一种受控超短半径导向钻井系统及钻井方法技术方案

本发明专利技术公开了一种受控超短半径导向钻井系统及钻井方法，涉及钻井技术领域，包括依次连接的钻机、常规钻杆、柔性钻杆结构、数据中继传输短节结构、柔性马达结构、随钻测量短节结构和钻头；随钻测量短节结构用于测量井斜和方位信息；数据中继传输短节结构用于接收随钻测量短节结构测量的井斜和方位信息，并将井斜和方位信息发送至钻机；柔性钻杆结构包括至少一个柔性钻杆短节，柔性马达结构包括至少一个柔性马达。本发明专利技术的钻井方法能够进行定向钻井和复合钻井。本发明专利技术达到了超短半径定向井井眼轨迹控制和钻进提速增效的目的。迹控制和钻进提速增效的目的。迹控制和钻进提速增效的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种受控超短半径导向钻井系统及钻井方法


[0001]本专利技术涉及钻井
，特别是涉及一种受控超短半径导向钻井系统及钻井方法。

技术介绍

[0002]现有的超短半径定向井或超短半径水平井钻井系统或工具中均不包含柔性马达，导致在超短半径定向井或超短半径水平井钻进过程中无法随钻实时控制井眼轨迹，钻进井眼轨迹处于失控状态，无法达到设计要求；此外，由于没有井下马达，钻进过程中只能通过钻机驱动钻柱和钻头旋转破岩，钻探效率低，施工成本高。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种受控超短半径导向钻井系统及钻井方法，解决了超短半径定向井和超短半径水平井井眼轨迹控制和钻进提速技术难题，为陆域和海域深部能源资源钻采降本增效、挖潜增产提供了解决方案。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0005]本专利技术提供了一种受控超短半径导向钻井系统，包括依次连接的钻机、常规钻杆、柔性钻杆结构、数据中继传输短节结构、柔性马达结构、随钻测量短节结构和钻头；所述随钻测量短节结构用于测量井斜和方位信息；所述数据中继传输短节结构用于接收所述随钻测量短节结构测量的井斜和方位信息，并将井斜和方位信息发送至所述钻机；所述柔性钻杆结构包括至少一个柔性钻杆短节，所述柔性马达结构包括至少一个柔性马达，相邻的所述柔性钻杆短节、相邻的所述柔性马达、所述柔性马达与所述随钻测量短节结构均分别通过一摆动结构能够实现摆动；所述常规钻杆的内部、所述柔性钻杆结构的内部、所述数据中继传输短节结构的内部、所述柔性马达结构的内部、所述随钻测量短节结构的内部和所述钻头的内部形成钻井液流动的通道。
[0006]优选地，各所述柔性马达均包括马达外壳、马达主轴、马达定子和马达转子，所述马达主轴设置在所述马达外壳的内侧，所述马达外壳和所述马达主轴转动连接，所述马达外壳的上端与所述数据中继传输短节结构连接，所述马达外壳的下端与相邻的所述马达外壳或所述随钻测量短节结构连接，所述马达主轴的下端与相邻的所述马达主轴或所述随钻测量短节结构通过一万向轴传动连接，所述马达定子设置在所述马达外壳的内壁上，所述马达转子设置在所述马达主轴的外壁，所述马达定子和所述马达转子的位置对应，所述马达定子和所述马达转子之间存在间隙。
[0007]优选地，所述马达外壳与所述马达主轴通过第一轴承结构转动连接，所述马达外壳的内侧设置有第一轴承座，所述第一轴承座开设有第一通道孔，所述第一通道孔用于钻井液的流动，所述第一轴承结构位于所述马达主轴与所述第一轴承座之间。
[0008]优选地，所述随钻测量短节结构包括随钻测量短节外壳和随钻测量短节主轴，所述随钻测量短节外壳具有弯角，所述随钻测量短节外壳设置有测量部件和信号发射器，所
