[发明专利]垂直钻井工具

说明书

技术领域

本发明涉及油气钻井井下工具技术领域，是一种垂直钻井工具。

背景技术

在石油或地质勘探钻井过程中，经常会遇见在地层倾角大、高陡构造带、山前逆掩推覆体区域等复杂地质条件下钻深井、超深井，尤其是钻深探井、超深探井以及区域第一口预探井、大陆科探井时, 普遍要求防斜打快和安全低成本, 而常规钻井技术在复杂易斜地层钻深井、钻遇高陡构造或是地应力异常地层时，钻头在地层倾角、地应力及钻压的共同作用下，会偏离正常的井眼轨迹垂直轴线而出现井斜。出现井斜后往往会给后续的钻井、测井和完井作业带来很大的风险，如出现起下钻具、套管或测井仪器困难，极易发生卡钻等事故，严重时甚至可能会导致油井的报废。同时为了防止井斜的发生，通常将钻压控制在较低的范围内进行钻进，严重制约了钻井效率的提高。

目前，常规的被动防斜打直技术 (如塔式钻具、钟摆钻具、满眼钻具、旋冲钻井等) 均无法实现在复杂地质条件下的快速防斜打直，并且具有很大的局限性，因此针对这一技术难题，国外各大石油公司多年前就开展了主动防斜技术的研究。经过多年的攻关研究，目前该项技术已获得了突破性进展，三家大的石油技术服务公司Baker Hughes、Schlumberger和Halliburton分别形成了其各自商业化应用的AutoTrak RCLS、PowerDrive SRD和Geo-Pilot旋转导向钻井系统。国内的多家石油公司如中石油西部钻探公司和中石化胜利油田分公司等也分别开展了该项技术的研究并获得了成功。经过现场实际应用，上述防斜工具实现了对井眼轨迹控制的目的，有效的防止了井斜的发生。但是第一代主动防斜工具在工具的结构、控制方法、可靠性及成本方面也存在着不足，如工具的结构复杂、数据处理量大，可靠性不高、维修难度大、使用成本高等，这些缺陷成为了制约该项技术普遍推广应用的瓶颈。

发明内容

本发明提供了一种垂直钻井工具，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有防斜工具存在的结构复杂、可靠性低、维修难度大、使用成本高的问题。

本发明的技术方案是通过以下措施来实现的：一种垂直钻井工具，包括中心管、短钻铤、本体、供电装置、凸块旋转装置、测控装置和非接触输电装置；中心管上端安装有短钻铤，本体通过上轴承和下轴承安装在中心管外部并能够相对中心管转动，短钻铤的内部安装有供电装置，本体的外侧沿圆周均匀分布有三个轴向凸台，各轴向凸台的上部体内分别安装有能伸出轴向凸台并支撑在井壁上带动本体旋转的凸块旋转装置；各轴向凸台的下部分别设有推板安装槽，其中一个推板安装槽内安装有带推力板的防转推力装置，其余推板安装槽内安装有带推力板的纠偏推力装置，防转推力装置能使推力板支撑在井壁上以防止本体旋转，纠偏推力装置能使推力板支撑在井壁上以防止本体倾斜，纠偏推力装置的推力大于防转推力装置；本体的中部体内安装有旋转装置液泵、推力装置液泵和测控装置，测控装置上有能够检测井斜及倾斜方位的传感器，本体下部内壁与中心管之间安装有非接触输电装置，供电装置通过非接触输电装置与测控装置的电源端子电连接，传感器的输出端子与测控装置的信号输入端子电连接，测控装置的信号输出端子与旋转装置液泵的控制端子及推力装置液泵的控制端子电连接，旋转装置液泵能够驱动凸块旋转装置工作，推力装置液泵能够驱动防转推力装置及纠偏推力装置工作。

下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：

上述各轴向凸台的外侧中部分别可有舱盖安装槽并固定安装有舱盖板；轴向凸台包括第一轴向凸台、第二轴向凸台和第三轴向凸台；对应第一轴向凸台的舱盖安装槽的槽底中部有泵舱，旋转装置液泵和推力装置液泵固定安装在泵舱内壁上；对应第二轴向凸台的舱盖安装槽的槽底中部有平衡舱，平衡舱内安装有平衡胶囊，平衡舱的舱盖板中部有平衡通孔并固定安装有平衡接头，平衡胶囊的口部固定安装在平衡接头内端，平衡胶囊的内腔通过平衡接头内腔与本体外部相连通；对应第三轴向凸台的舱盖安装槽的槽底中部有控制舱，测控装置固定安装在控制舱内壁上；泵舱与平衡舱之间有衡压通孔，泵舱与控制舱之间有装有密封塞的线缆孔。