[发明专利]一种推靠式旋转导向钻井系统

说明书

本申请公开了一种推靠式旋转导向钻井系统，包括钻头和旋转轴，旋转轴包括上旋转轴和下旋转轴；转向部，套置在旋转轴外侧；推靠组件，包括沿转向部的周向间隔布置的多个推靠件；传动装置，包括驱动推靠件伸出转向部的传动机构；传动机构包括设置于上旋转轴的主动电磁齿轮以及设置于转向部的从动电磁齿轮；还包括运动转换单元，将从动电磁齿轮的旋转运动转换为推靠件的直线运动；以及控制单元，用于调制磁场以使主、从动电磁齿轮通过磁耦合实现联动，并使主、从动电磁齿轮以可调节的传动比运转。本申请中的系统，不需要在转向部设置电路元器件和导电插口等，简化了转向部的结构，有效缩小转向部的尺寸，提高井下进给运动的灵活性，并且降低成本。

技术领域

本申请涉及钻探领域，尤其涉及一种推靠式旋转导向钻井系统。

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，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。

现有的推靠式旋转导向钻井系统由地面监控系统和井下工具构成。井下工具分为导向短节、随钻测量系统、双向通讯和动力模块三大模块，各模块之间通过标准化接头连接。该标准化接头包含钻杆和导电装置，可同时完成各模块间的连接、密封和电子连接。

其中，随钻测量系统由无磁钻铤和随钻测量探管构成，作用是测量井斜和方位并将测得的数据发送给脉冲发生器和导向控制系统。双向通讯和动力模块主要由无磁钻铤、泥浆发电机、脉冲发生器、电子仓等构成，作用是为井下工具提供电能，完成地面-井下双向通讯的大部分工作(即捕捉地面监控系统下传的指令信号，向地面发送钻井液正脉冲信号)。导向短节是旋转导向钻井系统在钻柱旋转的条件下进行定向钻井时的井下决策和执行机构，作用是将转盘扭矩传递给钻头并控制钻头侧向切削地层的侧向力大小和方向。导向短节结构复杂，工况复杂，承受的载荷复杂，其性能和寿命直接决定旋转导向系统的优劣，是旋转导向钻井系统最核心的部分。

现有的导向短节是一套机-电-液高度一体化的井下工具，包括导向执行机构、导向控制系统、传输装置、旋转芯轴、不旋转外筒和下接头等机械结构。导向执行机构包括翼片，翼片可以自由伸缩来推靠井壁，以改变导向短节的姿态，进而调整钻头的姿态。导向控制系统是旋转导向钻井系统相对独立的井下分析、决策机构，作用是分析、计算井眼轨迹偏差和导向短节姿态，并据此或根据地面发送的指令控制导向执行机构工作。现有的导向控制系统由基体和控制电路构成，安装在不旋转外筒和旋转芯轴间的环空内中部偏上的位置，与旋转芯轴间有一定的间隙，通过密封系统和限位装置紧贴在不旋转外筒的内壁，旋转芯轴转动时导向控制系统和不旋转外筒相对旋转芯轴静止。导向控制系统下部有3个周向均匀分布的导电插槽和螺纹孔，螺纹孔的作用是将液压模块的上部与导向控制系统连接起来，导电插槽的作用是连通液压模块和导向控制系统的供电和通讯线路。传输装置的任务是实现信号和电能在相对旋转的旋转芯轴和不旋转外筒间的传递。旋转芯轴、不旋转外筒和下接头等机械结构是导向短节的承载结构，是导向短节3个子系统的载体，并传递钻压和扭矩。

现有的不旋转外筒内集成了复杂的机-电-液驱动装置以驱动钻头姿态的偏转，例如现有技术公开了一种基于径向驱动力的旋转导向装置，该导向装置的不旋转外筒内设置有至少三个液压驱动机构，该液压驱动机构用于驱动下接头偏转以使设置于下接头的下扶正器偏转以推靠井壁，从而改变钻头姿态。又如现有技术中存在一种旋转导向装置，为实现所述液压驱动机构的正常运转，需要在不旋转外筒内设置相应的电路元器件。在不旋转外筒内设置相应的电路元器件，一方面需要在不旋转外筒处开设导电插口等电接口或用于引入电线的开口，另一方面需要设置相应的用于安装电路元器件等其它结构部件的安装结构，限位结构等，再者还需要为电路元器件预留安装空间，造成了不旋转外筒结构复杂和尺寸的增大，从而导致整个导向钻井系统尺寸的增大，整机尺寸的增大带来的不仅仅是成本的上升，更重要的是影响导向钻井系统井下进给运动的灵活性。