专利名称：控制随钻扩眼时钻柱横向振动的方法
技术领域：
本发明涉及石油天然气钻井技术领域，特别涉及控制和监测随钻扩眼过程中产生的横向振动，是一种控制随钻扩眼时钻柱横向振动的方法。
背景技术：
随钻扩眼施工所用钻具主要是领眼钻头和随钻扩眼器，二者之间由领眼钻柱相连。扩眼过程常常伴随剧烈的横向振动，横向振动一旦开始就很难终止。这种横向振动难以从地面装置监测和控制。近些年来，研究人员才开始从优化结构的角度提出减小横向振动的方法。与随钻扩眼钻柱横向振动相关的研究成果主要集中在对领眼钻柱横向振动的测试和理论计算，只有少数研究者提出消除横向振动的方法。Jones等人指出，过度的横向振动，钻柱粘滑常常伴随扩眼过程。Algu等人通过室内试验证实，随钻扩眼过程中扩眼器会因剧烈横向振动而损坏。Thomson等人改进了 PDC钻头和扩眼器的布齿方法，使二者更好的相互匹配，试验表明，经过优化布齿的扩眼钻具组合横向振动幅度减小，机械钻速显著提高。目前，对扩眼过程中钻柱横向振动的监测和控制两个过程是相互独立的。监测过程能通过在扩眼器上方或下方安装测量仪器来实现，而控制横向振动的方法则主要是改变钻具局部结构，或在钻柱中增加稳定器。监测获得横向振动情况固然重要，然而测得数据却不能及时用于指导钻进过程；常规控制横向振动的方法只针对特定结构的扩眼钻具，不具通用性；且不能及时了解钻柱的工作状态。中国专利公告号CN1401878，提供了一种“自动垂直钻具”。其技术方案是发电机、测量装置、控制装置均置于内外管间的环状腔体中，钻具的上下端分别与钻杆、钻头相连；钻具被置于地表层之下。发电机转子安装在内管的外壁上；定子通过机壳固定在外管的内壁上。由三个磁悬浮式呈正交型配置的加速计构成的测斜仪安装在井下发电机的下方。由液压传感器、放大滤波电路构成的测深装置与钻头相邻。由数据采集、信号放大滤波电路等组成的电子控制装置与发电机输出端相连；由液压泵、电磁压力比例阀等组成液压控制装置位于电子舱的下方；液压泵与内管相连接。它能自动测斜、纠斜；适用于钻探行业。中国专利公告号CN2431393，提供了一种“机电液一体化自动垂直钻井工具”。能够在井斜时，进行自动探测倾斜情况，并使钻头上自动产生一个附加的降斜力。
发明内容
本发明的目的是提供一种控制随钻扩眼时钻柱横向振动的方法及其控制装置，将随钻扩眼钻柱横向振动监测与控制有效结合，通过井下闭环系统实现领眼钻柱的有效扶正，提高扩眼过程的稳定性，保护扩眼器和领眼钻头，并提高机械钻速。本发明采用的技术方案是控制随钻扩眼时钻柱横向振动的方法，其特征在于步骤I :将领眼钻头4螺纹连接在横向振动控制短节的下端，在横向振动控制短节的上端连接随钻扩眼器，在随钻扩眼器的上端连接测传短节，测传短节的上端连接钻井管柱；将带有测传短节、随钻扩眼器、横向振动控制短节和领眼钻头的扩眼钻柱下入井底；步骤2 :旋转钻柱开始扩眼钻井，测传短节中置有监测横向振动加速度的元件，测传短节测得加速度后将其转换为数字信号，信号传递给脉冲发生器并被转换为脉冲信号，随后脉冲发生器采用泥浆脉冲形式向横向振动控制短节传递信号。步骤3 :横向振动控制短节主要由 泥浆脉冲信号接收器、井下微处理器、电磁阀、液压泵和扶正总成组成。信号接收器接收脉冲信号，经转换后输入井下微处理器。井下微处理器进行逻辑运算和判断，根据横向振动剧烈程度调整电磁阀的开度。