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CN115822451B - 可脱开式定向钻具组合结构与定向钻进方法 - Google Patents

可脱开式定向钻具组合结构与定向钻进方法 Download PDF

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CN115822451B
CN115822451B CN202210740196.2A CN202210740196A CN115822451B CN 115822451 B CN115822451 B CN 115822451B CN 202210740196 A CN202210740196 A CN 202210740196A CN 115822451 B CN115822451 B CN 115822451B
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drilling
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directional drilling
downhole
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郭庆丰
张景田
蔡骁
叶晨曦
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张鑫
李鹏飞
李兴杰
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China National Petroleum Corp
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China National Petroleum Corp
CNPC Engineering Technology R&D Co Ltd
Beijing Petroleum Machinery Co Ltd
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Abstract

本发明为一种可脱开式定向钻具组合结构与定向钻进方法,可脱开式定向钻具组合结构包括钻头、动力推进短节、随钻测量传输短节、导向控制短节、井下推进器和旋转短节,动力推进短节包括螺杆钻具和推进接头,推进接头包括同轴设置且能相对旋转的第一内筒和第一外筒,螺杆钻具通过第一内筒为钻头提供破岩扭矩和钻压,第一外筒的侧壁上设置能减小摩阻系数的滚动轮结构;随钻测量传输短节用于测量钻井参数并将其传递至导向控制短节;导向控制短节包括可控偏心稳定器,通过控制可控偏心稳定器控制力学特性;井下推进器用于给钻头提供钻压且抵消螺杆钻具的部分反扭矩;旋转短节用于使所述可脱开式定向钻具组合结构与钻杆或连续油管相对脱开。

Description

可脱开式定向钻具组合结构与定向钻进方法
技术领域
本发明涉及油气钻井领域,特别是定向井、水平井钻井组合与方法,尤其涉及一种可脱开式定向钻具组合结构与定向钻进方法。
背景技术
当前常用的定向井、水平井钻井技术包括以钻杆作为钻井液传输通道的常规钻井方法和以连续油管代替钻杆作为钻井液传输通道的新型钻井方法。
钻杆钻井时一般采用旋转钻进或滑动钻进,滑动钻进常用于定向或纠斜。由于滑动钻进过程中管柱不旋转,摩阻大,钻压小,托压现象频发。
