本發(fā)明屬于定向井、水平井井眼軌跡控制領(lǐng)域，具體涉及一種可旋轉(zhuǎn)鉆柱式滑動鉆進短節(jié)，適合于非常規(guī)油氣田開發(fā)常用的長水平段水平井的井眼軌跡控制，可以在加強控制能力的同時提高機械鉆速。

背景技術(shù)：

為解決滑動鉆進的缺點，國內(nèi)外開發(fā)了各種技術(shù)：使用先進的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具，由于導(dǎo)向時可旋轉(zhuǎn)鉆柱，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向克服了滑動導(dǎo)向技術(shù)的不足，鉆壓傳遞順利，機械鉆速高，井眼質(zhì)量好。

在保持井眼軌跡控制能力的前提下，通過研究大彎角螺桿復(fù)合鉆進技術(shù)，降低滑動鉆機比例，提高鉆井速度；研究應(yīng)用可變徑穩(wěn)定器等螺桿導(dǎo)向鉆具的配置工具和措施，盡可能提高常規(guī)導(dǎo)向鉆具的性能等；

通過對頂驅(qū)程序進行改變，在滑動鉆進時，頂驅(qū)首先正轉(zhuǎn)一定的圈數(shù)，再反轉(zhuǎn)相同的圈數(shù)，持續(xù)往復(fù)上述過程，一定長度的鉆柱即受到持續(xù)正反的震蕩作用，可降低鉆柱與井壁之間的摩擦力，正反轉(zhuǎn)圈數(shù)要限制在一定數(shù)值范圍內(nèi)。

專利“鉆井用水力振蕩器”(CN201310732942)主要由動力部分、閥軸系統(tǒng)和振蕩短節(jié)部分組成，將常規(guī)井下動力工具與特殊的閥相結(jié)合，把鉆井液動能轉(zhuǎn)化為沿鉆具軸向的振動機械能，并把常規(guī)的旋轉(zhuǎn)破巖方式改成鉆壓柔和變化的回轉(zhuǎn)破巖，使鉆具與井壁處于動摩擦狀態(tài)，減小了摩阻，降低粘卡可能性，增加鉆壓，從而進一步提高破巖效率，但影響范圍小整體降阻效果不明顯，并且水力壓耗大。

專利“上轉(zhuǎn)下滑鉆井減摩降扭工具”(CN201220454297)，提出了一種用于減阻的工具，通過采用上提下放的控制方式，實際鉆進過程中存在劇烈軸向振 動，會出現(xiàn)控制困難的問題；基本未涉及傳動部分的設(shè)計，對于承受100KN左右軸向力的短節(jié)而言，將出現(xiàn)較快磨損，因此實用性差。

長水平段水平井可以擴大井眼與儲層的接觸面積，是開發(fā)頁巖氣等非常規(guī)油氣藏，以及低滲油氣田的重要技術(shù)手段，但是長水平段鉆井時由于很大的摩阻，工具面擺放困難導(dǎo)致井眼軌跡控制難，托壓嚴重導(dǎo)致機械鉆速低。

長水平段井眼軌跡控制技術(shù)主要有兩類：一是常用的導(dǎo)向馬達，通過滑動鉆進與復(fù)合鉆進交替進行實現(xiàn)軌跡控制，但滑動鉆進時摩阻大，鉆速低，工具面擺放困難，導(dǎo)致鉆井效率低，成本高，過長的鉆進時間還可能引發(fā)井壁失穩(wěn)等井下事故以及傷害儲層；二是使用先進的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具，由于導(dǎo)向時可旋轉(zhuǎn)鉆柱，鉆壓傳遞順利，機械鉆速高，井眼質(zhì)量好，但由于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具為機電液一體化設(shè)備，使用及維護成本昂貴，不利于建井成本的降低。

充分挖掘常規(guī)導(dǎo)向工具技術(shù)的潛力是目前國內(nèi)外重要的研究方向，國內(nèi)各研究院高校在底部鉆具組合理論研究和現(xiàn)場經(jīng)驗總結(jié)的基礎(chǔ)上，對穩(wěn)定器的位置、直徑以及地層可鉆性等因素對造斜率的影響規(guī)律做了研究和總結(jié)，提高了復(fù)合鉆進/滑動鉆進的進尺比例，使得常規(guī)導(dǎo)向鉆具水平井鉆井長度不斷延伸。

