导向系统及导向方法
【技术领域】
[0001]本发明公开的实施方式涉及一种导向系统及相对应的导向方法，尤其是适用于包含钻杆的钻孔装置的旋转导向系统及导向方法。
【背景技术】
[0002]在油气井钻探中，由于受到地面客观条件限制、地下油层分布等诸多因素的影响，需要对钻井方向进行改变和控制，使之沿一预设的轨迹前进，顺利钻达油气层，实现产油产气的目的。如常规定向井、水平井、分支井、多底井、三维绕障碍井等都需要用到旋转导向技术。
[0003]近年来，随着石油、天然气行业的发展，油气勘探和开采方面的需求日益增加，因而对旋转导向系统提出了更高的要求。
[0004]传统的旋转导向系统可分为两种类型:推靠式导向系统和指向式导向系统。推靠式导向系统造斜率较高，但井眼轨迹不平滑，井壁也较为粗糙。指向式导向系统能够形成较为平滑的井眼轨迹和较为平整的井壁，但是造斜率较低。
[0005]现有的旋转导向系统钻杆活动范围小，导向控制精度低。
[0006]现有的旋转导向系统的导向效果受井壁条件影响较大，不平整的井壁会使震动增大，进而使井眼轨迹变得更不平滑。
[0007]另外，现有的旋转导向系统可靠性比较低，寿命比较短，容易受到砂石等杂质的侵扰，从而无法正常运行，也大大增加了维护成本。
[0008]因此，有必要提供一种适用于钻孔装置的新的旋转导向系统及导向方法来解决上述技术问题。
【发明内容】
[0009]鉴于上面提及的技术问题，本发明一方面提供一种导向系统，适用于包括钻杆的钻孔装置，该导向系统包括:一导向环及一导向驱动机构。该导向环套设于所述钻孔装置的所述钻杆上，其外径与所钻的孔的内径大致相等。该导向驱动机构设置于所述导向环和所述钻杆之间，用于在钻孔过程中控制所述钻杆相对于所述孔的中心轴的径向位移。其中，所述导向驱动机构包括一个或多个子驱动机构，用于连接所述导向环与所述钻杆，且驱动所述钻杆在所述孔内移动。每个子驱动机构包括一个长度可调节的驱动器及一个连接件，该连接件的第一端可旋转连接于所述驱动器。
[0010]本发明的另一个方面在于提供一种钻孔方法，包括:首先，用一包括钻杆的钻孔装置钻孔，其中，所述钻孔装置的钻杆上安装有一导向环，该导向环的外径与所述孔的内径大致相等。其次，在钻孔过程中，通过设置于所述导向环和所述钻杆之间的一导向驱动机构来控制所述钻杆相对于所述孔的中心轴的径向位移，进而控制所述钻孔装置的前进方向。所述导向驱动机构包括一个或多个子驱动机构，每个子驱动机构包括一个长度可调节的驱动器及一个连接件，所述连接件可旋转连接于所述驱动器。
【附图说明】
[0011]通过结合附图对于本发明的实施方式进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中:
[0012]图1为根据本发明的一具体实施例的导向系统的结构示意图；
[0013]图2为图1所示的所述导向系统在导向状态下的示意图；
[0014]图3为图1所示的所述导向系统的局部剖视图；
[0015]图4为图1所示的所述导向系统的截面图；及
[0016]图5为根据本发明的另一具体实施例的导向系统的截面图。
[0017]图6为图1所示的所述导向系统的驱动器和连接件的分解示意图。
【具体实施方式】
[0018]以下将描述本发明的一个或者多个【具体实施方式】。首先要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。应当可以理解的是，在任意一种实施方式的实际实施过程中，正如在任意一个工程项目或者设计项目的过程中，为了实现开发者的具体目标，或者为了满足系统相关的或者商业相关的限制，常常会做出各种各样的具体决策，而这也会从一种实施方式到另一种实施方式之间发生改变。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本发明公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本公开揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本发明公开的内容不充分。
