[发明专利]定向钻进钻柱旋转控制器

说明书

本发明涉及一种定向钻进钻柱旋转控制器，包括：反扭矩平衡模块，TC轴承挡圈，上TC轴承，上部推力球轴承，上哈佛环，中间密封挡圈，上芯轴，上外壳，旋转控制筒，上部弹簧，花键外壳，花键套，花键芯轴，下外壳，弹簧推套，下部弹簧，浮动活塞，下芯轴，闷头，下部推力球轴承，下哈佛环，下TC轴承，转换接头，防掉接头，下接头，控制销钉。花键套在旋转控制筒的作用下可实现花键芯轴与花键外壳的“啮合”与“脱离”，进一步控制定向钻进钻柱旋转控制器的复合钻进状态与滑动钻进状态的转换；所述花键芯轴、花键外壳与花键套“啮合”时，反扭矩平衡模块不承受反扭矩；所述花键芯轴、花键外壳与花键套“脱离”时，由反扭矩平衡模块中的滚柱外壳承受反扭矩。

技术领域

本发明涉及一种用于钻探工程领域定向钻进钻柱旋转控制器，其主要应用领域包括石油天然气钻井工程、地质勘探、地热与新型油气资源开采等。

背景技术

定向钻井技术分为定向滑动钻进与旋转导向钻进。定向滑动钻进时，钻柱基本静止在井壁上，钻头靠井下动力马达旋转，通过控制下部钻具的工具面实现定向和钻进。这种钻井方式存在的问题是钻头在破岩过程中会产生反扭矩，且该反扭矩通过钻头传递到动力马达和钻柱上，引起钻具反向旋转，导致工具面控制不稳，从而影响钻进的连续性和速度，浪费大量人力和时间。且滑动定向钻进，易导致钻柱拖压严重，钻井效率和机械钻速低，井眼轨迹不易控制，钻屑堆积不易排出的情况。旋转导向钻进，其钻井效率大幅提高，但制造、使用、维护成本太高，如遇卡钻，被埋风险高，经济损失大。

因此综合弯螺杆定向的低成本以及旋转导向RSS高效率的特点，定向钻进钻柱旋转控制器对比现有定向技术，可以大幅度减小井壁摩阻，提高有效钻压、机械钻速与钻井效率。

定向钻进钻柱旋转控制器能实现滑动钻进，以及定向钻进时钻柱旋转钻进，BHA滑动钻进、破岩过程中反扭矩的控制。定向钻进钻柱旋转控制器可以提高定向钻井效率；大幅度减小成本；且安全性高，事故处理成本低。

发明内容

为了探索解决背景技术中所述的定向滑动钻进时钻井效率和钻井转速低，反扭矩不易控制，与旋转钻进成本高、遇卡钻被埋风险高等问题，本发明提供了一种定向钻进钻柱旋转控制器。本发明可以减小钻进时钻压波动，同时实现井底钻具组合（BHA）和钻杆各自独立运动。当复合钻进时，钻柱系统和BHA共同旋转钻进；当定向钻进时，上部钻柱旋转钻进，BHA滑动钻进。定向井工程师可以通过控制定向钻进钻柱旋转控制器的运动状态转换实现复合钻进和滑动钻进，且钻进时能实现反扭矩的稳定控制。

本发明的技术方案是：定向钻进钻柱旋转控制器，其具有控制定向钻井工具实现复合钻进状态与滑动钻进状态相互转换的花键组模块，以及控制破岩过程中地层对钻头的反扭矩影响定向钻进钻柱旋转控制器正常工作的反扭矩平衡模块。

在上述本发明的定向钻进钻柱旋转控制器中，所述反扭矩平衡模块由上接头、耐磨环、滚柱外壳、滚柱、滚柱弹簧、弹簧底座、外壳接头组成，该模块下接上部轴承模块、控制筒模块。

在上述本发明的定向钻进钻柱旋转控制器中，所述控制筒模块由旋转控制筒、上部弹簧、控制销钉组成，是定向钻进钻柱旋转控制器的关键组件；当钻井液通过上芯轴分流孔进入定向钻进钻柱旋转控制器内部空腔时，旋转控制筒上端面承压，通过调节钻井液压力，可实现上部弹簧的压缩与复位，通过控制销钉限制旋转控制筒的运动和位置。