在保持井眼軌跡控制能力的前提下，通過研究大彎角螺桿復(fù)合鉆進技術(shù)，降低滑動鉆機比例，提高鉆井速度，但大彎角螺桿鉆具復(fù)合鉆進時其斷裂、磨損等失效頻率升高；研究應(yīng)用可變徑穩(wěn)定器等螺桿導(dǎo)向鉆具的配置工具和措施，盡可能提高常規(guī)導(dǎo)向鉆具的性能等；通過對頂驅(qū)程序進行改變，在滑動鉆進時，通過持續(xù)正反震蕩鉆柱降低鉆柱與井壁之間的摩擦力，但震蕩長度有限，并且存在卸扣的風(fēng)險；研發(fā)水力振蕩器，利用水力能量使鉆柱產(chǎn)生軸向震蕩，降低柱與井壁之間的摩擦力，但消耗的水力能量很大。

目前研發(fā)的各類工具，目前正在推廣使用，但都存在缺點，因此目前迫切需要一種以常規(guī)導(dǎo)向工具為基礎(chǔ)，同時可以導(dǎo)向鉆進時旋轉(zhuǎn)鉆進以順利傳遞鉆壓，并能有效控制工具面的工具。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的難題，提供一種可旋轉(zhuǎn)鉆柱式滑動鉆進短節(jié)，與螺桿鉆具配合使用，在螺桿鉆具滑動鉆進時，鉆柱可以正向旋轉(zhuǎn)，可以解決滑動鉆機脫壓、機械鉆速低等問題。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種可旋轉(zhuǎn)鉆柱式滑動鉆進短節(jié)，包括鉆井液排量控制開關(guān)總成和傳動軸總成；

所述鉆井液排量控制開關(guān)總成包括外筒，內(nèi)筒，滾輪，開關(guān)滑塊，第一彈簧，第二彈簧和鉆井液擋板結(jié)構(gòu)；

所述傳動軸總成包括內(nèi)空心軸；

所述內(nèi)空心軸的上端插入到內(nèi)筒的內(nèi)腔中，并與內(nèi)筒的內(nèi)壁下端連接，能夠隨內(nèi)筒一起旋轉(zhuǎn)。

在內(nèi)筒的內(nèi)壁上設(shè)有內(nèi)筒臺階，第二彈簧的一端固定在內(nèi)筒臺階上，另一端與鉆井液擋板結(jié)構(gòu)的一端連接，鉆井液擋板結(jié)構(gòu)的另一端與滾輪連接；第二彈簧的伸縮方向與內(nèi)筒的軸向方向平行；

在內(nèi)筒上開有在圓周上均布的至少兩個通孔，在每個通孔內(nèi)設(shè)有臺階，在每個所述通孔內(nèi)安裝有所述開關(guān)滑塊，每個所述開關(guān)滑塊面向內(nèi)筒的內(nèi)腔一側(cè)的端面為斜面，所述滾輪能夠沿所述斜面滾動；

在所述通孔的臺階上設(shè)有第一彈簧，第一彈簧的一端固定在臺階上，另一端與開關(guān)滑塊連接，第一彈簧的伸縮方向與內(nèi)筒的徑向方向平行。

在內(nèi)筒上開有在圓周上均布的四個通孔，在每個通孔內(nèi)均設(shè)有開關(guān)滑塊。

在外筒的內(nèi)壁上設(shè)有凹槽；當(dāng)液體推動鉆井液擋板結(jié)構(gòu)時，第二彈簧伸長，滾輪沿斜面滾動，第一彈簧被壓縮，開關(guān)滑塊被壓入外筒內(nèi)壁的凹槽中卡住，內(nèi)筒和外筒通過開關(guān)滑塊連接，鉆柱通過外筒帶動內(nèi)筒以及與內(nèi)筒相連接的內(nèi)空心軸旋轉(zhuǎn)；

