專利名稱：一種偏置導(dǎo)向工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于石油勘探開發(fā)閉環(huán)自動導(dǎo)向鉆井井下工具。
隨著世界上大部分油田進入開發(fā)后期，油藏開發(fā)難度越來越大，定向井、水平井、大位移井、設(shè)計者井等特殊工藝井已成為適應(yīng)這一開發(fā)形勢需求的主要開發(fā)手段。這一類井的施工中的最關(guān)鍵的一項工作就是對井眼進行導(dǎo)向，即控制井眼按設(shè)計的井斜、方位鉆進。
傳統(tǒng)導(dǎo)向方式是采用彎外殼井下馬達以滑動方式鉆進，它存在以下主要缺點1.井眼軌跡控制精度差；2.由于是采用滑動方式鉆進，使鉆進極限井深受到限制；3.井眼不圓滑，使磨阻、扭矩增加；4.井身質(zhì)量和井眼狀況不佳，易出現(xiàn)井下復(fù)雜事故；5.增加了起下鉆具次數(shù)，降低了鉆進速度，使鉆井成本大大上升。
為解決傳統(tǒng)導(dǎo)向方式存在的井眼軌跡控制精度差，井身質(zhì)量差，鉆井井下事故多，鉆井成本高，及鉆進極限井深的限制問題，以滿足油田開發(fā)后期，大量定向井、水平井、大位移井、設(shè)計者井等特殊工藝井，逐漸成為油氣開發(fā)的主要手段這一開發(fā)形勢的需求，80年代末，閉環(huán)自動導(dǎo)向鉆井技術(shù)出現(xiàn)。進入90年代后，該技術(shù)得到了迅速發(fā)展，90年代中期，國外已有幾種旋轉(zhuǎn)自動導(dǎo)向系統(tǒng)試驗成功并投入現(xiàn)場推廣應(yīng)用，并取得了良好的效果，如貝克休斯公司的旋轉(zhuǎn)閉環(huán)自動鉆井系統(tǒng)。本發(fā)明就是為滿足目前國內(nèi)油氣開發(fā)形勢需要而設(shè)計的一種偏置導(dǎo)向工具。它與傳統(tǒng)導(dǎo)向方式相比，具有以下優(yōu)點1.井眼軌跡控制精度高于傳統(tǒng)導(dǎo)向方式；2.由于是采用旋轉(zhuǎn)方式進行導(dǎo)向鉆進，使鉆井極限井深大大提高；3.井眼圓滑，磨阻、扭矩遠低于傳統(tǒng)導(dǎo)向方式鉆進的井眼；4.井身質(zhì)量和井眼狀況優(yōu)于傳統(tǒng)導(dǎo)向方式鉆進的井眼，大大降低了井下復(fù)雜事故發(fā)生的幾率；5.減少了起下鉆具次數(shù)，提高了鉆進速度，使鉆井成本大大降低。
與貝克休斯公司的旋轉(zhuǎn)閉環(huán)自動鉆井系統(tǒng)相比，本發(fā)明省略了復(fù)雜的液壓系統(tǒng)，而利用鉆井過程中自然存在的鉆井液壓差作為整個系統(tǒng)的動力源，通過控制一個電磁換向閥來控制整個系統(tǒng)的動作，使本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，耗電量大大降低，因此，解決了系統(tǒng)自發(fā)熱問題，并延長了井下工作時間；同時，控制系統(tǒng)可通過壓力傳感器直接接收通過鉆井液壓力變化傳輸?shù)牡孛嬷噶?，以簡單的方式解決了很難解決的指令傳輸通訊問題。將其與隨鉆測量、隨鉆測井、隨鉆地層評價測井等儀器配合應(yīng)用，即可實現(xiàn)井下閉環(huán)旋轉(zhuǎn)自動導(dǎo)向鉆井。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的它由不旋轉(zhuǎn)外套[6]與旋轉(zhuǎn)芯軸[7]兩大部分，通過上軸承[8]、下軸承[3]連接；不旋轉(zhuǎn)外套[6]上安裝3至4支支撐翼肋[5]；每個支撐翼肋[5]的下部有一套多級活塞[11]、活塞上液壓腔[12]、活塞下液壓腔[13]、活塞控制板[10]、控制絲桿[9]、支撐翼肋支出控制機構(gòu)[14]、電磁換向閥[15]機構(gòu)；活塞上液壓腔[12]和活塞下液壓腔[13]通