[发明专利]一种旋转导向复合钻井装置及其钻井方法

说明书

本发明公开了一种旋转导向复合钻井装置及其钻井方法，本发明的导向执行短节在旋转导向钻井期间以万向铰接钻压传递机构为中心相对后方的井下动力钻具向导向方向转动，井眼轨迹即随着进尺的加深而朝向导向方向偏转，而且本发明在固定套筒与中心轴之间设置了监测装置，通过检测固定套筒与中心轴间的距离计算角度，并依据该角度实现对旋转导向钻井的有效控制，本发明很好的解决了常规旋转导向钻具无法安全有效的连接井下动力钻具的问题。导向执行短节及万向铰接钻压传递机构形成的整体装置可在井下动力钻具的驱动下实现旋转导向功能，达到了旋转导向复合钻井的目的。

技术领域

本发明涉及石油开采技术领域，特别涉及一种旋转导向装置。

背景技术

目前，旋转导向钻井与井下动力钻具在一般情况下不会混合使用，其原因在于现有技术中导向执行短节与井下动力钻具通过一段柔性钻杆连接，临近钻头的扶正器在柔性短钻杆与导向执行短节之间，会导致导向短节无法有效的相对其后方的井下动力钻具实现转动，则井眼轨迹的曲率无法满足工程要求。此外，导向执行短节在导向过程中，随着井眼轨迹的改变，会导致井下动力钻具的扶正轴承承受了很大的弯矩。且，在现有技术条件下，当遇到井下复杂时，临近钻头的第一扶正器容易遇卡，导致工程风险。因此，发明人采用了一种万向节结构设置与井下动力钻具与导向执行短节之间，依靠内置电缆的万向节结构实现导向执行短节的偏转，满足旋转导向的造斜功能。且将万向节设置于旋转导向工具中尽可能靠下的地方。且，所述发明人认为在现有技术条件下，选择合适类型的万向节，可以保障钻压与扭矩的传递，增加推靠式旋转导向的灵活性，使旋转导向在较低的推力条件下也可以达到较高的造斜率。

从井眼轨迹控制的角度而言，本发明所述结构，就力学稳定性而言，会让旋转导向工具进入难以控制的静不定状态，在现有监测传感器和井眼轨迹控制技术条件下，该技术是不可应用的。即在没有柔性节提供与推靠方向相反的力的条件下，所述导向执行短节会以不可预知的速度造斜，造斜方向也会有很大的偏差。现行的旋转导向控制系统无法在本发明技术条件下使用，因此，发明人巧妙地在固定套筒与中心轴之间设置了监测装置，通过检测固定套筒与中心轴间的距离计算角度，并依据该角度实现对旋转导向工具的有效控制。

此外，在变角度钻压传递结构的选择方面，发明人综合考虑强度、空间等多因素的叠加，选择了万向节作为万向节钻压传递机构的首选。

发明内容

本发明的目的在于提供一种旋转导向复合钻井装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种旋转导向复合钻井装置，其包括钻头、导向执行短节、至少一组万向铰接钻压传递机构以及井下动力钻具，其特征在于，导向执行短节至少包括偏转控制组件，偏转控制组件能驱动导向执行短节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设置于所述导向执行短节后方，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；所述导向执行短节在导向过程中以所述万向铰接钻压传递机构为中心相对其后方的井下动力钻具转动；

进一步，作为优选，所述导向执行短节还包括中心轴和导向套筒，所述导向套筒套设于所述中心轴的外部，所述偏转控制组件设置于所述导向套筒的侧壁中，万向铰接钻压传递机构连接于所述中心轴的上端；

万向铰接钻压传递机构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导向执行短节内部的水眼；