當(dāng)鉆井液擋板結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的軸向力小于第二彈簧的拉力時，鉆井液擋板結(jié)構(gòu) 在第二彈簧的作用下退回，滾輪隨之退回，開關(guān)滑塊在第一彈簧的作用下回彈，開關(guān)滑塊從外筒的凹槽中退出，內(nèi)筒和外筒分離。

所述外筒包括依次連接的三部分，分別為上外筒、中外筒和下外筒；

所述傳動軸總成包括軸向軸承和徑向軸承；所述軸向軸承安裝在內(nèi)筒的下方；所述徑向軸承安裝在所述軸向軸承的下方；

所述上外筒套在內(nèi)筒的外部，中外筒套在軸向軸承的外部，下外筒套在徑向軸承的外部；

所述軸向軸承安裝在中外筒與內(nèi)空心軸之間；

所述徑向軸承安裝在下外筒與內(nèi)空心軸之間。

所述可旋轉(zhuǎn)鉆柱式滑動鉆進短節(jié)包括母扣接頭、所述母扣接頭1為API標準扣型；母扣接頭的上端能夠連接鉆具，下端插入到上外筒中，與所述上外筒的上端連接。

在內(nèi)空心軸的最下端設(shè)有接頭，能夠連接鉆具。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：使用可旋轉(zhuǎn)鉆柱式滑動鉆進短節(jié)鉆進時，由于螺桿鉆具的反扭矩被可旋轉(zhuǎn)鉆柱式滑動鉆進短節(jié)以下的鉆柱與井壁之間的摩擦力抵消而保持工具面穩(wěn)定，短節(jié)以上的鉆柱在地面轉(zhuǎn)盤或頂驅(qū)的驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)，這樣就可以在保持井眼軌跡控制能力的前提下，保持大部分鉆柱的旋轉(zhuǎn)，降低軸向鉆壓傳遞阻力，可提高機械鉆速2-5倍。一種可旋轉(zhuǎn)鉆柱式滑動鉆進短節(jié)，應(yīng)用于定向井、水平井井眼軌跡控制領(lǐng)域，尤其適合于非常規(guī)油氣田開發(fā)常用的長水平段水平井的井眼軌跡控制，可以在加強控制能力的同時提高機械鉆速。

附圖說明

圖1可旋轉(zhuǎn)鉆柱式滑動鉆進短節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2圖1中的A-A視圖；

圖3第一彈簧6處的局部放大圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述：

如圖1所示，一種可旋轉(zhuǎn)鉆柱式滑動鉆進短節(jié)，包括母扣接頭、鉆井液排量控制開關(guān)總成、傳動軸總成三大部分，其中，母扣接頭1為API標準扣型；鉆井液排量控制開關(guān)總成包括與母扣接頭連接的外筒2，內(nèi)筒3，滾輪4，開關(guān)滑塊5，第一彈簧6，第二彈簧9，鉆井液擋板結(jié)構(gòu)10；傳動軸總成包括軸向軸承7，帶有公扣的內(nèi)空心軸8和徑向軸承11。

內(nèi)筒3與內(nèi)空心軸8通過普通扣型連接，可同時旋轉(zhuǎn)；擋板結(jié)構(gòu)10的一端與彈簧9連接，另一端與滾輪4連接，當(dāng)鉆井液以一定流量經(jīng)過鉆井液擋板結(jié)構(gòu)10時，擋板可產(chǎn)生一定的軸向力通過滾輪4推動開關(guān)滑塊5運動(因為滑塊5上設(shè)有斜面，當(dāng)液體推動擋板10時，擋板帶動滾輪4沿滑塊5的斜面移動，進而沿徑向推動滑塊5)，滾輪4主要起到降低摩擦力、減少磨損的作用。軸向軸承7放置于外筒2與內(nèi)空心軸8之間(所述外筒2包括依次連接的三部分，分別為上外筒、中外筒和下外筒，三部分可以通過螺紋連接，上外筒套在內(nèi)筒3的外部，中外筒套在軸向軸承7的外部，下外筒套在徑向軸承11的外部。)，當(dāng)短節(jié)連接鉆具時，需要受到軸向力作用時，可以自如旋轉(zhuǎn)并減少磨損、降低摩擦力，徑向軸承11則主要用于減低徑向的磨損和摩擦力。