连续管钻井时采用滑动钻进,由于连续油管直径小、管壁薄、屈服强度与抗扭强度低,频繁起下钻后容易发生疲劳破坏、屈曲与扭转破坏,因此在定向和水平段钻进时管柱摩阻扭矩大、井眼净化不良、容易发生粘滞卡钻,方位偏移严重等问题。
由此,本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践,提出一种可脱开式定向钻具组合结构与定向钻进方法,以克服现有技术的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可脱开式定向钻具组合结构与定向钻进方法,解决现有技术存在的问题,本发明能减小钻进摩阻,减少了控制方位过程中钻杆或连续油管的起下次数,避免管柱发生疲劳破坏。
本发明的目的是这样实现的,一种可脱开式定向钻具组合结构,包括顺序连接的钻头、动力推进短节、随钻测量传输短节、导向控制短节、井下推进器和旋转短节,所述动力推进短节包括螺杆钻具和推进接头,所述推进接头包括同轴设置且能相对旋转的第一内筒和第一外筒,所述第一内筒连接所述螺杆钻具和所述钻头,所述螺杆钻具通过所述第一内筒为所述钻头提供破岩扭矩和钻压,所述第一外筒的侧壁上设置能减小摩阻系数的滚动轮结构;所述随钻测量传输短节用于测量钻井参数并将其传递至所述导向控制短节;所述导向控制短节包括可控偏心稳定器,所述可控偏心稳定器包括能伸缩的翼肋,所述翼肋能伸出压紧井壁以进行滑动纠偏钻进,通过控制所述可控偏心稳定器控制所述可脱开式定向钻具组合结构的力学特性;所述井下推进器用于给钻头提供钻压且抵消螺杆钻具的部分反扭矩;所述旋转短节包括同轴设置且能相对旋转的第二内筒和第二外筒,所述第二内筒与所述井下推进器连接,所述第二外筒连接钻杆或连续油管,所述旋转短节用于使所述可脱开式定向钻具组合结构与钻杆或连续油管相对脱开。
在本发明的一较佳实施方式中,所述随钻测量传输短节包括随钻测量仪器、数据上传机构和无线传输机构,所述随钻测量仪器用于测量钻进过程中的井眼轨迹参数,所述数据上传机构用于将所述井眼轨迹参数上传至所述导向控制短节,所述无线传输机构用于将所述井眼轨迹参数上传至地面。
在本发明的一较佳实施方式中,所述导向控制短节还包括数据接收机构和井下闭环自控仪,所述数据接收机构用于接收所述数据上传机构输出的所述井眼轨迹参数,所述井下闭环自控仪用于将所述井眼轨迹参数与预设参数进行对比,所述井下闭环自控仪根据对比偏差控制所述翼肋的伸缩。
在本发明的一较佳实施方式中,所述井下推进器内设置推靠机构和驱动机构,所述推靠机构能支撑在井壁上以抵消部分螺杆钻具的反扭矩,所述驱动机构驱动所述井下推进器前进以给钻头提供钻压。
在本发明的一较佳实施方式中,所述第二内筒的第一端连接所述井下推进器,所述第二内筒的第一端的外壁设置第一台肩,所述第二内筒的第二端的外壁设置第二台肩,所述第二外筒的第一端的内壁设置第三台肩,所述第二外筒的第二端的内壁设置第四台肩,所述第一台肩和所述第三台肩之间设置推力轴承,所述第二台肩和所述第四台肩之间设置推力轴承。
在本发明的一较佳实施方式中,所述第二内筒的第一端设置外螺纹部,所述第二内筒通过所述外螺纹部连接所述井下推进器;所述第二外筒的第二端设置内螺纹部,所述第二外筒通过所述内螺纹部连接钻杆或连续油管。
在本发明的一较佳实施方式中,所述滚动轮结构包括多个平行间隔设置的滚轮,各所述滚轮的中心轴与所述第一外筒的中心轴呈空间垂直设置,各所述滚轮能抵靠于井壁以减小摩阻系数。
在本发明的一较佳实施方式中,所述螺杆钻具为弯螺杆钻具或直螺杆钻具。
本发明的目的还可以这样实现,一种定向钻进方法,包括以下步骤:
步骤a、组装如前述的可脱开式定向钻具组合结构,第二外筒连接钻杆,向导向控制短节的井下闭环自控仪内输入设计的井眼轨道数据;