過液壓油路[19]與電磁換向閥[15]連接；低壓緩沖活塞[16]、高壓緩沖活塞[17]通過液壓油路[19]與電磁換向閥[15]連接；低壓緩沖活塞[16]外部與鉆柱和井眼間的環(huán)空相通，活塞內(nèi)部充滿液壓油；高壓緩沖活塞[17]內(nèi)部通過不旋轉(zhuǎn)外套[6]、旋轉(zhuǎn)芯軸[7]與旋轉(zhuǎn)密封部分[18]共同形成的高壓鉆井液通道[4]與鉆柱水眼內(nèi)的高壓鉆井液相通，外部充滿液壓油；支撐翼肋支出控制機構(gòu)[14]和電磁換向閥[15]通過信號電路[20]與控制中心[2]連接；控制中心[2]與位于高壓緩沖活塞[17]的高壓鉆井液腔內(nèi)的壓力傳感器[1]通過信號電路[20]連接；壓力傳感器[1]靠近高壓緩沖活塞[17]的高壓鉆井液腔的一側(cè)設(shè)有壓力感應(yīng)窗[21]；支撐翼肋支出控制機構(gòu)[14]和電磁換向閥[15]通過信號電路[20]與控制中心[2]連接。
說明書附圖附圖1、一種偏置導(dǎo)向工具示意圖


1壓力傳感器 2控制中心3上軸承 4高壓鉆井液通道5偏置工具支撐翼肋6不旋轉(zhuǎn)外套
7旋轉(zhuǎn)芯軸 8下軸承9控制絲桿 10活塞控制板11多級活塞12活塞上液壓腔13活塞下液壓腔14支撐翼肋支出控制機構(gòu)15電磁換向閥 16低壓緩沖活塞17高壓緩沖活塞18旋轉(zhuǎn)密封部分19液壓油路20信號電路21壓力感應(yīng)窗現(xiàn)結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明做進一步的描述將本發(fā)明接到鉆頭上部，下入井內(nèi)。由控制中心[2]對空間姿態(tài)測量裝置的測量信息的分析、解釋，并經(jīng)井下微CPU處理產(chǎn)生控制指令，分別通過信號電路[20]向各支撐翼肋支出控制機構(gòu)[14]和電磁換向閥[15]傳輸控制指令和供電，控制各支撐翼肋支出控制機構(gòu)[14]和電磁換向閥[15]的動作，使各多級活塞按指令支出預(yù)定級數(shù)；如果需要地面指令控制，可通過信號電路[20]將壓力傳感器[1]接收到的地面通過鉆井液壓力變化傳輸下來的指示信息傳輸至控制中心[2]，進行分析、解釋，形成指令，通過信號電路[20]向各支撐翼肋支出控制機構(gòu)[14]和電磁換向閥[15]傳輸控制指令和供電，控制各支撐翼肋支出控制機構(gòu)[14]和電磁換向閥[15]的動作，使各多級活塞按指令支出預(yù)定級數(shù)。
支撐翼肋的具體支出過程如下由控制中心[2]向電磁換向閥[15]發(fā)出指令，將活塞上液壓腔[12]與高壓緩沖活塞[17]的高壓液壓腔接通，將活塞下液壓腔[13]與低壓緩沖活塞[16]的低壓液壓腔接通，動作完成后由電磁換向閥[15]向控制中心[2]發(fā)回反饋信息；由控制中心向支撐翼肋支出機構(gòu)[14]發(fā)出指令，啟動控制微電機，轉(zhuǎn)動控制絲桿[9]，按要求打開活塞控制板至一定程度，以允許多級活塞[11]的預(yù)定級數(shù)支出，動作完成后由支撐翼肋支出機構(gòu)[14]向控制中心[2]發(fā)回反饋信息；由控制中心向電磁換向閥[15]發(fā)出指令，將活塞上液壓腔[12]與低壓緩沖活塞[16]的低壓液壓腔接通，將活塞下液壓腔[13]與高壓緩沖活塞[17]的高壓液壓腔接通，多級活塞[11]的預(yù)定級數(shù)將在鉆井液壓差ΔP的作用下支出，動作完成后由支撐翼肋支出機構(gòu)[14]向控制中心[2]發(fā)回反饋信息。
完成各支撐翼肋[5]的支出動作以后，開始進行導(dǎo)向施工。
