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角度可控的新型旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具的制作方法

文檔序號:9520506閱讀:698來源:國知局
角度可控的新型旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石油天然氣鉆探工程技術(shù)井下定向鉆井鉆具設(shè)備領(lǐng)域,特別是一種角度可控的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具。
【背景技術(shù)】
[0002]旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)(Rotary Steerable Systems,簡稱RSS)是在鉆柱旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時,隨鉆實時完成導(dǎo)向功能的一種導(dǎo)向式鉆井系統(tǒng),目前國際上的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng),根據(jù)其導(dǎo)向方式可以劃分為推靠式(Push the Bit)和指向式(Point the Bit)兩種。
[0003]近年來,隨著國內(nèi)外大部分油田相繼進(jìn)入開發(fā)后期,而新探區(qū)大部分都處于特殊環(huán)境,使勘探開發(fā)難度和成本增大。為了提高油氣采收率、降低成本,超深井、高難度定向井、叢式井、水平井、大位移井、多底井及三維多目標(biāo)井等特殊工藝井技術(shù)相繼出現(xiàn)并受到廣泛重視,而能夠引導(dǎo)或控制井眼按預(yù)定的井眼軌跡(幾何導(dǎo)向)或預(yù)定的目標(biāo)地層(地質(zhì)導(dǎo)向)鉆進(jìn)的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)成為鉆成這些高難度的復(fù)雜結(jié)構(gòu)井的關(guān)鍵技術(shù)。
[0004]此外,頁巖氣等非常規(guī)油氣資源開發(fā)需要RSS技術(shù)。為了降低頁巖氣開發(fā)成本,獲得較高的收益率,叢式水平井已成為頁巖氣開發(fā)的主要鉆井方式。在叢式水平井鉆井作業(yè)中,為了加快鉆井速度,延長水平段位移,提高單井產(chǎn)能,RSS就成了頁巖氣開發(fā)中必不可少的技術(shù)裝備。
[0005]因此研究一種角度可控的新型旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了提高鉆井效率,實現(xiàn)井下鉆井角度控制,本發(fā)明提供了一種角度可控的新型旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具,使鉆井工程中隨時調(diào)整鉆井角度。
[0007]本發(fā)明的目的通過以下實施方案實現(xiàn):
[0008]在一些實施方案中,該新型旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具由三大部分組成:上部液壓角度控制總成,離合器控制總成,偏離裝置總成。液壓角度控制總成包括中空芯軸,可延中空芯軸往復(fù)運動的多角度敲擊環(huán)離合器總由兩根帶鍵與鍵槽的軸嚙合而成,偏離裝置總成包括一排偏執(zhí)執(zhí)行機構(gòu),,可控制旋轉(zhuǎn)外殼構(gòu)成,可滑動的活塞機構(gòu)可通過控制流量的大小控制在兩個位置,一個位置接通流體與偏執(zhí)執(zhí)行機構(gòu),實現(xiàn)定向鉆井另一個位置隔離流體進(jìn)入偏執(zhí)機構(gòu)腔室,實現(xiàn)垂直鉆井。
[0009]在一些實施方案中,上部角度控制總成中的活塞能在上下兩個流量閥的共同作用下實現(xiàn)往復(fù)運動,從而實現(xiàn)多角度敲擊環(huán)的往復(fù)運動,多角度敲擊環(huán)是一個錐形結(jié)構(gòu)的裝置,通過與偏轉(zhuǎn)環(huán)的共同控制實現(xiàn)角度的可控。當(dāng)偏轉(zhuǎn)環(huán)的移動時,偏轉(zhuǎn)環(huán)可推動內(nèi)套筒與外套筒嚙合,實現(xiàn)偏轉(zhuǎn)柔性芯軸與偏轉(zhuǎn)外殼共同旋轉(zhuǎn),此次為非導(dǎo)向鉆井狀態(tài);當(dāng)液壓變小時,在于壓力彈簧的作用下,實現(xiàn)偏轉(zhuǎn)柔性芯軸與偏轉(zhuǎn)外殼分離,此時為導(dǎo)向鉆井狀態(tài)。
