[实用新型]一种机械旋转导向钻井工具

说明书

技术领域

本实用新型属于石油钻井机械领域，具体涉及一种机械旋转导向钻井工具，主要应用于石油天然气领域定向井、水平井钻井作业。

背景技术

钻井是把地下油气资源开采到地面的重要手段。目前，为提高油气田开发综合效益，定向井、水平井已经发展成为一种普遍钻井方式，而且，高难度水平井、三维水平井的数量越来越多。

在定向井、水平井钻井过程中，绝大多数井使用螺杆钻具和MWD/LWD仪器进行井眼轨迹控制和地质导向作业，虽然定向中存在工具面不稳、托压等各种困难，但是，操作简单，性价比高，使其成为定向井、水平井施工的首选方案。国外油服公司拥有先进的全自动旋转导向钻井系统，主要有贝克休斯的AutoTrak系列、斯伦贝谢的Power-Drive系列等，但是，由于其租赁服务费用昂贵，所以，海洋钻井和陆地极少数高难度水平井才有可能使用全自动旋转导向钻井系统。近几年，国内多家科技院校和油田钻井院相继投入研制全自动旋转导向钻井系统，公开报道的有中海油研究院，但是，距商业化应用还有很长一段路要走。

国外其他油服企业曾介绍过机械旋转导向钻井工具，例如国民油井，但是，国外的机械旋转导向钻井工具止步于现场试验阶段，没有检索到商业化推广应用的相关文献。

根据多年钻井现场经验，提出了一种结构简单、操作性强的机械旋转导向钻井工具，配合MWD/LWD仪器进行定向和地质导向作业，不仅可以克服螺杆钻具定向钻进时工具面不稳和托压问题，而且，还可以最大限度地缩短MWD/LWD仪器到井底的距离，具有极大的推广应用价值。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种机械旋转导向钻井工具，用于解决定向 井、水平井钻井过程中的工具面不稳、托压等问题。

本实用新型采用如下具体技术方案实现：

机械旋转导向钻井工具由上接头、花键筒、花键轴、传动轴、外筒、活塞环、过渡环、锁紧销、大弹簧、活塞、定向键、小弹簧、限位警示环、下接头、柱塞、推板和液压端壳体组成。

上接头和花键轴连接成一体，可以传递上部钻具的扭矩、拉力和钻压。同时，花键轴还可以通过其上、下移动来开、关传动轴上的泥浆通道。

花键轴与花键筒配套使用，可以传递来自上部钻具的扭矩和拉力。

花键轴与花键筒之间的轴向相对移动，是机械旋转导向钻井工具转换定向钻进模式和稳斜钻进模式的关键。

花键轴与花键筒之间的液动密封，可以确保机械旋转导向钻井工具在泥浆压力下安全可靠，不刺，不漏。

花键轴与传动轴之间的轴向相对移动，使其作为传动轴泥浆通道开关，可以辅助机械旋转导向钻井工具实现定向钻进模式和稳斜钻进模式。

花键轴与传动轴配套使用，机械旋转导向钻井工具定向钻进模式时可以利用传动轴顶端面来承受钻压。

花键轴与过渡环、锁紧销和活塞配套使用，可以实现机械旋转导向钻井工具定向钻进模式和稳斜钻进模式的双向转换。

花键轴与过渡环、锁紧销和活塞配套使用，机械旋转导向钻井工具稳斜钻进模式时可以利用锁紧销来承受钻压。

花键筒、传动轴和下接头连接成一体，可以传递上部钻具的扭矩、拉力和钻压。同时，传动轴上泥浆通道用于连通钻具水眼与环形泥浆腔。

花键轴、传动轴、外筒、活塞环和大弹簧组成液压油压力供应系统。

传动轴和外筒之间的液动密封，活塞环与传动轴、外筒之间的液动密封，使传动轴、外筒和活塞环之间构成一个环形泥浆腔。

传动轴上按照120°均布设计有三个泥浆通道，用于连通钻具水眼与环形泥浆腔。

当传动轴和花键轴相互移动将泥浆通道关闭时，钻具水眼内的高压泥浆无法进入环形泥浆腔；当传动轴和花键轴相互移动将泥浆通道打开时，钻具水眼内的高压泥浆通过泥浆通道进入环形泥浆腔，推动活塞环下行，压缩大弹簧，将泥浆压力转换成液压油压力。

花键轴、过渡环、传动轴、锁紧销、活塞和小弹簧组成一套双向锁紧装置，是机械旋转导向钻井工具转换定向钻进模式和稳斜钻进模式的执行机构。

过渡环安装固定在传动轴上并与传动轴形成一体。

当花键轴在过渡环与传动轴之间的环形空间内向上移动并离开锁紧销时，锁紧销将活塞解锁，活塞在泥浆压力作用下可以向下移动，同时，锁紧销将花键轴锁紧，使花键轴无法向下移动；当花键轴在过渡环与传动轴之间的环形空间内向下移动挡住锁紧销时，锁紧销将活塞锁紧，活塞在泥浆压力作用下无法向下移动，同时，锁紧销将花键轴解锁，花键轴可以上下自由移动。