鑽井器的旋轉導向裝置的製作方法
2023-08-02 15:04:21 3
專利名稱：鑽井器的旋轉導向裝置的製作方法
技術領域：
鑽井器的旋轉導向裝置
本實用新型屬石油天然氣等礦藏的鑽探技術領域，具體涉及一種 鑽井器的旋轉導向裝置。 [背景技術]
20世紀90年代末，國外開始研製旋轉鑽井系統，其中斯侖貝謝 (Schlumberger)的PowerDrive(旋轉導向鑽井系統)、貝克休斯 (Baker Hughes)的AUTO-TRACK (井下閉環自動跟蹤控制系統)和埃 尼-阿吉普(ENI-Agip)和貝克休斯共同研製的SDD系統(垂直鑽井裝 置)較為成功，國內把旋轉鑽井系統列為863攻關項目，只有勝利油 田鑽井院研製的旋轉導向鑽井系統開始井下試驗，我們1996年開始研 究旋轉鑽井導向器，目前工具結構和原理較為成熟。
斯侖貝謝(Schlumberger)的PowerDrive(旋轉導向鑽井系統)是 在鑽具軸上設計120度夾角的三個液壓活塞翼板，翼板都隨軸轉動， 在鑽具軸的內通孔設計一個主供液口，主供液口不隨鑽具軸轉動，但 可以通過地面電信號以泥漿脈衝形式傳至主供液口的控制裝置進行控 制，可以360度調整主供液口的方位，主供液口的母盤有三個支液體 管道，通三個液壓活塞，給翼板活塞供液，主供液口與它的母盤可以 在密封狀態下相互轉動，主供液口可以接受地面指令調轉方位，並不 隨鑽具轉動，而三個分支管隨鑽具轉動，每轉一圈分別與主供液口對 接一次，使活塞推動翼板，產生鑽頭的側向切削力，若要鑽頭向正南 方向鑽進，主供液口應調到正北，這樣每個翼板轉到北就被供液一 次，給鑽頭向南一個側向切屑力，達到控制井眼軌跡的目的。該工具 在我國南海西江油田的XJ24-3-A18井使用，該井設計井深8800m，水平位移7500m，用PowerDrive節約10天鑽並周期，去除Power Drive 日租金每天數萬美圓後，仍節約鑽井費用500萬元，但第二口井出現 翼板落井事故。缺點1、控制系統複雜，加工難度大。2、工具造價 高， 一套要一千多萬美元。3、翼板跟鑽具轉易造成落井事故。
為了克服翼板隨鑽具轉的缺點，貝克休斯設計了 AUTO-TRACK (井 下閉環自動跟蹤控制系統)，AUTO-TRACK把三個翼板設計在不旋轉導 向扶正套上，導向扶正套與鑽具軸通過軸承聯繫，可以相互轉動，三 個翼板的供液通道由控制，地面可以通過泥漿脈衝無線控制電子閥的 開啟，工具上有無線測量系統，同地面指揮系統形成閉環，工作時驅 動軸轉，導向扶正套不轉，軌跡控制原理同PowerDrive。缺點1、加 工難度大，成本高。2、現場使用成本高，不宜推廣。
本實用用新型的任務就是解決上述技術問題，而提供一種鑽井器 的旋轉導向裝置，操作性更強，成本較低。
為實現上述目的，本實用新型提出一種鑽井器的旋轉導向裝置， 包括轉動軸、異徑套、軸承組、導向塊，異徑套通過軸承組與轉動軸
相連，異徑套上裝有導向塊，其特徵在於還包括鎖定機構、導向塊 控制機構，所述的鎖定機構設置在轉動軸和異徑套之間，所述的導向 塊控制機構包括導向塊控制連杆、軸承、壓蓋、六方套和下接頭，導 向塊控制連杆一端連接導向塊，導向塊控制連杆一端連接壓蓋，壓蓋 採用軸承、緊固件連接六方套和下接頭。
