一種機械旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具制造技術

本實用新型專利技術提供一種機械旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具，主要由上接頭、花鍵筒、花鍵軸、傳動軸、外筒、活塞環(huán)、過渡環(huán)、鎖緊銷、大彈簧、活塞、定向鍵、小彈簧、限位警示環(huán)、下接頭、柱塞、推板和液壓端殼體組成。在定向鉆進中，如果上提鉆具，關閉泥漿通道，活塞解鎖，機械旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具轉(zhuǎn)換成穩(wěn)斜鉆進模式，實施擺工具面或穩(wěn)斜鉆進；如果下放鉆具，打開泥漿通道，活塞鎖緊，機械旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具轉(zhuǎn)換成定向鉆進模式，實施定向鉆進。因此，使用機械旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具，可有效解決定向井、水平井鉆井過程中的工具面不穩(wěn)和托壓問題，同時，縮短測斜儀器到井底距離。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
一種機械旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具
本技術屬于石油鉆井機械領域，具體涉及一種機械旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具，主要應用于石油天然氣領域定向井、水平井鉆井作業(yè)。
技術介紹
鉆井是把地下油氣資源開采到地面的重要手段。目前，為提高油氣田開發(fā)綜合效益，定向井、水平井已經(jīng)發(fā)展成為一種普遍鉆井方式，而且，高難度水平井、三維水平井的數(shù)量越來越多。在定向井、水平井鉆井過程中，絕大多數(shù)井使用螺桿鉆具和MWD/LWD儀器進行井眼軌跡控制和地質(zhì)導向作業(yè)，雖然定向中存在工具面不穩(wěn)、托壓等各種困難，但是，操作簡單，性價比高，使其成為定向井、水平井施工的首選方案。國外油服公司擁有先進的全自動旋轉(zhuǎn)導向鉆井系統(tǒng)，主要有貝克休斯的AutoTrak系列、斯倫貝謝的Power-Drive系列等，但是，由于其租賃服務費用昂貴，所以，海洋鉆井和陸地極少數(shù)高難度水平井才有可能使用全自動旋轉(zhuǎn)導向鉆井系統(tǒng)。近幾年，國內(nèi)多家科技院校和油田鉆井院相繼投入研制全自動旋轉(zhuǎn)導向鉆井系統(tǒng)，公開報道的有中海油研究院，但是，距商業(yè)化應用還有很長一段路要走。國外其他油服企業(yè)曾介紹過機械旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具，例如國民油井，但是，國外的機械旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具止步于現(xiàn)場試驗階段，沒有檢索到商業(yè)化推廣應用的相關文獻。根據(jù)多年鉆井現(xiàn)場經(jīng)驗，提出了一種結構簡單、操作性強的機械旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具，配合MWD/LWD儀器進行定向和地質(zhì)導向作業(yè)，不僅可以克服螺桿鉆具定向鉆進時工具面不穩(wěn)和托壓問題，而且，還可以最大限度地縮短MWD/LWD儀器到井底的距離，具有極大的推廣應用價值。
技術實現(xiàn)思路
