專利名稱：鉆井用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及到定向鉆井、井眼造斜專用器具，具體而言是一種鉆井用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向器。
背景技術(shù)：
滑動導(dǎo)向鉆井技術(shù)雖然仍在普遍應(yīng)用，但由于存在許多公知而又難以解決的問題，一些國外石油公司已投入大量資金和人員研制更先進(jìn)的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)，并且新產(chǎn)品正相繼投產(chǎn)應(yīng)用。例如，PHILIPS公司的井底旋轉(zhuǎn)閉環(huán)控制變徑穩(wěn)定器Tracks系統(tǒng)；美國sperry-sun公司的遙控變徑穩(wěn)定器AGS。都在大位移水平井施工中起了很好的作用，但因變徑穩(wěn)定系統(tǒng)只能對軌跡進(jìn)行兩維控制，只能控制井斜，不能控制方位，所以它不具有“導(dǎo)向”能力。又例如，BakerHughesINTEQ公司的帶地質(zhì)導(dǎo)向的井下閉環(huán)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)RCLS，屬于靜止式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)；英國Camco公司的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)SRD，屬于調(diào)節(jié)式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)；英國施盧默格控股有限公司的滑動套筒旋轉(zhuǎn)可轉(zhuǎn)向鉆井系統(tǒng)(專利號99127768.6)、液壓司服環(huán)路旋轉(zhuǎn)可轉(zhuǎn)向鉆井系統(tǒng)(專利號00104162.2)、自動控制的旋轉(zhuǎn)可控鉆井系統(tǒng)及方法(專利號99127889.5)等，實(shí)現(xiàn)了三維控制。國內(nèi)研制成功的舵板式鉆頭導(dǎo)向器(專利號96211800.1)、偏心穩(wěn)定器鉆井導(dǎo)向工具(專利號91210649)、井眼軌跡控制器(專利號96226289.6)等。有的可以用于定向和調(diào)整方位，但不能連續(xù)控制軌跡，都只能算是我國旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)發(fā)展的雛形。不論國外還是國內(nèi)的井底閉環(huán)控制旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)，都要有穩(wěn)定平臺、電子伺服機(jī)構(gòu)、油壓系統(tǒng)和井下微電腦等結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)先進(jìn)、價格昂貴的配套設(shè)備，目前只能用于大位移延伸井和高難度三維多目標(biāo)井，并且工具面只能在一定角度范圍內(nèi)控制；還由于受到蹩鉆、粘滑振動等鉆井工況影響，井底方向矢量不能精確控制，軌跡平滑程度差，大量的定向井、水平井不能應(yīng)用；還因一般造斜率都較低，不能直接用于從直井段開始定向造斜，只能用于大斜度穩(wěn)斜段軌跡的控制(微調(diào))。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種鉆井用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向器，使其結(jié)構(gòu)簡化，造價降低，適用范圍較廣，使用和維修方便，能與已有的鉆井測量系統(tǒng)(MWD)配套，即可以組成性能優(yōu)良的地面遙控旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)(RNDS)。
