推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置，其包括：具有中心通道的芯軸；可轉(zhuǎn)動地套接于芯軸外的外套；多個沿周向間隔開地設(shè)置在外套的外壁內(nèi)的擺動式翼肋；促動機(jī)構(gòu)，用于控制各擺動式翼肋分別進(jìn)行擺動；多個沿周向間隔開地設(shè)置在外套的外壁內(nèi)的檢測器，檢測器構(gòu)造成能夠?qū)崟r檢測其與井壁之間的距離；控制器，其構(gòu)造成能夠通過檢測到的距離判定促動機(jī)構(gòu)是否需要促動擺動式翼肋進(jìn)行擺動。根據(jù)本實用新型的推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置通過檢測器的實時檢測，可以及時檢測到擴(kuò)徑和縮徑的井段，由此可以避免該旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置在此進(jìn)行導(dǎo)向，從而可以避免其導(dǎo)向偏離預(yù)設(shè)方向，進(jìn)而確保所鉆斜井的井斜和方位。
【專利說明】推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及石油鉆井【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]在鉆井【技術(shù)領(lǐng)域】中，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)可以在旋轉(zhuǎn)鉆井過程中根據(jù)軌跡控制的需要，實時調(diào)節(jié)井斜和方位，從而提高鉆井速度。
[0003]旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)通過其旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置來促使鉆頭或鉆柱進(jìn)行方向偏移，從而產(chǎn)生導(dǎo)向。根據(jù)導(dǎo)向方式的不同，該旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置可劃分為推靠式和指向式兩種。推靠式是在鉆頭附近直接給鉆頭提供側(cè)向力，指向式是彎曲鉆頭附近處的鉆柱以使鉆頭指向井眼軌跡控制方向。
[0004]在鉆井過程中，由于鉆具所鉆地層巖性的變化不定，導(dǎo)致井壁的尺寸不夠穩(wěn)定，井眼大小隨著地層巖性的變化而發(fā)生變化，因此在不同地層巖性的井段可能存在擴(kuò)徑或縮徑的情況。由于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置的導(dǎo)向功能取決于其翼肋推靠在井壁上的推靠力的大小和方向，因此當(dāng)井眼大小發(fā)生變化時，翼肋與井壁接觸的狀態(tài)就會發(fā)生變化，從而導(dǎo)致推靠力的大小發(fā)生變化，致使該旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置的導(dǎo)向方向偏離預(yù)設(shè)方向。
[0005]為了避免旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置的導(dǎo)向偏離預(yù)設(shè)方向，只有避開擴(kuò)徑或縮徑的井段進(jìn)行后再啟動該旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置進(jìn)行導(dǎo)向。但是，由于現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置不能及時檢測到擴(kuò)徑和縮徑的井段，因此很容易導(dǎo)致該旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置的導(dǎo)向偏離預(yù)設(shè)方向，致使所鉆斜井的井斜和方位不夠理想。
實用新型內(nèi)容
[0006]為了解決上述問題，本實用新型的目的是提供一種推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置，其能夠及時檢測到擴(kuò)徑和縮徑的井段，由此可以避免該旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置的導(dǎo)向偏離預(yù)設(shè)方向，從而保證所鉆斜井的井斜和方位。
[0007]本實用新型提供了一種推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置，其包括:具有中心通道的芯軸；可轉(zhuǎn)動地套接于芯軸外的外套；多個沿周向間隔開地設(shè)置在外套的外壁內(nèi)的擺動式翼肋；促動機(jī)構(gòu)，用于控制各擺動式翼肋分別進(jìn)行擺動；多個沿周向間隔開地設(shè)置在外套的外壁內(nèi)的檢測器，檢測器構(gòu)造成能夠?qū)崟r檢測其與井壁之間的距離；控制器，其構(gòu)造成能夠通過檢測到的距離判定促動機(jī)構(gòu)是否需要促動擺動式翼肋進(jìn)行擺動。