本技術的目的是提供一種機械旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具，用于解決定向井、水平井鉆井過程中的工具面不穩(wěn)、托壓等問題。本技術采用如下具體技術方案實現(xiàn)：機械旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具由上接頭、花鍵筒、花鍵軸、傳動軸、外筒、活塞環(huán)、過渡環(huán)、鎖緊銷、大彈簧、活塞、定向鍵、小彈簧、限位警示環(huán)、下接頭、柱塞、推板和液壓端殼體組成。上接頭和花鍵軸連接成一體，可以傳遞上部鉆具的扭矩、拉力和鉆壓。同時，花鍵軸還可以通過其上、下移動來開、關傳動軸上的泥漿通道。花鍵軸與花鍵筒配套使用，可以傳遞來自上部鉆具的扭矩和拉力。花鍵軸與花鍵筒之間的軸向相對移動，是機械旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具轉(zhuǎn)換定向鉆進模式和穩(wěn)斜鉆進模式的關鍵。花鍵軸與花鍵筒之間的液動密封，可以確保機械旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具在泥漿壓力下安全可靠，不刺，不漏。花鍵軸與傳動軸之間的軸向相對移動，使其作為傳動軸泥漿通道開關，可以輔助機械旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具實現(xiàn)定向鉆進模式和穩(wěn)斜鉆進模式。花鍵軸與傳動軸配套使用，機械旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具定向鉆進模式時可以利用傳動軸頂端面來承受鉆壓。花鍵軸與過渡環(huán)、鎖緊銷和活塞配套使用，可以實現(xiàn)機械旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具定向鉆進模式和穩(wěn)斜鉆進模式的雙向轉(zhuǎn)換。花鍵軸與過渡環(huán)、鎖緊銷和活塞配套使用，機械旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具穩(wěn)斜鉆進模式時可以利用鎖緊銷來承受鉆壓。花鍵筒、傳動軸和下接頭連接成一體，可以傳遞上部鉆具的扭矩、拉力和鉆壓。同時，傳動軸上泥漿通道用于連通鉆具水眼與環(huán)形泥漿腔。花鍵軸、傳動軸、外筒、活塞環(huán)和大彈簧組成液壓油壓力供應系統(tǒng)。傳動軸和外筒之間的液動密封，活塞環(huán)與傳動軸、外筒之間的液動密封，使傳動軸、外筒和活塞環(huán)之間構成一個環(huán)形泥漿腔。傳動軸上按照120°均布設計有三個泥漿通道，用于連通鉆具水眼與環(huán)形泥漿腔。當傳動軸和花鍵軸相互移動將泥漿通道關閉時，鉆具水眼內(nèi)的高壓泥漿無法進入環(huán)形泥漿腔；當傳動軸和花鍵軸相互移動將泥漿通道打開時，鉆具水眼內(nèi)的高壓泥漿通過泥漿通道進入環(huán)形泥漿腔，推動活塞環(huán)下行，壓縮大彈簧，將泥漿壓力轉(zhuǎn)換成液壓油壓力。花鍵軸、過渡環(huán)、傳動軸、鎖緊銷、活塞和小彈簧組成一套雙向鎖緊裝置，是機械旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具轉(zhuǎn)換定向鉆進模式和穩(wěn)斜鉆進模式的執(zhí)行機構。過渡環(huán)安裝固定在傳動軸上并與傳動軸形成一體。當花鍵軸在過渡環(huán)與傳動軸之間的環(huán)形空間內(nèi)向上移動并離開鎖緊銷時，鎖緊銷將活塞解鎖，活塞在泥漿壓力作用下可以向下移動，同時，鎖緊銷將花鍵軸鎖緊，使花鍵軸無法向下移動；當花鍵軸在過渡環(huán)與傳動軸之間的環(huán)形空間內(nèi)向下移動擋住鎖緊銷時，鎖緊銷將活塞鎖緊，活塞在泥漿壓力作用下無法向下移動，同時，鎖緊銷將花鍵軸解鎖，花鍵軸可以上下自由移動。鎖緊銷將花鍵軸鎖緊時，上部鉆具的鉆壓按照花鍵軸、鎖緊銷、過渡環(huán)、傳動軸的順序依次向下傳遞。傳動軸、外筒、活塞環(huán)、大彈簧、柱塞和液壓端殼體共同構成密閉液壓油腔室和液壓油通道。當活塞環(huán)在環(huán)形泥漿腔內(nèi)高壓泥漿作用下下行時，壓縮大彈簧，給液壓油施加壓力并使其流動，繼而推動柱塞伸出。在沒有高壓泥漿作用時，活塞環(huán)利用彈簧彈性復位，柱塞被收回。活塞、小彈簧、傳動軸、定向鍵和液壓端殼體組成定向鎖緊機構。當活塞在泥漿壓力作用下下行時，壓縮小彈簧，定向鍵嵌入液壓端殼體把傳動軸和液壓端殼體鎖緊在一起，傳動軸和液壓端殼體之間無法相對轉(zhuǎn)動，通過傳動軸即可定向擺工具面，或者說穩(wěn)斜鉆進，機械旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具執(zhí)行穩(wěn)斜鉆進模式；當活塞未下行時，傳動軸和液壓端殼體之間可自由轉(zhuǎn)動，機械旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具執(zhí)行定向鉆進模式。