[发明专利]一种旋转导向装置

说明书

一种旋转导向装置，包括：旋转轴，所述旋转轴旋转驱动工具头，所述旋转轴包括至少一个可转向部；第一非旋转体和第二非旋转体，所述第一非旋转体和第二非旋转体在所述旋转轴旋转驱动所述工具头时在周向上相对于所述旋转轴大体上呈非旋转状态；导向驱动机构，所述导向驱动机构连接所述第一非旋转体和所述第二非旋转体，所述导向驱动机构适于产生大体上沿轴向的驱动力以改变所述第一非旋转体和所述第二非旋转体之间的相对方向，从而改变所述工具头的方向。

技术领域

本申请涉及钻探领域，尤其涉及控制钻进导向的旋转导向装置。

背景技术

为了获取地下贮藏的自然资源需要进行钻井勘探，在很多情况下，井孔与井架都不是对齐的，而是需要形成一定的偏移或者弯曲，这种形成水平或者竖直偏移或者其他类型的复杂井孔的过程叫做定向钻井。而在定向钻井过程中对钻头方向进行方向控制的过程叫做导向。现代导向钻井有滑动导向与旋转导向两种类型。滑动导向钻井时，钻柱不旋转；用井底动力钻具（涡轮钻具、螺杆钻具）带动钻头旋转。螺杆钻具及部分钻柱与扶正器贴靠井壁只能在井壁上下滑动。它的缺点是摩阻大、有效钻压、扭矩与功率小，钻速低、井眼呈螺旋状不光滑不干净、井身质量差、易事故，往往被迫启动钻盘采用“复合钻进”，而“复合钻进”往往只能有限使用。滑动导向的极限井深小于4000m左右。要较大改变井斜方位时，需起钻改变钻柱结构。旋转导向钻井系统是转盘驱动钻柱旋转，钻柱及旋转导向工具等在井壁上滚动，滚动摩擦阻力小，旋转导向钻井系统能在钻进中控制调整其造斜与定向功能，能随钻实时完成造斜、增斜、稳斜、降斜，且摩阻小、扭矩小、钻速高、钻头进尺多、时效高、成本低、井身平滑井轨易控。极限井身可达15km，是钻复杂结构井和海油陆系及超大位移井（10km）的新式武器。

常用的旋转导向技术也有两种，一种是指向式导向，一种是推靠式导向。美国公司哈里伯顿获得的中国授权专利CN104619944B公开了一种指向式导向工具，其提供了模块化的致动器、导向工具和旋转式导向钻井系统，模块化致动器包括筒部，构造为耦接到外壳的外周。蓄液器容置在筒部中，液压致动的致动器滑动地设置在筒部内，在激活位置和未激活位置之间移动，使得致动器活塞选择性地挤压驱动轴的斜坡面从而改变钻柱的方向。美国专利申请文件US20140209389A1公开了一种旋转导向工具，其包括一个非旋转体，一个包括可偏转单元的旋转轴，通过控制偏芯轴套的周向位置使得可偏转单元进行偏转，进而调整钻头的钻孔方向。以上两种导向技术都属于指向式的导向，美国专利申请文件US20170107762A1公开了另一种类型的旋转导向技术，即推靠式旋转导向技术，其包括设置在钻杆四周的推靠件和用于驱动这些推靠件的液压驱动系统，液压驱动系统可选择地驱动推靠件在推靠位置和非推靠位置之间移动，在推靠位置时推靠件能够以拍打的方式推靠井壁从而产生导向力并改变钻孔的方向。

指向式导向和推靠式导向具有各自的特点，一般而言，指向式导向的造斜率是比较稳定的，受钻压和地层条件影响较小，但是其造斜率极值较低，在需要高造斜率的情况下难以满足要求，相对而言，推靠式导向的造斜率却不太稳定，受到钻压和地层条件影响较大，当钻压较低并且地层硬度合适时，造斜率较大，可以快速调整井眼轨迹，但是遇到过软地层时导向能力降低明显。

除此以外，在井下的测控难度和能耗问题同样是非常重要的，一方面，当井下部件随着钻杆转动时造成相应部件的测量困难也是不能忽视的问题，如何使得数据测量变得简单是一项重要课题；另一方面，井下的能源主要来自于泥浆发电，除了保证井下的电子元件的工作外，还需要提供导向驱动装置所需要的能量，如何尽可能地以较低的功耗提供导向驱动同样十分重要。

因此，现有技术需要一种可降低控制难度的高造斜率的随钻旋转导向驱动技术。

发明内容

为了解决上述问题，本申请提出了一种旋转导向装置，包括：

旋转轴，所述旋转轴旋转驱动工具头，所述旋转轴包括至少一个可转向部；