一种页岩气开发用导向钻井工具制造技术

本发明专利技术公开了一种页岩气开发用导向钻井工具，包括螺杆钻具、传动轴、液压系统、导向套及套在螺杆钻具外的外壳，在导向套的下端外周设置有与轴向方向平行的4个油缸，互成90°均布在导向套上，每2个相隔180°的油缸构成一对反向同步油缸，形成两对反向同步油缸，在导向套上对应于4个油缸设有4个导向推臂，所述的导向推臂的一端铰接在导向套上，所述的4个油缸的活塞杆端分别通过椎块与导向推臂的另一端配置，构成可调的上稳定器。导向推臂相当于可控偏心上稳定器，它与近钻头旋转的下稳定器相结合，使井眼轨迹更加平滑，提高了井眼轨道的控制精度及效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及ー种导向钻井工具，尤其涉及一种页岩气开发用导向钻井工具。
技术介绍
页岩气作为ー种非常规能源。在非常规能源页岩气的开发中，为了增加产气量，通常需要钻水平井，但是由于地层的各项异性，常常引起井眼轨迹偏离，给页岩气的开发带来一定的困难。目前，传统的水平井开发技术分为垂直井段、增斜井段和水平井段三段钻井，需要耗费大量时间，无形中増加了开发成本。而国外先进的导向钻井工具能在水平井开发中全、井段使用，能減少起钻次数，大大提高作业效率。目前国外商业应用的旋转钻井导向工具，一种钻进过程采用静态推靠式的滑动钻进的方式，由于导向推臂伸出非连续，同时由于滑动钻进，易产生螺旋井眼。另ー种为动态推靠式旋转钻进方式，其导向推臂由于推靠井壁使导向推臂损坏明显。另外，国外商业应用的导向钻井工具多安装涡轮发电系统，BakerHughes的AutoTrak RCLS利用润轮发电来给测控系统和液压系统供电，Schlumberger的PowerDrive SRD利用润轮发电来给稳定平台供电；而国内的相关导向钻井工具中采用径向柱塞泵形式，利用旋转中心轴和导向套之间的旋转驱动径向柱塞泵工作，由于径向柱塞泵的作用，导向套会产生跟转现象，从而引起导向钻井工具导向精度降低，同时采用径向柱塞泵形式由于导向套径向尺寸的限制，柱塞泵的设计空间很小，导致泵的排量很小，活塞工作时响应慢。
技术实现思路
本专利技术针对上述现有技术中存在的问题提供ー种提高导向精度和钻井效率的页岩气开发用导向钻井工具。本专利技术为解决上述问题所采用的技术方案为 一种页岩气开发用导向钻井工具，包括螺杆钻具、传动轴、液压系统、导向套及套在螺杆钻具外的外壳，螺杆钻具上端与钻铤连接，螺杆钻具下端与传动轴连接，传动轴下端通过下稳定器与钻头相连接，外壳与导向套相连接，所述的导向套套装在传动轴外，导向套上端内腔安设有上轴承，下端内腔安设有下轴承，所述的液压系统包括柱塞泵、电磁换向阀，导向套上安设有测控系统、电磁换向阀，其特征在于在导向套的下端外周设置有与轴向方向平行的4个油缸，4个油缸互成90°均布在导向套上，每2个相隔180°的油缸构成ー对反向同步油缸，形成两对反向同步油缸，在导向套上对应于4个油缸设有4个导向推臂，所述的导向推臂的一端铰接在导向套上，所述的4个油缸的活塞杆端分别通过椎块与导向推臂的另一端配置，构成可调的上稳定器。按上述技术方案，所述四个油缸的活塞杆均与椎块的锥面相连接，其中，每对反向同步油缸中的每两个有杆腔相连接，每两个无杆腔通过液压锁分别与电磁换向阀相连接。按上述技术方案，在每个油缸内安设有能控制油缸位移的位移传感器，所述的位移传感器能将检测到的油缸位移数据反馈给测控系统。按上述技术方案，所述的柱塞泵为轴向柱塞泵，轴向柱塞泵包括斜盘、滑靴、柱塞、缸体、配油块，轴向柱塞泵安设在外壳与传动轴之间，柱塞泵的缸体通过花键与传动轴相连接。按上述技术方案，所述的电磁换向阀为三位四通电磁换向阀，中位机能为Y型。本专利技术的工作过程为本专利技术通过配套使用的MWD/LWD测得井斜角和方位角等參数，若井眼轨迹与预定的井斜角或方位发生偏差，井下测控系统中的微处理器将设定好的控制指令来修正井眼轨迹，微处理器发出指令控制三位四通电磁换向阀动作，液压油推动 油缸动作，油缸的活塞杆通过椎块推动导向推臂运动，油缸内的位移传感器将位移反馈给测控系统，活塞杆到达指定位置，电磁换向阀断电回到中位，油缸在液压锁的辅助下自锁。直到恢复预设定的井斜角和方位角。此时微处理器发出指令，油缸回到原位。同时，导向推臂相当于可控偏心上稳定器，实现定向偏心，钻具组合在钻压作用下，加强偏心效果，同时结合杠杆原理，执行机构将钻压作用下的偏心力通过下稳定器传递给钻头，以实现工具的近钻头旋转导向。