述测量部件用于测量井斜和方位，所述信号发射器分别与所述测量部件和所述数据中继传输短节结构电联接，所述信号发射器将所述测量部件测量的井斜和方位的信号发射至所述数据中继传输短节结构，所述随钻测量短节主轴设置在所述随钻测量短节外壳的内侧，所述随钻测量短节主轴与所述随钻测量短节外壳转动连接，所述随钻测量短节外壳的上端与所述柔性马达结构连接，所述随钻测量短节主轴的下端与所述钻头连接。
[0009]优选地，所述随钻测量短节主轴的下部设置有空腔，所述空腔的上端对应的所述随钻测量短节主轴的侧壁开设有第一通孔，所述空腔和所述第一通孔用于钻井液的流动；所述钻头内部设置有内通道，所述内通道与所述空腔连通，所述内通道用于钻井液的流动。
[0010]优选地，所述随钻测量短节主轴与所述随钻测量短节外壳通过第二轴承结构转动连接，所述随钻测量短节主轴和所述随钻测量短节外壳之间还设置有扶正结构，所述扶正结构设置在所述第二轴承结构的上方，所述扶正结构包括扶正轴承内套和扶正轴承外套，所述扶正轴承内套设置在所述随钻测量短节主轴的外侧，所述扶正轴承外套设置在所述随钻测量短节外壳的内壁，所述扶正轴承外套开设有第二通孔，所述第二通孔用于钻井液的流动。
[0011]优选地，所述摆动结构包括球头结构和限位球，所述球头结构的内部中空设置，所述球头结构包括球头和球杆，所述球杆的一端与所述球头连接，所述球头的外壁开设有限位球槽，所述限位球位于所述限位球槽中。
[0012]本专利技术还提供了一种采用所述受控超短半径导向钻井系统的钻井方法，包括以下步骤：
[0013]第一步，在井筒内下入造斜器，并根据设计侧钻深度、方位将造斜器稳定坐挂在井筒内；
[0014]第二步，利用钻机先后将钻头、随钻测量短节结构、柔性马达结构、数据中继传输短节结构、柔性钻杆结构、常规钻杆下入井筒中；柔性钻杆结构和柔性马达结构的长度之和应大于计划新钻进井段长度，常规钻杆的长度按常规钻井工程作业需要调整；
[0015]第三步，钻头下入到造斜器位置时，先通过随钻测量短节结构测量随钻测量短节外壳的弯角方位是否与设计侧钻方位一致，如不一致应根据实测情况进行调整，使随钻测量短节外壳的弯角方位与设计侧钻方位一致；
[0016]第四步，当进行定向钻井时，锁定钻机的钻柱驱动装置，确保常规钻杆不回转；启动钻机的泥浆泵将钻井液泵入常规钻杆，钻井液依次通过柔性钻杆结构、数据中继传输短节结构、柔性马达结构、随钻测量短节结构和钻头，钻井液驱动柔性马达结构工作，通过柔性马达结构为钻头提供破岩动力，从而驱动钻头旋转进行侧钻定向作业；
[0017]当进行复合钻井时，解开钻机的钻柱驱动装置，通过钻机驱动常规钻杆、柔性钻杆结构、数据中继传输短节结构、柔性马达结构、随钻测量短节结构同步回转，钻头在钻机和柔性马达结构的共同驱动下复合高速旋转破岩。
[0018]优选地，所述第四步中，在钻进过程中随钻测量短节结构实时测量井斜和方位信息并将测量到的井斜和方位信息传输给数据中继传输短节结构，数据中继传输短节结构将随钻测量短节结构实时测量到的井斜和方位信息中继传输到钻机平台上；
[0019]在钻进过程中钻机平台上的作业人员实时获取数据中继传输短节结构发送的井斜和方位信息信号，并根据井斜和方位信息实时地对新钻井眼轨迹、钻进方向、钻进效果进
行分析预测，并根据分析预测结果决定是否需要对钻进参数进行调整。
[0020]优选地，所述第四步中，在钻进过程中如果需要调整钻头的钻进方向，则调整钻机的钻柱驱动装置，进而驱动常规钻杆、柔性钻杆结构、数据中继传输短节结构、柔性马达结构、随钻测量短节结构同步回转；并根据随钻测量短节结构测量的井斜和方位信息判断调整后的钻进方向是否符合设计方向，如仍未达到设计方向，则继续调整，直到钻进方向符合设计为止，此时锁定钻机的钻柱驱动装置，继续钻进施工。