步骤4 :当随钻扩眼钻柱横向振动较平缓时(横向加速度绝对值不超过O. Ig)，井下微处理器分析接收到的数据，经逻辑运算，得到结果不改变电磁阀的状态(电磁阀为常开阀)，维持全开状态。此时，液压泵的转子由钻柱带动旋转，液压油经扶正总成的液压油路、电磁阀后进入心轴和扶正套所形成的环形空间并最终流回液压泵的入口，如此循环往复。液压油虽然流经扶正总成的液压缸，但并不会对缸中的活塞施加液压力。扶正肋板在弹簧作用下收缩入本体内，与井壁相脱离。这时，中心轴呈横向自由状态。步骤5 :当扩眼至特定位置，钻柱发生了较严重的横向振动(横向加速度绝对值大于O. Ig)，井下微处理器接收信息并经逻辑判断后发出控制信号，使电磁阀的开度减小。此时循环流动的液压油流动阻力增大，故而油压升高，作用于扶正总成液压缸的活塞上的液压力也随之增大。当液压力大于弹簧反力时，活塞被推出。扶正肋板随活塞运动而张开，沿扶正套径向向外伸出并支撑在井壁上，中心轴被有效扶正，领眼钻柱获得了稳固的支撑，从而降低其横向振动的剧烈程度。随钻扩眼器2和领眼钻头的横向振动也将获得有效控制。步骤6 :在扩眼钻进过程中，循环执行步骤4和步骤5。所述的测传短节主要由外壳、脉冲发生器、压板、接线柱、双向加速度计、排线和电池组成，测传短节为圆柱体形有中心孔，测传短节的上端和下端分别加工石油钻杆标准螺纹，使得测传短节可与钻杆相连。在测传短节中部外壁上有2 5个径向矩形槽。其中一个径向矩形槽中安装双向加速度计，其它每个径向矩形槽中固定有一个电池。径向矩形槽之间有连通槽，连通槽中布置排线，排线包括传输电力线和传输信号线。在径向矩形槽上的上部有盖板，通过螺栓将盖板固定在壳体上。盖板与外壳之间设有密封垫，以保证良好的密封效果。在外壳中心孔内加工一个环形台阶。圆盘形的分流盘固定在外壳中心孔的环形台阶上；分流盘分流盘有中心孔，中心孔的周围均匀分布有六个分流孔；脉冲发生器的上端固定在分流盘中心内。安装有双向加速度计的径向矩形槽底部侧面加工一圆孔，在圆孔内固定有接线柱。接线柱的内端通过导线连接脉冲发生器，接线柱的外端通过导线连双向加速度计。所述的双向加速度计可采用现有的双向重力加速度计即可，比如可选用美国Entran的EGA系列加速度计。所述的脉冲发生器发出的脉冲信号既向地面监测工作站发送，也向横向振动控制短节的井下微处理器发送。所述的横向振动控制短节主要由心轴、上端轴承盖、扶正套、执行电池、井下微处理器、电磁阀、盖板和扶正总成组成；心轴为圆柱体,加工有中心孔；在心轴的顶端加工钻具螺纹，与随钻扩眼器相配合；心轴的下端也加工标准钻杆螺纹，与领眼钻头相配合。
在心轴底端的外壁上加工向上的环形台阶，在心轴上套装环形套，环形套的下端面在环形台阶的上端面向接触；环形套的外径与心轴的外径相同。在环形套的上端安装止推轴承，止推轴承套在心轴的外壁上；在心轴的外壁上套有圆筒形的扶正套；扶正套的下端在心轴外壁上并且环形套和止推轴承在扶正套内部；在扶正套的顶部通过螺钉固定有一个环形的上端轴承盖，上端轴承盖套装于心轴的外壁；在心轴与扶正套之间安装止推轴承，上端轴承盖的下端面压装在止推轴承的上端面上；扶正套可绕心轴自由转动。扶正套上部外壁沿轴向均布三个矩形槽，矩形槽宽度60mm。每个矩形槽沿轴向自上而下分成三个短槽，相邻两个短槽之间由沟槽连通；在上述三个短槽中，最上部短槽中固定有执行电池，中部短槽中固定有信号接收器和井下微处理器，下部短槽中固定有电磁阀。信号接收器和井下微处理器和电磁阀分别通过导线与执行电池相连。
