开环式导向钻井钻具组合的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种开环式导向钻井钻具组合，属于石油、地质钻井【技术领域】中的钻具设备。包括弯壳体螺杆钻具、可变径稳定器，弯壳体螺杆钻具一端连接有无磁钻铤或无磁承压钻杆，可变径稳定器内设有心轴组件，无磁钻铤或无磁承压钻杆另一端设有霍尔传感器，霍尔传感器与MWD仪器连接，MWD仪器通过计算机与MWD司钻阅读器连接，心轴组件的靠近霍尔传感器的一端设有磁钢座，磁钢座套装于霍尔传感器上端。本实用新型可使钻井技术人员或者操作人员通过MWD司钻阅读器能直观的知晓可变径稳定器的工作状态，且可实现不起钻即可改变钻具组合的力学特性，满足连续控制钻井的要求，减少起/下钻的次数及作业时间，缩短钻井周期。
【专利说明】开环式导向钻井钻具组合
【技术领域】
[0001]一种开环式导向钻井钻具组合，用于定向井、水平井钻井的钻进，属于石油、地质钻井【技术领域】中的钻具设备。
【背景技术】
[0002]在定向井、水平井钻井中，为了使井眼轨迹得到合理的连续高效的控制，世界各国相继开发、研究了各种相应的技术。导向钻井技术是根据钻井内井眼的轨迹实时测量的结果来实时调整井眼轨迹。井下导向钻井技术是一种随油藏地质的要求和钻井采油地面条件的限制而逐步发展起来的综合性技术，主要用于连续控制井眼轨迹，它主要包括先进的钻头(一般为PDC钻头)、井下导向工具、随钻测量技术(MWD、LWD等)以及以计算机技术为基础的井眼轨迹控制技术，其主要特点是井眼轨迹能够实现随钻测量、实时调整。在该项技术中，井下导向钻井工具处于核心地位，它决定了一个导向钻井系统的技术水平的高低，而导向技术则是导向钻井系统的关键技术。
[0003]随着定向井、水平井和大位移延伸井的日益增多，各种相应的井下工具相继出现，如弯接头、变壳体马达、各种稳定器、闭环旋转导向系统等。这些工具一般可分为两大类:一类为滑动式导向工具，另一类为旋转式导向工具，两类导向工具的主要区别在于:导向作业时，上部钻柱是否转动，若不转动，则为滑动式导向工具，否则为旋转式导向工具。
[0004]目前国内使用的闭环旋转导向系统设备均为国外生产，只在国内企业进行技术服务。该闭环旋转导向系统设备虽然技术先进，但使用成本极高，阻碍了我国钻井导向技术应用与发展。在此背景下，为了提高定向井、水平井钻井的效率，降低油田钻井成本，我公司研制了开环式导向技术，该技术既可以实现滑动钻进导向，也可以实现定向井稳斜段及水平井水平段旋转导向钻进。
[0005]开环式导向钻井的工作原理为:RGS变径稳定器在钻进过程中，通过调整稳定器的尺寸大小，改变下部钻具的井斜控制能力，从而较准确地控制井眼的井斜。这种导向技术通过MWD直接测量可变径稳定器的工作状态，通过稳定器的尺寸变化实现不起钻改变钻具组合的力学特性。可变径稳定器可作为钻具组合(BHA)中微增/降斜装置的第二稳定器，或者是马达顶部稳定器，也可用于垂直钻井的稳斜和纠斜。通过调节稳定器的尺寸大小，在定向井的稳斜段、水平井的水平段可以精确的控制井眼轨迹尽可能平滑，降低大斜度井或水平井水平段钻井的安全风险；起下钻方便、安全，不易卡滞。
[0006]开环式导向钻井技术的组成可分为滑动式导向钻具和旋转式导向钻具两类，滑动式导向钻具是通过弯外壳马达驱动实现，它的重点在于如何定向、造斜、扭方位，如何在井下实时改变造斜的导向能力；旋转式导向钻具具有旋转导向钻井功能，这种旋转导向的关键技术是可变径稳定器，一般用于大井斜或水平段钻进时稳斜的条件下。在方位变化较小时，主要是通过调整稳定器的外径尺寸来改变BHA的力学性能，从而达到控制井斜、控制井眼轨迹的目的。
