[发明专利]一种旋转导向复合钻井装置及其钻井方法

权利要求书

1.一种旋转导向复合钻井装置，其包括钻头、导向执行短节(1)、至少一组万向铰接钻压传递机构(21)以及井下动力钻具(6)，其特征在于，导向执行短节(1)至少包括偏转控制组件(13)，偏转控制组件(13)能驱动导向执行短节围绕万向铰接钻压传递机构的中心转动，使所述导向执行短节在所述偏转控制组件(13)的控制作用下改变井眼轨迹；所述万向铰接钻压传递机构设置在钻头后方3.5米以内的位置处；

所述万向铰接钻压传递机构(21)设置于所述导向执行短节(1)后方，用于将井下动力钻具的部分或全部的钻压可变角度的传递给导向执行短节，并进一步的传递给钻头；所述导向执行短节(1)在导向过程中以所述万向铰接钻压传递机构(21)为中心相对其后方的井下动力钻具(6)转动。

2.根据权利要求1所述的一种旋转导向复合钻井装置，其特征在于，所述导向执行短节(1)还包括中心轴(11)和导向套筒(12)，所述导向套筒套设于所述中心轴的外部，所述偏转控制组件(13)设置于所述导向套筒的侧壁中，万向铰接钻压传递机构(21)连接于所述中心轴(11)的上端；

万向铰接钻压传递机构(21)至少包括一个内设钻井液过流孔的刚性万向节，用于将来自于井下动力钻具的钻压和扭矩传递给导向执行短节；所述刚性万向节与井下动力钻具定子总成下端面的距离不超过2.5米，以保障井下动力钻具的动力传递效率；同时，所述万向铰接钻压传递机构内部设置的过流孔可以保障井下动力钻具水眼中的钻井液通过所述过流孔流向中心轴内部的水眼；

所述万向铰接钻压传递机构的最大抗拉力为20吨以上，所述万向铰接钻压传递机构可承受的最大扭矩为200N/米以上，所述万向铰接钻压传递机构可承受的最大钻压为2吨以上；

还包括姿态测量系统(15)，所述姿态测量系统(15)位于所述万向铰接钻压传递机构的下方；且所述姿态测量系统可以实时测量导向执行短节的姿态；所述姿态测量系统包括至少1只加速度计，所述加速度计的安装方向与导向执行短节的轴线间的夹角在60°以内，使得所述加速度计可以测得导向执行短节沿轴线方向的加速度分量，并根据所测量的加速度数据计算得到所述导向执行短节的井斜角。

3.根据权利要求2所述的一种旋转导向复合钻井装置，其特征在于，所述万向铰接钻压传递机构设置于导向执行短节的中心轴和钻铤短节之间，钻压通过钻铤短节(23)传递给所述万向铰接钻压传递机构，并进一步的通过万向铰接钻压传递机构传递给中心轴；所述钻铤短节用于承载测井仪器、能量供应子模块(231)和通讯子模块(120)中的任意一种或组合；所述万向铰接钻压传递机构内部铺设有电缆，可使钻铤短节中的电路与导向执行短节中的电路实现电连接，用于钻铤短节中任意电路与导向短节中任意电路间的通讯或供电。

4.根据权利要求1所述的一种旋转导向复合钻井装置，其特征在于，距离所述万向铰接钻压传递机构1.3米范围内设置有第一扶正器，所述第一扶正器对导向执行短节、万向铰接钻压传递机构、井下动力钻具这一组合进行扶正，且所述第一扶正器为距离井底最近的扶正器。

5.根据权利要求2所述的一种旋转导向复合钻井装置，其特征在于，所述偏转控制组件包括至少一个与井壁抵接的推靠件，所述推靠件沿着导向套筒的径向方向远离导向执行短节的方向运动，向井壁施加推力，所述推力的合力方向为导向方向；所述推靠件为全时接触井壁向井壁传递推力，或间歇性接触井壁向井壁传递推力，所述推靠件的数量为3-4组，每组至少1个；所述导向套筒与中心轴之间设置有下扶正轴承(111)、下止推轴承(112)上扶正轴承(113)；上止推轴承(113)；用于隔离所述中心轴与导向套筒之间的扭矩传递，使导向套筒可以在推靠件和井壁的摩擦作用下相对大地大体的不发生转动，所述万向铰接钻压传递机构设置于所述上扶正轴承(113)上部，即可使所述导向执行短节较为自由的以万向铰接钻压传递机构为中心相对井下动力钻具转动，尤其减小了上扶正轴承(113)的磨损。