[发明专利]滑动推靠式导向钻井工具

说明书

技术领域

本发明属于石油、天然气钻井的配套装置。

背景技术

钻井的根本目的是采用破岩钻井工具，破碎地层岩石，为开发地 下资源形成通道，即井眼。因此，井眼质量的好坏直接关系到地下资 源开发的成败和效率的高低，也就必须对破岩钻井、延伸井眼等井下 过程进行控制。

井眼轨迹控制是井下过程控制技术中极其重要的一个方面，是指 对井眼进行导向，控制井眼按设计的井斜、方位，向预定地层目标延 伸。现代钻井工程在发展的过程中，形成了多种控制井眼轨迹的工具 和技术，基本可以概括为以下几种：

一、采用转盘钻钻具组合，即利用经验和力学分析，设计井底钻 具组合，达到控制井斜的目的。该方法的弊病是降斜效率较低、机械 钻速慢，例如用于直井纠斜用的钟摆组合要求“轻压吊打”，这实际 上是一种以牺牲钻井速度换取质量，将井身质量与经济效益对立起来 了的消极方法，不利于控制钻井成本。

二、采用弯外壳井下动力钻具钻进。这种方式控制精度不高，施 工难度大，对钻井液净化要求高，形成的井眼轨迹不光滑，井眼质量 难以保证，易造成井下复杂情况，导致建井周期延长，钻井成本增加。

三、近年来国外发展的自动闭环控制钻井系统。例如KTB项目 组和德国Eastman Teleco公司联合研究开发了垂直钻井系统VDS、 Schlumberger Oilfield Service公司的意大利Agip公司 和美国Baker Hushes INTEQ公司联合开发的垂直钻井系统SSD等。 由于自动闭环导向钻井系统是机电液一体的高技术产品，结构复杂， 对配套工具、工艺和设备的要求很高，使用维护成本极高，难以普遍 推广。

综合上述分析来看，研制适应性强、可靠性高，精度满足现场要 求，能够合理兼顾“经济”和“效率”的钻井工具，是井眼轨迹控制 技术发展的一个重要方向。

发明内容

本发明正是为实现经济、高效地控制井眼轨迹，提高钻井效率和 井身质量而设计的，其原理是利用钻井液循环在钻柱内外形成的压 差，推动直径不同的活塞靠向井壁，对钻头施加连续的侧向合力，并 通过调整活塞推靠井壁的位置，控制井眼按设计的井斜、方位进行延 伸，本发明的目的就是为现场提供一种滑动推靠式导向钻井工具。

本发明是这样来实现的，它包括转换接头、滑套、锁塞、导向活 塞、稳定活塞和心轴，心轴呈阶梯状，沿轴心加工有流道，上部加工 有锁塞槽，中部加工有导压孔，将轴承与呈中空圆柱状的滑套和心轴 顺序套装，然后把转换接头联接在心轴上端，滑套本体中部围绕其轴 线均匀加工有活塞缸，导向活塞的直径大于稳定活塞的直径，导向活 塞缸套的内径大于稳定活塞缸套的内径，将导向活塞与导向活塞缸 套、稳定活塞与稳定活塞缸套配装后，整体装入活塞缸，并用压块压 紧，压块固定在滑套本体上，在活塞缸的上部、滑套本体上加工有径 向贯通的锁塞孔，将锁塞和弹簧顺序装入其中，锁塞伸入心轴上部的 锁塞槽中，用挡板封堵锁塞孔，滑套表面加工有流道，挡板上加工有 通孔，心轴下端与钻头相联，转换接头上端与钻柱相联，心轴与滑套 内壁、锁塞孔与锁塞、导向活塞与导向活塞缸套、稳定活塞与稳定活 塞缸套、导向活塞缸套与活塞缸、稳定活塞缸套与活塞缸采用密封配 合，钻井液循环在钻柱内外形成的压差经导压孔传递至稳定活塞、导 向活塞和锁塞，在该压差的作用下，锁塞压缩弹簧沿径向外移，脱离 心轴上部的锁塞槽，而稳定活塞、导向活塞则在该压差的作用下沿径 向外伸，推靠井壁，依靠稳定活塞、导向活塞和井壁之间的摩擦力， 滑套在钻进的过程中只沿井壁滑动，而不随心轴和钻柱一起旋转，由 于导向活塞的直径大于稳定活塞的直径，在同样压差的作用下，导向 活塞推靠井壁产生的反作用力要大于稳定活塞的，因此，钻头在心轴 的带动下旋转破岩钻进的同时，受到一个由导向活塞和稳定活塞推靠 井壁产生的、沿导向活塞轴线指向心轴轴线的侧向合力，当需要调整 该侧向合力的作用方向时，先停止钻井液循环，此时由钻井液循环在 钻柱内外形成的压差消失，锁塞在压缩弹簧恢复力的作用下，沿径向 内移，进入心轴上部的锁塞槽，然后旋转钻柱，带动心轴拨动锁塞， 再由锁塞拨动滑套随心轴一起旋转，通过调整导向活塞和稳定活塞推 靠井壁的位置，即可调整侧向合力的作用方向，实现对井眼轨迹的调 控，而侧向合力的大小通过调整钻井液性能、导向活塞和稳定活塞的 直径等参数来获得。