鎖定機構包括彈簧、活塞、泥漿通道，轉動軸上開有一卡槽，卡 槽內裝有彈簧和活塞，接近卡槽部位設有可壓回活塞的泥槳通道，在 與活塞頂端相應的異徑套上設有定位槽。還包括一卡瓦機構，卡瓦機構連接六方套和下接頭，所述的卡瓦 機構包括旋轉限位機構、卡瓦活塞、卡瓦及彈簧。
在異徑套4上安裝兩個成120度夾角的導向塊6，導向塊6通過導 向塊控制連杆7與六方套和下接頭10建立聯繫，當鑽具下到井底後， 再下壓轉動軸1，六方套和下接頭10通過導向塊控制連杆7推出導向 塊6，它的支出量可以達到30mm，(對216的井眼直徑)，給鑽頭造 成一個反向的側向切屑力，可以通過控制下壓轉動軸1的力的大小控 制導向塊6支出程度，達到控制側向切屑力的大小，導向塊6支出後 開泵，液柱壓力推動卡瓦活塞12下行壓迫卡瓦13使轉動軸1和六方 套和下接頭10鎖定，就可以造斜鑽進。停泵後，上提鑽具，在彈簧14 和六方套和下接頭10重量作用下打開卡瓦13，在六方套和下接頭10 重量的作用下繼續下行拉回導向塊6，在開泵，卡瓦13鎖定工具就不 造斜了。鎖定機構3在停泵情況下可以實現轉動軸1和異徑套4的鎖 定，通過轉盤轉動，可以調整導向塊6的支撐方位，達到控制井眼軌 跡的目的，開泵後鎖定機構3收回，解除。
旋轉導向裝置就是在近鑽頭點形成一個穩定方位的支點，並給鑽 頭一個側向切削力F， F的大小與導向塊6的支出程度和地層的硬度有 關，當有井斜後，在地心引力的作用下，鑽具重量產生的側向分力和 導向塊6的支點作用使鑽具產生彎曲，增加了工具造斜能力。
鎖定機構工作原理
開泵時高壓泥漿經泥漿通道壓回活塞(圖2所示)，解除鎖定， 停泵時在彈簧作用下，活塞上行進入定位槽，實現鎖定。 導向控制機構工作原理
工作是由導向塊控制連杆7、軸承9、六方套和下接頭10的推拉而 支出和收回(見圖3)，當下放鑽具至井底時，六方套和下接頭10給導向塊控制連杆7—個作用力推動支出，提起鑽具時，六方套和下接 頭10的重量通過導向塊控制連杆7拉回導向塊6。 卡瓦工作原理
開泵狀態下，液柱壓力使卡瓦活塞12下行壓卡瓦13，在六方套和 下接頭10的內斜臺階作用下包住轉動軸1，達到轉遞鑽壓作用，停泵 狀態下，在彈簧14和六方套及下接頭10重量作用下卡瓦被拉開，實 現提拉或下壓控制導向塊6。
本實用新型的優點在於具有旋轉導向裝置的鑽井器工作原理同 於國外工具，但結構和工藝更加科學，操作性更強，成本較低，適用 所有鑽井的井眼軌跡控制和地下穿越通道的軌跡控制。硬地層效益更 明顯，實現了用轉盤鑽各種井眼軌跡。 [
]
圖1是本實用新型的示意圖2是本實用新型的鎖定機構工作原理示意圖3是本實用新型的導向塊工作原理圖4是圖3的A向T型槽示意圖。
參見圖1至圖3, 1為轉動軸，2為定向鍵，3為鎖定機構、4 為異徑套，5為軸承組，6為導向塊，7為導向塊控制連杆，8為壓 蓋，9為軸承，10為六方套和下接頭，11為旋轉限位機構，12為卡瓦 活塞，13為卡瓦，14為彈簧，15為定位槽，16為活塞，17為彈簧， 18為泥漿通道。 [具體實施方式
]
