裸露端，彈簧8和控制器6設(shè)在心軸7與殼體13組成的環(huán)形空間內(nèi)，扶正棱9設(shè)在殼體13下部對應的槽內(nèi)，控制器6本體下端和扶正棱9之間通過鉸鏈的支撐桿連接，控制器6內(nèi)外壁分別與心軸7和殼體13構(gòu)成軸向滑動密封配合，心軸7上設(shè)有旁通孔4，旁通孔4與心軸7內(nèi)腔和控制器6上方的環(huán)空連通。
[0020]如圖3和圖4，上述實施例所述的軸向限位鎖定機構(gòu)由定棘輪和動棘輪組成，其中動棘輪上設(shè)有滑槽，滑槽與殼體13上的花鍵構(gòu)成插接配合。
[0021]上述實施例進一步包括:心軸7與控制器6之間安裝密封裝置5 ;心軸7與控制器6之間安裝密封裝置10 ;控制器6與殼體13之間安裝密封裝置11。
[0022]如圖1是，扶正棱3-5個，均布安裝。
[0023]其工作流程和原理如圖1所示，導向能力可控式井下動力鉆具安裝在鉆柱與鉆頭之間，開始鉆井時，鉆井液依次流經(jīng)動力機構(gòu)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)扭矩，經(jīng)過聯(lián)軸器、旁通孔、心軸、下接頭傳遞至井底鉆頭進行破巖。控制器主要由定棘輪和動棘輪構(gòu)成。初始狀態(tài)時，控制器鎖緊，即定棘輪控制動棘輪無法轉(zhuǎn)動，此時動棘輪上的滑槽不能與殼體配合，使得扶正棱無法伸出，即變徑穩(wěn)定器的外徑處于小直徑狀態(tài)；當需要直徑變大，即扶正棱伸出時，地面鉆井泵先停止再開啟，控制器解鎖，即定棘輪控制動棘輪轉(zhuǎn)動一定角度，此時動棘輪上的滑槽能夠與殼體配合，增大泵壓，液壓力推動控制器下行將扶正棱推出，同時壓縮彈簧，然后再停泵再開啟，控制器再次鎖緊，定棘輪控制動棘輪再次轉(zhuǎn)動一定角度，使得動棘輪上的滑槽不能與殼體配合，扶正棱不會縮回，鉆井液通過動力機構(gòu)產(chǎn)生扭矩，通過聯(lián)軸器、心軸、下接頭傳遞至井底鉆頭旋轉(zhuǎn)破巖。
【主權(quán)項】
1.導向能力可控式井下動力鉆具，包括殼體(13)、上接頭(1)、動力機構(gòu)(2)、扶正棱(9)和下接頭(12)，其特征在于:還包括聯(lián)軸器(3)、旁通孔(4)、控制器(6)、心軸(7)、彈簧(8);其中，控制器(6)是在筒狀本體外設(shè)置與殼體(13)配合的軸向限位鎖定機構(gòu)，動力機構(gòu)(2)通過聯(lián)軸器(3)與心軸(7)連接后整體設(shè)在殼體(13)內(nèi)，下接頭(12)設(shè)在心軸(7)裸露端，彈簧(8)和控制器(6)設(shè)在心軸(7)與殼體(13)組成的環(huán)形空間內(nèi)，扶正棱(9)設(shè)在殼體(13)下部對應的槽內(nèi)，控制器(6)本體下端和扶正棱(9)之間通過鉸鏈的支撐桿連接，控制器(6)內(nèi)外壁分別與心軸(7)和殼體(13)構(gòu)成軸向滑動密封配合，心軸(7)上設(shè)有旁通孔(4)，旁通孔(4)與心軸(7)內(nèi)腔和控制器(6)上方的環(huán)空連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導向能力可控式井下動力鉆具，其特征在于:所述的軸向限位鎖定機構(gòu)由定棘輪和動棘輪組成，其中動棘輪上設(shè)有滑槽，滑槽與殼體(13)上的花鍵構(gòu)成插接配合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的導向能力可控式井下動力鉆具，其特征在于:心軸(7)與控制器(6)之間安裝密封裝置(5);心軸(7)與控制器(6)之間安裝密封裝置(10);控制器(6)與殼體(13)之間安裝密封裝置(11)。
【專利摘要】本實用新型的導向能力可控式井下動力鉆具涉及鉆探工具領(lǐng)域。主要由殼體、上接頭、動力機構(gòu)、扶正棱、下接頭和聯(lián)軸器、旁通孔、控制器、心軸、彈簧組成；其中，動力機構(gòu)通過聯(lián)軸器與心軸7連接后整體設(shè)在殼體內(nèi)，彈簧和控制器設(shè)在心軸與殼體組成的環(huán)形空間內(nèi)，扶正棱設(shè)在殼體下部對應的槽內(nèi)，控制器本體下端和扶正棱之間通過鉸鏈的支撐桿連接，心軸上設(shè)有旁通孔。本鉆具安裝在鉆具組合與鉆頭之間，通過地面開關(guān)泵的操作，提高了現(xiàn)有導向工具的井眼軌跡控制調(diào)節(jié)能力和鉆井效率，減少了起下鉆更換導向鉆具組合的次數(shù)，降低了發(fā)生井下復雜情況的風險。同時還具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、便于安裝、安全可靠的優(yōu)點。
【IPC分類】E21B7-04, E21B4-00
【公開號】CN204402347
【申請?zhí)枴緾N201420867906
【發(fā)明人】李文飛, 李玄燁, 周延軍, 夏文安, 夏廣強, 于承朋, 于麗萍, 劉曉艷, 董懷榮
【申請人】中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2014年12月31日