[发明专利]液气相钻井介质转盘驱动地质导向钻井系统

说明书

技术领域：

本发明涉及一种用于石油钻探工程的钻井系统，属石油钻井技术类。 

背景技术：

采用欠平衡钻井工艺技术钻探水平井、大位移井等是油田开发的需要。水平井和大位移井从造斜点开始到进入油层前，有一大斜度井段需要定向钻进，然后是进入油层的水平段的钻进。一般在大斜度井段用纯液相钻井介质(纯泥浆)，理想的配套工具仪器是泥浆脉冲型无线随钻测量仪和螺杆钻具；进入油层的水平段后采用气液混合介质或纯气相钻井介质，相应配套工具仪器是电磁波型无线随钻测量仪加空气螺杆钻具。如果从造斜点开始就使用气体钻井介质和电磁波型无线随钻测量仪钻进施工，则在大斜度井段由于气体钻井成本远高于常规定向井钻井，使该井段钻井成本增加。在大斜度井段，如果用纯液相泥浆介质配电磁波型无线随钻测量仪钻进施工，则因电磁波型无线随钻测量仪的信号易被电介质很强的泥浆吸收，影响信号的稳定性。虽然可用操作复杂的测量技术及采用大功率电源的支持来完成测量，但对于电磁波型无线随钻测量仪来说同样是增加了成本。最终增加了钻井成本。而且，无线随钻测量仪加螺杆钻具的钻进过程中钻具处于滑动钻进状态，在该状态下井眼环空钻井介质得不到搅拌，岩屑容易沉淀，产生桥塞，从而引起钻井事故。在水平井段，为了有选择性地 在地层中穿越，理想情况下需对所钻地层进行自然伽玛和电阻率测量，而常规无线随钻测量仪只有自然伽玛参数测量，没有电阻率参数测量。上述问题对欠平衡钻井工艺技术的应用造成不良影响。 

发明内容：

本发明的目的在于提供一种既可使用纯液相也可使用纯或气相或气液混合介质、既可转盘定向钻进又可随钻测量地层自然伽玛和电阻率的液气相钻井介质转盘驱动地质导向钻井系统。 

本发明的技术方案如下：此种钻井系统包括地面和井下两大部分。其中地面部分由井架、钻台、防喷器、防喷器电极、地电极、电导线、立管压力传感器、钻台司钻显示器、钻台通信电缆、信号处理接口箱、标准串行通信电缆和通用计算机组成；地面部分的主要任务是经防喷器电极和地电极检测到的井下发来的参数信号以及立管压力传感器检测到的立管压力信号通过电导线和钻台通信电缆传至信号处理接口箱，再经信号处理接口箱处理后的钻井参数信号经由标准串行通信电缆传送至通用计算机进行运算处理，最终将结果进行显示、存储和打印。其中将另一部分钻井参数送钻台司钻显示器供钻台参考。地面部分的另一个任务是通过泵的开与关，转盘的转动与静止向井下传送命令，以改变井下仪器向地面发送信号的方式。改变发送信号方式的好处在于可将当前急需的主要参数快传多传，不需要的参数可少传或不传，提高信号效率有利钻井施工。向井下传送命令的方法是：先停泵(或转盘静止)一分钟以上，然后开泵(或转盘转动)40秒，然后再停泵(或转盘静止)40秒，这样重复两次再连续开泵 (或转盘转动)设为方式一，如此重复三次后再连续开泵(或转盘转动)设为方式二，以此类推可进行两种以上的方式编排。井下仪器接收该信号是通过振动传感器，当地面开泵或转盘转动时井下振动传感器都能检测到振动信号，由于传送命令的编排方式是通过设计约定好的，因此井下仪器接到相应的命令就会按当前命令方式向地面发送信号。 

井下部分由井下随钻定向工具和井下随钻定向仪器组成，其中，井下随钻定向工具由发电机短钻铤与稳定器用丝扣联接成井下随钻定向工具外筒，筒内从上向下顺序连接的是发电机定子、发电机转子、发电机、电动机、变速机、偏心轴、轴承、上支撑环、上球面挂环、传动销、下球面挂环、下支撑环、顶紧螺环、圆周摆筒和钻头，其中变速机与稳定器之间用紧固螺栓固定。当钻井介质在地面泵驱动下通过发电机定子转子时，发电机就会产生电能，该电能一小部分供井下随钻定向仪器使用，大部分用来驱动电动机，电动机受井下随钻定向仪器控制将高速旋转通过变速机变成低速旋转，将小扭距变成大扭距来驱动偏心轴，偏心轴的轴心与主轴心有一定偏移而且成一β角，并通过轴承与圆周摆筒的上端啮合，圆周摆筒的下端与钻头相接，圆周摆筒的中段摆心通过传动销与稳定器链接。转盘带动井下钻具转动时，稳定器通过传动销带动圆周摆筒及与之相接的钻头旋转；设其转向为顺时针，转速为N；另一方面，受井下随钻定向仪器控制的电动机通过变速机驱动偏心轴及与之相接的圆周摆筒带动钻头作圆周摆动，设钻头的圆周摆动方向为逆时针，圆周摆速为M，则当M＝N时， 由于圆周摆筒的轴心与钻柱轴心成一β角，并在以井眼作参照的情况下，该β角在井眼的某一方向上将保持不变，这种空间状态与具有β角度的弯壳体螺杆钻具在滑动钻进过程所处空间状态一致，因此该井下随钻定向工具具有定向功能。