[实用新型]导向能力可控式井下动力钻具

说明书

技术领域

本实用新型涉及钻井工具领域中的一种导向能力可控式井下动力钻具。特别适用于石油天然气钻井、煤层气钻井、地质勘探、矿山钻探领域。

背景技术

随着油气田开发难度的日益加大和钻井技术的快速发展，大位移井、长水平段水平井、多级分支井等复杂结构井的数量与日俱增，旋转导向钻井技术优势明显，能够满足钻井轨迹实时控制调整的工艺技术要求，但由于国外技术保密与垄断，且服务价格昂贵，国内应用较少，而利用带弯角的井下动力钻具进行导向钻井，其工艺技术相对成熟，且作业成本较低，目前在国内导向钻井技术中占有不可替代的地位。

现有带弯角的井下动力钻具导向钻井技术主要依靠调整滑动钻进井段与复合旋转钻进井段的比例控制井眼轨迹，但在实际应用过程中，常规带弯角的井下动力钻具对井眼轨迹的控制调节能力非常有限，还不能满足高难度复杂结构井的轨迹精确控制与调节的要求，（1）较大弯角导向钻具下入井内过程不顺畅，容易发生遇阻；（2）滑动钻进过程中，较大弯角导向钻具容易引发卡钻事故；（3）复合钻进过程中，由于动力钻具承受的扭矩较大，容易造成较大弯角连接处发生断裂。这样不仅不能满足钻井施工的要求，而且也延长了钻井周期增加了钻井成本。

研究结果表明，将可变径稳定器与带弯角的动力钻具组合，并安装在钻柱与钻头之间，这样就在井眼轨迹控制过程中增加了一个人工可调参数—近钻头稳定器直径，能够在利用钻压控制井眼轨迹的基础上，进一步增强井下导向动力钻具控制井眼轨迹的能力，大大提高复合钻进井段的比例和井眼轨迹控制能力，降低钻进摩阻损耗，提高钻井时效。与常规导向钻井工艺技术相比，能够增大井眼轨迹调整的可控范围，在没有旋转导向钻井技术的条件下，利用现有成熟技术，低成本的钻成更多更长的复杂结构井。

但是现有井下导向动力钻具或安装固定式稳定器，或不安装稳定器。前者在应用过程中，由于稳定器直径固定不可调，使得导向动力钻具对井眼轨迹的调整控制范围有限，若安装的固定式稳定器直径较大，易引发卡钻事故；而后者在应用过程中，虽然在一定程度上能够降低发生卡钻的风险，但大大降低了井眼轨迹的控制能力；如果将变径稳定器与导向动力钻具简单串联，则会减小动力钻具施加在钻头上的破岩扭矩和功率，降低钻井效率。

发明内容

本实用新型是针对现有技术存在的问题，提出一种结构简单，性能可靠，控制精度高，操作方便的导向能力可控式井下动力钻具，通过对安装在井下动力钻具上的变径稳定器的遥控调节，提高现有井下导向动力钻具的井眼轨迹控制能力，同时降低发生卡钻事故的风险，满足复杂结构井轨迹实时控制调整的技术要求，在国内暂无旋转导向钻井技术的前提下，达到利用国内现有成熟技术装备，低成本高效率完成复杂结构井钻井轨迹控制的目的。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

导向能力可控式井下动力钻具，主要由壳体13、上接头1、动力机构2、扶正棱9、下接头12和联轴器3、旁通孔4、控制器6、心轴7、弹簧8组成；其中，控制器6是在筒状本体外设置与壳体13配合的轴向限位锁定机构，动力机构2通过联轴器3与心轴7连接后整体设在壳体13内，上接头1设在壳体13的上部，下接头12设在心轴7裸露端，弹簧8和控制器6设在心轴7与壳体13组成的环形空间内，扶正棱9设在壳体13下部对应的槽内，控制器6本体下端和扶正棱9之间通过铰链的支撑杆连接，控制器6内外壁分别与心轴7和壳体13构成轴向滑动密封配合，心轴7上设有旁通孔4，旁通孔4与心轴7内腔和控制器6上方的环空连通。

上述方案还包括：所述的轴向限位锁定机构由定棘轮和动棘轮组成，其中动棘轮上设有滑槽，滑槽与壳体13上的花键构成插接配合。

上述方案进一步包括：心轴7与控制器6之间安装密封装置5；心轴7与控制器6之间安装密封装置10；控制器6与壳体13之间安装密封装置11。

本实用新型的导向能力可控式井下动力钻具将动力钻具与变径稳定器结合为一体，避免了两个工具简单连接引发井下复杂事故的风险，对于大位移井、长水平段水平井等复杂结构井的高效快速钻进、井身质量的精确控制、延长钻头和钻具的使用寿命、降低能耗和综合成本、提高经济效益具有重要意义，同时也打破了国外在复杂结构井井眼轨迹精确控制工艺方面的技术垄断，实现了利用国内低成本、现有成熟技术完成高难度复杂结构井钻井的目的，具有重要的社会价值和经济价值。

同时，本导向能力可控式井下动力钻具还具有结构设计简单、性能可靠、操作方便等特点。

附图说明

图1是一种导向能力可控式井下动力钻具实施例使用状态的外部示意图。