[0019]除非另作定义，在本说明书和权利要求书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书以及权利要求书中使用的“第一”或者“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“或者”包括所列举的项目中的任意一者或者全部。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。此外，“电路”或者“电路系统”以及“控制器”等可以包括单一组件或者由多个主动元件或者被动元件直接或者间接相连的集合，例如一个或者多个集成电路芯片，以提供所对应描述的功能。
[0020]本发明中使用的“可”、“可以”与“可能”等词语表明在某些环境中事件发生的可能性；拥有一种特定属性、特征或功能；和/或通过与某一合格动词结合表示一个或多个能力、性能或可能性。相应地，“可能”的使用表明:被修饰的术语对于所示的能力、功能或用途是明显适当、可匹配或合适的；同时考虑到在某些情况的存在，被修饰的术语有时可能不适当，不匹配或不合适。例如，在某些情况下，可能预期出现某一结果或性能；而在其他情况下，该结果或性能可能不出现。这一区别由表示“可能”的词语体现。
[0021]参见图1，本发明提供的导向系统可适用于一般的钻孔装置。钻孔装置通常包括一钻杆2及一钻头5，该钻头5固定设置于钻杆2的端部。在钻孔过程中，所述钻头5随钻杆2 一起旋转，对目标物进行旋转切削，从而在目标物上形成圆柱形的孔洞。
[0022]参见图1和图4，本发明提供的旋转导向系统6包括一导向环I及一导向驱动机构
3。所述导向环I套设于钻孔装置的钻杆2上，其外径与所钻的孔的内径大致相等。所述导向驱动机构3，设置于所述导向环I和所述钻杆2之间，用于在钻孔过程中控制所述钻杆2相对于所述孔的中心轴的径向位移。通过对于所述径向位移方向的控制，可以控制所述钻头5的前进方向。通过对于所述径向位移大小的控制，可以控制所述钻头5的偏移程度，从而获得想要的造斜率。以上两点综合起来，可最终得到想要的井眼轨迹。
[0023]参见图1，所述导向环I的外径与所述孔的内径大致相等，所述导向环I的中心轴与所述孔的中心轴大致重合。这样限制了所述导向环I的运动方向，所述导向环I基本上只能沿所述孔的轴向滑动，而无法在径向上与所述孔产生相对运动，因而当所述导向驱动机构3驱动所述钻杆2相对于所述导向环I做径向运动时，钻杆2也相对于所述孔做径向运动。
[0024]图2为所述旋转导向系统在导向状态下的示意图，由图2可见，所述钻杆2的中心轴21偏离于孔中心轴8，即:所述钻杆2相对于所述孔中心轴8有一径向位移S。此时，固定于所述钻杆2端部的所述钻头5也偏离于所述孔中心轴8，偏向孔壁的一侧7，然后，所述钻头5的前进方向将向其偏向的这一侧7偏移。所述径向位移S越大，造斜率也就越大。
[0025]在一些实施例中，所述旋转导向系统6为一闭环控制系统，所述导向驱动机构3可基于一当前径向位移及一给定值，将所述径向位移S调节至所述给定值。优选地，所述导向驱动机构3基于所述当前径向位移与所述给定值的差值来调节所述径向位移S。其中，所述给定值由所需要的造斜率决定。
[0026]参见图4，所述导向驱动机构3包括一个或多个子驱动机构30，设置于所述导向环I与所述钻杆2之间，用于连接所述导向环I与所述钻杆2。在一些实施例中，所述导向环I可随所述钻杆2 —起绕所述孔的中心轴旋转，但不能相对所述钻杆2沿轴向滑动。
[0027]所述子驱动机构30还驱动所述钻杆2在所述导向环I内移动。参见图4，每个子驱动机构30包括一个驱动器31及一个连接件32。所述驱动器31的长度可调节。所述连接件32的第一端321可旋转连接于所述驱动器31的第一端311。
[0028]在一些实施例中，所述连接件32的第二端322与所述导向环I的内壁连接，所述驱动器31的第二端312与所述钻杆2连接。进一步的，如图4所示，所述连接件32的第二端322通过铰链9可旋转地连接于所述导向环I的内壁上，所述驱动器31有一部分与所述钻杆2固定连接。
[0029]另外，所述驱动器31与所述连接件32的位置关系不限于图4中表现的方式，在另一些实施例中，可将所述连接件32的第二端322与所述钻杆2连接，将所述驱动器31的第二端312与所述导向环I的内壁连接。
[0030]本实施例在所述驱动器31的基础上，增加了所述连接件32对所述钻杆2进行联合控制，且所述连接件32的两端均为可旋转连接，例如，通过所述铰链9进行枢接，这样增大了所述钻杆2在所述导向环I中的径向