專利名稱：遙控式機液型井下降斜工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于直井、定向井鉆井過程中的井眼軌道控制裝置，尤其是一種利用重力信號傳感的機械液壓式降斜控制裝置。
在直井和定向鉆井過程中，需要對井眼軌道井斜角和方位角進(jìn)行控制?，F(xiàn)有的井眼軌道控制，一般有以下三種方法1、采用轉(zhuǎn)盤鉆鉆具組合，利用經(jīng)驗和力學(xué)分析，設(shè)計井底鉆具組合(BHA)，達(dá)到增斜、降斜和穩(wěn)斜的目的；或使用井下動力鉆具。這種轉(zhuǎn)盤鉆鉆具組合，降斜率較低，且機械鉆進(jìn)慢。例如用于直井降斜和鐘擺鉆具組合，實際上是一促以犧牲鉆壓換取質(zhì)量的消極方法，對日費較高的深井鉆井是不合適的。而采用井下動力鉆具，為滑動鉆進(jìn)方式，由于施工難度大以及對鉆井液凈化要求高等因素，導(dǎo)致建井周期長，增加了成本。
2、近年來國外發(fā)展的自動閉環(huán)控制鉆井系統(tǒng)。例如意大利Agip公司和美國Baker Hughes IntecQ公司聯(lián)合開發(fā)的垂直鉆井系統(tǒng)SDD。閉環(huán)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)是機電液一體的高技術(shù)產(chǎn)品，生產(chǎn)和使用成本均極高。這些方式還要求配備適當(dāng)?shù)臏y量儀器，如單點測斜儀、有線隨鉆測量儀等。
本實用新型的目的在于提供一種遙控式機液型井下降斜工具，可用于鉆直井和定向井，它無需使用井下動力鉆具而能用轉(zhuǎn)盤驅(qū)動定向鉆進(jìn)的井眼軌道控制工具，它能自動完成降斜控制，還能通過簡單的變換實現(xiàn)增斜和扭方位控制，它可省去測斜儀器，自動識別工具高邊并反饋給地面操作人員。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的一種遙控式機液型井下降斜工具，它由外部的套筒和內(nèi)部套合的本體組成，本體的中央為貫通孔，套筒和本體上設(shè)置有重力信號發(fā)生裝置、信號傳遞及執(zhí)行機構(gòu)；其中重力信號發(fā)生裝置的輸出端接信號傳遞及執(zhí)行機構(gòu)輸入。
所述的套筒和本體之間由離合機構(gòu)離合連接。
所述的本體上還設(shè)有狀態(tài)示位機構(gòu)。
所述的重力信號發(fā)生裝置為設(shè)置在套筒和本體之間的環(huán)形腔中的控制閥組，環(huán)形腔與本體上開設(shè)的導(dǎo)通孔連通，閥組由閥芯、復(fù)位彈簧構(gòu)成，閥組的腔體內(nèi)的閥芯下設(shè)置有一滾球。
所述的信號傳遞及執(zhí)行機構(gòu)包括信號傳遞部分和執(zhí)行機構(gòu)部分，其中信號傳遞部分為設(shè)置一組在套筒和本體之間環(huán)形腔中內(nèi)筒上的液壓油路，油路的輸入端接重力信號發(fā)生裝置的閥組輸出端，信號傳遞部分油路的輸出端接執(zhí)行機構(gòu)部分，執(zhí)行機構(gòu)部分設(shè)置在中部套筒上，由偏心塊、翼板和篩板組成，偏心塊的兩側(cè)設(shè)置翼板，翼板上設(shè)置篩板，偏心塊與翼板中間設(shè)置復(fù)位彈簧。
所述的離合機構(gòu)由與本體滑動斜面相貼合的離合活塞、復(fù)位彈簧、開設(shè)在套筒上的活塞卡槽組成。
所述的狀態(tài)示位機構(gòu)由芯體、芯體上的示位活塞組件、示位噴嘴、節(jié)流桿組成，其中狀態(tài)示位機構(gòu)芯體設(shè)置在本體上，活塞腔體分為有桿腔與無桿腔，有桿腔與無桿腔分別裝有復(fù)位彈簧和限位管，有桿腔與無桿腔的油路通過設(shè)置在本體上的環(huán)形通槽分別與本體上油路連通。
所述的套筒上設(shè)有補償油腔，在補償油腔內(nèi)設(shè)有浮動活塞及其彈簧、密封等組件，活塞的外側(cè)設(shè)有篩板，活塞的液壓油路與信號傳遞與執(zhí)行機構(gòu)的液壓系統(tǒng)油路相同。
