[发明专利]一种指向式旋转导向钻井工具

说明书

技术领域

本发明专利属于矿场钻井机械领域，具体涉及一种指向式旋转导向钻井工具，主要用于定向井、水平井钻井过程中调整井眼轨迹，解决螺杆钻具调整井眼轨迹时定向困难、托压等技术难题，提高钻井作业效率，降低钻井作业成本。

背景技术

在定向井、水平井钻井过程中，为确保实钻井眼轨迹沿着设计井眼轨迹钻进，必须按照设计测斜井深或测斜间距测斜，并计算出实钻井眼空间参数。如果实钻井眼轨迹偏离设计井眼轨迹，那么，就要利用特种钻井工具(例如螺杆钻具，旋转导向钻井工具等)调整井眼轨迹或改变井眼空间钻进方向，使其回到设计井眼轨迹控制范围内。目前，旋转导向钻井工具主要垄断在国外油服公司，租赁服务费用昂贵，国内多家科技院校和油田企业尚处在研制过程中，至今未商业化推广应用，因此，除高难度水平井使用旋转导向钻井工具外，绝大多数定向井、水平井均用螺杆钻具调整井眼轨迹或改变井眼空间钻进方向。

现有旋转导向钻井工具主要有：以贝克休斯为代表的静态、推靠式旋转导向钻井工具，以斯伦贝谢为代表的动态、推靠式旋转导向钻井工具，以哈里巴顿为代表的静态、指向式旋转导向钻井工具。

根据多年钻井现场经验，本发明专利提出了一种指向式旋转导向钻井工具。与哈里巴顿旋转导向钻井工具相比，工具外筒旋转，内部导向装置不旋转，因此，该旋转导向钻井工具属动态、指向式旋转导向钻井工具。

发明专利内容

本发明专利的目的是提供一种指向式旋转导向钻井工具，主要用于定向井、水平井钻井过程中调整井眼轨迹，解决螺杆钻具调整井眼轨迹时定向困难、托压等技术难题，提高钻井作业效率，降低钻井作业成本。

本发明专利采用如下具体技术方案实现：

指向式旋转导向钻井工具主要由外筒、球形轴承、传动轴、导向管、内筒、前(或下)隔板、扇形圆管、圆形驱动管、后(或上)隔板和偏重块组成。

外筒前(或下)端通过球形轴承与传动轴关联在一起，外筒后(或上)端通过石油钻具螺纹与上部钻具连接。在钻进过程中，外筒相对井眼旋转，且通过外筒、球形轴承和传动轴把上部钻具钻压、拉力和扭矩传递给钻头，驱动钻头破岩钻进。

球形轴承把外筒和传动轴关联在一起，既要确保上部钻具钻压、拉力和扭矩通过球形轴承传递给传动轴，又要确保传动轴灵活摆动，把导向管所在工具面方位转换成传动轴指向，同时，还要密封承压，确保外筒、球形轴承和前(或下)隔板共同组成高压腔室，钻井液不刺不漏。

传动轴前(或下)端通过石油钻具螺纹与钻头连接，传动轴中部通过球形轴承与外筒关联，传动轴后(或上)端通过肘节与导向管连接，且与导向管可任意弯曲。在钻进过程中，传动轴通过球形轴承由外筒驱动旋转，通过肘节由导向管改变指向。

导向管前(或下)端通过肘节与传动轴连接，导向管后(或上)端通过套筒与内筒连接，且与内筒轴向、径向均可相对移动，密封承压，确保导向管内高压钻井液全部经导向管排出通道进入高压腔室。

导向管主要由管壁、进入通道、内隔板和排出通道组成，其中，进入通道设计为3个，形状为圆孔，周向均布在导向管前(或下)端管壁，排出通道数量设计为N(N≥3且为正整数)个，具体数量在设计制造时统筹考虑，形状为窄长孔，周向均布在导向管后(或上)端管壁，进入通道与排出通道之间由内隔板分开，确保导向管内高压钻井液经排出通道、高压腔室和进入通道再进入导向管。

内筒主要作用为保护圆形驱动管，分开高压腔室与由外筒、前(或下)隔板和后(或上)隔板共同组成的低压腔室。内筒前(或下)端通过套筒与导向管连接，内筒后(或上)端安装在前(或下)隔板轴孔中，且径向相对旋转，密封承压。

前(或下)隔板主要作用为安装内筒、分开高压腔室与低压腔室，因此，前(或下)隔板与外筒即可为整体结构，也可为分体结构，如果为分体结构，要确保密封承压。

扇形圆管的基管是圆形管，安装在导向管内隔板后(或上)部轴孔中。圆形管外径与导向管内隔板后(或上)部轴孔内径相等，配套研磨，密封承压，且在导向管排出通道位置被对应加工成扇形圆管。扇形圆管开口圆心角设计为任意值，具体数值在设计制造时统筹考虑。扇形圆管后(或上)端与圆形驱动管连接，由圆形驱动管驱动旋转，因此，扇形圆管与圆形驱动管可为整体结构，也可为分体结构连接而成。

圆形驱动管安装在内筒轴孔中，圆形驱动管外径略小于内筒内径，确保圆形驱动管旋转时不受内筒弯曲影响。圆形驱动管前(或下)端与扇形圆管连接，圆形驱动管后(或上)端安装在后(或上)隔板轴孔中，且径向旋转灵活，密封承压。