[0008]在一個實施例中，檢測器為超聲波傳感器。
[0009]在一個實施例中，在外套的外壁上設(shè)有安裝槽，超聲波傳感器包括固定設(shè)置在安裝槽內(nèi)并能夠?qū)崿F(xiàn)檢測功能的換能單元和固定在安裝槽的頂端開口處的保護(hù)窗。
[0010]在一個實施例中，超聲波傳感器還包括設(shè)在安裝槽的槽底與換能單元之間的減震座和設(shè)在保護(hù)窗與換能單元之間的透聲窗，以及被透聲窗密封在安裝槽內(nèi)的保壓填充物。
[0011]在一個實施例中，保護(hù)窗由不銹鋼材料制成，并具有多個透聲孔。
[0012]在一個實施例中，透聲窗由氟橡膠或硅橡膠制成，保壓填充物為硅油。
[0013]在一個實施例中,各擺動式翼肋分別與相應(yīng)的檢測器在周向上相互對齊。
[0014]在一個實施例中，在芯軸的外壁上設(shè)有周向凹槽，外套安裝在周向凹槽內(nèi)并能夠獨立旋轉(zhuǎn)。
[0015]在一個實施例中，還包括能夠切斷或傳遞芯軸向外套輸入的動力的離合器。
[0016]在一個實施例中，離合器包括設(shè)在芯軸與外套之間且分別用于促動芯軸和外套轉(zhuǎn)動的主動件和從動件，以及設(shè)置在外套內(nèi)的用于促動從動件與主動件相互分離或接合的推動單元。
[0017]根據(jù)本實用新型的推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置通過檢測器的實時檢測，可以及時檢測到擴(kuò)徑和縮徑的井段，由此可以避免該旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置在此進(jìn)行導(dǎo)向，從而可以避免其導(dǎo)向偏離預(yù)設(shè)方向，進(jìn)而確保所鉆斜井的井斜和方位。
[0018]根據(jù)本實用新型的推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置，通過采用的超聲波傳感器不僅可以避免旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置在擴(kuò)徑或縮徑的井段中進(jìn)行導(dǎo)向，而且還可以連續(xù)測量井徑，從而得井徑隨深度變化的變化情況，以便在計算機(jī)內(nèi)能夠模擬出油井的空間結(jié)構(gòu)。
[0019]根據(jù)本實用新型的推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置的結(jié)構(gòu)簡單緊湊，加工方便，裝配容易，使用安全高效，便于實施推廣應(yīng)用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]在下文中將基于實施例并參考附圖來對本實用新型進(jìn)行更詳細(xì)的描述。其中:
[0021]圖1為根據(jù)本實用新型的推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2為根據(jù)本實用新型的推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置的檢測器的結(jié)構(gòu)示意圖，同時示出了外套；以及
[0023]圖3顯示了根據(jù)本實用新型的推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置的離合器及芯軸。
[0024]在附圖中，相同的部件使用相同的附圖標(biāo)記。附圖并未按照實際的比例繪制。

【具體實施方式】
[0025]下面將結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步說明。
[0026]圖1顯示了根據(jù)本實用新型的推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置100(以下簡稱旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置100)。該旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置100能夠促動鉆頭或鉆柱順利進(jìn)行方向偏移，從而產(chǎn)生導(dǎo)向作用。
[0027]根據(jù)本實用新型的推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置100包括具有中心通道12a的芯軸12，以及可轉(zhuǎn)動地套接于芯軸12外的外套14。其中，芯軸12的上游端可通過螺紋結(jié)構(gòu)與鉆具或泥漿馬達(dá)相連，而下游端也可通過螺紋結(jié)構(gòu)與鉆桿或鉆頭的轉(zhuǎn)換接頭相連。