導(dǎo)向作業(yè)施工完成后，需要回收支撐翼肋[5]，其過程如下由控制中心向電磁換向閥[15]發(fā)出指令，將活塞上液壓腔[12]與高壓緩沖活塞[17]的高壓液壓腔接通，將活塞下液壓腔[13]與低壓緩沖活塞[16]的低壓液壓腔接通，多級活塞[11]將在鉆井液壓差ΔP的作用下回收至原位，動作完成后由電磁換向閥[15]向控制中心[2]發(fā)回反饋信息；然后由控制中心向支撐翼肋支出機構(gòu)[14]發(fā)出指令，啟動控制微電機，轉(zhuǎn)動控制絲桿[9]，將活塞控制板關(guān)閉，以鎖定多級活塞[11]，動作完成后由支撐翼肋支出機構(gòu)[14]向控制中心[2]發(fā)回反饋信息。
本發(fā)明省略了復(fù)雜的液壓系統(tǒng)，而利用鉆井過程中自然存在的鉆井液壓差作為整個系統(tǒng)的動力源，通過控制一個電磁換向閥來控制整個系統(tǒng)的動作，使本發(fā)明與國外現(xiàn)有的偏置導(dǎo)向工具相比，具有結(jié)構(gòu)簡單，耗電量低的特點，因此，解決了系統(tǒng)自發(fā)熱問題，并延長了井下工作時間；同時，控制系統(tǒng)可通過壓力傳感器直接接收通過鉆井液壓力變化傳輸?shù)牡孛嬷噶?，以簡單的方式解決了很難解決的指令傳輸通訊問題。
權(quán)利要求
1.一種偏置導(dǎo)向工具，其特征是它由不旋轉(zhuǎn)外套[6]與旋轉(zhuǎn)芯軸[7]兩大部分，通過上軸承[8]、下軸承[3]連接；不旋轉(zhuǎn)外套[6]上安裝3至4支支撐翼肋[5]；每個支撐翼肋[5]的下部有一套多級活塞[11]、活塞上液壓腔[12]、活塞下液壓腔[13]、活塞控制板[10]、控制絲桿[9]、支撐翼肋支出控制機構(gòu)[14]、電磁換向閥[15]；活塞上液壓腔[12]和活塞下液壓腔[13]通過液壓油路[19]與電磁換向閥[15]連接；低壓緩沖活塞[16]、高壓緩沖活塞[17]通過液壓油路[19]與電磁換向閥[15]連接；低壓緩沖活塞[16]外部與鉆柱和井眼間的環(huán)空相通，活塞內(nèi)部充滿液壓油；高壓緩沖活塞[17]內(nèi)部通過不旋轉(zhuǎn)外套[6]、旋轉(zhuǎn)芯軸[7]與旋轉(zhuǎn)密封部分[18]共同形成的高壓鉆井液通道[4]與鉆柱水眼內(nèi)的高壓鉆井液相通，外部充滿液壓油；支撐翼肋支出控制機構(gòu)[14]和電磁換向閥[15]通過信號電路[20]與控制中心[2]連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種偏置導(dǎo)向工具，其特征為控制中心[2]與位于高壓緩沖活塞[17]的高壓鉆井液腔內(nèi)的壓力傳感器[1]通過信號電路[20]連接；壓力傳感器[1]靠近高壓緩沖活塞[17]的高壓鉆井液腔的一側(cè)設(shè)有壓力感應(yīng)窗[21]。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種偏置導(dǎo)向工具，其特征為支撐翼肋支出控制機構(gòu)[14]和電磁換向閥[15]通過信號電路[20]與控制中心[2]連接。
全文摘要
本發(fā)明是應(yīng)用于石油鉆井領(lǐng)域內(nèi)的一種閉環(huán)自動導(dǎo)向鉆井井下工具,是對傳統(tǒng)導(dǎo)向方式的一次革命;本發(fā)明利用鉆井過程中自然存在的鉆井液壓差作為整個系統(tǒng)的動力源,通過控制一個電磁換向閥來控制整個系統(tǒng)的動作,使本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單,耗電量大大降低。將其與隨鉆測量、隨鉆測井、隨鉆地層評價測井等儀器配合應(yīng)用,可達到鉆井技術(shù)到目前為止的最高階段——井下閉環(huán)自動導(dǎo)向鉆井。
文檔編號E21B7/04GK1357675SQ0013491
公開日2002年7月10日 申請日期2000年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月9日
發(fā)明者韓來聚, 孫銘新, 唐志軍, 劉新華, 馮光通 申請人:勝利石油管理局鉆井工藝研究院