本實用新型具有如下優(yōu)點1、本裝置接于近鉆頭處，相當(dāng)于在近鉆頭處施加一集中力，可以完成自動降斜、增斜或扭方位控制，可用于直井和定向井作業(yè)。
2、本裝置在鉆井中采用轉(zhuǎn)盤驅(qū)動方式，省去導(dǎo)向鉆具，簡化了組合部件，減少了發(fā)生井下事故的可能，同時提高機械鉆速。
3、本裝置能自動識別工具面高邊，并采用正脈沖反饋示位方式告知地面工作人員，示位可靠，可省去測斜儀器，節(jié)省了昂貴費用和測斜操作。
4、本裝置制造工藝簡單，成本低，易于推廣普及。
以下結(jié)合附圖和具體實施方案對本實用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。


圖1為本實用新型構(gòu)成總圖；圖2為
圖1A段結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為
圖1B段結(jié)構(gòu)示意圖。
參見
圖1-3，本實用新型為一種遙控式機液型井下降斜工具。它由外部的套筒10和內(nèi)部套合的本體1組成，本體1的中央為貫通孔，A套筒和本體1上設(shè)置有重力信號發(fā)生裝置、信號傳遞及執(zhí)行機構(gòu)；其中重力信號發(fā)生裝置的輸出端接信號傳遞及執(zhí)行機構(gòu)輸入。套筒10和本體1之間由離合機構(gòu)離合連接。本體1上還設(shè)有狀態(tài)示位機構(gòu)。
其中離合機構(gòu)由與本體1滑動斜面4相貼合的離合活塞6、復(fù)位彈簧7、開設(shè)在套筒2上的活塞卡槽5組成。它還包括擋板、節(jié)流活塞3及擋圈等。節(jié)流活塞3及主彈簧9裝在上部本體1內(nèi)，兩套離合活塞6、彈簧7裝在一個平面內(nèi)，相互相位角為180度。重力信號換向裝置為裝在環(huán)形套筒里的兩個控制閥組，環(huán)形套筒由聯(lián)接螺釘固定在套筒上。中部本體11和套筒之間為環(huán)形高壓油腔13，上部裝有環(huán)形套，橡膠墊和環(huán)形油塞，環(huán)形套由聯(lián)接螺釘固定在套筒上，環(huán)形油塞的內(nèi)外設(shè)有密封圈，在環(huán)形套和環(huán)形油塞中間裝幾個橡膠墊。環(huán)形套筒下有一圓環(huán)形空腔，與套筒之間構(gòu)成圓環(huán)形滾道腔，其內(nèi)有一定直徑的滾球15，在環(huán)形套筒一個平面內(nèi)有兩個柱塞孔，閥芯12裝于其內(nèi)，在閥芯12頂部用螺栓聯(lián)接一個圓板，其下裝有彈簧14。在環(huán)形套筒與控制閥體對應(yīng)的部分有一系列油口和油路。
信號傳遞與執(zhí)行機構(gòu)位于套筒10中部。其中重力信號發(fā)生裝置為設(shè)置在套筒10和本體1之間的環(huán)形腔中的控制閥組，環(huán)形腔與本體1上開設(shè)的導(dǎo)通孔8連通，閥組由閥芯12、復(fù)位彈簧14構(gòu)成，閥組的腔體內(nèi)的閥芯12下設(shè)置有一滾球15。信號傳遞及執(zhí)行機構(gòu)包括信號傳遞部分和執(zhí)行機構(gòu)部分，其中信號傳遞部分為設(shè)置一組在套筒10和本體1之間環(huán)形腔中內(nèi)筒上的一系列液壓油路，如油路D17、油路E19、油路F20、油路L16。整個油路的輸入端連接重力信號發(fā)生裝置的閥組輸出端，由重力信號發(fā)生裝置的閥組作為控制開關(guān)。傳遞部分的油路輸出端至執(zhí)行機構(gòu)部分，執(zhí)行機構(gòu)部分設(shè)置在中部套筒上，由偏心塊34、翼板33和篩板35組成，偏心塊34的兩側(cè)設(shè)置翼板33，翼板33上設(shè)置篩板35，偏心塊34與翼板33中間設(shè)置復(fù)位彈簧。
