[发明专利]导向钻井装置

说明书

本发明提供了一种导向钻井装置，包括：沿纵向轴线延伸的外筒；钻头接头，其插入到外筒内，钻头接头的下端延伸到外筒的下端之外并构造为用于与钻头相连；以及接头驱动机构，其设置在外筒内并构造为用于驱动所述钻头接头相对于纵向轴线摆动。该装置还包括下端连接机构，其包括：与接头驱动机构相连的连接主体，使得接头驱动机构相对于连接主体不可旋转；第一扶正架，其设置在连接主体与外筒之间，连接主体与第一扶正架旋转式连接；电路系统，其设置在连接主体内，并构造为用于向接头驱动机构提供电信号；以及姿态传感器，其设置在连接主体内；其中，电路系统能通过在连接主体与接头驱动机构内延伸的电线而向接头驱动机构提供电信号。

技术领域

本发明涉及石油钻井工程领域，具体涉及一种导向钻井装置。

背景技术

在进行水平井和斜井的钻进过程中，通常需要导向钻井装置来改变钻头的钻进方向，以实现实时控制钻进轨迹的作用。

现有的导向钻井装置主要包括两种，一种为推靠式导向装置，另一种为指向式导向装置。

常见的推靠式导向装置在钻柱的侧部构造有能朝向井壁伸出的推靠活塞。通过活塞推靠井壁的作用力来导致钻头的位置和指向发生变化。这种推靠式导向装置的并且钻柱本身不能旋转，因而井下的工程风险较高。另外，对于这种推靠式导向装置来说，活塞的位移受到许多因素的影响，然而作业人员只能对其中的用于驱动活塞的力进行控制。因此，这种推靠式导向装置的造斜效果与地层情况高度相关，且在需要保持沿一个方向钻进时，钻柱几乎不能保证完全居中。目前也存在通过推靠活塞的频繁伸缩来允许钻柱旋转的方案，然而这就导致了该导向装置中的活塞需要频繁伸缩，这对于活塞的密封性能和使用寿命来说存在挑战。

指向式导向装置具有可以弯曲的壳体和中心轴。通过壳体和中心轴的弯曲方向和弯曲程度的变化来改变钻头的位置和指向。另外，该装置的中心轴需要与上下游钻具相连，并承载轴向压力。通过增大中心轴的轴向压力来使得中心轴及其外部的壳体发生弯曲，以此来改变钻柱的弯曲方向和弯曲程度。由于中心轴和壳体需要反复弯曲，所以容易发生疲劳破坏，影响工程安全。

另外，如上文所述，目前也存在允许钻柱旋转的方案。为了确保传感器的测量结果准确，设置传感器的结构部分通常是不能转动或基本不能转动的。然而，旋转的钻柱部分与不能转动的设置传感器的结构部分之间通常存在电连接的需求。在这种情况下，需要通过能相对旋转的接触式电接头来实现电连接。然而，这种电连接的稳定性较差，并且难以适应井下环境，因此容易发生失效。

发明内容

基于此，本发明提出了一种导向钻井装置。通过这种导向钻井装置能够消除或至少削弱以上问题中的至少一项。

根据本发明提供了一种导向钻井装置，包括：沿纵向轴线延伸的外筒；钻头接头，所述钻头接头插入到所述外筒内，所述钻头接头的下端延伸到所述外筒的下端之外，并构造为用于与钻头相连，所述钻头接头构造为能随所述外筒一起旋转；接头驱动机构，所述接头驱动机构设置在所述外筒内，并构造为用于驱动所述钻头接头相对于纵向轴线摆动；以及下端连接机构。所述下端连接机构包括：连接主体，所述连接主体与所述接头驱动机构相连，使得所述接头驱动机构相对于所述连接主体不可旋转；第一扶正架，所述第一扶正架设置在所述连接主体与所述外筒之间，所述连接主体与所述第一扶正架旋转式连接；电路系统，所述电路系统设置在所述连接主体内，并构造为用于向所述接头驱动机构提供电信号，以用于驱动所述钻头接头进行摆动；以及姿态传感器，所述姿态传感器设置在所述连接主体内，所述姿态传感器构造为用于测量井斜和方位，并将测量数据传输给所述电路系统；其中，所述电路系统能通过在所述连接主体与接头驱动机构内延伸的电线而向所述接头驱动机构提供电信号。