解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是鉆井用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向器由上殼體、下殼體、旋轉(zhuǎn)偏心體、凸輪控制機(jī)構(gòu)、壓力平衡活塞、壓力信號形成機(jī)構(gòu)和中心油浴低壓密封系統(tǒng)組成。其特征是上、下殼體采用API螺紋連接成一體，旋轉(zhuǎn)偏心體置于其連接處的外面。中心油浴低壓密封系統(tǒng)置于上、下殼體構(gòu)成的內(nèi)腔中。凸輪控制機(jī)構(gòu)置于內(nèi)腔中部，并且在旋轉(zhuǎn)偏心體的下方。壓力平衡活塞在凸輪控制機(jī)構(gòu)下方，套在中心管上，并能沿中心管上、下移動，以調(diào)節(jié)內(nèi)外壓力平衡。壓力信號形成機(jī)構(gòu)置于內(nèi)腔下部，在壓力平衡活塞的下方，其孔板裝在中心管下端內(nèi)腔，其蘑菇頭裝在下殼體下端內(nèi)腔。旋轉(zhuǎn)偏心體由外殼、鎖銷、上斜面體、下斜面體、制動爪和撥臂組成。其外殼上、下兩端通過軸承分別裝在上、下殼體上；其上斜面體和鎖銷都置于上、下殼體連接處的上方，其鎖銷徑向安裝在上殼體的下端部；每個下斜面體控制兩個制動爪，二者采用燕尾槽形或T形結(jié)構(gòu)聯(lián)接，都置于上、下殼體連接處的下方，其制動爪徑向安裝在旋轉(zhuǎn)偏心體的外殼上。凸輪控制機(jī)構(gòu)由凸輪、凸輪控制銷和軸承組成。其凸輪安裝固定在中心管上；其凸輪控制銷徑向安裝在下殼體上；其軸承有兩件，分別安裝在凸輪的上、下兩端。中心油浴低壓密封系統(tǒng)由中心管、回位彈簧、彈簧座、上活塞、下密封和上、下固定銷組成。中心管上端裝上活塞，上活塞以下裝回位彈簧和彈簧座，彈簧座通過固定銷固定到上殼體上；中心管下端裝下密封。中心管與上、下殼體之間形成環(huán)形空腔，上活塞以下至壓力平衡活塞以上的環(huán)形空腔內(nèi)充滿潤滑油，對其運(yùn)動部件油浴潤滑并實(shí)現(xiàn)低壓密封。
上述鉆井用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向器的旋轉(zhuǎn)偏心體的外殼外表面沿圓周均布4個翼片，其中相鄰兩個較寬的翼片都徑向安裝著制動爪。
上述鉆井用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向器的旋轉(zhuǎn)偏心體的制動爪里端為燕尾形或T形結(jié)構(gòu)。
上述鉆井用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向器的旋轉(zhuǎn)偏心體的斜面體為圓環(huán)形，其外表面是圓錐面，并有兩個與制動爪相配的燕尾槽或T形槽，兩槽相距90°。
上述鉆井用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向器的凸輪控制機(jī)構(gòu)的凸輪為圓柱體形，其外表面上有互相連通的軸向溝槽和斜向溝槽，這些溝槽的形狀都與凸輪控制銷的形狀相配。
上述鉆井用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向器的壓力信號形成機(jī)構(gòu)的孔板為圓環(huán)形，有與蘑菇頭相配的中心圓孔。
上述鉆井用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向器的壓力信號形成機(jī)構(gòu)的蘑菇頭為圓柱體形，其上端為圓錐形，尖端為球面，用下接頭將其固定在下殼體下端內(nèi)腔。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)對比，主要優(yōu)點(diǎn)是整體結(jié)構(gòu)簡化合理，全長只有3米，外殼一體化，結(jié)構(gòu)緊湊、強(qiáng)度高、裝拆方便；用旋轉(zhuǎn)偏心體作為導(dǎo)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)，用凸輪和凸輪控制銷作為控制機(jī)構(gòu)，用孔板和蘑菇頭作為壓力信號形成機(jī)構(gòu)，與地面測壓儀表配合，形成了一個簡單實(shí)用而又安全可靠的控制系統(tǒng)；用力壓平衡活塞實(shí)現(xiàn)低壓密封，克服了高壓密封技術(shù)難題，并使所有運(yùn)動部件都在油浴中潤滑，動作平穩(wěn)，使用壽命長。更重要的是不再需要穩(wěn)定平臺、電子伺服機(jī)構(gòu)、油壓系統(tǒng)和井下微電腦配套設(shè)備和專用測量系統(tǒng)，節(jié)省成本90％以上。通過啟停泥漿泵可以實(shí)現(xiàn)井下工作狀態(tài)即時快速操作，能對井身軌跡進(jìn)行連續(xù)精確控制。可以用于大位移延伸井，解決磨阻扭矩問題和全方位軌跡控制問題；可以用于易斜地層的垂直鉆井；可以實(shí)現(xiàn)近鉆頭井斜測量；能用于超薄油層的水平鉆井；也能在高難度三維多目標(biāo)井、定向井、水平井鉆井中廣泛推廣應(yīng)用。


