[发明专利]推靠式旋转导向装置及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及石油钻井技术领域，尤其涉及一种推靠式旋转导向装置及其使用方法。

背景技术

在钻井技术领域中，旋转导向钻井系统得到了广泛的应用，旋转导向系统可以在旋转钻井过程中根据轨迹控制的需要，实时调节井斜和方位，从而提高钻井速度。

旋转导向钻井系统通过其旋转导向装置来促使钻头或钻柱进行方向偏移，从而产生导向。根据导向方式的不同，该旋转导向装置可划分为推靠式和指向式两种。推靠式是在钻头附近直接给钻头提供侧向力，指向式是弯曲钻头附近处的钻柱以使钻头指向井眼轨迹控制方向。

在钻井过程中，由于钻具所钻地层岩性的变化不定，导致井壁的尺寸不够稳定，井眼大小随着地层岩性的变化而发生变化，因此在不同地层岩性的井段可能存在扩径或缩径的情况。由于旋转导向装置的导向功能取决于其翼肋推靠在井壁上的推靠力的大小和方向，因此当井眼大小发生变化时，翼肋与井壁接触的状态就会发生变化，从而导致推靠力的大小发生变化，致使该旋转导向装置的导向方向偏离预设方向。

为了避免旋转导向装置的导向偏离预设方向，只有避开扩径或缩径的井段进行后再启动该旋转导向装置进行导向。但是，由于现有的旋转导向装置不能及时检测到扩径和缩径的井段，因此很容易导致该旋转导向装置的导向偏离预设方向，致使所钻斜井的井斜和方位不够理想。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种推靠式旋转导向装置及其使用方法，其能够及时检测到扩径和缩径的井段，由此可以避免该旋转导向装置的导向偏离预设方向，从而保证所钻斜井的井斜和方位。

根据本发明的第一方面，提供了一种推靠式旋转导向装置，其包括：具有中心通道的芯轴；可转动地套接于芯轴外的外套；多个沿周向间隔开地设置在外套的外壁内的摆动式翼肋；用于控制各摆动式翼肋分别进行摆动的促动机构；多个沿周向间隔开地设置在外套的外壁内的检测器，检测器能够实时检测其与井壁之间的距离；控制器，其能够通过检测到的距离判定促动机构是否需要促动摆动式翼肋进行摆动。

在一个实施例中，检测器为超声波传感器。

在一个实施例中，在外套的外壁上设有安装槽，超声波传感器包括固定设置在安装槽内并能够实现检测功能的换能单元和固定在安装槽的顶端开口处的保护窗。

在一个实施例中，超声波传感器还包括设在安装槽的槽底与换能单元之间的减震座和设在保护窗与换能单元之间的透声窗，以及被透声窗密封在安装槽内的保压填充物。

在一个实施例中，保护窗由不锈钢材料制成，并具有多个透声孔，透声窗由氟橡胶或硅橡胶制成，保压填充物为硅油。

在一个实施例中，摆动式翼肋与检测器的数量相同，各摆动式翼肋在周向上分别与相应的检测器相互对齐。

在一个实施例中，在芯轴的外壁上设有周向凹槽，外套安装在周向凹槽内并能够独立旋转。

在一个实施例中，还包括能够切断或传递芯轴向外套输入的动力的离合器。

根据本发明的第二方面，提供了一种根据本发明的第一方面的推靠式旋转导向装置的使用方法，包括步骤：通过的推靠式旋转导向装置的检测器实时检测检测器与井壁之间的距离；判定距离是否处于正常范围，如果处于正常范围，推靠式旋转导向装置的促动机构将促动其各摆动式翼肋分别进行摆动，如果处于非正常范围，促动机构不工作。

在一个实施例中，正常范围为(R_h-Δmin)～(R_h+Δmax)，非正常范围就是除正常范围以外的范围。其中，R_h等于标准井眼的半径减去检测器到芯轴的中心轴线的距离，Δmin为下限限制值，Δmax上限限制值。

根据本发明的推靠式旋转导向装置通过检测器的实时检测，可以及时检测到扩径和缩径的井段，由此可以避免该旋转导向装置在此进行导向，从而可以避免其导向偏离预设方向，进而确保所钻斜井的井斜和方位。

根据本发明的推靠式旋转导向装置，通过采用的超声波传感器不仅可以避免旋转导向装置在扩径或缩径的井段中进行导向，而且还可以连续测量井径，从而得井径随深度变化的变化情况，以便在计算机内能够模拟出油井的空间结构。

根据本发明的推靠式旋转导向装置的结构简单紧凑，加工方便，装配容易，使用安全高效，便于实施推广应用。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1为根据本发明的推靠式旋转导向装置的结构示意图；