[0028]為了防止外套14在芯軸12上來回串動，在芯軸12的外壁上設(shè)有周向凹槽12b，并把外套14安裝在周向凹槽12b內(nèi)。其中，該周向凹槽12b優(yōu)選處于芯軸12的中央處，其由兩個環(huán)形的槽側(cè)壁和槽底組成。為了實現(xiàn)外套14的順暢轉(zhuǎn)動，在外套14的內(nèi)壁與芯軸12的周向凹槽12b的槽底之間設(shè)有徑向軸承、例如深溝球軸承，以便允許外套14進(jìn)行獨立轉(zhuǎn)動。同時，在外套14的上游端(即圖1內(nèi)靠近左側(cè)的端部)與周向凹槽12b的槽側(cè)壁之間設(shè)有推力軸承19，在外套14的下游端(即圖1內(nèi)靠近右側(cè)的端部)與周向凹槽12b的另個槽側(cè)壁之間也設(shè)有推力軸承19，以便向芯軸12可以提供軸向支撐，從而承受鉆壓和鉆具的重量。
[0029]根據(jù)本實用新型的推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置100還包括多個沿周向間隔開地設(shè)置在外套14的外壁內(nèi)的擺動式翼肋17，其也可以簡稱為翼肋17。該翼肋17在擺動后能夠把端部抵靠在井壁上，以便提供導(dǎo)向所需的側(cè)向力。為了保證該翼肋17可以進(jìn)行擺動，該旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置100還包括促動機(jī)構(gòu)18，其用于控制各翼肋17進(jìn)行獨立擺動。所述的促動機(jī)構(gòu)18優(yōu)選為液壓機(jī)構(gòu)，其與翼肋17均屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的，在此不作詳細(xì)描述。
[0030]根據(jù)本實用新型的推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置100還包括多個沿周向間隔開地設(shè)置在外套14的外壁內(nèi)的檢測器15。檢測器15能夠?qū)崟r檢測其與井壁之間的距離。同時，該旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置100還包括控制器16。該控制器16通過檢測器15檢測到的距離可以確定被檢測處的井眼大小，并且判定此處井眼是否適合導(dǎo)向。對于是否適合導(dǎo)向，取決于井眼擴(kuò)徑和縮徑的程度是否處于正常范圍，正常范圍應(yīng)選為(Rh-Amin)?(Rh+Λmax)，其中，Rh等于標(biāo)準(zhǔn)井眼的半徑減去檢測器15到芯軸12的中心軸線的距離，Amin為下限限制值，Amax上限限制值。標(biāo)準(zhǔn)井眼的半徑屬于預(yù)設(shè)值，Amin可選為15mm?25mm, Δmax可選為10mm?20_。如果適合導(dǎo)向，促動機(jī)構(gòu)18便可以控制各翼肋17進(jìn)行相應(yīng)擺動，以便進(jìn)行導(dǎo)向所需的側(cè)向力，如果不適合導(dǎo)向，檢測器15不會開啟促動機(jī)構(gòu)18。通過這種方式，可以避免旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置100在擴(kuò)徑或縮徑的井段中進(jìn)行導(dǎo)向，由此可以避免其導(dǎo)向偏離預(yù)設(shè)方向，進(jìn)而確保所鉆斜井的井斜和方位。
[0031]在一個優(yōu)選的實施例中，擺動式翼肋17與檢測器15的數(shù)量相同，各擺動式翼肋17在周向上分別與相應(yīng)的檢測器15相互對齊。通過這種方式檢測到的距離更加接近未擺動時的擺動式翼肋17到井壁之間的距離，由此便于控制器16更加精準(zhǔn)控制擺動式翼肋17。檢測器15設(shè)置成鄰近該擺動式翼肋17，這樣也可以便于控制器16更加精準(zhǔn)控制擺動式翼肋17。
[0032]另外，該旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置100還包括與控制器16相連的姿態(tài)檢測器和壓力傳感器。姿態(tài)檢測器可為三軸加速度傳感器，以用于檢測旋轉(zhuǎn)該旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置100的空間姿態(tài)，包括其所處位置的井斜角、各翼肋17的工具面角。三軸加速度器和各壓力傳感器通過控制器16進(jìn)行快速計算，得到旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置100的空間姿態(tài)以及翼肋17所受的來自于液壓機(jī)構(gòu)的壓力。所述的三軸加速度傳感器、壓力傳感器以及控制器16均屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的，在此不作詳細(xì)描述
