[发明专利]实现钻柱全旋转复合定向的控制器

说明书

本发明涉及一种实现钻柱全旋转复合定向的控制器，包括：上接头、上筒、上TC轴承密封挡圈，上TC轴承运动组件，上串轴承，上串轴承内挡圈，上串轴承外挡圈，密封圈，控制螺钉，离合器外壳，复位弹簧A，离合转换筒，花键外壳，花键套，芯轴，复位弹簧B，下串轴承内挡圈，下串轴承，下TC轴承运动组件，下端盖。所述离合转换筒上端的外壁设有周向的滑槽，所述控制螺钉与离合转换筒的滑槽进行配合、控制离合转换筒的“离”状态与“合”状态；离合转换筒处于“合”状态，离合转换筒与花键套配合，钻井工具复合钻进，离合转换筒处于“离”状态，离合转换筒与花键套脱开配合，钻井工具滑动钻进。

技术领域

本发明涉及一种用于钻探工程领域实现钻柱全旋转复合定向的控制器，其主要应用领域包括石油天然气钻井工程、地质勘探、地热与新型油气资源开采等。

背景技术

定向钻井是使井身沿着预先设计的方向和轨迹钻达目的层的钻井工艺方法，现有的定向钻井技术分为弯螺杆定向和旋转导向技术。弯螺杆定向其成本低，属于滑动定向，易导致钻柱拖压严重，钻井效率和机械钻速低，井眼轨迹不易控制，钻屑堆积不易排出的情况。而旋转导向RSS工作方式为旋转钻进，其钻井效率大幅提高，但制造、使用、维护成本太高，如遇卡钻，被埋风险高，经济损失大。

因此综合弯螺杆定向的低成本以及旋转导向RSS高效率的特点，实现钻柱全旋转复合定向的控制器对比现有定向技术，可以大幅度减小井壁摩阻，提高有效钻压、机械钻速与钻井效率，具有可靠性高、风险小、事故处理成本低等特点。

实现钻柱全旋转复合定向的控制器能实现复合钻进，以及定向钻进时钻柱旋转钻进，BHA滑动钻进。实现钻柱全旋转复合定向的控制器可以提高定向钻井效率；大幅度减小成本；且安全性高，事故处理成本低。

发明内容

为了探索解决背景技术中所述的定向滑动钻进时钻井效率和钻井转速低，井眼轨迹不易控制与旋转钻进成本高、遇卡钻被埋风险高等问题，本发明提供了一种实现钻柱全旋转复合定向的控制器。本发明可以减小钻进时钻压波动，同时实现井底钻具组合（BHA）和钻杆各自独立运动。当复合钻进时，钻柱系统和BHA共同旋转钻进；当定向钻进时，上部钻柱旋转钻进，BHA滑动钻进。定向井工程师可以通过控制离合状态实现复合钻进和滑动钻进。

本发明的技术方案是：实现钻柱全旋转复合定向的控制器，其具有离合器外壳、花键外壳以及设置在这些外壳内的复位弹簧A、复位弹簧B、离合转换筒、花键套、芯轴。离合转换筒与芯轴和离合器外壳配合，复位弹簧A固定在离合器外壳内并与离合转换筒配合，复位弹簧B固定在花键外壳内并与芯轴配合。花键外壳下接下端盖，下端盖下接MWD装置、螺杆马达、弯接头和钻头，离合器外壳上接上筒，芯轴外伸段上接上接头，上接头上接上部钻柱。

在上述本发明的实现钻柱全旋转复合定向的控制器中，所述离合转换筒上端的外壁设有周向的滑槽，下端设有阶梯与花键套配合；所述控制螺钉与离合转换筒的滑槽进行配合、控制离合转换筒的“离”状态与“合”状态；所述芯轴在花键套组件处设有外花键；所述花键套为中空的结构，其上端内壁设有阶梯，用于与离合转换筒的下端配合，下端设有内外花键；所述花键外壳设有内花键；所述离合器外壳与花键外壳之间通过螺纹连接。复合钻进时，实现钻柱全旋转复合定向的控制器处于啮合状态，上部钻柱带动芯轴和离合器外壳一起旋转，离合器外壳带动井底钻具组合（BHA）转动；滑动钻进时，控制螺钉切换到离合转换筒“离”的位置，钻柱与离合器外壳和BHA脱离，钻柱旋转，BHA滑动钻进。

在上述本发明的实现钻柱全旋转复合定向的控制器中，上TC轴承动环、静摩擦块A、动摩擦块A、上TC轴承静环从内向外依次组装成上串轴承运动组件，下TC轴承动环、静摩擦块B、动摩擦块B、下TC轴承静环从内向外依次组装成下串轴承运动组件。所述上串轴承与上TC轴承运动组件使芯轴相对于离合器外壳独立旋转，所述下串轴承与下TC轴承运动组件使芯轴相对于花键外壳独立旋转。所述上串轴承与下串轴承轴向承载能力大，钻井工具上部钻压的传递对上串轴承与下串轴承损害小。钻井工具的上部钻压传递到下TC轴承运动组件时，下串轴承的强承载能力对下TC轴承运动组件起到了保护作用。