鑽井液控鑽頭變向器的製作方法
2023-07-27 20:42:51 1
專利名稱：鑽井液控鑽頭變向器的製作方法
技術領域：
本實用新型是一種用於油田勘探開發中鑽井的鑽井液控鑽頭變向器，適用於直井、定向井、叢式井、水平井鑽井中井身軌跡控制。
早在五十年代，美國Eastman公司研製出了一種叫「Rebel tool 」的工具(專利號US158948)。該工具的設計構思是巧妙的，成功地將在斜井鑽井中由於鑽柱自重及鑽柱受壓而產生的力轉換成使鑽頭改變方位的力，用以控制定向井中的方位漂移。但由於其本身結構的原因，上下葉片與心軸之間的活動間隙易被巖屑充填而失去作用，其上下葉片之間的力是通過一圓形鋼軸傳遞的，易產生彈性變性。由於這兩個缺點影響了該工具的推廣應用。
一九八五年中國石油天燃氣總公司勘探開發研究院研製出圓桶形鑽井變向器(專利號85103611.2)，工作原理與美國「Eastman」公司的「Rebel tool」一樣，只是把傳遞上下葉片之間的力的鋼軸改成了圓桶，由於採用了圓桶結構，鑽井的巖屑不能進入葉片與心軸之間，從而避免了填卡失效的問題，由於鋼桶較鋼軸在強度上有大幅度的提高，從而避免了力的傳遞過程中的彈性變性。克服了美國「Rebel tool」變向器的兩個缺點。但從現場的使用效果看，該工具只能在某些定向井上起作用，主要原因是受力的結構和工作原理的限制，不論是美國的「Rebel tool」，還是圓桶型變向器，在井下起的作用只是起一個力的方向的變換。如下圖所示
在力的轉換過程中，P1是由於鑽柱在斜井中彎曲及受壓而產生的與井壁的接觸力，而當地層較軟或地層易塌造成擴經時，P1會很小或者為零，這時的P2也會很小或者為零，在此種情況下，該工具就起不到應起的作用。當地層較硬時，由於其結構的特性，產生較大的P1，同時也獲得較大的P2，但在硬地層中，沒有足夠的側向力是不容易使鑽頭偏離原鑽進軸線的，以上分析的結果和大量的井下實際應用相吻合，說明該工具在使用範圍上有很大的局限性。
鑑於圓桶型變向器在使用範圍上所受的限制，為能在有較小P1的情況下獲得較大的P2，拓寬該工具的使用範圍，提高控制井眼方位的能力，本實用新型提供一種鑽井液控鑽頭變向器。
鑽井液控鑽頭變向器是在原有變向器的基礎上進行的改進，其由上瓦片(1)彈簧(3，10)，液壓傳導管線(5)，液壓缸(8)，下瓦片(9)，心軸(12)等組成，鑽井液控鑽頭變向器主要增加了液力傳感器(2)，液力開關(6)，液壓傳導管線(5)。液力傳感器(2)用上固定瓦片(15)固定在變向器的上端，在變向器的下端裝有四個孔的液力開關(6)，液力開關(6)與液壓缸(8)和鑽具內孔相聯接。液壓傳導管線(5)的上端與液力傳感器(2)下端與液力開關(6)相連接。液力開關(6)上開有四個孔，B孔與鑽具內孔相通，E、D孔與液壓缸(8)相連，下孔為洩壓孔(11)。液力傳感器(2)可在變向器上部360度的範圍內調節安裝位置。
鑽井液控鑽頭變向器的液力傳感器(2)主要是接收鑽柱與井壁之間的接觸力P1，液壓傳導管線(5)用於傳導液力傳感器(2)與液壓力開關(6)之間的液壓。液力開關(6)用於關閉和開啟鑽杆內孔與液壓缸(8)的通道及液壓缸(8)與洩壓孔(11)的通道。
下面將結合附圖作詳細說明