安装有执行电池的短槽和安装有信号接收器和井下微处理器的短槽由盖板覆盖并使用螺栓将盖板18固定在扶正套上，盖板与扶正套之间设置密封垫以保证良好密封效果。安装电磁阀的短槽也由盖板覆盖并使用螺栓将盖板固定在扶正套上。在扶正套的外壁套装扶正总成。扶正总成主要由扶正肋板、液压缸和液压泵组成。在扶正套下部外壁上钻有圆形槽孔，两个圆形槽孔为一组，两个圆形槽孔轴向相对，两个圆形槽孔之间的距离在180 300mm之间；在扶正套下部外壁上均匀分布三组圆形槽孔；每个圆形槽孔内固定一个液压缸；在每一组圆形槽孔的外部沿轴向固定有一个弓形的扶正肋板，扶正肋板的两端嵌在凹槽内，凹槽上固定有固定板，固定板内侧与扶正肋板端部之间有压缩弹簧；压缩弹簧的作用是使沿扶正套向外扩张后能及时复位。液压缸的活塞与扶正肋板内侧相连。液压缸的活塞在液压作用下推动扶正肋板向外扩张；同时安装于扶正肋板两端的压缩弹簧将被压缩，存储弹性势能。液压缸的活塞所受液压力减小到一定程度后，压缩弹簧释放弹性能，将扶正肋板推回原位；同时液压缸的活塞复位。液压泵安装在扶正套下端内，液压泵由转子和定子组成。转子与心轴之间通过销钉固定，液压泵的转子能随心轴旋转。液压泵的定子与扶正套内壁之间通螺栓固定。心轴旋转时，液压泵的定子与液压泵的转子之间产生相对运动。液压泵的出口有三条液压通路，分别与三个电磁阀相连通。液压泵出口的三条液压通路为长圆孔；在固定液压缸的圆形槽孔的底部有小孔，小孔分别与液压通路相连通。电磁阀呈全开状态时，液压泵排出的液压油流经电磁阀后进入心轴与扶正套之间的环形间隙，循环后回流入液压泵的入口，因而液压油不会被增压。电磁阀开度减小后，液压泵排出的液压油流所受阻力增大，故而压力升高，当作用于液压缸活塞上的液压力足以克服弹簧反力时，液压缸的活塞将沿径向伸出并外推扶正肋板，扶正肋板向外张开，紧贴在井壁上，实现领眼钻柱的有效扶正。所述的信号接收器用于接收测传短节发送泥浆脉冲的信号，并将其转换后输入井下微处理器。所述的井下微处理器必须具有数据存储和逻辑运算能力。考虑到井下微处理器处理信息量并不大，运算速率要求并不太高，但在工作可靠性、几何尺寸、功率损耗等方面的要求非常高，综合考虑，可以采用Motorola公司的MC68HC11系列单片机。然后根据预装程序的大小、各接口的输入输出信号类型等选择具体型号，比如选用MC68HC11G5。该处理器包括内存EPROM 16kb，RAM 512b，4PWM输出，四路脉冲输入捕捉端口，WDOG实时检测。16kEPROM可用来存放预装程序，RAM用来存放常用参数，PWM输出端口用以发送控制电磁阀的电压脉冲输出信号。脉冲输入捕捉端口可用来接受脉冲发生器发送来的脉冲信号。 所述的液压泵为偏心泵，液压泵的转子与心轴外壁由销钉固定，液压泵的定子与扶正套由螺栓固定。所述的止推轴承可选用现有技术的推力球轴承。所述的液压油经心轴的避免与钻井液进行换热，勿需专门冷却。简述横向振动控制短节3的安装过程，参阅图3。内部为心轴12，外部为扶正套14。安装时将心轴12自扶正套14下端推入，逐渐向上推，至心轴12的端部露出后将止推轴承套在心轴12上并适当向下推挤，之后将上端轴承盖13套装于心轴12上，自上而下推挤，使止推轴承定位。上端轴承盖13使用螺栓与扶正套固联。简述控制随钻扩眼钻柱横向振动装置的工作原理，参阅图I。需要进行随钻扩眼作业时，将该装置按步骤I连接，测传短节I安装于随钻扩眼器2正上方约Im处，横向振动控制短节3紧靠随钻扩眼器2，安装于下方，装配完成后再将领眼钻头4及其他钻具如稳定器、短钻铤等连接到钻具组合中，装配完成后将整套装置下入井底开始正常作业。