[发明专利]双向承力泥浆轴承装置和利用该轴承装置的旋转导向工具

说明书

本发明主要属于旋转导向系统技术领域，具体涉及一种双向承力泥浆轴承装置和利用该轴承装置的旋转导向工具。所述双向承力泥浆轴承装置设置于旋转导向工具下部的的不旋转外套与钻头轴之间，用于隔离所述钻头轴的转动运动以使旋转导向工具的所述不旋转外套相对于大地不旋转；并且所述双向承力泥浆轴承装置能够将所述不旋转外套径向和双轴向定位并支撑于所述钻头轴上，进而使所述旋转导向工具能够在恶劣泥浆中工作；且本发明提供的旋转导向工具采用静态内推靠铰接式的设计，通过将不旋转测控本体与不旋转执行机构本体铰接，而非整体体式结构，钻具在井眼中易于弯曲，对导向工具上部造成的弯曲应力小。

技术领域

本发明主要属于旋转导向系统技术领域，具体涉及一种双向承力泥浆轴承装置和利用该轴承装置的旋转导向工具。

背景技术

旋转导向技术属定向钻井领域，主要用于定向井、水平井、大位移井等三维轨迹井钻井。依靠自身高精度伺服控制机构和高精度姿态测量传感器，能够实时精确控制钻头的钻进方向，从而实现井眼轨迹的控制。前常规低造斜率（6.5°/30m）旋转导向工具已无法满足页岩气定向井钻井以及海洋陆地高曲率井钻井的需求。譬如：

贝克休斯公司的AutoTrak Curve旋转导向工具采用三套液压推靠油缸及其附属翼肋推靠井壁，推靠力作用下使得导向工具上部发生整体弯曲变形，使得井眼轨迹轴向与导向工具轴向形成一个固定的角度，从而实现造斜。这种结构的缺点是导向工具上部弯曲消耗推靠力，同时推靠力造成的弯曲加重了上部钻柱的弯曲应力，在高曲率井眼中，上部钻具易发生交变疲劳破坏，对上部钻具金属材料强度要求高。该导向系统由于整套工具系统在井眼中整体发生变形，不易实现更高造斜率。并且贝克休斯的推靠器推靠井壁，磨损较高。

斯伦贝谢公司的PD Archer旋转导向工具采用测控本体与万向机构本体铰接结构，位于测控本体下端的4套推靠活塞推靠下部万向机构本体外套的内壁，从而控制钻头的方向。由于采用全旋转的设计理念以及采用泥浆压力差对活塞做功，该工具系统万向机构本体外套承力大，旋转状态下更易磨损，寿命低。此外，含有砂粒的泥浆造成活塞密封难且工作寿命低。因此，该整套旋转导向工具系统总体寿命较低，维修维护成本较高。

并且，在含砂的钻井泥浆环境中，常规滚动轴承的工作过程中，存在以下几方面的技术问题：

1）常规滚动轴承不能够承受双向的轴向力。

2）常规的滚动轴承需要在润滑油中工作，无法在恶劣的含有砂粒的钻井泥浆环境中高寿命工作。

3）滚动轴承所在的润滑油需要动密封件密封，否则，润滑油泄露后，滚动轴承寿命大幅降低。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种双向承力泥浆轴承装置和利用该轴承装置的旋转导向工具；该双向承力泥浆轴承装置能够隔离钻头轴承的转动运动，以使下不旋转外套相对于大地不旋转。同时，该双向承力泥浆轴承装置还需要为下不旋转外套总成提供轴向定位以及在井下发生卡钻事故时，能够承受反向的轴向力，以确保该不旋转外套不至掉落。并且，

利用该轴承装置的旋转导向工具采用静态内推靠铰接式的设计理念，通过将不旋转测控本体与不旋转执行机构本体铰接，而非整体体式结构。钻具在井眼中易于弯曲，对导向工具上部造成的弯曲应力小，用于钻具弯曲变形的推靠力消耗达到最低。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种双向承力泥浆轴承装置，所述双向承力泥浆轴承装置设置于旋转导向工具下部的的不旋转外套与钻头轴之间，用于隔离所述钻头轴的转动运动以使旋转导向工具的所述不旋转外套相对于大地不旋转；

所述双向承力泥浆轴承装置包括一组径向轴承支撑面结构和两组轴向轴承支撑面结构，以使所述旋转导向工具的不旋转外套承受双向轴向力，并且所述双向承力泥浆轴承装置能够将所述不旋转外套径向和双轴向定位并支撑于所述钻头轴上，进而使所述旋转导向工具能够在恶劣泥浆中工作。