[发明专利]钻井液排量控制的钻柱扭矩传递与分离装置及其方法

说明书

本发明公开了钻井液排量控制的钻柱扭矩传递与分离装置及其方法，包括电气短节外壳、分流器外壳、转换接头、换向阀外壳、内花键壳体A、内花键壳体B以及下接头；分流器外壳内设有分流体；转换接头内设有增压活塞；换向阀外壳内部设有换向阀、换向阀保护套；内花键壳体A内设有上花键轴、下油腔密封环A以及下油腔密封环B；内花键壳体B内设有下花键轴。本发明通过地面钻井工程师调节钻井液排量，从而控制工具来传递和分离钻柱扭矩，以实现钻柱旋转情况下的定向钻井，同时可达到与旋转导向钻井系统相媲美的减阻效果，但使用成本更低；可有效解决钻柱摩阻高、定向效率低、机械钻速慢、水平段延伸困难等复杂结构井钻井难题。

技术领域

本发明涉及钻井液排量控制的钻柱扭矩传递与分离装置及其方法，属于油气资源钻井工具技术领域。

背景技术

随着非常规油气资源勘探开发的持续推进，大斜度井、水平井、大位移井等复杂结构井钻井数量不断增长，而定向钻井技术是钻成复杂结构井的关键。目前，在油气钻井领域中，广泛采用的定向钻井技术主要包括滑动导向钻井和旋转导向钻井。当采用“螺杆钻具+随钻测量系统”组成的滑动导向技术钻进时，虽然其技术服务成本较低，但由于钻柱不旋转而导致钻进摩阻高、托压严重等难题，进而导致机械钻速慢、定向效率低和钻井成本增加。旋转导向技术虽能够达到较高机械钻速与钻井效率，但该技术高度依赖于旋转导向钻井系统，该系统制造和使用成本较高，且存在卡钻、埋钻具等井下事故风险。

基于此，设计一种能够综合滑动导向低成本的特点与旋转导向高钻速、高钻井效率的特点，能够实现在绝大部分钻柱旋转的前提下，保持井下螺杆钻具滑动导向的方法及配套工具具有很好的经济效益。

发明内容

为了解决现有定向钻井技术所存在的问题，本发明提供钻井液排量控制的钻柱扭矩传递与分离装置及其方法，本发明以螺杆钻具的滑动导向为基础，通过在距离钻头约150m处假装所述井下扭矩传递与分离装置，依靠工具至钻头之间钻柱与井壁之间的摩擦抵消钻头反扭矩对工具面的影响。地面钻井工程师通过调节钻井液排量来控制工具的啮合与分离，以实现井下钻柱扭矩的传递与分离。该装置能够达到良好的降摩减阻效果，并能够将钻井效率提升到旋转导向钻井水平，且具有较好的经济效益。

本发明解决上述技术问题所提供的技术方案是：钻井液排量控制的钻柱扭矩传递与分离装置，包括耐磨套、内花键壳体Ⅱ、下接头和从上到下依次连接的电气短节外壳、分流器外壳、转换接头、换向阀外壳、内花键壳体Ⅰ；

所述内花键壳体Ⅰ与内花键壳体Ⅱ通过耐磨套配合连接，内花键壳体Ⅰ能与内花键壳体Ⅱ相对转动，所述内花键壳体Ⅱ与下接头螺纹连接；

所述电气短节外壳内设有电气短节；

所述分流器外壳内设有分流体、钻井液主流道，所述钻井液主流道上端与分流体连接，下端穿过转换接头并连接在换向阀外壳内，所述钻井液主流道套设有增压活塞，所述增压活塞能够在转换接头内上下滑动；

所述换向阀外壳内设有换向阀、换向阀保护套；换向阀与换向阀保护套刚性连接在一起，换向阀保护套能够在换向阀外壳内部上下滑动；

所述内花键壳体Ⅰ、内花键壳体Ⅱ内分别设有上花键轴、下花键轴；

所述内花键壳体Ⅰ内设有凸块，所述上花键轴上设有与凸块匹配的凹槽；所述上花键轴上端与换向阀刚性连接，下端与下花键轴上端螺纹连接；上花键轴能够与换向阀、换向阀保护套一同在换向阀外壳、内花键壳体Ⅰ内上下滑动；

所述内花键壳体Ⅱ内设有花键槽；所述下花键轴设有与花键槽匹配的外花键和位于花键上方的下油腔密封环A、下油腔密封环B，所述下油腔密封环A螺纹连接下花键轴上端；所述下花键轴能够在内花键壳体Ⅱ与下接头内壁上下滑动；