附圖1是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)半剖示意圖。
附圖2是圖1的A-A斷面示意圖。
附圖3是圖1中凸輪12的放大示意圖。
附圖4是圖1中孔板和蘑菇頭結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖中，1是上活塞，2是上殼體，3是回位彈簧，4是彈簧座，5是鎖銷，6是上斜面體，7是偏心體外殼，8是中心管，9是下斜面體，10是制動爪，11是凸輪控制銷，12是凸輪，13是壓力平衡活塞，14是下殼體，15是孔板，16是蘑菇頭，17是下密封，18是軸承，19是撥臂，20是下接頭密封，21是下接頭。
具體實(shí)施方式
對照附圖說明一個實(shí)施例如圖1所示，鉆井用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向器由上殼體2、下殼體14、旋轉(zhuǎn)偏心體、凸輪控制機(jī)構(gòu)、壓力平衡活塞13、壓力信號形成機(jī)構(gòu)和中心油浴低壓密封系統(tǒng)組成。上殼體2和下殼體14采用API螺紋連接成一體，旋轉(zhuǎn)偏心體置于其連接處的外面。中心油浴低壓密封系統(tǒng)置于上、下殼體構(gòu)成的內(nèi)腔中。凸輪控制機(jī)構(gòu)置于內(nèi)腔中部，并且在旋轉(zhuǎn)偏心體的下方。壓力平衡活塞13在凸輪控制機(jī)構(gòu)下方，套在中心管8上，并能沿中心管8上、下移動。壓力信號形成機(jī)構(gòu)置于內(nèi)腔下部，在壓力平衡活塞13的下方。如圖4所示，其孔板15裝在中心管8下端內(nèi)腔，其蘑菇頭16裝在下殼體14的下端內(nèi)腔。由圖1和圖2可見，旋轉(zhuǎn)偏心體由外殼7、鎖銷5、上斜面體6、下斜面體9、制動爪10和撥臂19組成。其外殼7上、下兩端通過軸承分別裝在上、下殼體上；其上斜面體6和鎖銷5都置于上、下殼體連接處的上方，其鎖銷5徑向安裝在上殼體2的下端部；每個下斜面體9控制兩個制動爪10，二者采用燕尾槽形或T形結(jié)構(gòu)聯(lián)接，都置于上、下殼體連接處的下方，其制動爪10徑向安裝在旋轉(zhuǎn)偏心體的外殼7上。由圖1和圖3可見，凸輪控制機(jī)構(gòu)由凸輪12、凸輪控制銷11和軸承18組成。其凸輪12安裝固定在中心管8上；其凸輪控制銷11徑向安裝在下殼體14上；其軸承18有兩件，分別安裝在凸輪12的上、下兩端。由圖1可見，中心油浴低壓密封系統(tǒng)由中心管8、回位彈簧3、彈簧座4、上活塞1、下密封17和上、下固定銷組成。中心管8上端裝上活塞1，上活塞1以下裝回位彈簧3和彈簧座4，彈簧座4通過固定銷固定到上殼體2上；中心管8下端裝下密封17。中心管8與上、下殼體2、14之間形成環(huán)形空腔，上活塞1以下至壓力平衡活塞13以上的環(huán)形空腔B內(nèi)充滿潤滑油，對其運(yùn)動部件油浴潤滑。由于C腔通過D孔與外環(huán)腔相通，內(nèi)外壓力相同，活塞13上、下移動能自動調(diào)節(jié)B腔壓力與C腔平衡，從而實(shí)現(xiàn)低壓密封，G為鉆井液高壓腔。
由圖1和圖2可見，旋轉(zhuǎn)偏心體外殼7的外表面沿圓周均布4個翼片，其中相鄰兩個較寬的翼片上都徑向安裝著制動爪10，制動爪10里端為燕尾形。其斜面體9為圓環(huán)形，其外表面是圓錐面，并有兩個與制動爪10相配的燕尾槽，兩槽相距90°。
由圖1和圖3可見，凸輪控制機(jī)構(gòu)的凸輪12為圓柱體形，其外表面上有互相連通的軸向溝槽E和斜溝槽F，溝槽E和F的形狀都與凸輪控制銷11的形狀相配。
由圖1和圖4可見，壓力信號形成機(jī)構(gòu)的孔板15為圓環(huán)形，有與蘑菇頭16相配的中心圓孔。蘑菇頭16為圓柱體形，其上端為圓錐形，尖端為球面，用下接頭21和密封件20將其固定在下殼體14下端內(nèi)腔。
