一種盤閥控制下機(jī)械式靜態(tài)推靠自動(dòng)垂直鉆井系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及鉆井設(shè)備領(lǐng)域，特別是一種盤閥控制下機(jī)械式靜態(tài)推靠自動(dòng)垂直鉆井系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，鉆探工程作為資源和環(huán)境勘探的重要手段，其研究領(lǐng)域正從傳統(tǒng)的地表延伸到極地、海洋，以及地球深部、海洋底部。深部鉆探將是地球深部探測(cè)的重要手段，也是獲得地球深部實(shí)物的唯一方法，然而在深部鉆探過程中，如何保持井眼垂直是一大難題，井斜的問題將直接制約鉆進(jìn)速度和鉆孔質(zhì)量，甚至是整個(gè)鉆探工程的成敗。像松科二井欲使井深達(dá)到6400米，隨著井深的不斷增加，井斜問題將愈加突出，危害愈加嚴(yán)重。
[0003]許多鉆探工程如前蘇聯(lián)Kola超深井(設(shè)計(jì)終孔深度15000m、實(shí)際終孔深度12262m)和德國KTB主孔(設(shè)計(jì)終孔深度10000m、實(shí)際終孔深度9101m)因孔斜無法控制而被迫提前終孔。為了解決這一難題，國內(nèi)外進(jìn)行了大量的理論分析和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，相繼提出了剛性滿眼鉆具、鐘擺組合鉆具、偏軸鉆具等防斜方法，但這些方法都是以犧牲鉆壓，降低機(jī)械鉆速來換取防斜效果的被動(dòng)防斜方式，效果并不明顯，甚至有些地層完全達(dá)不到防斜糾斜的效果。尤其是在深孔及超深孔的鉆探施工中，被動(dòng)防斜方法成效有限，用于糾斜的施工時(shí)間所占比重還很大。
[0004]自動(dòng)垂直鉆井以及旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的出現(xiàn)，為防斜糾斜帶來了重大技術(shù)突破，是一種集機(jī)電液于一體化的井下智能閉環(huán)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)井下主動(dòng)防斜糾斜，不需要人為干預(yù)而自動(dòng)跟蹤預(yù)定的井眼軌跡，可以成功解決高陡構(gòu)造、大傾角復(fù)雜地層的防斜糾斜難題，在保證井眼質(zhì)量的同時(shí)，釋放鉆壓，提高機(jī)械鉆速。德國KTB工程主孔達(dá)到終孔深度的最重要的先決條件是成功的實(shí)施了垂直鉆進(jìn)戰(zhàn)略，研制的自動(dòng)垂直鉆井系統(tǒng)(VDS)成功應(yīng)用至7500m的孔深范圍，使得KTB成為當(dāng)時(shí)世界上最垂直的鉆孔，而且成功限制了研磨負(fù)荷和扭矩，為后期實(shí)施小間隙鉆進(jìn)和套管戰(zhàn)略提供了必要的先決條件。自動(dòng)垂直鉆井系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)一步帶動(dòng)了旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)的進(jìn)步，國外從20世紀(jì)80年代開始進(jìn)行主動(dòng)防斜技術(shù)研究至今，已經(jīng)有10余家公司形成了各自的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和應(yīng)用，其無一例外都帶有垂直鉆進(jìn)功能。目前，具有商業(yè)化應(yīng)用能力的主要還是BakerHughes、Schlumberger 和 Halliburton 三家公司。
[0005]目前的靜態(tài)推靠式自動(dòng)垂直鉆井系統(tǒng)主要包括一個(gè)設(shè)置在外部相對(duì)不轉(zhuǎn)動(dòng)的導(dǎo)向套，導(dǎo)向套下部用于外接鉆頭，導(dǎo)向套內(nèi)設(shè)有重力加速度計(jì)，用于感應(yīng)井斜，導(dǎo)向套的下部設(shè)有由液壓驅(qū)動(dòng)的導(dǎo)向塊，當(dāng)感應(yīng)到井斜時(shí)，向?qū)蛱變?nèi)的微處理器發(fā)送信號(hào)，控制液壓系統(tǒng)，從而使導(dǎo)向塊向外側(cè)突出頂在井內(nèi)壁，以起到糾正井斜的作用。但是，現(xiàn)有的上述自動(dòng)垂直鉆井系統(tǒng)存在如下冋題:
[0006]第一，用于驅(qū)動(dòng)導(dǎo)向塊的液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)需要獨(dú)立的液壓栗等機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使得導(dǎo)向套的尺寸過大，無法應(yīng)用于小直徑井口的鉆進(jìn)。
[0007]第二，對(duì)井斜的校正效果不理想，存在著較大的誤差，申請(qǐng)人經(jīng)大量工程試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，引起這種誤差的原因之一是因?yàn)閷?dǎo)向塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，不能全面、精確、穩(wěn)定地起到導(dǎo)向作用。
[0008]第三，重力加速度計(jì)等傳感器屬于電子器件，受井下溫度的限制，無法在溫度高于120 °C的井眼中使用。
[0009]有鑒于此，特提出本實(shí)用新型。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0010]本實(shí)用新型的目的是提供一種盤閥控制下機(jī)械式靜態(tài)推靠自動(dòng)垂直鉆井系統(tǒng)。
[0011]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供的一種盤閥控制下機(jī)械式靜態(tài)推靠自動(dòng)垂直鉆井系統(tǒng)，包括導(dǎo)向套，導(dǎo)向套的下部設(shè)有導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，導(dǎo)向結(jié)構(gòu)通過驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，
[0012]所述導(dǎo)向套內(nèi)設(shè)有主軸和偏心塊，主軸上套設(shè)有軸承，偏心塊固定在軸承上；
[0013]導(dǎo)向套內(nèi)設(shè)置有鉆井液流道、至少三條自鉆井液流道導(dǎo)通至驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的第一流道以及至少三條導(dǎo)通至導(dǎo)向套外的第二流道；
[0014]所述軸承上還設(shè)有閥門結(jié)構(gòu)，偏心塊轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可帶動(dòng)閥門結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，閥門結(jié)構(gòu)位于偏心塊所在一側(cè)的部分能夠使該側(cè)的第一流道與鉆井液流道截?cái)?，僅使第一流道與第二流道導(dǎo)通，閥門結(jié)構(gòu)與偏心塊相對(duì)一側(cè)的部分能夠封閉該側(cè)的第二流道，僅使第一流道與鉆井液流道連通。
[0015]優(yōu)選地，所述閥門結(jié)構(gòu)包括
[0016]設(shè)置在第一流道與鉆井液流道之間的盤片，通過盤片上的流道孔使第一流道與鉆井液流道導(dǎo)通；以及
[0017]與所述偏心塊設(shè)置在同側(cè)的弧形閥片，用于遮蓋住該側(cè)的第一流道對(duì)應(yīng)的流道孔，弧形閥片的片體中設(shè)有泄壓孔，泄壓孔一端與第一流道導(dǎo)通，另一端與偏心塊所在一側(cè)的第二流道導(dǎo)通；以及
[0018]設(shè)置在弧形閥片相對(duì)一側(cè)的環(huán)形擋片，用于截?cái)嘣搨?cè)第二流道與鉆井液流道的導(dǎo)通。
[0019]更優(yōu)選地，所述盤片上設(shè)有與第一流道數(shù)量相同的弧形溝槽，每道弧形溝槽的一端的槽底導(dǎo)通至一個(gè)流道孔。
[0020]優(yōu)選地，所述導(dǎo)向結(jié)構(gòu)包括導(dǎo)向塊，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠使導(dǎo)向塊沿著導(dǎo)向套的徑向伸縮運(yùn)動(dòng)。
[0021]更優(yōu)選地，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在導(dǎo)向套下部的底座，底座的側(cè)面設(shè)有活塞腔，活塞腔內(nèi)設(shè)有能夠沿著導(dǎo)向套徑向移動(dòng)的活塞，活塞向遠(yuǎn)離底座的方向移動(dòng)時(shí)可以推動(dòng)所述導(dǎo)向塊，活塞腔連通所述第一流道，第一流道遠(yuǎn)離活塞腔的一端與所述鉆井液流道連通，第二流道一端連通至鉆井液流道，另一端連通至導(dǎo)向套外部。