可旋轉(zhuǎn)鉆柱式滑動鉆進短節(jié)上下可分別連接鉆具進行鉆進，鉆具中包含螺桿鉆具，當(dāng)需要井眼軌跡控制時，首先根據(jù)當(dāng)前的井眼軌跡和設(shè)計軌道進行對比，計算出所需要的螺桿鉆具工具面，此時使用較大排量鉆井液循環(huán)，鉆井液擋板結(jié)構(gòu)10產(chǎn)生一定的軸向力通過滾輪4推動開關(guān)滑塊5運動，開關(guān)滑塊進入外筒2的凹槽，內(nèi)外筒通過開關(guān)滑塊連接，可互相帶動彼此旋轉(zhuǎn)。此時在地面利用轉(zhuǎn)盤或頂驅(qū)轉(zhuǎn)動鉆柱，鉆柱通過外筒帶動內(nèi)筒以及與內(nèi)筒相連接的內(nèi)軸8旋轉(zhuǎn)，內(nèi)軸8帶動下面包含螺桿鉆具的鉆柱旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)至所需要的工具面，隨即停止旋轉(zhuǎn)，并恢復(fù)至較小鉆井液排量，鉆井液擋板結(jié)構(gòu)10產(chǎn)生的軸向力小于 第二彈簧9的拉力，鉆井液擋板結(jié)構(gòu)10往回后退，開關(guān)滑塊5在第一彈簧6(如圖2和圖3所示，第一彈簧6一端與與滑塊5連接，另一端與內(nèi)筒3連接，滑塊5與內(nèi)筒3都加工了放置彈簧的位置。當(dāng)滾輪4退回不壓住滑塊5時，滑塊5就可以反彈回來)的作用下回彈，退出外筒2的凹槽，內(nèi)外筒分離。此時再在地面旋轉(zhuǎn)鉆柱，逐漸施加鉆壓，開始正常鉆進。

滑塊個數(shù)與滑塊材料強度和尺寸有關(guān)系，圖2中均勻布置4個滑塊除了保證強度外，還有利于運行平穩(wěn)。第二彈簧9和擋板10可以采用一整圈的結(jié)構(gòu)。

可旋轉(zhuǎn)鉆柱式滑動鉆進短節(jié)與螺桿鉆具之間連接有一定長度的鉆柱，其長度由螺桿鉆具的反扭矩和此長度鉆柱與井壁之間的摩擦力來決定。正常鉆進時，由于螺桿鉆具的反扭矩被可旋轉(zhuǎn)鉆柱式滑動鉆進短節(jié)以下的鉆柱與井壁之間的摩擦力抵消而保持工具面穩(wěn)定，短節(jié)以上的鉆柱在地面轉(zhuǎn)盤或頂驅(qū)的驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)，這樣就可以在保持井眼軌跡控制能力的前提下，保持大部分鉆柱的旋轉(zhuǎn)，降低鉆壓傳遞阻力，提高機械鉆速。

傳動軸總體主要起到保障作用，短節(jié)正常工作時，受到10頓左右巨大軸向力，橫向同時受力，在上述兩種力的作用下，要保持外筒旋轉(zhuǎn)，內(nèi)筒不動，必須使用軸向軸承7以及徑向軸承11，以起到降低磨損與摩擦力的作用，提高短節(jié)的靈活與可靠性。

具體使用時，首先根據(jù)鉆柱規(guī)格、鉆柱與井壁之間的摩擦系數(shù)、螺桿鉆具反扭矩以及鉆壓計算出可旋轉(zhuǎn)鉆柱式滑動鉆進短節(jié)與螺桿鉆具之間的長度，其長度由螺桿鉆具的反扭矩和此長度鉆柱與井壁之間的摩擦力來決定。在下鉆時，按照計算的長度將短節(jié)進行安裝。