[0007]现有开环式导向钻井技术中的钻具组合形式为:钻头+弯壳体螺杆钻具+可变径稳定器+无磁钻铤\无磁承压钻杆+MWD悬挂短节+钻杆/加重钻杆。其中可变径稳定器的外径根据设计需要，在钻进过程中通过开关泵的开启次数来确定可变径稳定器的外径的变大或者变小。目前，可变径稳定器的外径在变大或者变小时的工作状态不能被MWD仪器测量出来，也不能在司钻阅读器上直观地显示出来，使得现场施工的工程技术人员无法准确判断可变径稳定器的工作状态，也就不能在准确的时间适时采取滑动或旋转导向方式实施控制井眼轨迹。
【发明内容】
[0008]本实用新型的目的在于提供一种钻井工程技术人员能够直观知晓可变径稳定器的工作状态的开环式导向钻井钻具组合。
[0009]为实现上述目的，本实用新型的技术方案为:
[0010]一种开环式导向钻井钻具组合，包括弯壳体螺杆钻具、可变径稳定器，弯壳体螺杆钻具一端连接有无磁钻铤或无磁承压钻杆，可变径稳定器内设有沿可变径稳定器轴线方向移动的心轴组件，其特征在于:无磁钻铤或无磁承压钻杆另一端设有霍尔传感器，霍尔传感器与MWD仪器连接，使霍尔传感器产生的电信号输送至MWD仪器，MWD仪器通过计算机与MWD司钻阅读器连接，使MWD获得的电信号传输至计算机进行解码并最终在MWD司钻阅读器上显示，心轴组件靠近霍尔传感器的一端设有磁钢座，磁钢座套装于霍尔传感器上端。
[0011]进一步地，还包括限位套组件，无磁钻铤或无磁承压钻杆通过限位套组件套装于可变径稳定器内。
[0012]进一步地，限位套组件一侧设有用于对限位套组件限位的底座，底座通过固定螺栓固定在可变径稳定器内。
[0013]进一步地,底座与磁钢座之间的安装距离为142mm?142.26mm。
[0014]与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于:
[0015]1、MWD仪器上安装了霍尔传感器，通过霍尔传感器可以直接测量变径稳定器的工作状态，得到变径稳定器的工作状态的参数，再通过计算机解码并直接传送至MWD司钻阅读器显示，因此钻井技术人员或者操作人员通过MWD司钻阅读器能直观的知晓可变径稳定器的工作状态；钻进时可变径稳定器不需要起钻，只需停一次泵再开泵就可以调节可变径稳定器的直径大小，因此可以实现不起钻即可改变钻具组合的力学特性，且能满足连续控制钻井的要求，减少起/下钻的次数及作业时间，缩短钻井周期；其次是在定向井或水平井的水平段需要稳斜钻井时，通过控制可变径稳定器的工作状态并配合钻具的转动可实现基本替代目前闭环式旋转导向的功能。
[0016]2、可变径稳定器内设有限位套组件，无磁钻铤或无磁承压钻杆通过限位套组件套装于可变径稳定器内，限位套组件通过限定无磁钻铤的位置并最终起到限定霍尔传感器位置的作用。
[0017]3、底座与磁钢座之间的安装距离为142mm?142.26mm,可使磁钢座与霍尔传感器之间的信号测试效果更好。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型的结构示意图；[0019]图2为图1在I处的局部放大图；
[0020]其中，附图标记为:1 一限位套组件、2—霍尔传感器、3—磁钢座、4一弹黃、5—心轴组件、6—活塞组合件、7—凸轮筒、8—固定螺栓、9 一底座、10—可变径稳定器、11 一弯壳体螺杆钻具。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图，对本实用新型做进一步说明:
[0022]实施例一
