[发明专利]用于垂直钻井工具的推靠装置和垂直钻井工具

说明书

本发明涉及一种推靠装置，用于安装在垂直钻井工具上，包括：具有中空长方体结构的本体；安装在所述推靠本体内且套设在所述垂直钻井工具的芯轴上的矩形缸套，所述缸套的第一对侧壁与所述本体的相应外壁共同限定了一对活塞腔；以及安装在各个所述活塞腔中的活塞，所述活塞能够在来自所述垂直钻井工具的芯轴的钻井液的作用下径向运动，以便推靠井壁，其中，所述推靠本体包括一对径向相对的肋板，以及与所述活塞相连的一对径向相对的推靠翼肋，径向相对的所述推靠翼肋通过肋板相互连接而形成互锁结构，所述肋板能够在所述缸套的第二对侧壁上滑动，以使一对径向相对的所述推靠翼肋沿相同方向运动。

技术领域

本发明涉及油气井工程井下工具领域，具体地涉及一种用于垂直钻井工具的推靠装置，以及包括这种推靠装置的垂直钻井工具。

背景技术

随着油气田勘探开发工作的不断深入，所钻遇的地层构造越来越复杂，特别是高陡构造的“防斜打快”问题更是钻井技术中的难点和重点，因此对垂直钻井工具推靠装置的要求也越来越高。

传统的满眼钻具组合和钟摆钻具组合以钻具侧向力作为井斜控制的理论依据，具有较大的局限性。而发展中的偏心钻具、偏轴钻具、柔性钻具、反钟摆钻具、导向钻具等防斜技术，虽然增强了钻柱的公转效应，削弱了钻头倾角的增斜作用，能够有效地控制钻具侧向力，较好地控制井斜、提高机械钻速，但是，钻具组合的内在力学性质决定了它们仍然没有足够的抵抗地层造斜力的功能。因此，对于高陡构造和强造斜地层的井斜控制效果仍难以得到充分的保证。

常规的滑动定向技术，不能解决轨迹控制精度差、井身质量差、井眼净化不好、位移延伸能力低等技术难题。为了克服滑动导向技术的不足，出现了旋转导向钻井技术。

旋转导向系统是一个集机、电、液于一体的闭环自动控制系统。旋转导向钻井系统可以提高机械钻速和井眼的清洁度，减少压差卡钻，同时，还具有井眼轨迹自动控制的能力，在提高井眼轨迹的光滑度、降低扭矩和摩阻、减少井下摩阻、提高钻深能力和控制精度等方面具有独特的优势。非常适合目前开发特殊油藏的超深井、高难度定向井、水平井、大位移井、水平分支井等特殊工艺井导向钻井的需要。

导向机构根据导向工作方式的不同分为指向式和推靠式两种模式的导向工具，各有其特点和应用范围。推靠式工具由于结构相对简单，性能稳定，是当前现场应用最广泛最成熟的导向工具。根据推靠井壁模式的不同，推靠式导向工具主要分为：动态调制式推靠工具和静态推靠工具。主要特点是造斜率较高、侧向载荷较大、钻头和钻头轴承的磨损较严重。

动态调制式推靠机构主要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一位置定向支出提供导向力。其特点是结构简单，钻头水压差作为动力源，驱动活塞翼肋，推靠井壁。存在的主要问题是推靠翼肋随钻头同步旋转，磨损严重，甚至出现过掉块等井下复杂情况，同时承受钻头及钻具传递的振动冲击影响，复杂井段存在粘滑，涡动等现象，使得井斜方位动态控制精度较差。

静态推靠式是指偏置导向机构在钻进过程中不与钻柱一起旋转，从而在某一固定的方向上提供侧向力。其特点是静态推靠，翼肋磨损小，推靠力集中稳定，不受钻头振动冲击等恶劣工况影响。但是仍然存在许多问题，例如，这种机构采用液压机构，结构比较复杂，控制要求高且鲁棒性差，在井下狭小空间内小型化困难。而且现有的推靠装置基本上都是单一轴平面上周向均布多个翼肋，这种结构使得内部结构尺寸受限，推靠装置难以小型化设计及应用。

发明内容

针对至少一些如上所述的技术问题，本发明旨在提供一种用于垂直钻井工具的推靠装置，在保留了静态推靠机构的耐磨损和稳定性基础上，通过多层互锁式结构，降低了推靠装置的控制难度，有利于实现推靠装置的小型化及应用。