[0021]本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：
[0022]本专利技术能够随钻实时近钻头测量井下井斜和方位数据，并根据实时测量的井下数据调整钻进参数和钻头破岩方向，达到了超短半径定向井井眼轨迹控制和钻进提速增效的目的。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种受控超短半径导向钻井系统，其特征在于：包括依次连接的钻机、常规钻杆、柔性钻杆结构、数据中继传输短节结构、柔性马达结构、随钻测量短节结构和钻头；所述随钻测量短节结构用于测量井斜和方位信息；所述数据中继传输短节结构用于接收所述随钻测量短节结构测量的井斜和方位信息，并将井斜和方位信息发送至所述钻机；所述柔性钻杆结构包括至少一个柔性钻杆短节，所述柔性马达结构包括至少一个柔性马达，相邻的所述柔性钻杆短节、相邻的所述柔性马达、所述柔性马达与所述随钻测量短节结构均分别通过一摆动结构能够实现摆动；所述常规钻杆的内部、所述柔性钻杆结构的内部、所述数据中继传输短节结构的内部、所述柔性马达结构的内部、所述随钻测量短节结构的内部和所述钻头的内部形成钻井液流动的通道。2.根据权利要求1所述的受控超短半径导向钻井系统，其特征在于：各所述柔性马达均包括马达外壳、马达主轴、马达定子和马达转子，所述马达主轴设置在所述马达外壳的内侧，所述马达外壳和所述马达主轴转动连接，所述马达外壳的上端与所述数据中继传输短节结构连接，所述马达外壳的下端与相邻的所述马达外壳或所述随钻测量短节结构连接，所述马达主轴的下端与相邻的所述马达主轴或所述随钻测量短节结构通过一万向轴传动连接，所述马达定子设置在所述马达外壳的内壁上，所述马达转子设置在所述马达主轴的外壁，所述马达定子和所述马达转子的位置对应，所述马达定子和所述马达转子之间存在间隙。3.根据权利要求2所述的受控超短半径导向钻井系统，其特征在于：所述马达外壳与所述马达主轴通过第一轴承结构转动连接，所述马达外壳的内侧设置有第一轴承座，所述第一轴承座开设有第一通道孔，所述第一通道孔用于钻井液的流动，所述第一轴承结构位于所述马达主轴与所述第一轴承座之间。4.根据权利要求1所述的受控超短半径导向钻井系统，其特征在于：所述随钻测量短节结构包括随钻测量短节外壳和随钻测量短节主轴，所述随钻测量短节外壳具有弯角，所述随钻测量短节外壳设置有测量部件和信号发射器，所述测量部件用于测量井斜和方位，所述信号发射器分别与所述测量部件和所述数据中继传输短节结构电联接，所述信号发射器将所述测量部件测量的井斜和方位的信号发射至所述数据中继传输短节结构，所述随钻测量短节主轴设置在所述随钻测量短节外壳的内侧，所述随钻测量短节主轴与所述随钻测量短节外壳转动连接，所述随钻测量短节外壳的上端与所述柔性马达结构连接，所述随钻测量短节主轴的下端与所述钻头连接。5.根据权利要求4所述的受控超短半径导向钻井系统，其特征在于：所述随钻测量短节主轴的下部设置有空腔，所述空腔的上端对应的所述随钻测量短节主轴的侧壁开设有第一通孔，所述空腔和所述第一通孔用于钻井液的流动；所述钻头内部设置有内通道，所述内通道与所述空腔连通，所述内通道用于钻井液的流动。6.根据权利要求4所述的受控超短半径导向钻井系统，其特征在于：所述随钻测量短节主轴与所述随钻测量短节外壳通过第二轴承结构转动连接，所述随钻测量短节主轴和所述随钻测量短节外...

【专利技术属性】
技术研发人员：张德龙，夏环宇，郭强，翁炜，冯美贵，杨鹏，吴烁，张培丰，欧阳志勇，赵志涛，徐军军，贺云超，蒋睿，
申请(专利权)人：北京探矿工程研究所，
类型：发明
国别省市：