步骤b、将钻杆和可脱开式定向钻具组合结构下入井底;
步骤c、地面开泵循环钻井液,螺杆钻具带动推进接头的第一内筒和钻头顺时针旋转破岩钻进,钻机转盘带动钻杆和旋转短节的第二外筒顺时针旋转;螺杆钻具的反扭矩被旋转短节内部的摩擦扭矩、井下推进器和可控偏心稳定器与井壁接触的摩擦扭矩抵消;
步骤d、随钻测量传输短节测量井眼轨迹参数并将其传输至导向控制短节的数据接收机构,导向控制短节的井下闭环自控仪将井眼轨迹参数与预设参数进行对比,判断是否需要纠斜和扭方位;
步骤e、需要纠斜和扭方位时,控制可控偏心稳定器的翼肋的伸出程度,改变可脱开式定向钻具组合结构的力学特性,进行滑动纠斜或扭方位钻进,此时,钻杆仍在钻机转盘的带动下顺时针旋转;
步骤f、不需要纠斜时,则按步骤c定向钻进。
本发明的目的还可以这样实现,一种定向钻进方法,包括以下步骤:
步骤a、组装如前述的可脱开式定向钻具组合结构,第二外筒连接连续油管,向导向控制短节的井下闭环自控仪内输入设计的井眼轨道数据;
步骤b、将连续油管和可脱开式定向钻具组合结构下入井底;
步骤c、地面开泵循环钻井液,螺杆钻具带动推进接头的第一内筒和钻头顺时针旋转破岩钻进;螺杆钻具的大部分反扭矩被旋转短节内部的摩擦扭矩、井下推进器和可控偏心稳定器与井壁接触的摩擦扭矩抵消;螺杆钻具的部分反扭矩驱动可脱开式定向钻具组合结构缓慢旋转;
步骤d、随钻测量传输短节测量井眼轨迹参数并将其传输至导向控制短节的数据接收机构,导向控制短节的井下闭环自控仪将井眼轨迹参数与预设参数进行对比,判断是否需要纠斜和扭方位;
步骤e、需要纠斜和扭方位时,控制可控偏心稳定器的翼肋的伸出程度,改变可脱开式定向钻具组合结构的力学特性,进行滑动纠斜或扭方位钻进,此时,连续油管不承受反扭矩;
步骤f、不需要纠斜时,则按步骤c定向钻进。
由上所述,本发明的可脱开式定向钻具组合结构具有如下有益效果:
本发明的可脱开式定向钻具组合结构中,旋转短节的第二内筒和第二外筒能相对旋转,使第二内筒下方的结构与第二外筒上方的钻杆或连续油管相对脱开;导向控制短节通过控制可控偏心稳定器的翼肋的推出程度,改变可脱开式定向钻具组合结构(底部钻具组合)的造斜率与力学特性,实时控制井眼轨迹,使井眼轨迹更加光滑,减小钻进摩阻,同时由于无需将钻具组合提至井口来重新定向或改变工具弯角,减少了控制方位过程中钻杆或连续油管的起下次数,避免管柱发生疲劳破坏;本发明解决常规钻杆钻进时存在的摩阻大、钻压小和托压问题,解决连续管定向和水平段钻进时管柱摩阻扭矩大,井眼净化不良,粘滞卡钻,方位偏移的问题;
与常规钻杆滑动定向钻进相比,本发明通过旋转短节实现钻具滑动钻进,上部钻杆旋转且滑动前进,降低了钻进过程中的摩阻;通过调整可控偏心稳定器与井壁间的摩擦力以及旋转短节内部的摩擦力,克服了呈振动状态的螺杆钻具反扭矩,保持了钻具工具面的稳定;
与常规连续管钻井作业相比,本发明利用螺杆钻具反扭矩驱动可脱开式定向钻具组合结构(底部钻具组合)旋转,由滑动钻进转化为旋转钻进,降低了钻井作业过程中的摩阻扭矩,增大了钻头处的钻压,极大的降低了连续油管承受的反扭矩,避免连续油管发生扭转破坏。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释,并不限定本发明的范围。
其中:
图1:为本发明的可脱开式定向钻具组合结构的示意图。
图2:为本发明的旋转短节处的结构示意图。
图中:
1、上部钻具;
2、旋转短节;21、第二外筒;22、第二内筒;23、推力轴承;
3、井下推进器;
4、可控偏心稳定器;
5、井下闭环自控仪;
6、数据接收机构;
7、无线传输机构;
8、数据上传机构;
9、随钻测量仪器;
10、螺杆钻具;
