[发明专利]静态推靠式旋转导向装置

说明书

技术领域

本发明涉及石油钻井技术领域，尤其涉及一种静态推靠式旋转导向装置。

背景技术

在钻井技术领域中，旋转导向钻井系统得到了广泛的应用，旋转导向系统可以在旋转钻井过程中根据轨迹控制的需要，实时调节井斜和方位，具有井眼轨迹控制精度高、钻出的井眼圆滑、摩阻小、扭矩小、钻井极限位移大、钻井事故少、钻井速度快及钻井成本低等优点，因此其可以满足水平井、大位移井和三维多目标井等高难度特殊工艺井导向钻井的需求。

旋转导向钻井系统的工作机理都是依靠旋转导向装置的偏置导向机构使钻头或钻柱发生方向偏移，从而产生导向。根据导向方式的不同，该旋转导向装置可划分为推靠式和指向式两种。推靠式是在钻头附近直接给钻头提供侧向力，指向式是弯曲钻头附近处的钻柱以使钻头指向井眼轨迹控制方向。同时，根据偏置导向机构的工作方式又可分为静态偏置式和动态偏置式两种。静态偏置式是指偏置导向机构在钻进过程中不与钻柱一起旋转，从而在某个固定方向上提供侧向力；动态偏置式是指偏置导向机构在钻进过程中与钻柱一起旋转，依靠控制系统使其在某个位置定向支出提供导向力。然而，由于静态推靠式旋转导向装置的部分性能优越于其他类型的旋转导向装置，使得静态推靠式旋转导向装置得到了广泛应用。

然而，现有的静态推靠式旋转导向装置还存在很大的缺点。虽然该静态推靠式旋转导向装置在造斜段中可以提供精准、充足的偏向力，但是在稳斜段、竖直段和水平段中不需要提供偏向力时会降低其的转动惯量，降低其内部的能量贮藏，从而不利于钻头高效稳定的钻井，尤其是在深井、大位移井中影响更加突出。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种静态推靠式旋转导向装置，其在稳斜段、竖直段和水平段中不需要提供偏向力时既不会降低其的转动惯量，也不会降低其内部的能量贮藏，从而利于钻头高效稳定的钻井。

本发明提供了一种静态推靠式旋转导向装置，其包括：具有中心通道的芯轴，在芯轴的外壁上开设有周向凹槽；套接在周向凹槽内并且能够独立转动的外套；能够切断或传递芯轴向外套输入的动力的离合器。

在一个实施例中，离合器包括设在芯轴与外套之间且分别用于促动芯轴和外套转动的主动件和从动件，以及设置在外套内并用于促动从动件与主动件相互分离或接合的推动单元。

在一个实施例中，推动单元为至少一个直线电机或能够由液压动力源驱动的至少一个离合器液压缸。

在一个实施例中，主动件与从动件分别为能够相互啮合的齿轮、相互配合的花键件或相互摩擦的摩擦轮。

在一个实施例中，从动件通过设置在外套内的离合器液压缸的活塞杆固定在外套的端部外，而主动件固定于周向凹槽的槽侧壁，以便离合器液压缸的活塞杆能够在伸缩运动后促使从动件与主动件相接合或分离。

在一个实施例中，在外套的内壁与芯轴的周向凹槽的槽底面之间设有径向轴承，而在外套的两端与周向凹槽的槽侧壁之间分别设有推力轴承，主动件与从动件均处于推力轴承的径向内侧或径向外侧。

在一个实施例中，静态推靠式旋转导向装置还包括用于提供侧向力的偏置导向机构和能够控制偏置导向机构和离合器的测控机构，以及用于提供电力的供电机构。

在一个实施例中，偏置导向机构包括沿周向间隔开地设置在外套的外壁内的多个摆动式翼肋，以便提供导向时所需的侧向力。

在一个实施例中，偏置导向机构还包括能够由液压动力源驱动并能促动摆动式翼肋进行摆动的翼肋液压缸。

在一个实施例中，测控机构包括连接在液压动力源和翼肋液压缸之间的翼肋控制单元和连接在液压动力源和离合器液压缸之间的离合器控制单元，以及用于检测离合器液压缸内的流体的压力的第一压力传感器和用于检测翼肋液压缸内的流体的压力的第二压力传感器。

在本申请中，所述的上游定义为靠近井口的方向，而所述下游定义为远离井口的方向。

根据本发明的静态推靠式旋转导向装置可以通过离合器切断或传递芯轴向外套输入的动力，当钻井过程需要导向时，该静态推靠式旋转导向装置可以切断芯轴向外套输入的动力，允许外套不跟随芯轴进行旋转而是相对于井壁静止，从而保证该静态推靠式旋转导向装置提供的偏向力精准充足，以便钻头顺利进行方向偏移；当钻井过程不需要导向时，该静态推靠式旋转导向装置可以把芯轴动力传递给外套，促使外套跟随芯轴同步旋转，提高该旋转导向装置的转动惯量，增加其能量贮藏，有利于钻头高效稳定的钻井。

根据本发明的静态推靠式旋转导向装置的结构简单紧凑，加工方便，装配容易，使用安全高效，便于实施推广应用。

附图说明