本導(dǎo)向器的使用操作過程是第一次開泵循環(huán)鉆井液，由于本導(dǎo)向器中心管8內(nèi)腔比外環(huán)腔的壓力高，使中心管8帶動撥臂19和斜面體6、9向下移動，制動爪10向外伸展，停泵時回位彈簧3使中心管8又向上移動回位。經(jīng)過再次開泵和停泵，并在凸輪機(jī)構(gòu)11、12的控制下，制動爪10在鉆井液的循環(huán)狀態(tài)下有兩種工作狀態(tài)，第一種工作狀態(tài)，制動爪10與外殼7的翼片齊平(如圖2所示)，第二種工作狀態(tài)制動爪10向外完全伸展(如圖1所示)。當(dāng)制動爪10向外完全伸展時，凸輪控制銷11在圖3中軸向槽E處，圖4中的孔板15處于最低位置，其中心圓孔被蘑菇頭16封堵住，地面立管壓力增加1.035～1.725MPa的壓力，通過這一壓力信號，在地面上可以即時了解制動爪10的工作狀態(tài)。當(dāng)制動爪10與外殼7的翼片齊平時(第一種工作狀態(tài))，凸輪控制銷11在圖3中斜向槽F處，上斜面體6使鎖銷5向外伸展，把外殼7和中心管8鎖定成一體，能同時旋轉(zhuǎn)或停轉(zhuǎn)，這時本導(dǎo)向器成為普通穩(wěn)定器，整個系統(tǒng)就是旋轉(zhuǎn)穩(wěn)斜結(jié)構(gòu)，此時也正是地面通過鉆具控制本導(dǎo)向器工具面位置的狀態(tài)(定向)。當(dāng)制動爪10向外完全伸展(第二種工作狀態(tài))時，上斜面體6下行，鎖銷5縮回去，外殼7與中心管8脫離開，這時外殼7就被伸出的制動爪10支撐在井壁上靜止不轉(zhuǎn)動，但它可以隨鉆頭的鉆進(jìn)下行而順井壁向下滑動。由于偏心作用和制動爪10的側(cè)向推力作用。使其下方的鉆頭對井壁產(chǎn)生側(cè)向力和偏角，從而使井眼軌跡改變方向。通過鉆井測量系統(tǒng)(MWD)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號，進(jìn)行地面定向控制和對軌跡進(jìn)行計算和預(yù)測，在不起下鉆的情況下，可以起到穩(wěn)斜、增斜、降斜和調(diào)整井斜方位的作用，從而實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向目的。
權(quán)利要求1.一種鉆井用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向器，由上殼體(2)、下殼體(14)、旋轉(zhuǎn)偏心體、凸輪控制機(jī)構(gòu)、壓力平衡活塞(13)、壓力信號形成機(jī)構(gòu)和中心油浴低壓密封系統(tǒng)組成，其特征是上、下殼體(2)和(14)采用API螺紋連接成一體，旋轉(zhuǎn)偏心體置于其連接處的外面，中心油浴低壓密封系統(tǒng)置于上、下殼體(2)和(14)構(gòu)成的內(nèi)腔中，凸輪控制機(jī)構(gòu)置于內(nèi)腔中部，并且在旋轉(zhuǎn)偏心體的下方，壓力平衡活塞(13)在凸輪控制機(jī)構(gòu)的下方，套在中心管(8)上，并能沿中心管(8)上、下移動，壓力信號形成機(jī)構(gòu)置于內(nèi)腔下部，在壓力平衡活塞(13)的下方，其孔板(15)裝在中心管(8)下端內(nèi)腔，其蘑菇頭(16)裝在下殼體(14)下端內(nèi)腔，旋轉(zhuǎn)偏心體由外殼(7)、鎖銷(5)、上斜面體(6)、下斜面體(9)、制動爪(10)和撥臂(19)組成，其外殼(7)上、下兩端通過軸承分別裝在上、下殼體(2)、(14)上，其上斜面體(6)和鎖銷(5)都置于上、下殼體連接處的上方，其鎖銷(5)徑向安裝在上殼體(2)的下端部，每個下斜面體(9)控制兩個制動爪(10)，二者采用燕尾槽形或T形結(jié)構(gòu)聯(lián)接，都置于上、下殼體連接處的下方，其制動爪(10)徑向安裝在旋轉(zhuǎn)偏心體的外殼(7)上，凸輪控制機(jī)構(gòu)由凸輪(12)、凸輪控制銷(11)和軸承(18)組成，其凸輪(12)安裝固定在中心管(8)上，其凸輪控制銷(11)徑向安裝在下殼體(14)上，其軸承(18)有兩件，分別安裝在凸輪(12)的上、下兩端，中心油浴低壓密封系統(tǒng)由中心管期(8)、回位彈簧(3)、彈簧座(4)、上活塞(1)、下密封(17)和上、下固定銷組成，中心管(8)上端裝上活塞(1)，上活塞(1)以下裝回位彈簧(3)和彈簧座(4)，彈簧座(4)通過固定銷固定到上殼體(2)上，中心管(8)下端裝下密封(17)，中心管(8)與上、下殼體(2)、(14)之間形成環(huán)形空腔，上活塞(1)以下至壓力平衡活塞(13)以上的環(huán)形空腔(B)內(nèi)充滿潤滑油。