[0033]檢測器15可優(yōu)選為超聲波傳感器，當(dāng)然可以選擇為其他類型的能夠?qū)崟r檢測其與井壁之間的距離的傳感器。超聲波傳感器不僅可以避免旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置100在擴(kuò)徑或縮徑的井段中進(jìn)行導(dǎo)向，而且還可以連續(xù)測量井徑，從而得井眼大小隨深度變化的變化情況，以便在計算機(jī)內(nèi)能夠模擬出油井的空間結(jié)構(gòu)。
[0034]為了確保超聲波傳感器的結(jié)構(gòu)不易損壞，在外套14的外壁上設(shè)有安裝槽35，請參見圖2。超聲波傳感器包括固定設(shè)置在安裝槽35內(nèi)并能夠?qū)崿F(xiàn)檢測功能的換能單元31和固定在安裝槽35的頂端開口處的保護(hù)窗34。其中，換能單元31可選為換能器，但其應(yīng)選為能夠承受高溫高壓(即150°C和150MPa)的換能器。在控制器16給予激勵信號后，換能器可以發(fā)送并接收聲波，通過聲波的傳播時間計算出所要測量的距離。保護(hù)窗34可采用不銹鋼材料制成，并具有多個透聲孔。該保護(hù)窗34不僅可以防止換能單元31受到井壁摩擦，而且還可以時防止泥漿顆粒進(jìn)入到安裝槽35內(nèi)。
[0035]在一個優(yōu)選的實施例中，該擺動式翼肋17還包括設(shè)在安裝槽35的槽底與換能單元31之間的減震座32和設(shè)在保護(hù)窗34與換能單元31之間的透聲窗33，以及被透聲窗33密封在安裝槽35內(nèi)的保壓填充物(未示出)。減震座32可選用橡膠材料制成，而透聲窗33可采用聲阻抗與硅油、井眼泥漿相匹配的材料制成，例如采用氟橡膠或硅橡膠制成。這種材質(zhì)的保護(hù)窗34有利于聲波在傳播過程中降低該聲波的衰減。保壓填充物優(yōu)選為與井眼泥漿相匹配的材料、例如硅油，以確保檢測器15內(nèi)外的壓力達(dá)到平衡。
[0036]如圖1和3所示，該旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置100還包括能夠切斷或傳遞芯軸12向外套14輸入的動力的離合器11。該離合器11包括設(shè)在芯軸12與外套14之間的主動件21和從動件20,以及促動主動件21與從動件20相互分離或接合的推動單元19。其中，推動單元19可為直線電機(jī)、液壓缸或電磁位移機(jī)構(gòu)，由此可以實現(xiàn)芯軸12與外套14之間的動力的切斷和接合。從動件20與主動件21均設(shè)置在推力軸承19的徑向外側(cè)或徑向內(nèi)側(cè)，并且分別可選為能夠相互嚙合的齒輪、相互配合的花鍵件或相互摩擦的摩擦輪。
[0037]旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置100可以通過離合器11來切斷或傳遞芯軸12向外套14輸入的動力，當(dāng)鉆井過程需要導(dǎo)向時，離合器11可以切斷芯軸12向外套14輸入的動力，允許外套14不跟隨芯軸12進(jìn)行旋轉(zhuǎn)而是相對于井壁靜止，從而可以保證該旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置100提供的偏向力精準(zhǔn)充足，以便鉆頭順利進(jìn)行方向偏移；當(dāng)鉆井過程不需要導(dǎo)向時，離合器11可以把芯軸12的動力傳遞給外套14，促使外套14跟隨芯軸12同步旋轉(zhuǎn)，提高該旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置100的轉(zhuǎn)動慣量，增加其能量貯藏，從而有利于鉆頭高效穩(wěn)定的鉆井。
[0038]以下介紹根據(jù)本實用新型的推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置100的使用方法，其包括以下步驟，即首先通過檢測器15實時檢測其與井壁之間的距離，然后通過檢測的距離來判定其是否處于正常范圍，如果是處于正常范圍，該推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置100通過控制器16來控制促動機(jī)構(gòu)18，并通過促動機(jī)構(gòu)18促動各翼肋17分別進(jìn)行擺動，如果處于非正常范圍，控制器16停止促動機(jī)構(gòu)18不工作。其中，正常范圍可選為(Rh-Amin)?(Rh+Λ max)，其中，Rh等于標(biāo)準(zhǔn)井眼的半徑減去檢測器15到芯軸12的中心軸線的距離，Amin為下限限制值，Δmax上限限制值。標(biāo)準(zhǔn)井眼的半徑屬于預(yù)設(shè)值，Amin可選為15mm?25mm, Δmax可選為10mm?20mm。通過這種控制方式，可以避免旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置100在擴(kuò)徑或縮徑的井段中進(jìn)行導(dǎo)向，由此可以避免其導(dǎo)向偏離預(yù)設(shè)方向，進(jìn)而保證所鉆斜井的斜度能夠到達(dá)理想結(jié)果。