[0023]一种开环式导向钻井钻具组合，弯壳体螺杆钻具和可变径稳定器。弯壳体螺杆钻具一端依次连接带有仪器脉冲发生器的MWD悬挂短节、钻铤、加重钻杆或者钻杆，弯壳体螺杆钻具的另一端连接有无磁钻铤或无磁承压钻杆，无磁钻铤或无磁承压钻杆上套设有限位套组件，该限位套组件包括套筒和挡圈，无磁钻铤或无磁承压钻杆通过限位套组件套装于可变径稳定器内，限位套组件通过限定无磁钻铤的位置并最终起到限定霍尔传感器位置，从而起到限定霍尔传感器位置的作用。在限位套组件的上端设置有底座，底座通过固定螺栓固定在可变径稳定器内。无磁钻铤或无磁承压钻杆另一端连接有霍尔传感器，霍尔传感器与MWD仪器连接，MWD仪器与地面上的计算机连接，计算机与MWD司钻阅读器连接。可变径稳定器内套设有心轴组件，该心轴组件可沿可变径稳定器的轴线方向来回移动。在心轴组件的靠近霍尔传感器的一端设有磁钢座，磁钢座的作用是为霍尔传感器提供检测信号，即在没有工作时，霍尔传感器与磁钢座之间存在间隙；工作时，磁钢座会发出磁信号被传感器接收。在连接工具时，底座与磁钢座之间的安装距离为142mm?142.26mm，使的磁钢座与霍尔传感器之间的信号测试能获得最好的效果。磁钢座套装于霍尔传感器上端，使霍尔传感器上端位于磁钢座内。在心轴组件内由下向上还设置有弹簧、活塞组件和凸轮筒(如图所示)。
[0024]本实用新型工作原理为:结合可变径稳定器工作特点，心轴组件的移动推动变径活塞伸缩。因此在心轴组件的顶端装上一磁缸，当霍尔传感器和磁缸接近时，霍尔传感器产生电信号，该电信号通过MWD仪器传输至地面上的计算机进行解码，解码后的信息输送至MWD司钻阅读器并在MWD司钻阅读器上显示为可变径稳定器工作状态为齐平，表示可变径稳定器处于收缩状态；反之，当霍尔传感器和磁缸距离较远时，霍尔传感器不产生电信号，MWD司钻阅读器上显示为可变径稳定器工作状态为伸出，表示可变径稳定器工作状态为全伸出状态。因此钻井技术人员或者操作人员通过MWD司钻阅读器能直观的知晓可变径稳定器的工作状态；且钻进时可变径稳定器不需要起钻，只需停一次泵再开泵就可以调节可变径稳定器的直径大小，因此可以实现不起钻即可改变钻具组合的力学特性，且能满足连续控制钻井要求，减少起/下钻的次数及作业时间，缩短钻井周期；其次是在定向井或水平井的水平段需要稳斜钻井时，通过控制可变径稳定器的工作状态并配合钻具的转动可实现基本替代目前闭环式旋转导向的功能。
[0025]实施例二
[0026]本实用新型可以实现滑动式和旋转式导向两种功能；具体过程是:
[0027](I)滑动式钻进:
[0028]当钻井过程需要较大的造斜率或者需要扭方位时采用滑动式钻进，具体步骤为:[0029]S1:通过操作开关泵的动作，观察MWD司钻阅读器的显示，使可变径稳定器活塞处于收缩状态，并使可变径稳定器变为最小外径；
[0030]S2:根据控制井眼轨迹的需要摆放好工具面；
[0031]S3:锁定钻具保持不转动；
[0032]S4:由井下动力钻具提供动力驱动钻头，控制工具面滑动导向钻进；
[0033]上述动力钻具可以是螺杆钻具，也可以是涡轮钻具。
[0034](2)旋转式导向钻进:
[0035]当在定向井中的稳斜井段，或者在水平井的水平段需要保持井斜基本不变时，采用旋转式导向钻进，具体步骤为:
[0036]S1:通过操作开关泵的动作，观察MWD司钻阅读器的显示，使可变径稳定器活塞处于全伸出状态，并使可变径稳定器变为最大外径；
[0037]S2:根据控制井眼轨迹的需要摆放好工具面；
[0038]S3:释放钻具，使其能够转盘被驱动；
[0039]S4:钻具转动和螺杆驱动钻头的复合钻进，实现旋转导向功能。
[0040]实施例三
[0041]根据井眼轨迹控制时造斜率的需要采取不同的导向方式钻进。