信號傳遞與執(zhí)行機構(gòu)還包括補償油腔，在補償油腔內(nèi)設(shè)有浮動活塞30及其彈簧31、密封等組件，活塞30的外側(cè)設(shè)有篩板29，活塞30的液壓油路E19與信號傳遞與執(zhí)行機構(gòu)的液壓系統(tǒng)油路相同。
狀態(tài)示位機構(gòu)裝在中本體1內(nèi)部柱孔內(nèi)，由扁形節(jié)流芯體28、示位活塞26等組件、示位噴嘴和兩個定位環(huán)32組成。節(jié)流芯體內(nèi)開設(shè)柱塞孔，示位活塞26和示位桿27用螺栓聯(lián)接，柱塞腔內(nèi)設(shè)置兩個彈簧、限位管，活塞腔分為有桿腔24和無桿腔25，活塞端部裝有中心鉆有通孔的端蓋，內(nèi)部設(shè)有密封，示位芯體上開有油路H23、油路G22，對應(yīng)油路H23、油路G22的末端端口在中部本體1上開有環(huán)形槽21，以便在旋轉(zhuǎn)時能夠與固定不轉(zhuǎn)的套筒10上油路G、油路D相通。
本裝置采用液壓油與鉆井液相隔離的油壓傳動系統(tǒng)，這樣滾球15在自由狀態(tài)下在重力作用下向井眼低邊下死點方向滾動并在下死點處不動，開泵后，低邊重力式方向控制閥閥芯12被滾球15擋住，環(huán)形油腔13的高壓油不能進(jìn)入，而高邊控制閥閥芯18下行，高壓進(jìn)油口打開，環(huán)形油腔13的高壓油通過高邊控制閥18、及相應(yīng)的液壓油路進(jìn)入偏心塊34油腔，推動偏心塊34徑向伸出，此時開動轉(zhuǎn)盤，本體1帶動鉆頭旋轉(zhuǎn)，同時偏心塊34頂壓井壁，迫使鉆頭偏向井眼一邊切削巖石，從而完成降斜作業(yè)。
下面進(jìn)一步詳細(xì)說明本裝置的原理及工作情況本裝置由本體部分和外套筒組件構(gòu)成，兩部分之間用軸承聯(lián)接，這樣在工作狀態(tài)下，本體1帶動鉆頭旋轉(zhuǎn)，套筒10組件不轉(zhuǎn)動?，F(xiàn)在定義外套筒上偏心塊34所在的平面為工具面，本裝置要求在工作狀態(tài)下工具面位于井斜平面(鉛垂平面)內(nèi)，而且偏心塊34應(yīng)位于井眼高邊位置，這樣偏心塊34始終頂住高邊井壁，確保鉆頭始終向井斜下邊方向鉆進(jìn)。但工具下井后，工具面不一定在井斜平面內(nèi)且位于井眼高邊處，故需要通過狀態(tài)示位機構(gòu)產(chǎn)生的反饋信號來判斷，然后由地面操作人員進(jìn)行調(diào)節(jié)，即扭動鉆桿。離合機構(gòu)的作用在于開泵工作時，本體1和套筒10組件分離，本體1轉(zhuǎn)動，外套筒10組件不動，當(dāng)停泵時，本體1和套筒10組件鎖定，然后通過扭動鉆桿來調(diào)節(jié)工具面。因此，本裝置有三種狀態(tài)1、工具面位于井斜平面內(nèi)，且偏心塊34處于井眼高邊，正常工作狀態(tài)此時開泵，高壓泥漿通過本體1上的中孔A及導(dǎo)通孔8推動環(huán)形油塞11，擠壓環(huán)形油腔高壓油；高邊控制閥18的閥芯12下行，高壓進(jìn)油口打開，環(huán)形油腔高壓油通過油路F20推動偏心塊34徑向伸出；閥芯12下油通過油路E19至低壓補償油腔，至泥漿環(huán)空，從而調(diào)節(jié)油路壓力；工具的低邊方向控制閥閥芯12下行，遇滾球15受阻且壓住滾球15，油路L不通，油路D相通；低邊控制閥閥芯12下油推動低邊低壓補償油腔，至泥漿環(huán)空；此狀態(tài)示位機構(gòu)動作高邊控制閥18打開，油路G相通；環(huán)形油腔高壓油通過油路G22示位活塞回縮；此時示位活塞節(jié)流桿27離開示位噴嘴，產(chǎn)生的壓降最小。
離合機構(gòu)根據(jù)操作要求，開泵，本體1和套筒10組件脫開，本體1帶動鉆頭轉(zhuǎn)動，套筒10組件不動；停泵，將本體1與套筒10組件鎖定。離合機構(gòu)有兩種工作狀態(tài)鎖定、釋放。由開泵、停泵，將本體1與套筒10組件鎖定或釋放。離合機構(gòu)中離合活塞6所在平面與偏心塊34平面成90度相位布置。
