[实用新型]用于旋转导向钻井工具的单轴稳定平台装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于旋转导向钻井工具的单轴稳定平台装置,属于钻井技术领域。

背景技术

随着大位移井、空间S井等高难度井钻井的日益增多，现有被广泛使用的螺杆马达定向钻井技术，由于是滑动钻井，整个钻柱在井眼中不旋转以及大位移井长的水平段井眼轨迹钻井要求，使得钻具轴身摩阻大，井底工具面控制难度大，无法实现井眼轨迹精确定向和钻井施工。同时，由于大的钻具轴身摩阻，使得钻压及扭矩不易施加于钻头，钻井效率低。此外，钻柱不旋转，在长水平段，岩屑受重力作用，不易上返，易在井眼低边沉积，极易发生粘卡钻事故。由于螺杆马达定向钻井技术的自身缺点，已不能满足高难度井钻井的需求。因此，出现了旋转导向钻井技术。由于整个钻柱在井眼中都旋转，使得钻压和扭矩易于施加于钻头。同时，依靠安装于旋转导向工具本体上的高精度惯性传感器、导向力伺服控制系统以及导向力施力执行机构，从而实现了井眼轨迹的高精度控制和安全高效钻井。

在美国发明专利US6092610公开了一种旋转导向工具空间姿态测量与导向控制方法。该方法揭示了这种旋转导向工具是将空间姿态测量系统中的三轴加速传感器、三轴磁通门传感器、单轴速率陀螺传感器等固联安装于钻铤上，实现导向工具空间姿态测量，为捷联式结构设计。同样的，在中国专利200510044509.7公开了一种旋转导向钻井用捷联式稳定平台装置，该稳定平台将旋转导向工具空间姿态测量短节连同发电机电源短节、伺服控制短节都固联于旋转钻铤上，即：捷联式稳定平台装置相对于钻铤无相对转动。这类捷联式旋转导向工具空间姿态测量装置的缺点在于：

旋转导向工具在井眼中的空间姿态测量，通常都通过三轴磁通门传感器测量地球磁场分量、三轴加速度传感器测量地球重力场分量，从而获得导向工具在井眼中的井斜角、方位角以及工具面角。由于采用捷联式结构设计，捷联平台轴线即井眼轴线，三轴加速度传感器输出信号在钻井过程中受随机震动干扰大，且钻铤旋转不均匀造成捷联平台周向也有较大振动，从而造成信号滤波提取困难，通常都采用不受震动干扰的磁通门传感器测量钻铤相对于地球磁场分量的位置。当所钻井眼轴线与地球磁场分量夹角≤5°时，即：地球磁场分量在捷联平台横截面内的投影分量数值微小，超出了磁通门传感器的敏感范围。该捷联平台无法测得工具面角，这就使得基于该捷联式稳定平台的旋转导向系统存在井眼“盲区”。该缺陷在持有美国发明专利US6092610的公司对应的产品PD Xceed性能说明中也有指出。因此，该类旋转导向系统无法做到全方位井眼轨迹导向钻井，现场使用也受限。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种用于旋转导向钻井工具的单轴稳定平台装置，它能够使单轴稳定平台本体相对于大地保持静止稳定，隔离钻铤的旋转，从而为旋转导向工具提供空间姿态指示。

本实用新型的技术方案：一种用于旋转导向钻井工具的单轴稳定平台装置，钻铤内固联有承压壳体，承压壳体内设有单轴稳定平台本体、力矩电机、总电源、旋转导向控制系统、电力传输装置、上支撑轴承组件和下支撑轴承组件，单轴稳定平台本体的两端分别与上支撑轴承组件和下支撑轴承组件轴接，且与钻铤和承压壳体共轴线；力矩电机、电力传输装置均与单轴稳定平台本体连接，电力传输装置位于力矩电机与单轴稳定平台本体之间，总电源和旋转导向控制系统均与电力传输装置电连接。

前述的用于旋转导向钻井工具的单轴稳定平台装置中，单轴稳定平台本体包括单轴稳定平台轴体、电源转换模块、电机控制电路、空间姿态测量及解算硬件电路、三轴磁通门传感器、三轴加速度传感器、速率陀螺和旋转变压器测角装置，电源转换模块、电机控制电路、空间姿态测量及解算硬件电路、三轴磁通门传感器、三轴加速度传感器和速率陀螺均固连于单轴稳定平台轴体上，且电机控制电路、空间姿态测量及解算硬件电路、三轴磁通门传感器、三轴加速度传感器、速率陀螺和力矩电机均与电源转换模块通过电线连接；单轴稳定平台轴体的上轴伸和下轴伸的中心均设有走线孔，旋转变压器测角装置设于单轴稳定平台轴体的下轴伸的下端。

前述的用于旋转导向钻井工具的单轴稳定平台装置中，所述电力传输装置为非接触式耦合变压器，所述单轴稳定平台轴体的上端设有非接触式耦合变压器A，下端设有非接触式耦合变压器B，非接触式耦合变压器A包括原边定子A和副边绕组A，原边定子A固定于上支撑轴承组件上，副边绕组A固定在上轴伸上，原边定子A的绕组出线与总电源连接，副边绕组A通过上轴伸中心的走线孔接至电源转换模块；非接触式耦合变压器B包括原边转子和副边定子绕组，原边转子固定在下轴伸上，副边定子绕组固定于下支撑轴承组件上，副边定子绕组通过信号线与旋转导向控制系统连接。