[发明专利]钻具的转向装置

说明书

技术领域

本发明涉及钻探领域。本发明尤其涉及特别是在石油和煤气工 业、土木工程、地热领域以及通常在所有的非开挖地下作业领域中 需要轨迹控制的钻探。

在上述领域中的一些领域中，所使用的钻探系统可以是全机械 式的或者可以包括电子设备。这些系统可粗略分为如下的几类：

静态装置：转向连接件，也叫做可调节的弯曲壳体，在地面上 对其进行调节以装备涡轮式向下钻进动力部分，PDM(“容积式液压 马达”)或电动机；

假拟动力装置：自动地致动或从地面致动的转向连接器，仅用 于钻杆的非旋转滑动相(在英文中用术语“sliding”表示)，以装备涡 轮式，或其它致动可变直径的稳定式或其它类型的向下钻进动力部 分；

动态装置：从地面实时驱动或自动地驱动的系统，其用于形成 为本领域技术人员公知为“旋转转向系统”(简写为RSS)的旋转 转向钻探系统。

背景技术

使静态转向连接器布置在钻柱的端部处是最常使用的方法，在 不牺牲用作钻具的支撑件的止推轴承的使用寿命的情况下，无法减 小弯曲壳体的长度。工具上的悬重(称作WOB(“钻压”))的传动 受到影响。因此，需要大的连接角度，以便能够获得偏转或弧度， 通常被称为“造斜率”(BUR)，其在很多申请中都涉及。

国际申请WO 90/07625和美国专利Nos.6244361，6640909， 6808027和6847304描述了钻杆的轨迹控制装置的结构，所述结构包 括挠性轴，使用了一种被称为“静态钻头力(旋转横动轴)/摆动钻头” 的方法。

此外，国际申请WO 90/07625和美国专利Nos.3677354， 5305838，5307885，5353884，5875859，6808027和6847304描述了 所谓的“内部”联接部件，其用于加强对在这种申请中所使用的传动 轴的转向。

EP专利0744526和美国专利4947944描述了用于钻柱和钻具的 一组部件的所谓的“外部”联接部件。

国际申请WO 03/102353当然也描述了一种钻探装置，该装置包 括用于实现和控制轴和钻头偏转的部件。但是，在该文献中描述的 装置必须包括两个同心的管状元件，分别是外部管状元件和内部管 状元件，它们可以处在相互不联接的位置，以使内部管状元件可以 旋转，同时防止外部管状元件旋转。

美国专利申请No.2005/0173155的公开文献描述了一种钻具组 件，其中提供了锁定部件，以将可脱离的外壳或壳体产生的扭转力 矩传递给轴。

根据现有技术，还没有能够在所有需要的结构中用于转向钻具 的装置。

因此，从上述情况看可以理解，目前不存在通用的转向连接器。

现在，需要使用这样的装置，其能够有利地布置在现有设备上， 并且也需要简单地以合理的成本制造和维护这些新的装置，以便降 低每米钻探所需的成本并且提高钻探的精确性和提供所期望的更好 的轨迹灵活性和纵向紧凑，以使钻具/钻头的测量尽可能准确。

发明内容

本发明引入了用于上述预期的解决方案，提供了能够达到这些 目的以及其它目的的装置和操作部件，所述解决方案以及装置和操 作部件将通过后面的说明、附图和所附权利要求书来体现。

因此，本发明旨在提供一种用于钻具(钻头、多晶金刚石合金 (PDC)、钻等)的转向装置，根据需要能够以不同的变化方式使 用所述装置，此外，所述装置易于在任何地方工作。另外，考虑到 装置上游和下游之间，即主钻柱或BHA(底部钻具组件)的下端和 钻具/钻头之间的不对称性，所述装置的维护很简单并且其最主要的 受力部件的寿命也提高了。

本发明的一个目的是提出一种转向装置结构，也被称为“转向连 接件”或“可调节的弯曲壳体连接件”，该结构能够克服上述限制。这 种装置长度减少，由此即使在倾斜角(或转向角)小的情况下也可 以提供高的BUR，该装置可靠、制造成本低并且易于安装和维护。

为了能够控制与根据本发明的装置形成一体的钻具/钻头的转 向，所述根据本发明的装置主要包括主体和可转向的壳体，所述主 体和可转向的壳体从上游至下游连续地布置并且分别通过构成第一 轴承的至少一个连接件和构成第二轴承的至少一个枢轴连接件连接 到沿纵向穿过所述主体和壳体的可弯曲的或挠性的传动轴，所述至 少一个连接件有利地是枢轴、滑动枢轴、球窝接头或环形线性连接 件形式，