一种油气井井眼轨迹控制装置与方法

本发明涉及一种井下工具，具体是一种油气井井眼轨迹控制装置与方法，属于机械工程或钻井工程。

背景技术：

1、经济的高速发展使得对油气资源的需求也越来越大，传统浅层油气资源逐渐枯竭，油气资源的开采开始向着深层、超深层发展。钻井是开发油气资源的重要途径，随着深度的增加，钻井难度也愈大，特别是在高陡构造与大倾角等易斜地层、自然造斜能力强、地层软硬不均的环境条件下，常规钻井技术经常会发生钻头偏离垂直轴线而出现井斜的情况，从而发生井斜超标，这种情况会造成极大的作业风险和经济损失，降低钻井效率。想要控制直井井眼绝对不斜是不可能的，但可控制井斜的度数或者井眼的曲率在一定范围内。

2、垂直钻井工具是纠斜、降斜的重要设备，在石油勘探和开采过程中，垂直钻井工具被用于在地下深处钻探井孔，以便提取地下油气资源。国内胜利油田、大庆钻井工程技术研究院、中国地质大学等单位和院校都进行了自动垂钻工具的相关研究，但国内很多自动垂直钻井工具的研发、制造和维护成本相对较高，这使得其应用受到限制，而且其设计和操作需要高度专业的技术知识和经验，这样的技术复杂性可能导致操作和维护的困难，并增加了技术部署的难度，且其适用范围受到一些地质和钻井条件的限制。特别是在特殊地质条件下，如复杂构造、软弱地层或高温高压环境，自动垂直钻井工具的应用可能会面临挑战。因此亟需一种成本低、可靠性高、适用性强的自动垂直钻井工具。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：提出一种油气井井眼轨迹控制装置与方法，用于当井斜太大时实现减小井斜角从而控制井眼轨迹。

2、本发明采用的技术方案是：

3、一种油气井井眼轨迹控制装置，包括上接头、上壳体、滚子轴承、偏心筒、芯轴、盘阀、下壳体、径向推块、螺钉、限位块、弹簧、滑块和密封圈，其特征在于，所述上接头的上端与上部钻柱连接，上接头的下端与上壳体的上端通过螺纹连接，上壳体的下端与下壳体上端通过螺纹连接，所述芯轴压紧设置于上接头与下壳体间，所述偏心筒与盘阀通过花键连接，偏心筒与盘阀设置于上接头下端、下壳体上端、上壳体内壁和芯轴外壁形成的旁通环腔内，偏心筒套装于芯轴外，所述上接头与偏心筒间设有滚子轴承，所述径向推块安装于下壳体上，所述限位块通过螺钉固定于下壳体上，限位块限制径向推块从下壳体脱落，所述盘阀与下壳体间设有滑块和弹簧，弹簧的上端和下端分别作用于滑块和下壳体上，所述下壳本的下端与下部钻柱连接，所述滑块与下壳体的接触面、径向推块与下壳体的接触面间均设有密封圈。

4、进一步的，所述油气井井眼轨迹控制装置上端通过上接头与上部钻柱连接，下端通过下壳体与下部钻柱连接，由地面向井下流动的钻井液经过芯轴内部通孔。

5、所述上壳体上设有上壳体径向通孔，上壳体径向通孔为多个且沿圆周均匀分布。

6、进一步的，所述上壳体径向通孔的作用是连通下壳体径向通孔和盘阀径向孔从而使环空低压钻井液可作用于低边处的滑块上。

7、所述偏心筒包括偏心块、偏心筒径向通孔、花键槽和轴承台阶，所述偏心块设置于偏心筒的外部且呈凸起状态，所述偏心筒径向通孔设置于偏心块的对侧，所述花键槽设置于偏心筒的下端外壁，花键槽为多个且沿圆周均匀分布，所述轴承台阶设置于偏心筒的上端用于安装滚子轴承。

8、进一步的，当井眼存在井斜时，偏心块在重力作用下始终处于井眼的低边位置，所述偏心筒与上接头间设有滚子轴承使偏心筒可在旁通环腔内自由转动。

9、所述芯轴上设有芯轴径向通孔，芯轴径向通孔为多个且沿圆周均匀分布；所述芯轴径向通孔与偏心筒径向通孔沿芯轴轴线方向在同一高度。

10、进一步的，所述偏心筒径向通孔可与芯轴径向通孔对齐或错开；所述芯轴的两端分别由上接头内部台阶和下壳体内部台阶压紧。

11、所述盘阀包括盘阀径向孔、短环盲槽、长环通槽和花键，所述盘阀径向孔与短环盲槽连通，盘阀径向孔与上壳体径向通孔沿上壳体轴线方向在同一高度，所述花键嵌入花键槽内；所述偏心筒与盘阀通过花键连接后，盘阀径向孔与偏心块位于圆周的同一侧。