開泵前端的節(jié)流活塞3上產(chǎn)生壓力降，下行，離合活塞6在彈簧7作用下從卡槽5中回縮，本體1與套筒10組件釋放，離合活塞6沿節(jié)流活塞3斜面4滑動，節(jié)流活塞3壓縮主彈簧9至下行程，開泵時維持此狀態(tài)，離合活塞6受斜面4的約束不能外伸；停泵，節(jié)流活塞3上行，推動離合活塞6外伸，同時，操作人員稍扭動鉆桿，幫助離合活塞6末端伸入卡槽5，鎖定。
2、偏心塊34所在工具面位于井斜平面內(nèi)，但偏心塊34位于井眼低邊處。此時方向控制閥閥處于低邊處，閥處于高邊處，滾球15落于井眼低邊下死點。此時開泵，高邊控制閥18閥芯下行，打開，環(huán)形油腔13高壓油通過油路推動示位活塞26外伸；此時，示位活塞26深入噴嘴，至一定行程，由此產(chǎn)生的壓降最大。這時要停泵，離合機構(gòu)又處于鎖定狀態(tài)，扭動鉆桿調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)動180度左右，再次開泵，若此時地面立管壓力反饋的壓力降為最小(較狀態(tài)2下降1.8-2Mpa左右)，說明處于正常工作狀態(tài)。
3、當(dāng)偏心塊34所在工具面不在井斜平面內(nèi)，而滾球15在自由狀態(tài)下始終朝向下方運動，即在井斜平面(鉛垂平面)上井眼最低點處不動。此時開泵，兩邊控制閥閥芯12均下行到底，控制閥高壓油進(jìn)口打開。此時，示位活塞26有桿腔和無桿腔均接通高壓油，經(jīng)短暫的動態(tài)過程后，示位活塞26維持安裝時的位置，即示位活塞26上的節(jié)流桿27伸入示位噴嘴一定長度，產(chǎn)生較大壓降，說明不在正常工作狀態(tài)，這時可停泵，離合機構(gòu)將本體1和套筒10組件鎖定，工作人員扭動鉆桿進(jìn)行調(diào)節(jié)，再次開泵，離合裝置釋放，若此時地面立管反饋的壓力減到最小(較狀態(tài)3下降1.5Mpa左右)，表明工具面高邊已調(diào)節(jié)好，處于正常工作狀態(tài)，可開動轉(zhuǎn)盤，降斜鉆進(jìn)。
以上為本裝置的三種狀態(tài)，通過開泵、停泵操作，由狀態(tài)示位機構(gòu)在地面立管產(chǎn)生的反饋壓差的不同量值，地面工作人員可很容易地判斷工具面位置，然后在通過停泵，離合機構(gòu)鎖定，工作人員扭動鉆桿，最終可使偏心塊調(diào)整到井斜平面(鉛垂平面)內(nèi)，而且偏心塊處于井眼高邊位置，達(dá)到正常工作狀態(tài)為承受外套筒組件重量，以及起下鉆時防止井壁破壞外套筒組件，上、下部分本體結(jié)構(gòu)上在緊靠外套筒組件端面處有兩個臺階結(jié)構(gòu)，下本體臺階面為耐磨材料。
上述的井眼軌道控制裝置組成一根2.5m左右的短節(jié)，接在鉆柱近鉆頭處，如果與常規(guī)鐘擺組合結(jié)合，組成的降斜控制系統(tǒng)就可用于直井降斜作業(yè)。由于利用重力信號感知井斜角有較高的靈敏度，可用于井斜角較小的降斜場合。由于無需使用井下動力鉆具，而且在轉(zhuǎn)盤驅(qū)動方式下鉆進(jìn)，能夠在地層造斜力較大的高陡結(jié)構(gòu)中高效快速地完成垂直鉆井作業(yè)。
上述為本實用新型主要技術(shù)方案，但是依據(jù)該技術(shù)構(gòu)思，本裝置還可用于增斜，扭方位等作業(yè)。例如用于增斜時，將偏心塊置于同一平面內(nèi)的對側(cè)；用于扭方位時，將偏心塊位置旋轉(zhuǎn)90度，置于成90度角的平面內(nèi)，就可以完成相應(yīng)的作業(yè)，這些均應(yīng)屬于同一技術(shù)構(gòu)思下的變換，均屬本實用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種遙控式機液型井下降斜工具，其特征在于它由外部的套筒和內(nèi)部套合的本體組成，本體的中央為貫通孔，套筒和本體上設(shè)置有重力信號發(fā)生裝置、信號傳遞及執(zhí)行機構(gòu)；其中重力信號發(fā)生裝置的輸出端接信號傳遞及執(zhí)行機構(gòu)輸入。