参阅图2。随钻扩眼钻柱横向振动较小时，测传短节I正常工作，将采集的信息传输到地面和井底，井下微处理器16分析接收的数据，经逻辑运算，得到结果不需启动电磁阀17。则扶正总成不动作。液压泵21的转子由钻柱带动旋转，液压油在心轴12与扶正套14的环形空间中循环。当扩眼至特定位置，随钻扩眼钻柱发生了较严重的横向振动，测传短节I将横向振动信息传输给井下微处理器16，井下微处理器运算后得到结果需启动电磁阀17，则向电磁阀17发出指令。电磁阀17换位，本来泵入环形空间的液压油转向进入扶正总成的液压缸20，活塞在液压油推动下沿扶正套14径向向外伸出，扶正肋板19张开，支撑在井壁上。此时领眼钻柱获得了稳固的支撑，其横向振动幅度将大为降低。随钻扩眼器2和领眼钻头4的横向振动也获得有效控制。本发明的有益效果本发明提出一种控制随钻扩眼时钻柱横向振动的方法和控制装置，适用于石油天然气钻井的随钻扩眼作业，其优势在于(1)将随钻扩眼钻柱横向振动监测与控制相结合，既能实时了解钻柱横向振动情况，又能实现横向振动的井下闭环控制；
(2)只需选配合适的接头，即可将该装置用于各种类型的扩眼器；(3)井下闭环系统可根据横向振动情况适时调整工作状态，将横向振动控制在合理范围内，提高扩眼作业的稳定性。
图I是本发明控制随钻扩眼时钻柱横向振动的装置用于扩眼钻进过程的示意图。图2是测传短节I结构示意图。图3是横向振动控制短节3结构示意图。图中，I-测传短节，2-随钻扩眼器，3-横向振动控制短节，4-领眼钻头，5-外壳，6-脉冲发生器，7-压板，8-接线柱，9-双向加速度计，10-排线，11-电池，12-心轴，13-上端轴承盖，14-扶正套，15-执行电池，16-井下微处理器，17-电磁阀，18-盖板，19-扶正肋板，20-液压缸，21-液压泵，22-止推轴承，23-环形套。
具体实施方式
实施例I :以一个控制随钻扩眼时钻柱横向振动的方法和控制装置为例，对本发明作进一步详细说明。
本发明的一个实施例提供的控制随钻扩眼时钻柱横向振动的方法，包括以下步骤参阅图I。步骤I :安装随钻扩眼工具串，自下而上依次连接领眼钻头4、横向振动控制短节
3、随钻扩眼器2和测传短节I。测传短节I的上方连接钻杆或其他钻具。钻具连接完成后下入井底。步骤2 :按钻井设计方案钻至需扩眼层位后缓慢开启扩眼器刀翼，待刀翼完全张开后进行随钻扩眼作业。测传短节I实时监测钻柱横向振动的加速度，并将测得信号发送给脉冲发生器。由脉冲发生器6采用泥浆脉冲形式向横向振动控制短节3传递信号。泥浆脉冲同时向地面工作站发送信号。步骤3 :电磁阀17为常开阀。横向振动控制短节3接收泥浆脉冲信号，经转换后输入井下微处理器16。井下微处理器16进行逻辑运算和判断，根据横向振动剧烈程度调整电磁阀17的开度。步骤4 :测得钻柱横向加速度绝对值不超过O. Ig时，电磁阀17的状态维持全开状态。扶正肋板19在弹簧作用下收缩入本体内，与井壁相脱离。中心轴12呈横向自由状态。步骤5 :当扩眼至特定位置，钻柱发生较严重的横向振动时，横向加速度绝对值大于O. lg，井下微处理器发出指令调小电磁阀17的开度，则扶正肋板19则液压作用下张开，沿扶正套14径向向外伸出并支撑在井壁上，中心轴12被有效扶正,从而降低其横向振动的剧烈程度。随钻扩眼器2和领眼钻头4的横向振动也将获得有效控制。步骤6 :在扩眼钻进过程中，循环执行步骤4和步骤5。本发明的另一个实施例是实现随钻扩眼钻柱横向振动的装置，主要由领眼钻头4、横向振动控制短节3、随钻扩眼器2和测传短节I组成。其中，领眼钻头和随钻扩眼器可采用现有技术的钻头和扩眼器，而测传短节和横向振动控制短节需独立设计，现将这两个部件的结构组成及工作原理阐述如下参阅图2，测传短节I主要由外壳5、脉冲发生器6、压板7、接线柱8、双向加速度计