12、进一步的，所述盘阀随偏心筒同步转动，盘阀径向孔与短环盲槽保持连通状态且盘阀径向孔可与上壳体径向通孔对齐或错开；盘阀位于下壳体内部的台阶上。

13、所述下壳体包括下壳体径向通孔、推块腔、下壳体限位台阶、螺钉盲孔、滑块腔、下弹簧盲孔和通油孔，所述下壳体径向通孔为多个且沿圆周均匀分布，所述推块腔为多个且沿圆周均匀分布，所述下壳体限位台阶位于推块腔上端和下端，下壳体限位台阶上设有螺钉盲孔，所述滑块腔用于安装滑块，每个滑块腔均设有下弹簧盲孔用于放置弹簧。

14、进一步的，所述下壳体内的推块腔与滑块腔连通；径向推块与推块腔的高度相同。

15、所述径向推块包括推块限位台阶和推块密封槽，所述推块限位台阶用于避免径向推块从推块腔滑脱；所述滑块包括滑块密封槽和上弹簧盲孔，所述上弹簧盲孔和下弹簧盲孔间设有弹簧；所述推块密封槽和滑块密封槽间均设有密封圈；所述安装有径向推块的推块腔以及安装有滑块的滑块腔中设有润滑油，且滑块腔与推块腔中的润滑油可由通油孔连通。

16、进一步的，所述径向推块的外表面为圆弧状，所述径向推块外表面圆弧直径与下壳体外径相同。

17、所述限位块上设有螺钉通孔，所述螺钉穿过螺钉通孔将限位块固定于下壳体上。

18、进一步的，所述限位块作用于径向推块的限位台阶时可防止径向推块脱落。

19、所述上壳体径向通孔、下壳体径向通孔、径向推块、弹簧、滑块的数量均相同；所述上壳体径向通孔和下壳体径向通孔始终连通。

20、当所钻进的井段井斜偏大且需要纠斜时，在钻柱中安装所述井眼轨迹控制装置，钻进过程中流入上接头的钻井液通过芯轴内孔，经下壳体流向下部钻柱；当井身倾斜时，在重力作用下偏心筒的偏心块转向井眼低边侧而偏心筒径向通孔则转向井眼高边侧，盘阀与偏心筒同步转动，芯轴径向通孔与偏心筒径向通孔连通，所述上壳体径向通孔与盘阀径向孔连通；钻井液可由芯轴径向通孔和偏心筒径向通孔进入旁通环腔，高压钻井液流经长环通槽并作用于除与短环盲槽相连的滑块之外的其它滑块的上端面，滑块向下移动并压缩弹簧和滑块腔中的润滑油，润滑油经通油孔流入推块腔并推动径向推块向外伸出，外伸的径向推块作用于井壁的高边，同时井壁高边对径向推块所连的钻柱施加反作用力；所述上壳体径向通孔、下壳体径向通孔、盘阀径向孔和短环盲槽连通，钻柱与井壁环空中的低压钻井液作用于与短环盲槽相连的滑块上，当滑块腔中润滑油的压力低于低压钻井液压力时，滑块向下运动并压缩弹簧，当滑块腔中润滑油的压力高于低压钻井液压力时，滑块则向上运动并使弹簧恢复，推块腔内的润滑油经通油孔流向滑块腔，低边侧的径向推块收缩；钻进过程中，由上部钻柱传递的钻压和扭矩分别经上接头、上壳体和下壳体传递至下部钻柱。

21、与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：(1)适用于各种复杂地质，井眼存在井斜时偏心筒的偏重快始终在井眼低边，高压井液控制润滑油压力可实现精准控制径向推块伸出，达到降低井斜目的；(2)本发明装置的偏心筒与盘阀同步转动，盘阀的短环槽以及与之相通的径向孔与外部连通，偏心块转动时，短环槽以及与之相通的径向孔转动，其下方的井液通过短环槽以及与之相通的径向孔向外排出，弹簧及润滑油压力使滑块向上滑动，径向推块的收缩不需依靠井壁反作用力，而依靠润滑油压力自动收缩，减少了与井壁的摩擦；(3)本发明中不包含电子元器件，对于高温高压等复杂地下条件，可靠性高。