參見圖1至圖3，鑽井器的旋轉導向裝置主要由轉動軸1、定向 鍵2、鎖定機構3、異徑套4、軸承組5、導向塊6、導向塊控制連杆 7、壓蓋8、軸承9、六方套和下接頭10、旋轉限位機構11、卡瓦活塞12、卡瓦13和彈簧14等機構組成。轉動軸1是連接鑽具、形成高壓 泥漿的通道，也是異徑套的相關連接體；定向鍵2是指示工具導向方 向的；鎖定機構3在停泵狀態下實現轉動軸和異徑套的鎖定，可以通 過轉盤轉動調整工具的導向方位，開泵時解除轉動軸和異徑套的鎖 定，保證導向塊的導向方位不變；異徑套4通過軸承與轉動軸相連， 是導向塊的母體，工作時，在導向塊6與井壁摩擦力作用下克服軸承 等旋轉阻力，保證導向塊隨井深上下移動，不隨鑽具轉動。導向塊6 的工作原理同國外工具，是形成近鑽頭穩定方位支點的工具，給鑽頭 一個側向切削分力；工作時不轉動。導向塊控制連杆7是通過下壓鑽 具使導向塊支出，上提鑽具使導向塊收回，同導向塊一起不轉動，可 以任意控制導向塊的支出程度。旋轉限位機構是對導向塊控制連杆進 行限位，防止支出程度大，造成導向塊的固定破壞而產生井下事故。 卡瓦13開泵狀態下，對導向塊支出程度限位和轉動軸與六方套和下接 頭10鎖定傳遞鑽壓。
下面通過實施例進一步描述本實用新型如加工一套8V/井眼用 的具有旋轉導向裝置的鑽井器，轉動軸1的最大外徑為180mm，最小外 徑為96mm，長度為2480mm,用42CrMo鋼鍛打，無裂縫和沙眼，調質硬 度36-42，內孔最小直徑為40mm，表面光潔度1.6，柱體同心度小於 0.05鵬。異徑套4的最大外徑為214mm，內徑120ram，長度880咖，用 42CrMo鋼鍛打，無裂縫和沙眼，調質硬度36-42，內圓柱面表面光潔度 1.2。六方套和下接頭10最大外徑188mm,長度1488mm，卡瓦腔直徑 150mm，最小內經72mm，用42CrMo鋼鍛打，無裂縫和沙眼，調質硬度 36-42。其他配套件材料均為42CrMo鋼，部分件為市場的標準件，各 部件的組裝同圖l所示。
權利要求1.一種鑽井器的旋轉導向裝置，包括轉動軸、異徑套、軸承組、導向塊，異徑套通過軸承組與轉動軸相連，異徑套上裝有導向塊，其特徵在於還包括鎖定機構、導向塊控制機構，所述的鎖定機構設置在轉動軸和異徑套之間，所述的導向塊控制機構包括導向塊控制連杆、軸承、壓蓋、六方套和下接頭，導向塊控制連杆一端連接導向塊，導向塊控制連杆一端連接壓蓋，壓蓋採用軸承、緊固件連接六方套和下接頭。
2. 如權利要求l所述的鑽井器的旋轉導向裝置，其特徵在於:鎖定機構 包括彈簧、活塞、泥漿通道，轉動軸上開有一卡槽，卡槽內裝有彈 簧和活塞，接近卡槽部位設有可壓回活塞的泥漿通道，在與活塞頂 端相應的異徑套上設有定位槽。
3. 如權利要求l所述的鑽井器的旋轉導向裝置，其特徵在於:還包括一 卡瓦機構，卡瓦機構連接六方套和下接頭，所述的卡瓦機構包括旋 轉限位機構、卡瓦活塞、卡瓦及彈簧。
專利摘要本實用新型屬石油天然氣等礦藏的鑽探技術領域，具體涉及一種鑽井器的旋轉導向裝置，其特徵在於還包括鎖定機構、導向塊控制機構，所述的鎖定機構設置在轉動軸和異徑套之間，所述的導向塊控制機構包括導向塊控制連杆、軸承、壓蓋、六方套和下接頭，導向塊控制連杆一端連接導向塊，導向塊控制連杆一端連接壓蓋，壓蓋採用軸承、緊固件連接六方套和下接頭；本實用新型的優點在於旋轉導向鑽井器工作原理同於國外工具，但結構和工藝更加科學，操作性更強，成本較低，適用所有鑽井的井眼軌跡控制和地下穿越通道的軌跡控制。硬地層效益更明顯，實現了用轉盤鑽各種井眼軌跡。
文檔編號E21B7/04GK201221315SQ20082005899
公開日2009年4月15日 申請日期2008年5月27日 優先權日2008年5月27日
發明者威 呂, 王瑞奇 申請人:王瑞奇;呂 威