9、排线10和电池11组成。测传短节I的上端和下端分别加工石油钻杆标准螺纹，使得测传短节I可与钻杆相连。在测传短节I中部外壁上有四个径向矩形槽，宽度约50mm。其中一个径向矩形槽中安装双向加速度计9,其它每个径向矩形槽中固定有一个电池11。径向矩形槽之间有连通槽，连通槽中布置排线10，排线10包括传输电力线和传输信号线。在径向矩形槽上的上部有盖板7，通过螺栓将盖板7固定在壳体5上。盖板7与外壳5之间设有密封垫。在外壳5中心孔内加工一个环形台阶。圆盘形的分流盘固定在外壳5中心孔的环形台阶上；分流盘分流盘有中心孔，中心孔的周围均匀分布有六个分流孔；脉冲发生器6的上端固定在分流盘中心内。安装有双向加速度计9的径向矩形槽底部侧面加工一圆孔，在圆孔内固定有接线柱8。接线柱8的内端通过导线连接脉冲发生器6，接线柱8的外端通过导线与双向加速度计9相连。参阅图3，横向振动控制短节3主要由心轴12、上端轴承盖13、扶正套14、执行电池15、井下微处理器16、电磁阀17、盖板18和扶正总成组成；心轴12为圆柱体，加工有中心孔；在心轴12的顶端加工钻具螺纹，与随钻扩眼器2相配合；心轴12的下端也加工标准钻杆螺纹，与领眼钻头4相配合。在心轴12底端的外壁上加工向上的环形台阶，在心轴12上套装环形套23，环形套23的下端面在环形台阶的上端面向接触；环形套23的外径与心轴12的外径相同。在环形套23的上端安装止推轴承22，止推轴承22套在心轴12的外壁上；在心轴12的外壁上套有圆筒形的扶正套14 ;扶正套14的下端在心轴12外壁上并且环形套23和止推轴承22在扶正套14内部；在扶正套14的顶部通过螺钉 固定有一个环形的上端轴承盖13，上端轴承盖13套装于心轴12的外壁；在心轴12与扶正套14之间安装止推轴承22，上端轴承盖13的下端面压装在止推轴承22的上端面上；扶正套14可绕心轴12自由转动。扶正套14上部外壁沿轴向均布三个矩形槽，矩形槽宽度60mm。每个矩形槽沿轴向自上而下分成三个短槽，相邻两个短槽之间由沟槽连通；在上述三个短槽中，最上部短槽中固定有执行电池15，中部短槽中固定有信号接收器和井下微处理器16，下部短槽中固定有电磁阀17。信号接收器和井下微处理器16和电磁阀17分别通过导线与执行电池15相连。安装有执行电池15的短槽和安装有信号接收器和井下微处理器16的短槽由盖板18覆盖并使用螺栓将盖板18固定在扶正套14上，盖板18与扶正套14之间设置密封垫以保证良好密封效果。安装电磁阀17的短槽也由盖板18覆盖并使用螺栓将盖板18固定在扶正套14上。在扶正套14的外壁套装扶正总成。扶正总成主要由扶正肋板19、液压缸20和液压泵21组成。在扶正套14下部外壁上钻有圆形槽孔，两个圆形槽孔为一组，两个圆形槽孔轴向相对，两个圆形槽孔之间的距离200mm ;在扶正套14下部外壁上均匀分布三组圆形槽孔；每个圆形槽孔内固定一个液压缸20;在每一组圆形槽孔的外部沿轴向固定有一个弓形的扶正肋板19，扶正肋板19的两端嵌在凹槽内，凹槽上固定有固定板，固定板内侧与扶正肋板19端部之间有压缩弹簧。