11、推进接头;
12、钻头。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解,现对照附图说明本发明的具体实施方式。
在此描述的本发明的具体实施方式,仅用于解释本发明的目的,而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下,技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形,这些都应被视为属于本发明的范围。需要说明的是,当元件被称为“设置于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是机械连接或电连接,也可以是两个元件内部的连通,可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的,并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的,不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1、图2所示,本发明提供一种可脱开式定向钻具组合结构,包括(自下而上)顺序连接的钻头12、动力推进短节、随钻测量传输短节、导向控制短节、井下推进器3和旋转短节2,动力推进短节包括螺杆钻具10和推进接头11,推进接头11包括同轴设置且能相对旋转的第一内筒和第一外筒,第一内筒连接螺杆钻具10和钻头12,螺杆钻具10通过第一内筒为钻头12提供破岩扭矩和钻压,第一外筒的侧壁上设置能减小摩阻系数的滚动轮结构;随钻测量传输短节用于测量钻井参数并将其传递至导向控制短节;导向控制短节包括可控偏心稳定器4,可控偏心稳定器4包括能伸缩的翼肋,翼肋能伸出压紧井壁以进行滑动纠偏钻进,通过控制可控偏心稳定器控制可脱开式定向钻具组合结构的力学特性;井下推进器3用于给钻头12提供钻压且抵消螺杆钻具的部分反扭矩;旋转短节2包括同轴设置且能相对旋转的第二内筒22和第二外筒21,第二内筒22与井下推进器3连接,第二外筒21连接钻杆或连续油管,旋转短节2用于使可脱开式定向钻具组合结构与钻杆或连续油管相对脱开。
本发明的可脱开式定向钻具组合结构中,旋转短节的第二内筒和第二外筒能相对旋转,使第二内筒下方的结构与第二外筒上方的钻杆或连续油管相对脱开;导向控制短节通过控制可控偏心稳定器的翼肋的推出程度,改变可脱开式定向钻具组合结构(底部钻具组合)的造斜率与力学特性,实时控制井眼轨迹,使井眼轨迹更加光滑,减小钻进摩阻,同时由于无需将钻具组合提至井口来重新定向或改变工具弯角,减少了控制方位过程中钻杆或连续油管的起下次数,避免管柱发生疲劳破坏;本发明解决常规钻杆钻进时存在的摩阻大、钻压小和托压问题,解决连续管定向和水平段钻进时管柱摩阻扭矩大,井眼净化不良,粘滞卡钻,方位偏移的问题;
与常规钻杆滑动定向钻进相比,本发明通过旋转短节实现钻具滑动钻进,上部钻杆旋转且滑动前进,降低了钻进过程中的摩阻;通过调整可控偏心稳定器与井壁间的摩擦力以及旋转短节内部的摩擦力,克服了呈振动状态的螺杆钻具反扭矩,保持了钻具工具面的稳定;
与常规连续管钻井作业相比,本发明利用螺杆钻具反扭矩驱动可脱开式定向钻具组合结构(底部钻具组合)旋转,由滑动钻进转化为旋转钻进,降低了钻井作业过程中的摩阻扭矩,增大了钻头处的钻压,极大的降低了连续油管承受的反扭矩,避免连续油管发生扭转破坏。
进一步,如图1所示,随钻测量传输短节包括随钻测量仪器9、数据上传机构8和无线传输机构7,随钻测量仪器9用于测量钻进过程中的井眼轨迹参数,数据上传机构8用于将井眼轨迹参数上传至导向控制短节,无线传输机构7用于将井眼轨迹参数上传至地面。