[0022]更優(yōu)選地，所述閥門結(jié)構(gòu)在偏心塊所在位置的相對(duì)一側(cè)導(dǎo)通三條第一流道，從而使三個(gè)導(dǎo)向塊伸出。
[0023]進(jìn)一步地，所述導(dǎo)向塊包括4個(gè)第一導(dǎo)向塊和4個(gè)第二導(dǎo)向塊，第一導(dǎo)向塊和第二導(dǎo)向塊均沿著導(dǎo)向套的周向呈間隔分布，第一導(dǎo)向塊與第二導(dǎo)向塊的位置相互錯(cuò)開，使每個(gè)第一導(dǎo)向塊與其相鄰的兩個(gè)第二導(dǎo)向塊形成三角形分布。
[0024]再進(jìn)一步地，第一導(dǎo)向塊和第二導(dǎo)向塊均沿著導(dǎo)向套的周向呈等間隔分布。
[0025]優(yōu)選地，所述軸承包括上軸承和下軸承，所述偏心的塊的上端固定在上軸承上，偏心塊的下端固定在下軸承上，所述弧形閥片和環(huán)形擋片固定在下軸承的下部。
[0026]本實(shí)用新型提供的一種盤閥控制下機(jī)械式靜態(tài)推靠自動(dòng)垂直鉆井系統(tǒng)，具有如下有益效果:
[0027](1)采用偏心塊和盤片、弧形閥片、環(huán)形擋片組成的盤閥結(jié)構(gòu)來控制導(dǎo)向塊的伸縮，僅涉及機(jī)械結(jié)構(gòu)，與陀螺儀、重力加速度計(jì)等電子器件相比，不受井下溫度影響。
[0028](2)采用動(dòng)態(tài)推靠式自動(dòng)垂直鉆井控制原理，但利用了鉆井液內(nèi)外液差作為動(dòng)力來源，減少了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)部件，適用于小直徑的自動(dòng)垂直鉆井中；
[0029](3)導(dǎo)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用了 8導(dǎo)向塊的分布式設(shè)計(jì)，增大了推力，提高了控制精度，并且在導(dǎo)向塊推出時(shí)，形成三點(diǎn)支撐結(jié)構(gòu)，提高了穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0030]圖1為本實(shí)用新型所提供的盤閥控制下機(jī)械式靜態(tài)推靠自動(dòng)垂直鉆井系統(tǒng)的主剖視圖；
[0031]圖2為盤閥控制下機(jī)械式靜態(tài)推靠自動(dòng)垂直鉆井系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與閥門結(jié)構(gòu)的局部放大示意圖；
[0032]圖3為盤片的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖4為弧形閥片與環(huán)形擋片的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖5為泄壓孔所在位置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖6為導(dǎo)向結(jié)構(gòu)底座部分的局部立體結(jié)構(gòu)不意圖；
[0036]圖7為為導(dǎo)向塊的側(cè)面展開分布圖；
[0037]圖中:
[0038]1.導(dǎo)向套2.鉆桿3.鉆井液流道4.上軸承5.下軸承6.偏心塊7.底座8.導(dǎo)向塊9.活塞腔10.活塞11.第一流道12.第二流道13.弧形閥片14.環(huán)形擋片15.盤片16.流道孔17.泄壓孔18.弧形溝槽81.第一導(dǎo)向塊82.第二導(dǎo)向塊
【具體實(shí)施方式】
[0039]為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本實(shí)用新型方案，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0040]術(shù)語解釋:
[0041]重力高邊和重力低邊:儀器軸線方向線和重力垂線組成的平面上，儀器所在的邊為重力高邊，相差180°為重力低邊。
[0042]請(qǐng)參考圖1-6，本實(shí)用新型提供的一種盤閥控制下機(jī)械式靜態(tài)推靠自動(dòng)垂直鉆井系統(tǒng)，包括導(dǎo)向套1，導(dǎo)向套1內(nèi)設(shè)置鉆桿2，鉆桿2的下端連接鉆頭，導(dǎo)向套1在外部相對(duì)靜止，不隨鉆桿2轉(zhuǎn)動(dòng)。在導(dǎo)向套1內(nèi)部設(shè)置鉆井液流道3，用于流通鉆井系統(tǒng)的鉆井液。以鉆桿2作為主軸，在主軸上部和下部分別套設(shè)上軸承