液压缸20的活塞与扶正肋板19内侧相连。液压缸20的活塞在液压作用下推动扶正肋板19向外扩张；同时安装于扶正肋板19两端的压缩弹簧将被压缩，存储弹性势能。液压缸20的活塞所受液压力减小到一定程度后，压缩弹簧释放弹性能，将扶正肋板19推回原位；同时液压缸20的活塞复位。液压泵21安装在扶正套14下端内，液压泵21由转子和定子组成。转子与心轴12之间通过销钉固定，液压泵21的转子能随心轴12旋转。液压泵21的定子与扶正套14内壁之间通螺栓固定。心轴旋转时，液压泵21的定子与液压泵21的转子之间产生相对运动。液压泵21的出口有三条液压通路，分别与三个电磁阀17相连通。液压泵21出口的三条液压通路为长圆孔；在固定液压缸20的圆形槽孔的底部有小孔，小孔分别与液压通路相连通。电磁阀17呈全开状态时，液压泵21排出的液压油流经电磁阀17后进入心轴12与扶正套14之间的环形间隙，循环后回流入液压泵21的入口，因而液压油不会被增压。电磁阀17开度减小后，液压泵21排出的液压油流所受阻力增大，故而压力升高，当作用于液压缸活塞上的液压力足以克服弹簧反力时，液压缸20的活塞将沿径向伸出并外推扶正肋板19，扶正肋板19向外张开，紧贴在井壁上，实现领眼钻柱的有效扶正。
权利要求
1.一种控制随钻扩眼时钻柱横向振动的方法，其特征在于 步骤I :将领眼钻头(4)螺纹连接在横向振动控制短节(3)的下端，在横向振动控制短节(3)的上端连接随钻扩眼器(2)，在随钻扩眼器(2)的上端连接测传短节(I)，测传短节(I)的上端连接钻井管柱；将带有测传短节(I)、随钻扩眼器(2)、横向振动控制短节(3)和领眼钻头(4)的扩眼钻柱下入井底； 步骤2:旋转钻柱开始扩眼钻井，测传短节(I)中置有监测横向振动加速度的元件，测传短节(I)测得加速度后将其转换为数字信号，信号传递给脉冲发生器(6)并被转换为脉冲信号，随后脉冲发生器(6)采用泥浆脉冲形式向横向振动控制短节(3)传递信号； 步骤3:横向振动控制短节(3)主要由泥浆脉冲信号接收器、井下微处理器(16)、电磁阀(17)、液压泵(21)和扶正总成组成；信号接收器接收脉冲信号，经转换后输入井下微处理器(16);井下微处理器(16)进行逻辑运算和判断，根据横向振动剧烈程度调整电磁阀(17)的开度； 步骤4 :当随钻扩眼钻柱横向振动较平缓时，即横向加速度绝对值不超过O. Ig时，井下微处理器(16)分析接收到的数据，经逻辑运算，得到结果不改变电磁阀(17)的常开状态，维持全开状态；此时，液压泵(21)的转子由钻柱带动旋转，液压油经扶正总成的液压油路、电磁阀(17)后进入心轴(12)和扶正套(14)所形成的环形空间并最终流回液压泵(21)的入口，如此循环往复；液压油虽然流经扶正总成的液压缸(20)，但并不会对缸中的活塞施加液压力；扶正肋板(19)在弹簧作用下收缩入本体内，与井壁相脱离；此时，中心轴(12)呈横向自由状态； 步骤5 :当扩眼至特定位置，钻柱发生了较严重的横向振动，即横向加速度绝对值大于O. Ig时，井下微处理器接收信息并经逻辑判断后发出控制信号，使电磁阀(17)的开度减小；此时循环流动的液压油流动阻力增大，故而油压升高，作用于扶正总成液压缸(20)的活塞上的液压力也随之增大；当液压力大于弹簧反力时，活塞被推出；扶正肋板(19)随活塞运动而张开，沿扶正套(14)径向向外伸出并支撑在井壁上，中心轴(12)被有效扶正，领眼钻柱获得了稳固的支撑，从而降低其横向振动的剧烈程度；随钻扩眼器⑵和领眼钻头(4)的横向振动也将获得有效控制； 步骤6 :在扩眼钻进过程中，循环执行步骤4和步骤5。