与现有技术相比，本专利技术取得了明显的技术效果 I、本专利技术通过导向推臂与下稳定器相结合，结合杠杆原理，执行机构在钻压作用下的偏心力通过下稳定器传递给钻头，以实现工具的近钻头旋转导向。采用近钻头旋转的稳定器，使井眼轨迹更加平滑，提高了井眼轨道的控制精度及效率。2、采用带位移传感器的串联反向同步油缸，由一个液压泵驱动，大大筒化了液压系统，有利于工具的小型化。3、利用螺杆钻具旋转驱动轴向柱塞泵工作的技术效果为第一、避免利用电机驱动需要的涡轮发电系统；第二、避免了在导向套和传动轴上安装径向柱塞泵导致导向套跟转的问题；第三、采用轴向柱塞泵形式有效利用钻井工具的可用空间，轴向柱塞泵的排量大，活塞工作时响应快；第四、采用轴向柱塞泵，有利于工具的小型化。附图说明图I为本专利技术的一个实施例的结构图。图2为图I中液压系统示意图。图3为图I中轴向柱塞泵的结构图。其中1 一螺杆钻具；2—橡胶衬套；3—外壳；4ー轴向柱塞泵；5—柔性万向轴；6一导向套；7—上轴承；8—液压系统；9一测控系统；10—传动轴；11 一油缸；lla —油缸；IIb—油缸；IIcー油缸；IId—油缸；12 —导向推臂；13—推体；14一下轴承；15—承压轴承；16—稳定器；17—短节；18—钻头；19a—三位四通电磁换向阀；19b—三位四通电磁换向阀；20a —液压锁；20b—液压锁；21—单向阀；22—溢流阀；23—油箱；24_滑靴；25_斜盘；26-柱塞；27-缸体；28-花键；29-配油块。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术的实施例作进ー步说明。如图I所示，一种页岩气开发用导向钻井工具，包括螺杆钻具I、橡胶衬套2、柔性万向轴5、传动轴10、导向套6及套在螺杆钻具外的外壳3，螺杆钻具上端与钻铤连接，下端与柔性万向轴5连接，柔性万向轴5与传动轴10相连接，传动轴下端通过稳定器16与钻头18相连接，稳定器16通过短节17与钻头18连接，传动轴10和导向套6通过上轴承7和下轴承14连接形成可相对转动的结构，导向套6上安设有测控系统9、三位四通电磁换向阀19。导向套6的下端外周设置有与轴向方向平行的4个油缸，油缸11a、油缸lib、油缸11c、油缸Ild互成90°均布在导向套6上，每2个相隔180°的油缸构成一对反向同步油缸，形成两对反向同步油缸，在导向套上对应于4个油缸设有4个导向推臂12，所述的导向推臂12的一端铰接在导向套上，4个油缸的活塞杆端分别通过椎块与导向推臂的另一端配置，构成可调的上稳定器，其中活塞杆端与径向椎块相连接。如图2所示，液压系统8包括轴向柱塞泵4、三位四通电磁换向阀19、油缸11、液压锁20、单向阀21、溢流阀22及油箱23 ;测控系统9与三位四通电磁换向阀19控制连接，三位四通电磁换向阀19的中位机能为Y型；三位四通电磁换向阀为2个，分别为19a、19b，液压锁有2个，分别为20a，20b，所述液压锁分别由两个液控单向阀构成。其中油缸Ila的无杆腔通过液压锁20b与三位四通电磁换向阀19b连接，油缸Ila的有杆腔与油缸Ilc的 有杆腔相连接构成ー对反向同步油缸，油缸Ilc的无杆腔通过液压锁20b与三位四通电磁换向阀19b相连接,三位四通电磁换向阀19b通过单向阀与轴箱柱塞泵4相连接；油缸Ilb的无杆腔通过液压锁20a与电磁换向阀19a连接，油缸Ilb的有杆腔与油缸Ild的有杆腔相连接构成另ー对反向同步油缸，油缸Ild的无杆腔通过液压锁20a与三位四通电磁换向阀19本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种页岩气开发用导向钻井工具，包括螺杆钻具、传动轴、液压系统、导向套及套在螺杆钻具外的外壳，螺杆钻具上端与钻铤连接，螺杆钻具下端与传动轴连接，传动轴下端通过下稳定器与钻头相连接，外壳与导向套相连接，所述的导向套套装在传动轴外，导向套上端内腔安设有上轴承，下端内腔安设有下轴承，所述的液压系统包括柱塞泵、电磁换向阀，导向套上安设有测控系统、电磁换向阀，其特征在于在导向套的下端外周设置有与轴向方向平行的4个油缸，4个油缸互成90°均布在导向套上，每2个相隔180°的油缸构成一对反向同步油缸，形成两对反向同步油缸，在导向套上对应于4个油缸设有4个导向推臂，所述的导向推臂的一端铰接在导向套上，所述的4个油缸的活塞杆端分别通过椎块与导向推臂的另一端配置，构成可调的上稳定器。2.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：张策，胡鹏，吴刚，
申请(专利权)人：中国石油化工集团公司，中国石化集团江汉石油管理局石油机械研究院，
类型：发明
国别省市：