圖1(A)鑽井液控鑽頭變向器的工作原理示意圖；(B)是液力開關結構示意圖；(C)液力傳感與下液壓缸的裝配位置圖。圖2(A)鑽井液控鑽頭變向器的總裝結構示意圖；(B)增方位工作情況示意圖；(C)減方位工作情況示意圖。圖中(1，13)上瓦片(2)液力傳感器；(3，10)彈簧；(4)活塞；(5，16)液壓傳導管線；(6)液力開關；(7)活塞；(8)液壓缸；(9，18)下瓦片；(11)洩壓孔；(12，21)心軸；(14)液力傳感器位置；(15)上固定瓦片；(17)液力開關位置；(19)液壓缸位置；(20)下固定瓦片。
鑽井液控鑽頭變向器利用了鑽井過程中鑽柱內高壓流體能量的作用，當液力傳感器(2)轉到斜井中的下井壁時，由於重力及鑽壓的作用，使上瓦片(1)獲得力P1，液力傳感器由於受到P1的作用，在液壓缸(8)內產生一定的壓力，當壓力達到一定數值時，通過液壓傳導管線(5)傳導到液力開關(6)，液力開關(6)接通鑽柱與液壓缸(8)的通道。鑽柱內高壓流體進入液壓缸(8)，使下瓦片(9)獲得側向力P2，P2的大小與鑽柱內高壓流體壓力及液壓缸(8)的面積成正比；P2的大小通過循環泵壓和液壓缸(8)的面積來控制。當液壓傳感器(2)轉離斜井下井壁時，上瓦片(1)不與井壁接觸，此時P1為零，液壓缸(8)洩壓，P2也為零。就此完成一個工作過程。
鑽井液控鑽頭變向器與原有技術對比具有如下優點1、本實用新型具有美國「Rebel tool」和圓桶型變向器的所有功能。
2、利用了鑽具內高壓流體的能量，使在P1很小的情況下，獲得較大的P2。
3、改變傳感器與液壓缸的相對位置，可全方位地對井身軌跡進行控制。
4、可通過地面調節泵壓來控制井下側向力P2的大小。
5、該變向器適用性強，不僅能在定向井中控制方位漂移，同時也可在直井防斜，水平井穩斜，並適用於軟硬地層。
權利要求1.一種用於鑽井的鑽井液控鑽頭變向器，其由上瓦片(1)、彈簧(3)、液壓缸(8)、下瓦片(9)、心軸(12)等組成。本實用新型的特徵是鑽井液控鑽頭變向器裝有液力傳感器(2)，其用上固定瓦片(15)，固定在變向器的上端，在變向器的下端裝有四個孔的液力開關(6)，液力開關(6)與液壓缸(8)和鑽具內孔相聯接，液壓傳導管線(5)上端與液力傳感器(2)，下端與液力開關(6)相連接。
2.根據權利要求1所述的鑽井液控鑽頭變向器，其特徵是液力開關(6)上開有四個孔，B孔與鑽具內孔相通，E、D孔與液壓缸(8)相連，下孔為洩壓孔(11)。
3.根據權利要求1所述的鑽井液控鑽頭變向器，其特徵是液力傳感器(2)可在變向器上部360度的範圍內調節安裝位置。
專利摘要鑽井液控鑽頭變向器適用於油田勘探鑽直井、定向井、水平井的井身軌跡控制。該變向器克服了美國「Rebel tool」變向器和我國圓桶型變向器的不足，在原變向器上增加了液力傳感器、液力開關、液壓傳導管線等結構，利用了鑽柱內高壓流體的能量、改變傳感器與液壓缸的相對位置，可全方位地對井身軌跡進行控制。而且只需在地面調節泵壓就可控制井下鑽頭的側向力。該變向器適用性強，不僅能在定向井中控制方位漂移，同時也可用在直井防斜，水平井穩斜等等。
文檔編號E21B7/04GK2076151SQ9021417
公開日1991年5月1日 申請日期1990年7月31日 優先權日1990年7月31日
發明者盛明仁, 孫建成, 蔣傳新, 李宏偉 申請人:勝利石油管理局鑽井總公司