2.根据权利要求I所述的控制随钻扩眼时钻柱横向振动的方法，其特征在于所述的测传短节(I)主要由外壳(5)、脉冲发生器(6)、压板(7)、接线柱(8)、双向加速度计(9)、排线(10)和电池(11)组成；测传短节(I)为圆柱体，设有中心孔；测传短节(I)的上端和下端分别加工有石油钻杆标准螺纹，使得测传短节(I)能连接管柱上；在测传短节(I)中部外壁上有2 5个径向矩形槽；一个径向矩形槽中固定有双向加速度计(9)，其它每个径向矩形槽中固定有一个电池(11);径向矩形槽通过沟槽连通，沟槽中布置排线(10)，排线(10)中包含传输电力线和传输信号线；在径向矩形槽的外端设有盖板(7)，通过螺栓将盖板(7)固定在壳体(5)上；盖板(7)与外壳(5)之间装有密封圈，以保证良好的密封效果；在外壳(5)中心孔内加工一个环形台阶；圆盘形的分流盘固定在外壳(5)中心孔的环形台阶上；分流盘开有中心孔，中心孔周围均匀分布六个分流孔；脉冲发生器(6)的上端固定在分流盘中心处，下端经接线柱⑶与双向加速度计(9)相连。
3.根据权利要求I所述的控制随钻扩眼时钻柱横向振动的方法，其特征在于所述的横向振动控制短节⑶主要由心轴(12)、上端轴承盖(13)、扶正套(14)、执行电池(15)、井下微处理器(16)、电磁阀(17)、盖板(18)和扶正总成组成；心轴(12)为圆柱体形,开有中心通孔；心轴(12)的顶端设有标准钻杆螺纹，与随钻扩眼器下端螺纹相配合；心轴(12)的尾端设有标准钻杆螺纹，与领眼钻头上端螺纹相配合； 心轴(12)尾端的外壁上加工有向上的环形台阶，其上套装有环形套(23)，环形套(23)的下端面与环形台阶的上沿相接触；环形套(23)的外径与心轴(12)的外径相同；在环形套(23)的上端有一个止推轴承(22)，止推轴承(22)套在心轴(12)的外壁上；在心轴(12)的外壁上套有圆筒形的扶正套(14);扶正套(14)的下端在心轴(12)外壁上，且环形套(23)和止推轴承(22)在扶正套(14)内；在扶正套(14)的顶部通过螺钉固定有一个环形的上端轴承盖(13)，上端轴承盖(13)套在心轴(12)外壁上；在心轴(12)与扶正套(14)之间有止推轴承(22)，上端轴承盖(13)的下端面压在止推轴承(22)的上端面上；扶正套(14)能在心轴(12)上转动； 扶正套(14)上部外壁沿轴向均布有三个矩形槽，矩形槽宽度60mm;每个矩形槽沿轴向自上而下分成三个短槽，相邻两个短槽之间由沟槽连通；在上述三个短槽中，最上部短槽中固定有执行电池(15)，中部短槽中固定有信号接收器和井下微处理器(16)，下部短槽中固定电磁阀(17);信号接收器和井下微处理器(16)和电磁阀(17)分别通过导线与执行电池(15)相连； 安装有执行电池(15)的短槽和安装有信号接收器和井下微处理器(16)的短槽由盖板(18)覆盖；盖板(18)由螺栓紧固在扶正套(14)上；盖板(18)与扶正套(14)之间装有密封垫；安装电磁阀(17)的短槽也由盖板(18)覆盖并使用螺栓将盖板(18)固定在扶正套(14)上； 