[发明专利]一种旋转导向井下工具控制系统

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种旋转导向井下工具控制系统，适用于机械领域。

背景技术

滑动式导向钻井工具在定向钻井，特别是在大位移井及长水平段水平井的使用中暴露出不少缺点与不足。旋转导向钻井是20世纪90年代发展起来的一项自动化钻井新技术。国外钻井实践证明，旋转导向钻井系统不但可以提高钻井速度，减少井下故障的发生，降低钻井成本，而且其旋转钻井过程中调节井斜角和方位角的能力被认为是钻井发展史上的又一次飞跃。目前国外Baker Hughes，Schlumberger和Halliburton等公司通过各种方式，分别形成了其各自商业化应用的PowerDrive SRD，AutoTrakRCLS和Geo-Pilot旋转导向钻井系统。

发明内容

本发明提出了一种旋转导向井下工具控制系统，采取旋转导向头和井下专用螺杆相配合的设计方式，其地面转盘和井下专用螺杆双动力驱动模式符合目前国际上旋转导向钻井系统最新发展方向。

本发明所采用的技术方案是。

所述旋转导向井下工具系统主要由旋转导向头、井下专用螺杆、万向轴等组成。

所述旋转导向头由心轴、测控系统、供电系统、短程通讯系统、导向翼肋和外壳等组成，心轴通过一个万向轴与井下专用螺杆的转子相连，外壳与井下专用螺杆的定子相连，并由地面动力系统(转盘)驱动。与前期研究开发的调制式旋转导向钻井井下工具系统相比，旋转导向系统除了具有全旋转工作模式、消除了粘滑卡钻、携岩效果好等优点外，其地面和井下专用螺杆双动力驱动工作模式为该系统在大位移井、长水平段水平井等复杂结构井的应用提供了更加可靠的动力。

所述导向翼肋支出机构是旋转导向井下工具系统的执行机构，主要由导向翼肋、液压控制系统及电子控制机构等组成，沿钻柱四周共设计3个导向翼肋，每个导向翼肋由独立的液压活塞提供动力支出，导向翼肋距钻头约1.2m。导向翼肋接受来自控制电路的指令.控制导向翼肋顺序支出推靠井壁，使钻头产生侧向力而实现造斜。

所述导向工作状态控制阀线主要由垫片、阀外壳、圈、阀杆、固紧螺帽和衬套等组成。制阀与液压系统相连，阀的导通和关闭根据控制电路的控制指令工作。

所述非导向工作状态控制阀主要由垫片、阀外壳、线圈、固紧螺帽、衬套和阀心等组成。在非导向工作时，井下控制电路关闭导向阀组，打开循环阀组，导向翼肋在钻具旋转过程中通过井壁的压力将翼肋压回，实现工具稳斜非导向工作。

本发明的有益效果是：该系统由井下专用螺杆和地面转盘双动力驱动，通过控制导向翼肋的定向支出来控制井眼轨进。其导向和非导向状态及每个导向冀肋的支出均采用独立电磁间控制，既保证了系统的可靠性，又保证了控制精度，并且简化了控制方法。井下专用螺杆驱动内部心轴不仅给钻头提供动力，还给液压系统提供动力。室内刚试证明，该系统控制方法简单可靠，可实现性强，为以后的实际应用推广提供了依据。

附图说明

图1是本发明的导向工作状态控制阀组。

图2是本发明的非导向工作状态控制阁组。

图3是本发明的泵及液压控制阎组。

图中：1.固紧螺帽；2.衬套；3.垫片；4.线圈；5.阀外壳；6.阀杆；7.固紧螺帽；8.衬套；9.垫片；10.线圈；11.阀外壳；12.阀心；13.泵体；14.定位销；15.控制阀组；16、17.固定螺丝；18.高压密封圈。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1，旋转导向井下工具系统主要由旋转导向头、井下专用螺杆、万向轴等组成。旋转导向头由心轴、测控系统、供电系统、短程通讯系统、导向翼肋和外壳等组成，心轴通过一个万向轴与井下专用螺杆的转子相连，外壳与井下专用螺杆的定子相连，并由地面动力系统(转盘)驱动。与前期研究开发的调制式旋转导向钻井井下工具系统相比，旋转导向系统除了具有全旋转工作模式、消除了粘滑卡钻、携岩效果好等优点外，其地面和井下专用螺杆双动力驱动工作模式为该系统在大位移井、长水平段水平井等复杂结构井的应用提供了更加可靠的动力。

导向翼肋支出机构是旋转导向井下工具系统的执行机构，主要由导向翼肋、液压控制系统及电子控制机构等组成，沿钻柱四周共设计3个导向翼肋，每个导向翼肋由独立的液压活塞提供动力支出，导向翼肋距钻头约1. 2m。导向翼肋接受来自控制电路的指令.控制导向翼肋顺序支出推靠井壁，使钻头产生侧向力而实现造斜。