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遙控式機液型井下降斜工具，其特征在于所述的套筒和本體之間由離合機構(gòu)離合連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遙控式機液型井下降斜工具，其特征在于所述的本體上還設(shè)有狀態(tài)示位機構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遙控式機液型井下降斜工具，其特征在于所述的重力信號發(fā)生裝置為設(shè)置在套筒和本體之間的環(huán)形腔中的控制閥組，環(huán)形腔與本體上開設(shè)的導(dǎo)通孔連通，閥組由閥芯、復(fù)位彈簧構(gòu)成，閥組的腔體內(nèi)的閥芯下設(shè)置有一滾球。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遙控式機液型井下降斜工具，其特征在于所述的信號傳遞及執(zhí)行機構(gòu)包括信號傳遞部分和執(zhí)行機構(gòu)部分，其中信號傳遞部分為設(shè)置一組在套筒和本體之間環(huán)形腔中內(nèi)筒上的液壓油路，油路的輸入端接重力信號發(fā)生裝置的閥組輸出端，信號傳遞部分油路的輸出端接執(zhí)行機構(gòu)部分，執(zhí)行機構(gòu)部分設(shè)置在中部套筒上，由偏心塊、翼板和篩板組成，偏心塊的兩側(cè)設(shè)置翼板，翼板上設(shè)置篩板，偏心塊與翼板中間設(shè)置復(fù)位彈簧。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的遙控式機液型井下降斜工具，其特征在于所述的離合機構(gòu)由與本體滑動斜面相貼合的離合活塞、復(fù)位彈簧、開設(shè)在套筒上的活塞卡槽組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的遙控式機液型井下降斜工具，其特征在于所述的狀態(tài)示位機構(gòu)由芯體、芯體上的示位活塞組件、示位噴嘴、節(jié)流桿組成，其中狀態(tài)示位機構(gòu)芯體設(shè)置在本體上，活塞腔體分為有桿腔與無桿腔，有桿腔與無桿腔分別裝有復(fù)位彈簧和限位管，有桿腔與無桿腔的油路通過設(shè)置在本體上的環(huán)形通槽分別與本體上油路連通。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的遙控式機液型井下降斜工具，其特征在于所述的套筒上設(shè)有補償油腔，在補償油腔內(nèi)設(shè)有浮動活塞及其彈簧、密封等組件，活塞的外側(cè)設(shè)有篩板，活塞的液壓油路與信號傳遞與執(zhí)行機構(gòu)的液壓系統(tǒng)油路相同。
專利摘要一種遙控式機液型井下降斜工具,它由離合裝置、重力式換向裝置、信號傳遞和執(zhí)行機構(gòu)以及狀態(tài)示位機構(gòu)等組成。它主要有本體和通過軸承聯(lián)接的外套筒組件兩大部分構(gòu)成,在工作狀態(tài)下,本體帶動鉆頭旋轉(zhuǎn),外套筒組件不旋轉(zhuǎn),外套筒上的偏心塊始終頂住井壁一側(cè),從而使鉆頭偏向井眼一邊,可以完成降斜、增斜和扭方位等作業(yè)。本裝置能自動識別工具面高邊并反饋給地面工作人員,無需使用井下動力鉆具,同時可省去檢測儀器,減小起下鉆次數(shù),縮短了鉆井時間,使用轉(zhuǎn)盤鉆進(jìn)方式,提高了機械鉆速,從而降低了鉆井成本。
文檔編號E21B7/04GK2431390SQ0023815
公開日2001年5月23日 申請日期2000年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月3日
發(fā)明者蘇義腦, 劉英輝 申請人:石油勘探開發(fā)科學(xué)研究院鉆井工藝研究所