[0010]在一些實施方案中,可滑動活塞通過活塞上設(shè)置的定位槽與定位銷釘在液壓調(diào)節(jié)與彈簧的共同作用下實現(xiàn)往復(fù)運動,當(dāng)活塞上的通孔接與偏置柔性芯軸的通孔接通與否實現(xiàn)對偏置機構(gòu)偏置執(zhí)行機構(gòu)控制。
[0011]在一些實施方案中偏轉(zhuǎn)環(huán),內(nèi)套筒,外套筒與偏轉(zhuǎn)柔性芯軸均設(shè)置有凸鍵與臥槽的結(jié)構(gòu),從而實現(xiàn)該三裝置的周向扭矩的傳遞與軸向的滑動。
[0012]在一些實施方案中,活塞在偏置柔性芯軸中往復(fù)運動時末端安裝有一個定位套筒。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:通過控制閥門,實現(xiàn)對角度控制裝置中活塞的往復(fù)運動,控制鉆井角度,通過控制離合器和控制活塞的往復(fù)運動共同控制鉆井狀態(tài)的控制,實現(xiàn)了鉆井方式的切換,雙重控制提高了鉆井的安全性,同時提高了鉆井效率。
【附圖說明】
[0014]圖1.為本發(fā)明的整體裝配圖;
[0015]圖2.為離合器嚙合剖面圖;
[0016]圖3.為活塞定位槽布置展開圖;
[0017]圖4.為定位保護套筒的剖面圖;
[0018]圖中:1_角度控制總成,2-離合器控制總成,3-偏置裝置總成,4-中空芯軸,5-活塞缸,6-壓力彈簧1,7-上活塞,8-上流量控制閥,9-上流道,10-下流道,11-下流量控制閥,12-多角度敲擊環(huán),13-上通道,14-上中心流道,15-偏轉(zhuǎn)環(huán),16-萬向節(jié),17-內(nèi)套筒,18-壓力彈簧2,19-外套筒,20-偏置柔性芯軸,21-定位套筒,22-定位槽,23-定位銷釘1,24-軸承組件,25-外殼,26-下活塞,27-下中心流道,28-壓力彈簧3,29-壓力彈簧4,30-偏置活塞,31-定位銷釘2,32-定位套筒,33-通孔1,34-通孔2,35-定位槽位置1,36-定位槽位置2,37-定位槽位置3,38-內(nèi)套筒鍵,39-偏執(zhí)柔性軸鍵,40-偏執(zhí)柔性軸鍵槽,41-下活塞末端1,42_下活塞末端2,43-定位保護套筒。
【具體實施方式】
[0019]—種角度可控的新型旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具,該工具設(shè)置有一個帶液壓控制系統(tǒng)的上部角度控制總成1,帶離合器功能的離合器控制總成2,下部設(shè)置有偏執(zhí)裝置總成3,一種角度可控的新型旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具其特征在于,上部角度控制總成3由中空芯軸4,活塞缸5,彈簧6,活塞7,上流量控制閥8,下流量控制閥11,及可沿著中空芯軸運動的多角度敲擊環(huán)12,偏轉(zhuǎn)環(huán)15,萬向節(jié)16組成,萬向節(jié)16是角度控制總成與離合器總成的連接樞紐,偏轉(zhuǎn)環(huán)15通過鍵連接方式連接在偏置柔性芯軸20上,離合器總成2由內(nèi)套筒17,彈簧18,外套筒19,定位套筒20組成,內(nèi)套筒通過鍵連接方式與偏轉(zhuǎn)芯軸20連接,外套筒19通過螺紋或者螺栓方式固定在偏轉(zhuǎn)外殼25上,偏執(zhí)裝置其特征在于,偏轉(zhuǎn)外殼25上設(shè)置有偏執(zhí)執(zhí)行機構(gòu)由彈簧29及偏執(zhí)活塞30組成,偏執(zhí)柔性芯軸20通過軸承組件24固定在裝置內(nèi)部,偏執(zhí)柔性芯軸20內(nèi)部開孔,其內(nèi)部設(shè)置有可往復(fù)運動的偏執(zhí)機構(gòu)的控制結(jié)構(gòu),其包括可滑動的下活塞26,一組定位銷釘23設(shè)置在偏置柔性芯軸20上,下活塞26上設(shè)置有一組定位槽22,彈簧28通過銷釘定位一頭定位在下活塞26上,一頭定位在定位套筒32上,活塞20上設(shè)置有通孔33,偏置柔性芯軸20設(shè)置有通孔34,定位套筒32通過螺栓固定在偏置柔性芯軸20上,其上設(shè)置通過與偏執(zhí)柔性芯軸20的通孔共同構(gòu)成通孔34,裝置末端設(shè)置有定位保護套筒43 ο
[0020]如圖1所示,當(dāng)鉆井處于垂直旋轉(zhuǎn)鉆井狀態(tài)時,具體實施方案如下:
[0021]當(dāng)鉆井液通過流道13進(jìn)入上部中心流道11時,上部角度控制器1的液壓閥門9、11開起,上閥門大,下閥門小,使上活塞7沿著箭頭A的方向移動適當(dāng)?shù)木嚯x,在上活塞7,多角度敲擊環(huán)12,偏轉(zhuǎn)環(huán)15的作用下,內(nèi)套筒17沿著箭頭A的方向移動,直至與外套筒19嚙合,此時偏置外殼25將與偏置柔性芯軸20共同運動。
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