[发明专利]复合旋转导向钻井系统和方法

权利要求书

1.一种用来钻孔的旋转导向钻井系统，其包括：

钻柱；

钻头；

连接器；

钻头驱动轴，包括位于所述钻柱之内且位于所述连接器上方的上部和位于所述钻柱之外且位于所述连接器下方的下部，所述钻头驱动轴通过所述连接器在靠近所述钻柱的前端处连接到所述钻柱上，并且能够绕所述连接器相对所述钻柱摆动，其中所述连接器能够将来自所述钻柱的转矩传递到所述钻头驱动轴；

连接到所述钻头驱动轴的第一偏心轮和第二偏心轮，该第一偏心轮和第二偏心轮可旋转来使所述钻头驱动轴绕所述连接器相对所述钻柱摆动；

用于驱动所述第一偏心轮的第一电机和用于驱动所述第二偏心轮的第二电机；

控制器，用来控制所述第一和第二偏心轮使其协同旋转来让所述钻头驱动轴相对所述钻柱的摆动与所述钻柱的旋转大致相抵；及

安装于所述钻头驱动轴的上部的主动型稳定器，该主动型稳定器能推动所述钻头驱动轴使其发生偏离，以使所述钻头产生侧向位移和倾斜角来改变钻孔方向。

2.如权利要求1所述的系统，其中，所述钻头驱动轴具有相对的第一和第二轴向端，所述连接器位于所述第一和第二轴向端之间，所述钻头连接于所述钻头驱动轴的第一轴向端，所述第一和第二偏心轮连接于所述钻头驱动轴的第二轴向端。

3.如权利要求1所述的系统，其中，所述主动型稳定器具有外表面，该外表面用来接触所钻的孔的内表面，所述主动型稳定器包括复数个肋部，所述肋部穿过所述钻柱，延伸于所述主动型稳定器的外表面和所述钻头驱动轴的外表面之间。

4.如权利要求1所述的系统，其中，在所述钻头驱动轴的轴向上，所述连接器位于所述钻头和所述主动型稳定器之间。

5.如权利要求1所述的系统，其中，所述连接器为万向连接器。

6.如权利要求5所述的系统，其中，所述万向连接器包括复数个滚珠，每个滚珠收容于形成于所述钻柱和所述钻头驱动轴之间的空间内，在所述钻柱的轴向上，所述空间对于所述滚珠是富余的，以使得所述钻头驱动轴可绕所述连接器相对所述钻柱摆动。

7.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一偏心轮连接于所述钻柱和所述第二偏心轮之间，所述第二偏心轮连接于所述第一偏心轮和所述钻头驱动轴之间。

8.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一和第二电机分别通过齿轮传动链驱动所述第一和第二偏心轮，所述齿轮传动链包括至少一个与所述第一偏心轮或第二偏心轮固定在一起的齿轮。

9.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一偏心轮的旋转轴心和所述第二偏心轮的旋转轴心之间的距离与所述第二偏心轮的旋转轴心和所述钻头驱动轴的上端部的中心之间的距离大致相等。

10.一种旋转导向钻井方法，其包括：

用通过钻头驱动轴连接于钻柱上的钻头来钻孔，同时旋转所述钻柱、所述钻头驱动轴和所述钻头，其中所述钻头驱动轴通过一连接器在靠近所述钻柱的前端处连接到所述钻柱上，并且包括位于所述钻柱之内且位于所述连接器上方的上部和位于所述钻柱之外且位于所述连接器下方的下部；

通过启动第一电机来转动第一偏心轮，并通过启动第一电机来转动第二偏心轮，其中所述第一偏心轮和所述第二偏心轮都连接于所述钻头驱动轴上，从而使所述钻头驱动轴绕所述连接器相对于所述钻柱摆动，其中所述连接器用来将所述钻头连接到所述钻柱，并从所述钻柱传递转矩到所述钻头；

控制所述第一和第二偏心轮使其协同旋转来让所述钻头驱动轴相对所述钻柱的摆动与所述钻柱的旋转大致相抵；及

通过安装于所述钻头驱动轴的上部的主动型稳定器来推动所述钻头驱动轴使其发生偏离，来使所述钻头产生侧向位移和倾斜角，以在钻孔过程中改变钻孔方向。

11.如权利要求10所述的方法，其中，在改变钻孔方向的过程中，所述钻柱相对于所钻的孔以第一角速度Ω转动，所述第一偏心轮相对于所述钻柱以第二角速度ω转动，且所述第二偏心轮转动来使所述第二偏心轮相对于第一偏心轮保持在一个预期的角度，其中，所述第一角速度Ω和第二角速度ω大致相等且方向相反。