[0039]根據(jù)本實用新型的推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置100通過檢測器15的實時檢測可以及時檢測到擴(kuò)徑和縮徑的井段，由此可以避免該旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置100的導(dǎo)向偏離預(yù)設(shè)方向，從而保證所鉆斜井的斜度。
[0040]雖然已經(jīng)參考優(yōu)選實施例對本實用新型進(jìn)行了描述，但在不脫離本實用新型的范圍的情況下，可以對其進(jìn)行各種改進(jìn)并且可以用等效物替換其中的部件。尤其是，只要不存在結(jié)構(gòu)沖突，各個實施例中所提到的各項技術(shù)特征均可以任意方式組合起來。本實用新型并不局限于文中公開的特定實施例，而是包括落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有技術(shù)方案。
【權(quán)利要求】
1.一種推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置，其特征在于，包括: 具有中心通道的芯軸； 可轉(zhuǎn)動地套接于所述芯軸外的外套； 多個沿周向間隔開地設(shè)置在所述外套的外壁內(nèi)的擺動式翼肋； 促動機(jī)構(gòu)，用于控制各所述擺動式翼肋分別進(jìn)行擺動； 多個沿周向間隔開地設(shè)置在所述外套的外壁內(nèi)的檢測器，所述檢測器構(gòu)造成能夠?qū)崟r檢測其與井壁之間的距離；以及 控制器，其構(gòu)造成能夠通過檢測到的所述距離判定所述促動機(jī)構(gòu)是否需要促動所述擺動式翼肋進(jìn)行擺動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置，其特征在于，所述檢測器為超聲波傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置，其特征在于，在所述外套的外壁上設(shè)有安裝槽，所述超聲波傳感器包括固定設(shè)置在所述安裝槽內(nèi)并能夠?qū)崿F(xiàn)檢測功能的換能單元和固定在所述安裝槽的頂端開口處的保護(hù)窗。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置，其特征在于，所述超聲波傳感器還包括設(shè)在所述安裝槽的槽底與換能單元之間的減震座和設(shè)在所述保護(hù)窗與換能單元之間的透聲窗，以及被所述透聲窗密封在所述安裝槽內(nèi)的保壓填充物。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置，其特征在于，所述保護(hù)窗由不銹鋼材料制成，并具有多個透聲孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置，其特征在于，所述透聲窗由氟橡膠或硅橡膠制成，所述保壓填充物為硅油。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一項所述的推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置，其特征在于，各所述擺動式翼肋分別與相應(yīng)的檢測器在周向上相互對齊。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一項所述的推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置，其特征在于，在所述芯軸的外壁上設(shè)有周向凹槽，所述外套安裝在周向凹槽內(nèi)并能夠獨立旋轉(zhuǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一項所述的推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置，其特征在于，還包括能夠切斷或傳遞所述芯軸向所述外套輸入的動力的離合器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置，其特征在于，所述離合器包括設(shè)在所述芯軸與外套之間且分別用于促動所述芯軸和外套轉(zhuǎn)動的主動件和從動件，以及設(shè)置在所述外套內(nèi)的用于促動所述從動件與所述主動件相互分離或接合的推動單元。
【文檔編號】E21B7/04GK204238856SQ201420569277
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月29日
【發(fā)明者】肖紅兵, 楊錦舟, 韓來聚, 李作會, 張海花, 唐志軍, 周延軍 申請人:中國石油化工集團(tuán)公司, 中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院