[发明专利]一种微型电机驱动下的小直径静态推靠垂直钻井系统

说明书

技术领域

本发明涉及钻井技术领域，特别是一种微型电机驱动下的小直径静态推靠垂直钻井系统。

背景技术

目前，钻探工程作为资源和环境勘探的重要手段，其研究领域正从传统的地表延伸到极地、海洋，以及地球深部、海洋底部。深部钻探将是地球深部探测的重要手段，也是获得地球深部实物的唯一方法，然而在深部钻探过程中，如何保持井眼垂直是一大难题，井斜的问题将直接制约钻进速度和钻孔质量，甚至是整个钻探工程的成败。像松科二井欲使井深达到6400米，随着井深的不断增加，井斜问题将愈加突出，危害愈加严重。

许多钻探工程如前苏联Kola超深井(设计终孔深度15000m、实际终孔深度12262m)和德国KTB主孔(设计终孔深度10000m、实际终孔深度9101m)因孔斜无法控制而被迫提前终孔。为了解决这一难题，国内外进行了大量的理论分析和现场实践，相继提出了刚性满眼钻具、钟摆组合钻具、偏轴钻具等防斜方法，但这些方法都是以牺牲钻压，降低机械钻速来换取防斜效果的被动防斜方式，效果并不明显，甚至有些地层完全达不到防斜纠斜的效果。尤其是在深孔及超深孔的钻探施工中，被动防斜方法成效有限，用于纠斜的施工时间所占比重还很大。

自动垂直钻井以及旋转导向钻井系统的出现，为防斜纠斜带来了重大技术突破，是一种集机电液于一体化的井下智能闭环导向钻井系统，可实现井下主动防斜纠斜，不需要人为干预而自动跟踪预定的井眼轨迹，可以成功解决高陡构造、大倾角复杂地层的防斜纠斜难题，在保证井眼质量的同时，释放钻压，提高机械钻速。德国KTB工程主孔达到终孔深度的最重要的先决条件是成功的实施了垂直钻进战略，研制的自动垂直钻井系统(VDS)成功应用至7500m的孔深范围，使得KTB成为当时世界上最垂直的钻孔，而且成功限制了研磨负荷和扭矩，为后期实施小间隙钻进和套管战略提供了必要的先决条件。自动垂直钻井系统的发展进一步带动了旋转导向技术的进步，国外从20世纪80年代开始进行主动防斜技术研究至今，已经有10余家公司形成了各自的旋转导向系统，并进行了现场试验和应用，其无一例外都带有垂直钻进功能。目前，具有商业化应用能力的主要还是Baker Hughes、Schlumberger和Halliburton三家公司。

目前的静态推靠式自动垂直钻井系统主要包括一个设置在外部相对不转动的导向套，导向套下部用于外接钻头，导向套内设有重力加速度计，用于感应井斜，导向套的下部设有由液压驱动的导向块，当感应到井斜时，向导向套内的微处理器发送信号，控制液压系统，从而使导向块向外侧突出顶在井内壁，以起到纠正井斜的作用。但是，用于驱动导向块的液压驱动系统需要独立的液压泵等机构，结构复杂，使得导向套的尺寸过大，无法应用于小直径井口的钻进。

发明内容

本发明的目的是提供一种微型电机驱动下的小直径静态推靠垂直钻井系统，特别适用于小直径井口的钻进作业。

为了实现上述目的，本发明提供的一种微型电机驱动下的小直径静态推靠垂直钻井系统，包括导向套，导向套下部设有可沿导向套径向伸缩的导向结构，还包括驱动导向结构的驱动机构，所述驱动机构包括伺服电机，伺服电机的的输出轴通过减速器驱动连接螺栓，螺栓上螺纹连接有滑块，滑块的内外两侧设有限位结构，使螺栓转动时能够带动滑块沿螺栓的轴向运动，螺栓向一个方向转动时，滑块能够将导向结构推出，螺栓向另一个方向转动时，能使导向结构在复位机构的作用下收缩。

优选地，所述限位结构为：导向结构的内侧相抵于滑块的外侧，所述导向套内设置限位面相抵于滑块的内侧。

更优选地，所述导向结构为导向块，导向块的内表面上设有斜面，使导向块与螺栓之间形成由宽到窄的空间。

进一步地，所述斜面包括第一斜面以及设置在第一斜面下方的第二斜面，第一斜面与螺栓之间形成的空间自上而下逐渐变窄，第二斜面与螺栓之间形成的空间自上而下逐渐变宽；所述滑块包括第一滑块，设置在第一斜面的内侧；以及第二滑块，设置在第二斜面的内侧；第一滑块与第二滑块的内螺纹方向相反。

更进一步地，第一斜面与第二斜面的数量各为两个，两个第一斜面的倾斜程度相同且两个第二斜面的倾斜程度也相同；第一滑块两端凸起，中部凹陷，使第一滑块两端的凸起各与一个第一斜面相抵；第二滑块两端凸起，中部凹陷，使第二滑块两端的凸起各与一个第二斜面相抵。

优选地，所述螺栓与减速器之间通过六方杆连接。

优选地，所述复位机构为设置在导向结构内侧的复位弹簧。