进一步,如图1所示,导向控制短节还包括数据接收机构6和井下闭环自控仪5,数据接收机构6用于接收数据上传机构输出的井眼轨迹参数,井下闭环自控仪5用于将井眼轨迹参数与预设参数进行对比,井下闭环自控仪5根据对比偏差控制翼肋的伸缩。若偏差较大需进行纠偏时,控制可控偏心稳定器4伸出翼肋,压紧井壁,进行滑动纠偏钻进。通过控制可控偏心稳定器4的工作状态,进而控制可脱开式定向钻具组合结构的力学特性,实现对井下钻井轨迹的准确控制。
进一步,井下推进器3内设置推靠机构和驱动机构,推靠机构能支撑在井壁上以抵消部分螺杆钻具10的反扭矩,驱动机构驱动井下推进器前进以给钻头12提供钻压,并拉动后面的钻杆或连续油管沿轴向前进。
进一步,如图1、图2所示,第二内筒22的第一端连接井下推进器,第二内筒22的第一端的外壁设置第一台肩,第二内筒22的第二端的外壁设置第二台肩,第二外筒21的第一端的内壁设置第三台肩,第二外筒21的第二端的内壁设置第四台肩,第一台肩和第三台肩之间设置推力轴承23,第二台肩和第四台肩之间设置推力轴承23。
第二外筒21可相对第二内筒22旋转,旋转短节2使可脱开式定向钻具组合结构与钻杆或连续油管相对脱开。当采用钻杆钻进时,在定向钻进或纠偏过程中,可使旋转短节以上部分即钻杆由转盘(现有技术)带动旋转,旋转短节以下的可脱开式定向钻具组合结构滑动钻进;当采用连续油管钻进时,旋转短节以下的可脱开式定向钻具组合结构在螺杆钻具工作时的反扭矩带动下旋转,而连续油管只转动一个小角度后滑动前进。
进一步,第二内筒22的第一端设置外螺纹部,第二内筒22通过外螺纹部连接井下推进器;第二外筒21的第二端设置内螺纹部,第二外筒21通过内螺纹部连接钻杆或连续油管。
进一步,滚动轮结构包括多个平行间隔设置的滚轮,各滚轮的中心轴与第一外筒的中心轴呈空间垂直设置,各滚轮能抵靠于井壁以减小摩阻系数,保证钻具顺利前进。
进一步,螺杆钻具为弯螺杆钻具或直螺杆钻具。
本发明还提供一种定向钻进方法,包括以下步骤:
步骤a、组装如前述的可脱开式定向钻具组合结构,第二外筒连接钻杆,向导向控制短节的井下闭环自控仪内输入设计的井眼轨道数据;
具体地,从上到下按照:上部钻具1(钻杆或连续油管或其余设备)、旋转短节2、井下推进器3、可控偏心稳定器4、井下闭环自控仪5、数据接收机构6、无线传输机构7、数据上传机构8、随钻测量仪器9、螺杆钻具10、推进接头11和钻头12的顺序在地面组装完毕。
步骤b、将上部钻具1(钻杆或连续油管或其余设备)和可脱开式定向钻具组合结构下入井底;当大钩载荷明显减轻时,停止下放操作。
若采用钻杆钻进,则按以下步骤实施:
步骤c、地面开泵循环钻井液,螺杆钻具10带动推进接头11的第一内筒和钻头12顺时针旋转破岩钻进,钻机转盘(现有技术)带动钻杆和旋转短节的第二外筒顺时针旋转,随着钻头的破岩钻进,可脱开式定向钻具组合结构和钻杆滑动前进;钻进过程中,钻杆不受扭矩,减小了钻杆屈曲导致的摩阻,螺杆钻具的反扭矩被旋转短节内部的摩擦扭矩、井下推进器和可控偏心稳定器与井壁接触的摩擦扭矩抵消;
步骤d、随钻测量传输短节测量井眼轨迹参数并将其传输至导向控制短节的数据接收机构,导向控制短节的井下闭环自控仪将井眼轨迹参数与预设参数进行对比,判断是否需要纠斜和扭方位;
步骤e、需要纠斜和扭方位时,控制可控偏心稳定器的翼肋的伸出程度,改变可脱开式定向钻具组合结构的力学特性(BHA力学特性),进行滑动纠斜或扭方位钻进,此时,钻杆仍在钻机转盘的带动下顺时针旋转;
步骤f、不需要纠斜时,则按步骤c定向钻进。
