[发明专利]一种协同井下动力钻具进行定向作业的工具及方法

权利要求书

1.一种协同井下动力钻具进行定向作业的工具，安装在钻柱（7）和下部钻井组合之间，其特征在于：包括工具本体（6）；其中：

所述工具本体（6）包括上连接块（601）、上连接块驱动轴（602）、外壳体（603）、滑动齿轮（605）、下连接块（616）和下连接块驱动轴（617）；

所述工具本体（6）内设有钻井液流动的通道，包括设置在上连接块（601）和下连接块（616）上的中间通道（619）、外壳体中部的通道孔（620）和环空区域（621）以及下连接块驱动轴（617）上的斜通道（622）；

所述上连接块驱动轴（602）和下连接块驱动轴（617）上均设有均匀分布的花键段（604），均插入外壳体（603）内部且穿过滑动齿轮（605）中心；

所述外壳体（603）内壁上还设有与滑动齿轮（605）外花键相对应的花键凹槽；

所述上连接块驱动轴（602）和下连接块驱动轴（617）均通过推力轴承（606）和径向轴承（607）与外壳体（603）相接；

所述外壳体（603）内密封有控制系统；

所述控制系统通过液压驱动轴（612）控制滑动齿轮（605）移动；

所述外壳体（3）外侧壁上还设有扶正器刀翼（618）。

2.根据权利要求1所述的一种协同井下动力钻具进行定向作业的工具，其特征在于：所述下部钻井组合包括定向接头（4）和弯外壳井下动力钻具（2），所述定向接头（4）一端设有MWD（5），另一端设有扶正器（3），所述弯外壳井下动力钻具（2）安装在扶正器（3）上，所述弯外壳井下动力钻具（2）上设有钻头（1）。

3.根据权利要求1所述的一种协同井下动力钻具进行定向作业的工具，其特征在于：所述上连接块（601）和下连接块（616）上均设有与钻柱（7）和下部钻井组合对应的连接螺纹。

4.根据权利要求1所述的一种协同井下动力钻具进行定向作业的工具，其特征在于：所述控制系统包括电控液压总成（609）、控制单元（610）、电机（611）和电控阀门（613），所述控制单元（610）与MWD（5）电连接，所述控制单元（610）通过电控阀门（613）控制电控液压总成（609）泄压或者加压，所述电控液压总成（609）通过液压驱动轴（612）控制滑动齿轮块（605）移动，所述电机（611）上设有可伸缩电机驱动轴（614），所述可伸缩电机驱动轴（614）和下连接块驱动轴（617）上设有互相对应的牙嵌面（615）。

5.根据权利要求1所述的一种协同井下动力钻具进行定向作业的工具，其特征在于：所述推力轴承（606）和径向轴承（607）均为密封件。

6.根据权利要求1所述的一种协同井下动力钻具进行定向作业的工具，其特征在于：所述推力轴承（606）和径向轴承（607）与外壳体（603）相接处均设有弹性缓冲件（608）。

7.一种协同井下动力钻具进行定向作业的方法，基于如权利要求1-6所述的协同井下动力钻具进行定向作业的工具，

其特征在于：包括以下步骤：

S1 正常钻进

S101 通过控制单元（610）控制左右两端液压总成（609）分别加压和泄压，使液压驱动轴（612）向上移动滑动齿轮（605）；

S102 当滑动齿轮（605）与花键段（604）相啮合时，关闭电控阀门（613）使滑动齿轮（605）和花键段（604）保持啮合状态，使钻柱（7）和下部钻井组合正常钻进；

S2 定向滑动钻进

S201 控制单元（610）接收地面信号后，降低钻柱（7）的转速，并控制左侧电控液压总成（609）泄压，右侧液压总成（609）加压，使液压驱动轴（612）向下移动滑动齿轮（605）；

S202 当滑动齿轮（605）与花键段（604）脱离，即使上连接块（601）和下连接块（616）与外壳体（603）脱离时，关闭电控阀门（613）使滑动齿轮（605）和花键段（604）保持分离状态；

S203 弯外壳井下动力钻具（2）带动钻头（1）旋转，钻柱（7）转动且不影响其他部分转动，外壳体（603）和下连接块（616）保持静止状态；

S204 控制单元（601）读取MWD（5）采集的数据后，控制电机（611）转动，使可伸缩电机驱动轴（614）伸出；

S205 使可伸缩电机驱动轴（614）和下连接块驱动轴（617）上对应的牙嵌面（615）互相啮合；

S206 电机（611）产生的扭矩传递给下部钻井组合，根据需要调整工具面角度，配合扶正器刀翼（618）消除钻头（1）旋转造成的反扭矩和摩阻导致工具面漂移的现象，使工具面稳定在需要的位置，保持稳定定向钻进。