[发明专利]一种全旋转指向式导向工具及提高造斜率结构设计方法

说明书

本发明涉及一种钻进工具及设计优化方法，属于钻探技术领域，具体是涉及一种全旋转指向式导向工具及其造斜率设计优化方法。包括：钻铤，其内腔通过球面轴承连接球铰，并且所述球铰与所述钻铤内壁之间设置有若干个传扭柱体；导向芯轴，穿过所述球铰并与之固定连接，下端连接钻头，上端通过球轴承组连接偏心轴。该工具及设计优化方法提出了一种新的导向工具设计，不但能够满足井眼轨道精细控制的需要，而且可显著提高旋转导向工具的导向能力。

技术领域

本发明涉及一种钻进工具及其优化设计方法，属于钻探技术领域，具体是涉及一种全旋转指向式导向工具及提高造斜率结构设计方法。

背景技术

现有技术中，旋转导向工具由于在钻柱旋转状态下实现井眼轨迹的导向控制，克服了滑动导向作业中摩阻过大、岩屑沉积及极限位移小等缺陷，可大幅度提高井身质量、钻井效率和钻井安全性，所以广泛应用于大位移井、水平井和三维复杂结构井的导向施工作业，是当今典型的先进钻井装备之一。旋转导向工具按导向方式分为钻头推靠式和钻头指向式两种基本类型，按动力传递结构方式可划分为“驱动轴—不旋转套”结构和“全旋转”结构等。其中，全旋转指向式导向工具结合了指向式导向和全旋转钻井两者的优点，更能适应各种复杂的地层和作业工况，钻得更深，钻速更高，在海洋油气资源开发以及在油田开发复杂油气藏中钻超深井、高难定向井、丛式井、水平井、大位移井、分支井及三维复杂结构井等特殊工艺井中更具竞争力。

现有技术中的全旋转指向式导向工具的主要技术特征是采用了固定导向偏置结构，其造斜率通过交替变化的导向和稳斜钻进模式来实现，依靠地面系统下传导向参数(工具面及导向比例)来进行控制。其不足之处是工具的造斜能力偏低，最高理论造斜率为8°/30m，在一定程度上限制了其应用范围。

因此，对现有技术中的全旋转导向工具进行结构优化，提高旋转导向工具的导向能力，更好的满足现场应用需求，是当前迫切需要解决的技术问题。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

本发明主要的目的是解决现有技术中所存在的上述的技术问题，提供了一种全旋转指向式导向工具及提高造斜率结构设计方法。该工具及结构设计方法提出了一种新的导向工具设计，不但能够满足井眼轨道精细控制的需要，而且可显著提高旋转导向工具的导向能力。

为解决上述问题，本发明的方案是：

一种全旋转指向式导向工具，包括：

钻铤，其内腔通过球面轴承连接球铰，并且所述球铰与所述钻铤内壁之间设置有若干个传扭柱体；

导向芯轴，穿过所述球铰并与之固定连接，下端连接钻头，上端通过球轴承组连接偏心轴；

导向芯轴在钻铤带动下转动，偏心轴由设置在钻铤内的电机驱动下旋转。

优选的，上述的一种全旋转指向式导向工具，包括：所述球铰的球心位于所述钻铤的轴线上，在所述偏心轴的径向推压下，所述导向芯轴以此球心为支点偏转，其轴心线与所述钻铤轴心线呈一固定偏转角，形成了导向工具的指向；

所述偏心轴最大偏心在圆周360°范围的不同位置，决定了所述导向芯轴不同指向。

优选的，上述的一种全旋转指向式导向工具，所述钻铤的外壁上设置有若干个稳定条，形成近钻头稳定器。

优选的，上述的一种全旋转指向式导向工具，所述偏心轴下端和导向芯轴上端为插入结构，在其之间设置所述球轴承组。

优选的，上述的一种全旋转指向式导向工具，所述钻铤内设置有依次连接的多芯接线柱体、电机、旋转变压器、减速器、减速器输出轴，所述偏心轴与所述减速器输出轴相连。