柱塞、推板和液壓端殼體組成液壓端總成。在液壓端殼體上，按照120°均布設計有三個扶正棱，其中兩個扶正棱內(nèi)安裝柱塞和推板，一個扶正棱內(nèi)安裝定向機構。在液壓油壓力作用下，柱塞伸出并推動推板支撐在井壁上，井壁反作用力反過來推動機械旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具定向鉆進。由于兩個井壁反作用力的大小相等，方向均通過井眼中心且成120°夾角，因此，兩個井壁反作用力的矢量和方向通過井眼中心且指向定向機構，或者說，按照120°均布設計兩個推板和一個定向機構時，定向機構所在方向就是機械旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具的工具面方向。限位警示環(huán)通過立管壓力變化可以間接反映機械旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具工作模式。當定向擺工具面或者穩(wěn)斜鉆進模式時，活塞下行接觸到限位警示環(huán)，泵壓升高；當定向鉆進模式時，活塞無法下行接觸限位警示環(huán)，泵壓不變。限位警示環(huán)還兼顧作為小彈簧臺肩和活塞下行限位裝置。本技術的有益效果是：如果穩(wěn)斜鉆進，接單根后上提鉆具，花鍵軸上行并處在花鍵筒上位，關閉傳動軸三個泥漿通道，雙向鎖緊裝置將活塞解鎖，開泵，鉆具水眼內(nèi)的高壓泥漿無法進入環(huán)形泥漿腔推動活塞環(huán)下行，繼而推板無法伸出支撐在井壁上，機械旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具可自由旋轉(zhuǎn)，同時，活塞在泥漿壓力作用下向下運動，壓縮小彈簧，并推動定向鍵嵌入液壓端殼體把傳動軸和液壓端殼體鎖緊在一起，傳動軸和液壓端殼體之間無法相對轉(zhuǎn)動，觀察立管壓力判斷機械旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具轉(zhuǎn)換成穩(wěn)斜鉆進模式后，下放鉆具加壓穩(wěn)斜鉆進。如果定向鉆進，接單根后先上提鉆具，開泵，觀察立管壓力判斷機械旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具轉(zhuǎn)換成穩(wěn)斜鉆進模式時，轉(zhuǎn)動鉆具擺工具面，然后停泵，下放鉆具，花鍵軸下行并處在花鍵筒下位，打開傳動軸三個泥漿通道，雙向鎖緊裝置將活塞鎖緊，開泵，鉆具水眼內(nèi)的高壓泥漿進入環(huán)形泥漿腔推動活塞環(huán)下行，繼而推板伸出支撐在井壁上，同時，活塞在泥漿壓力作用下無法向下運動，液壓端殼體和傳動軸之間可自由轉(zhuǎn)動，觀察立管壓力判斷機械旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具轉(zhuǎn)換成定向鉆進模式后，下放鉆具加壓定向鉆進。附圖說明附圖1是本技術機械旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具的正向剖面圖。附圖標記說明：1-上接頭、2-花鍵筒、3-花鍵軸、4-傳動軸、5-外筒、6-活塞環(huán)、7-過渡環(huán)、8-鎖緊銷本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種機械旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具，其特征在于：機械旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具主要由上接頭(1)、花鍵筒(2)、花鍵軸(3)、傳動軸(4)、外筒(5)、活塞環(huán)(6)、過渡環(huán)(7)、鎖緊銷(8)、大彈簧(9)、活塞(10)、定向鍵(11)、小彈簧(12)、限位警示環(huán)(13)、下接頭(14)、柱塞(15)、推板(16)和液壓端殼體(17)組成；所述上接頭(1)和花鍵軸(3)連接成一體，可以傳遞上部鉆具的扭矩、拉力和鉆壓，同時，花鍵軸(3)還可以通過其上、下移動來開、關傳動軸(4)上的泥漿通道；所述花鍵筒(2)、傳動軸(4)和下接頭(14)連接成一體，可以傳遞上部鉆具的扭矩、拉力和鉆壓，同時，傳動軸(4)上泥漿通道用于連通鉆具水眼與環(huán)形泥漿腔；所述活塞(10)、過渡環(huán)(7)、花鍵軸(3)、傳動軸(4)、鎖緊銷(8)和小彈簧(12)組成一套雙向鎖緊裝置；所述活塞(10)、小彈簧(12)、傳動軸(4)、定向鍵(11)和液壓端殼體(17)組成定向鎖緊機構。