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆井用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向器，其特征是旋轉(zhuǎn)偏心體的外殼(7)外表面沿圓周均布4個翼片，其中相鄰兩個較寬的翼片上都徑向安裝著制動爪(10)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆井用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向器，其特征是旋轉(zhuǎn)偏心體的制動爪(10)里端為燕尾形或T形結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆井用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向器，其特征是旋轉(zhuǎn)偏心體的斜面體(9)為圓環(huán)形，其外表面是圓錐面，并有兩個與制動爪(10)相配的燕尾槽，兩槽相距90°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆井用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向器，其特征是凸輪控制機(jī)構(gòu)的凸輪(12)為圓柱體形，其外表面上有互相連通的軸向溝槽(E)和斜向溝槽(F)，溝槽(E)和(F)的形狀都與凸輪控制銷(11)的形狀相配。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆井用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向器，其特征是壓力信號形成機(jī)構(gòu)的孔板(15)為圓環(huán)形，有與蘑菇頭(16)相配的中心圓孔。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆井用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向器，其特征是壓力信號形成機(jī)構(gòu)的蘑菇頭(16)為圓柱體形，其上端為圓錐形，尖端為球面，用下接頭(21)和密封件(20)將其固定在下殼體(14)下端內(nèi)腔。
專利摘要本實(shí)用新型是一種鉆井用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向器，屬于定向鉆井、井眼造斜專用器具，解決了滑動導(dǎo)向鉆井技術(shù)存在的一些公知缺點(diǎn)。主要由上、下殼體、旋轉(zhuǎn)偏心體、凸輪控制機(jī)構(gòu)、壓力平衡活塞、壓力信號形成機(jī)構(gòu)和中心油浴低壓密封系統(tǒng)組成。上、下殼體連接成一體，連接處外面安裝旋轉(zhuǎn)偏心體，中心油浴密封系統(tǒng)置于殼體內(nèi)腔，旋轉(zhuǎn)偏心體以下是凸輪控制機(jī)構(gòu)、壓力平衡活塞和壓力信號形成機(jī)構(gòu)。結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便，工作可靠，不需復(fù)雜而昂貴的穩(wěn)定平臺、電子伺服機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)和井下微電腦，成本降低90％以上。能對井身軌跡進(jìn)行全方位連續(xù)精確控制，能實(shí)現(xiàn)近鉆頭井斜測量?？捎糜诖笪灰蒲由炀?、定向井、水平井、易斜地層垂直鉆井、超薄油層水平鉆井等。
文檔編號E21B7/04GK2545352SQ02214258
公開日2003年4月16日 申請日期2002年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月19日
發(fā)明者秦利民, 王振光, 魏文忠, 盛明仁, 都振川 申請人:勝利石油管理局鉆井工程技術(shù)公司