[发明专利]指向式旋转导向钻井工具

说明书

技术领域

本发明涉及石油、天然气等钻探领域的钻井工具，特别是一种指向式旋转导向钻井工具。

背景技术

目前，钻井技术已经向超深井、大位移井和定向井等方向发展，传统的滑动式钻井工具已经不能满足当前的钻井需求，旋转导向钻井技术作为一种高科技钻井技术逐渐得到应用和发展。

目前市场上的旋转导向工具主要有斯伦贝谢的Power Drive、贝克休斯的Auto Track及哈利伯顿的Geo-Pilot等。前两者属于推靠式旋转导向钻井工具，这两种钻井工具的特点是能够在钻头处获得较大的偏置力。但由于地质状况的不同及钻井液压力的变化会影响工具造斜率，造成井眼轨迹不圆滑，井身质量和井眼状况较差，容易产生井下事故。

哈利伯顿的Geo-Pilot系统属于指向式旋转导向钻井工具，它采用控制钻柱弯曲特征来实现钻头轴线的有效导控，其优点是造斜率由工具本身确定，不受钻进地层岩性的影响，在软地层及不均质地层中效果明显，但芯轴承受高强度的交变应力，芯轴容易发生疲劳破坏，影响工具寿命。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种指向式旋转导向钻井工具,该工具既不受地质层影响，又能实现井眼轨迹的精确控制。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种指向式旋转导向钻井工具，包括外筒及固定在其内部的偏置机构，所述偏置机构包括从上至下依次套装在芯轴上的上盘阀端盖和集成液压缸；所述上盘阀端盖的上面固接有电机，所述上盘阀端盖的下面固接有高压腔体，在所述高压腔体内设有与其转动密封连接的上盘阀，所述上盘阀通过轴承转动连接在所述上盘阀端盖上，所述上盘阀的下表面与所述集成液压缸的上表面转动密封连接；所述高压腔体与钻井液导管连通，在所述上盘阀的同一圆周上设有一个进液通孔和多个溢流孔，所述溢流孔的出口设置在所述上盘阀的外圆面上，所述溢流孔的进口设置在所述上盘阀的下表面上，所述进液通孔为圆弧形长孔；在所述集成液压缸内部沿周向均布有预设数量的液压缸，所述液压缸的活塞杆的中心线沿所述集成液压缸的径向设置；在所述集成液压缸的上面设有与所述液压缸一一对应连通的过液孔，所述过液孔与所述进液通孔和所述溢流孔相对，在所述高压腔体的侧壁上设有与所述溢流孔相通的过流孔，在所述外筒上设有与所述过流孔相通的泄流孔；在所述上盘阀上固接有外齿圈，所述外齿圈转动连接在所述上盘阀端盖上，所述外齿圈与所述齿轮轴啮合，所述齿轮轴由所述电机驱动；所述液压缸的活塞杆与定位块通过V型面连接，所述定位块通过关节轴承与所述芯轴转动连接，在所述液压缸的活塞杆两侧分别设有上防转板和下防转板，所述上防转板和所述下防转板固接在所述定位块上。

所述偏置机构设置在所述芯轴的上端部，所述芯轴的中部采用关节轴承总成支承在所述外筒内，所述芯轴的下端固接有钻头；所述芯轴的上端通过中空万向节与钻柱的下端连接，所述钻柱与外筒上节转动连接，所述外筒上节的下端与所述外筒的上端固接，在所述外筒上节的上端固接有上端盖，在所述外筒的下端固接有下端盖；在所述钻柱的下端部设有引流孔，所述引流孔位于泄压腔体内，所述泄压腔体固定在所述外筒内，所述钻柱穿过所述泄压腔体，二者形成转动密封连接；所述钻井液导管与所述泄压腔体连接。

所述偏置机构通过所述上盘阀端盖或所述高压腔体或所述集成液压缸固接于所述外筒内部。

所述偏置机构通过所述集成液压缸固接于所述外筒内部。

所述钻柱通过圆柱滚子轴承与外筒上节转动连接。

所述中空万向包括从上至下依次设置的万向节叉Ⅰ、中间轴及万向节叉Ⅱ，所述万向节叉Ⅰ和所述中间轴上端通过十字轴Ⅰ以及安装在所述十字轴Ⅰ上的轴承Ⅰ转动连接，所述中间轴下端与所述万向节叉Ⅱ通过十字轴Ⅱ以及安装在所述十字轴Ⅱ上的轴承Ⅱ转动连接。

所述关节轴承总成包括安装在所述芯轴上的调心轴承，所述调心轴承的两端各设有一推力轴承。

本发明具有的优点和积极效果是：

1)通过采用集成液压缸实现芯轴的偏置，使该工具具有不受地质层影响的特点，因而能够获得稳定的造斜率，实现井眼轨迹的精确控制。

2)通过采用集成液压缸实现芯轴的偏置，通过电机驱动上盘阀实现对集成液压缸的控制，从而可以得到不同的造斜率和方位，这样在应用过程中不需要提钻就可以实现多种工作状态，达到增斜、降斜和稳斜的目的。

3)通过采用集成液压缸实现芯轴的偏置，充分利用钻井液压力，从而使该工具能够获得较大的造斜力。

4)中空万向节的应用能有效降低芯轴交变应力，提高导向工具使用寿命。