下鉆至井底時，旋轉(zhuǎn)鉆井液測量當(dāng)前的井斜角、方位角以及工具面角。根據(jù)井眼軌跡控制的要求，計算出所需要工具面角。隨后逐漸增大鉆井液排量，內(nèi)外筒通過開關(guān)滑塊連接，可互相帶動彼此旋轉(zhuǎn)。此時在地面利用轉(zhuǎn)盤或頂驅(qū)轉(zhuǎn)動鉆柱，帶動下面包含螺桿鉆具的鉆柱旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)至所需要的工具面，隨即停止旋轉(zhuǎn)，并恢復(fù)至較小鉆井液排量，鉆井液擋板結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的軸向力小于彈簧 的拉力，鉆井液擋板結(jié)構(gòu)往回后退，開關(guān)滑塊在彈簧的作用下回彈，推出外筒的凹槽，內(nèi)外筒分離。此時再在地面旋轉(zhuǎn)鉆柱，逐漸施加鉆壓，開始正常鉆進。由于摩擦力抵消了螺桿鉆具的反扭矩，使得螺桿鉆具工具面角穩(wěn)定，因此鉆具會按照設(shè)計實現(xiàn)井眼軌跡控制的目標。常規(guī)定向過程中，整個鉆柱不能旋轉(zhuǎn)，軸向上的巨大摩擦力阻礙鉆壓傳遞，降低了機械鉆速；而安裝可旋轉(zhuǎn)鉆柱式滑動鉆進短節(jié)后，短節(jié)以上鉆柱可以旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)克服了絕大部分的摩擦力，軸向上摩擦力很小，鉆壓可以順利傳遞，機械鉆速大幅度提高。

經(jīng)過一段鉆進，已經(jīng)達到井眼軌跡設(shè)計目標，需要進入穩(wěn)斜鉆進，則增大排量至開關(guān)啟動，地面轉(zhuǎn)盤或頂驅(qū)帶動整個鉆柱旋轉(zhuǎn)，由于螺桿鉆具彎角不再指向某一方向，因此將實現(xiàn)穩(wěn)斜鉆進，由于整個鉆柱處于旋轉(zhuǎn)中，有效降低了托壓效應(yīng)，提高了機械鉆速。

本發(fā)明借鑒了螺桿傳動總成的結(jié)構(gòu)，成熟可靠。開關(guān)機構(gòu)采用排量控制。本發(fā)明可以使地面至本發(fā)明之間的鉆柱轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動的鉆柱占整個鉆柱的比例超過90％，因此會顯著降低軸向摩擦力。沒有反轉(zhuǎn)的過程，不存在卸扣的風(fēng)險。

本發(fā)明可旋轉(zhuǎn)鉆柱式滑動鉆進短節(jié)，包括母扣接頭、鉆井液排量控制開關(guān)總成、傳動軸總成三大部分。當(dāng)使用較大排量鉆井液循環(huán)時，鉆井液擋板結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的軸向力通過滾輪推動開關(guān)滑塊運動，開關(guān)滑塊進入外筒的凹槽，內(nèi)外筒通過開關(guān)滑塊連接，可互相帶動彼此旋轉(zhuǎn)，地面利用轉(zhuǎn)盤或頂驅(qū)轉(zhuǎn)動鉆柱可帶動下面包含螺桿鉆具的鉆柱旋轉(zhuǎn)?；謴?fù)至較小鉆井液排量，開關(guān)滑塊退外筒的凹槽，內(nèi)外筒分離。此時再在地面旋轉(zhuǎn)鉆柱，短節(jié)以下鉆柱不旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)鉆柱旋轉(zhuǎn)工況下的滑動導(dǎo)向鉆進。可有效降低托壓效應(yīng)，提高機械鉆速

上述技術(shù)方案只是本發(fā)明的一種實施方式，對于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員而言，在本發(fā)明公開了應(yīng)用方法和原理的基礎(chǔ)上，很容易做出各種類型的改進或變形，而不僅限于本發(fā)明上述具體實施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是優(yōu)選的，而并不具有限制性的意義。