[0042]采用上述的钻进施工的关键技术是通过开关泵使可变径稳定器根据井眼轨迹控制的需要变大变小，从而实现不起钻即可改变钻具组合的力学性能，配合滑动导向实施强增斜或者强降斜的钻进造斜，或者旋转导向钻进稳斜或微调井斜，实现井眼轨迹不起钻连续控制。
[0043]在定向井中的钻井过程:通过开泵，泥浆通过套管内，在磁钢座上产生一个压降，推动磁钢座和心轴组件一起向下运动，压缩弹簧，同时使活塞(总计15个)通过内部和环空的压差作用进行伸展与收缩。每个活塞有一个斜面，所有的斜面体一起活动，当压差作用在活塞下部的斜面体上时，活塞向外伸展并与翼面齐平，活塞通过压差保持工作状态。活塞的伸缩，是通过凸轮筒进行控制。
[0044]带有斜面的心轴组件在作用在其自身的压差作用下，向下移动到一定位置，斜面同时作用于所有活塞，活塞从自由状态向外移动，并在压差的控制下，通过凸轮筒保持固定状态，这时霍尔传感器将此时其检测到的状态以电信号的方式传输给MWD仪器上，并最终在MWD司钻阅读器显示出来；当停泵消除压差时，弹簧回弹，推动磁钢座和心轴组件恢复收缩，并引导凸轮筒到达下一个位置。
[0045]重新开泵时，泥浆通过套管内，在磁钢座上产生一个压降，推动磁钢座和心轴组件一起向下运动，压缩弹簧，同时使活塞(总计15个)通过内部和环空的压差作用进行伸展与收缩。每个活塞有一个斜面，所有的斜面体一起活动，当压差作用在活塞下部的斜面体上时，活塞向外伸展并呈完全伸出状态，活塞通过压差保持工作状态。当压差如上减小，活塞恢复下一个状态，然后不断重复这两种打井时需要的状态，完成定向打井。
[0046]使用新的技术后，一是实现了不起钻改变钻具组合的力学性能，满足连续控制钻井要，减少起下钻作业，节约钻井周期；二是在定向井或水平井的水平段需要稳斜或微调井斜钻井时可以通过控制可变径稳定器的工作状态配合钻具转动钻进实现基本替代旋转目前闭环式旋转导向的功能。[0047]可变径稳定器活塞处于收缩还是伸出的状态的变化如下表:
[0048]
【权利要求】
1.一种开环式导向钻井钻具组合，包括弯壳体螺杆钻具(11 )、可变径稳定器(10)，弯壳体螺杆钻具(11) 一端连接有无磁钻铤或无磁承压钻杆(12)，可变径稳定器(10)内设有沿可变径稳定器(10)轴线方向移动的心轴组件(5)，其特征在于:无磁钻铤或无磁承压钻杆(12 )另一端设有霍尔传感器(2 )，霍尔传感器(2 )与MWD仪器连接，使霍尔传感器(2 )产生的电信号输送至MWD仪器，MWD仪器通过计算机与MWD司钻阅读器连接，使MWD获得的电信号传输至计算机进行解码并最终在MWD司钻阅读器上显示，心轴组件(5)靠近霍尔传感器(2)的一端设有磁钢座(3)，磁钢座(3)套装于霍尔传感器(2)上端。
2.如权利要求1所述的开环式导向钻井钻具组合，其特征在于:还包括限位套组件(I )，无磁钻铤或无磁承压钻杆(12)通过限位套组件(I)套装于可变径稳定器(10)内。
3.如权利要求2所述的开环式导向钻井钻具组合，其特征在于:限位套组件(I)一侧设有用于对限位套组件(I)限位的底座(9)，底座(9)通过固定螺栓(8)固定在可变径稳定器(10)内。
4.如权利要求3所述的开环式导向钻井钻具组合，其特征在于:底座(9)与磁钢座(3)之间的安装距离为142mnTl42.26mm。
【文档编号】E21B44/00GK203756033SQ201420172577
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年4月10日 优先权日:2014年4月10日
【发明者】王宗成, 杨维光, 费建春, 王峰 申请人:广汉华鸿石油机械制造有限公司