[其他]套筒型钻井变向器

说明书

本发明是有效改变和控制转盘钻定向钻井井眼的方位角、井斜角的多功能工具。采用装有上、下瓦片的套筒与心轴的相对摆动，使近钻头处产生横向力而有效地控制和改变井眼的方位角和井斜角。设计了专有的密封系统，避免了岩屑冲击、卡塞及泥包等引起的工具失效，上、下瓦片是可调换的，提高了变向能力，并具增减方位、增降斜等组合功能和钟摆钻具打直井时增效防斜性能。

本发明是涉及石油转盘钻定向钻井领域，用于有效控制或改变井眼的方位角和井斜角的多功能新型工具。

随着石油、天然气勘探，开采的需要，尤其是海上和水域，沼泽区域地下油气勘探开采及某些事故井处理技术等的特殊需要，定向钻井技术日益发展起来，定向钻井成败的技术关键就在于对不断钻进的井眼之方位角和井斜角的有效控制和改变。

经过长期实践，人们对于井斜的控制，已有了不少的成功的办法。对于方位角的有效控制，到目前为止，世界上可供工业应用的技术尚且为数不多，能推广应用的专门工具不仅很少而且存在着各种难以克服的缺点。

如“偏心楔”，一次造斜或变方位幅度很小，需多次反复下楔，反复定向，扩孔的繁重工序，才能满足一定的设计要求，这对于大规模的定向钻井工程就显得很不适宜了。

在如“弧线造斜器”，如果井壁不规则，不稳定或井眼超径较大（这些正是钻井工程中最普遍的现象），这就会发生钻头不能沿井眼母线钻进，且轨迹是螺旋状的异常结果，这非但不能实现定方位或变方位的技术要求，而且还会影响钻井后续工序的进行和井的正常使用。

又如，国外也有采用“凸缘接头式变向器”来解决定向钻井的工程问题的，但这种工具，不仅对井下条件要求高（如井壁光滑，岩性适中，井径稳定而适当等），而且还必须与“接管（短钻铤）”、“过渡接头（异径接头）”、“特性轴承”等附助部件配合使用。该工具本身又是由“偏重管”、“上下凸缘接头”组成，而起变方位作用的“上下凸缘”又得受“偏重管”的重力控制和影响，再加上“特性轴承”又容易磨损和失效，所以此种工具的成功率是极不可靠的。其变方位的技术效力也是很不确定的，井斜角大时，工具的效果就较明显。井斜角小时，或井下情况稍事复杂时，工具效果就没有保证。这实际上就大大削减了该工具的工程意义。

在转盘钻定向钻井变方位专用工具领域中，与本发明最相关的已有技术是《Rebel Tool叶片式变方位器》。这种工具不仅被《美国油田设备综合样本》（本专业最有威信的出版物之一）宣称为“用于防止或纠正方位偏差的唯一商品化的工具”，而且也为不少国外专家所公认的比较成熟的工具。（见United States Patent Office 3092188 Patented June 4，1963，INTERPAS，P.O.BOX101，The Netherlands）组成该工具的主要部件有：①带有特形槽穴、沟道的工具体，②上下两个叶片（桨片、爪片）;③传动轴;④两副对开轴承;⑤两副安全推力轴承;⑥两副端外侧轴承等。工具全长按其直径从6吋到12吋的不同规格，从10呎至16呎不等。由于这种工具原理结构存在着严重的不足，因而工具本身就固有一些难以克服的重大缺陷。这就是该工具问世以来，至今应用不广泛的根本原因所在，归纳其缺点，突出表现以下四个方面：

1.传动刚度差。这是由该工具的设计结构所至。固定在轴承上的传动轴，上端顺钻具旋转方向装一主动叶片（上叶片），下端逆钻具旋转方向装一被动叶片（下叶片），三位一体互相协动是产生偏移方位效果的核心。而工具壳体的内径和壁厚决定了位于壳体中的传动轴不能做得较大，但是工具的技术目的又要求尽可能地增大上下叶片之间的距离，这就必然使主、被动叶片间的传动，是由一根细长轴来完成的。（如R〈`;;6-01`〉型该工具，传动轴直径为40毫米，上下叶片的安装位置间轴的长度为1560毫米-细长比约为0.0256;R〈`;;12-01`〉型该工具，传动轴的直径为50毫米，上下叶片的安装位置间轴的长度为3000毫米，细长比约为0.0167）。这样的细长轴不可能有高刚度的力（或功）的传递效果，而且工具在工作时，处于受扭状态，当井斜角较大时，传动轴的扭矩也就更大，因之而产生的轴的扭矩变形也就随之增大。无疑，这些现象的综合结果-传动刚度差就导致传动机构的实际效力远远地低于理想的设计水平。特别是在要求同时完成增斜和变方位的工作情况下，此种工具就完全无能为力了。