[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

说明书

本发明提供了一种协同井下动力钻具进行定向作业的工具及方法，涉及石油气钻井工具技术领域，该协同井下动力钻具进行定向作业的工具安装在钻柱（7）和下部钻具组合之间，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），所述外壳体（603）内的电机驱动轴（614）可伸出，带动下部钻具组合转动从而改变工具面。本发明可在滑动定向钻进时保持钻柱（7）旋转，能够将钻压有效传递给钻头,提高钻进时的机械钻速，同时自动调整工具面，保证工具面能够得到快速、稳定调整，提高钻井效率。

技术领域

本发明涉及石油气钻井工具技术领域，具体涉及一种协同井下动力钻具进行定向作业的工具及方法。

背景技术

随着油气井的开采规模加大，碰到复杂结构的井越来越多，一些油气藏如低孔隙度低渗透率油气藏，海上油气藏，页岩气藏等开采效果不是很理想，所以研制高效率的定向技术在提高产量和效益方面有较大优势。定向钻井通常使用滑动钻井和旋转导向技术，由于现在绝大部分旋转导向技术掌握在国外油服公司手上且租用价格昂贵，国内主流还是使用弯外壳动力钻具+MWD的滑动钻井技术。

常规的滑动钻井，由于钻柱不旋转，钻柱与井壁间容易产生较大的摩阻。会出现两种问题：一是钻压消耗在克服井壁对钻柱的摩阻上，钻压无法有效的传递给钻头，产生‘托压’现象，表现为机械钻速降低、泵压降低，导致滑动钻井速度慢；二是当司钻通过顶驱旋转调整工具面时，工具面响应速度慢，且由于影响因素多，需要反复调整才能得到所要的工具面，非常耗时，效率较低。近年来，国内外为了减小井下摩阻影响，使用水力振荡器和顶驱扭摆来减小摩阻，通过钻柱转动，使静摩擦变为动摩擦，摩阻减小，因此可增加钻进时的机械钻速并降低所需钻压。由于定向段较深，无法准确将地面调整的角度传递到地下，工具面仍无法准确的控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种协同井下动力钻具进行定向作业的工具及方法，本工具与钻头距离较近，能够保证电机带来的角度调整快速有效地向下传递并控制工具面，响应速度快，准确度高。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种协同井下动力钻具进行定向作业的工具，安装在钻柱和下部钻井组合之间，包括工具本体，其中：

所述工具本体包括上连接块、上连接块驱动轴、外壳体、滑动齿轮、下连接块和下连接块驱动轴；

所述工具本体内设有钻井液流动的通道，包括设置在上连接块和下连接块上的中间通道、外壳体中部的通道孔和环空区域以及下连接块驱动轴上的斜通道；

所述上连接块驱动轴和下连接块驱动轴上均设有均匀分布的花键段，均插入外壳体内部且穿过滑动齿轮中心；

所述外壳体内壁上还设有与滑动齿轮外花键相对应的花键凹槽；

所述上连接块驱动轴和下连接块驱动轴均通过推力轴承和径向轴承与外壳体相接；

所述外壳体内密封有控制系统；

所述控制系统通过液压驱动轴控制滑动齿轮移动；

所述外壳体外侧壁上还设有扶正器刀翼。

可选或优选的，所述下部钻井组合包括定向接头和弯外壳井下动力钻具，所述定向接头一端设有MWD，另一端设有扶正器，所述弯外壳井下动力钻具安装在扶正器上，所述弯外壳井下动力钻具上设有钻头。

可选或优选的，所述上连接块和下连接块上均设有与钻柱和下部钻井组合对应的连接螺纹。

可选或优选的，所述控制系统包括电控液压总成、控制单元、电机和电控阀门，所述控制单元与MWD电连接，所述控制单元通过电控阀门控制电控液压总成泄压或者加压，所述电控液压总成通过液压驱动轴控制滑动齿轮块移动，所述电机上设有可伸缩电机驱动轴，所述可伸缩电机驱动轴和下连接块驱动轴上设有互相对应的牙嵌面。

可选或优选的，所述推力轴承和径向轴承均为密封件。