在扶正套(14)的外壁上套装扶正总成；扶正总成主要由扶正肋板(19)、液压缸(20)和液压泵(21)组成；在扶正套(14)下部外壁上钻有圆形槽孔，两个圆形槽孔为一组，两个圆形槽孔轴向相对，两个圆形槽孔之间的距离在180 300mm之间；在扶正套(14)下部外壁上均匀分布有三组圆形槽孔；在每个圆形槽孔内固定有一个液压缸(20);在每一组圆形槽孔的外部沿轴向固定有一个弓形的扶正肋板(19)，扶正肋板(19)的两端嵌在凹槽内，凹槽上固定有固定板，固定板内侧与扶正肋板(19)端部之间有压缩弹簧；压缩弹簧的作用是使沿扶正套(14)向外张开能回弹复位；液压缸(20)的活塞与扶正肋板(19)内侧相连；液压缸(20)的活塞在液压作用下推动扶正肋板(19)向外扩张；同时安装于扶正肋板(19)两端的压缩弹簧将被压缩，存储弹性势能；液压缸(20)的活塞所受液压力减小到一定程度后，压缩弹簧释放弹性能，将扶正肋板(19)推回原位；同时液压缸(20)的活塞复位； 液压泵(21)安装在扶正套(14)下端内，液压泵(21)由转子和定子组成；转子与心轴(12)之间通过销钉固定，液压泵(21)的转子能随心轴(12)旋转；液压泵(21)的定子与扶正套(14)内壁之间通螺栓固定；心轴旋转时，液压泵(21)的定子与液压泵(21)的转子之间产生相对运动；液压泵(21)的出口有三条液压通路，分别与三个电磁阀(17)相连通；液压泵(21)出口的三条液压通路为长圆孔；在固定液压缸(20)的圆形槽孔的底部有小孔，小孔分别与液压通路相连通；电磁阀(17)呈全开状态时，液压泵(21)排出的液压油流经电磁阀(17)后进入心轴(12)与扶正套(14)之间的环形间隙，循环后回流入液压泵(21)的入口，因而液压油不会被增压；电磁阀(17)开度减小后，液压泵(21)排出的液压油流所受阻力增大，故而压力升高，当作用于液压缸活塞上的液压力足以克服弹簧反力时，液压缸(20)的活塞将沿径向伸出并外推扶正肋板(19)，扶正肋板(19)向外张开，紧贴在井壁上，实现领眼钻柱的有效扶正； 所述的信号接收器用于接收测传短节(I)发送的信号，并将其转换后输入井下微处理器(16)ο
4.根据权利要求3所述的控制随钻扩眼时钻柱横向振动的方法，其特征在于钻柱振动控制短节(3)中的井下微处理器(16)预存有振动模式数据，主要参数为横向加速度，用以判断所测得振动的剧烈程度。
5.根据权利要求3所述的控制随钻扩眼时钻柱横向振动的方法，其特征在于液压泵(21)泵出的油液与心轴(12)外壁接触后自行冷却。
全文摘要
控制随钻扩眼时钻柱横向振动的方法，应用于石油天然气钻井作业领域。测传短节安装于扩眼器上方，横向振动控制短节安装于下方。测传短节中置有横向振动监测和信号发射元件，将测得的横向振动信号向地面工作站和钻头方向传递。横向振动控制短节由信号接收器、井下微处理器、电磁阀、液压泵、扶正肋板组成。接收到横向振动信号后，井下微处理器进行逻辑运算，根据横向振动剧烈程度调整电磁阀的开度，控制扶正肋板的伸出或缩回。扶正肋板伸出后将支撑在井壁上，有效扶正钻柱，降低领眼钻柱的横向振动幅度。能够实现随钻扩眼时钻柱横向振动的井下闭环控制。
文档编号E21B7/28GK102619470SQ20121012214
公开日2012年8月1日 申请日期2012年4月24日 优先权日2012年4月24日
发明者任荣权, 朱英杰, 王辉, 纪友哲, 贾涛, 韩飞, 马汝涛 申请人:中国石油天然气集团公司, 中国石油集团钻井工程技术研究院