【技術特征摘要】
1.一種機械旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具，其特征在于：機械旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具主要由上接頭(1)、花鍵筒(2)、花鍵軸(3)、傳動軸(4)、外筒(5)、活塞環(huán)(6)、過渡環(huán)(7)、鎖緊銷(8)、大彈簧(9)、活塞(10)、定向鍵(11)、小彈簧(12)、限位警示環(huán)(13)、下接頭(14)、柱塞(15)、推板(16)和液壓端殼體(17)組成；所述上接頭(1)和花鍵軸(3)連接成一體，可以傳遞上部鉆具的扭矩、拉力和鉆壓，同時，花鍵軸(3)還可以通過其上、下移動來開、關傳動軸(4)上的泥漿通道；所述花鍵筒(2)、傳動軸(4)和下接頭(14)連接成一體，可以傳遞上部鉆具的扭矩、拉力和鉆壓，同時，傳動軸(4)上泥漿通道用于連通鉆具水眼與環(huán)形泥漿腔；所述活塞(10)、過渡環(huán)(7)、花鍵軸(3)、傳動軸(4)、鎖緊銷(8)和小彈簧(12)組成一套雙向鎖緊裝置；所述活塞(10)、小彈簧(12)、傳動軸(4)、定向鍵(11)和液壓端殼體(17)組成定向鎖緊機構。2.根據(jù)權利要求1所述的一種機械旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具，其特征在于：花鍵軸(3)與花鍵筒(2)配套使用可以傳遞來自上部鉆具的扭矩，而且，花鍵軸(3)與花鍵筒(2)的軸向相對移動是機械旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具實現(xiàn)定向鉆進模式和穩(wěn)斜鉆進模式轉(zhuǎn)換的關鍵。3.根據(jù)權利要求1所述的一種機械旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具，其特征在于：花鍵軸(3)與傳動軸(4)的軸向相對移動，使花鍵軸(3)作為傳動軸(4)上三個120°均布泥漿通道的開關，可以輔助機械旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具轉(zhuǎn)換定向鉆進模式和穩(wěn)斜鉆進模式。4.根據(jù)權利要求1所述的一種機械旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具，其特征在于：花鍵軸(3)、傳動軸(4)、外筒(5)、活塞環(huán)(6)和大彈簧(9)組成液壓油壓力供應系統(tǒng)；傳動軸(4)和外筒(5)之間的液動密封，活塞環(huán)(6)與傳動軸(4)、外筒(5)之間的液動密封，使傳動軸(4)、外筒(5)和活塞環(huán)(6)之間構成一個環(huán)形泥漿腔；傳動軸(4)上按照120°均布設計有三個泥漿通道，用于連通鉆具水眼與環(huán)形泥漿腔。5.根據(jù)權利要求1所述的一種機械旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具，其特征在于：活塞(10)、過渡環(huán)(7)、花鍵軸(3)、傳動軸(4)、鎖緊銷(8)和小彈簧(12)組成一套雙向鎖緊裝置，是機械旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具轉(zhuǎn)換定向鉆進模式和穩(wěn)...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：裴緒建，
申請(專利權)人：裴緒建，
類型：新型
國別省市：河南,41