钻杆钻井作业时,可脱开式定向钻具组合结构能实现滑动定向钻进过程中,可脱开式定向钻具组合结构与钻杆的相对脱开,此时,钻杆在转盘的带动下旋转,降低了轴向摩阻;同时,旋转短节与导向控制短节配合,能克服呈振动状态下的螺杆钻具反扭矩,实现工具面角的动态平衡。
若采用连续油管钻进,则按以下步骤实施:
步骤c、地面开泵循环钻井液,螺杆钻具带动推进接头的第一内筒和钻头顺时针旋转破岩钻进;与旋转短节的第二外筒连接的连续油管不受力矩作用,连续油管不会发生屈曲,明显减小了连续油管和井眼的摩擦力;螺杆钻具的大部分反扭矩被旋转短节内部的摩擦扭矩、井下推进器和可控偏心稳定器与井壁接触的摩擦扭矩抵消;螺杆钻具的部分反扭矩驱动可脱开式定向钻具组合结构缓慢旋转;
步骤d、随钻测量传输短节测量井眼轨迹参数并将其传输至导向控制短节的数据接收机构,导向控制短节的井下闭环自控仪将井眼轨迹参数与预设参数进行对比,判断是否需要纠斜和扭方位;
步骤e、需要纠斜和扭方位时,控制可控偏心稳定器的翼肋的伸出程度,改变可脱开式定向钻具组合结构的力学特性(BHA力学特性),进行滑动纠斜或扭方位钻进,此时,连续油管不承受反扭矩;
步骤f、不需要纠斜时,则按步骤c定向钻进。
连续管钻井作业时,可脱开式定向钻具组合结构利用螺杆钻具钻进时的反扭矩驱动可脱开式定向钻具组合结构旋转,变常规连续管钻井的滑动钻进为旋转钻进,减小了轴向摩阻,增大了钻压,同时由于反扭矩大部分用来驱动工具串旋转,导致连续管承受的反扭矩大大减少,避免连续油管发生扭转破坏,提高了连续油管的使用寿命,降低了施工作业成本。
由上所述,本发明的可脱开式定向钻具组合结构具有如下有益效果:
本发明的可脱开式定向钻具组合结构中,旋转短节的第二内筒和第二外筒能相对旋转,使第二内筒下方的结构与第二外筒上方的钻杆或连续油管相对脱开;导向控制短节通过控制可控偏心稳定器的翼肋的推出程度,改变可脱开式定向钻具组合结构(底部钻具组合)的造斜率与力学特性,实时控制井眼轨迹,使井眼轨迹更加光滑,减小钻进摩阻,同时由于无需将钻具组合提至井口来重新定向或改变工具弯角,减少了控制方位过程中钻杆或连续油管的起下次数,避免管柱发生疲劳破坏;本发明解决常规钻杆钻进时存在的摩阻大、钻压小和托压问题,解决连续管定向和水平段钻进时管柱摩阻扭矩大,井眼净化不良,粘滞卡钻,方位偏移的问题;
与常规钻杆滑动定向钻进相比,本发明通过旋转短节实现钻具滑动钻进,上部钻杆旋转且滑动前进,降低了钻进过程中的摩阻;通过调整可控偏心稳定器与井壁间的摩擦力以及旋转短节内部的摩擦力,克服了呈振动状态的螺杆钻具反扭矩,保持了钻具工具面的稳定;
与常规连续管钻井作业相比,本发明利用螺杆钻具反扭矩驱动可脱开式定向钻具组合结构(底部钻具组合)旋转,由滑动钻进转化为旋转钻进,降低了钻井作业过程中的摩阻扭矩,增大了钻头处的钻压,极大的降低了连续油管承受的反扭矩,避免连续油管发生扭转破坏。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式,并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员,在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改,均应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种可脱开式定向钻具组合结构,其特征在于,包括顺序连接的钻头、动力推进短节、随钻测量传输短节、导向控制短节、井下推进器和旋转短节,所述动力推进短节包括螺杆钻具和推进接头,所述推进接头包括同轴设置且能相对旋转的第一内筒和第一外筒,所述第一内筒连接所述螺杆钻具和所述钻头,所述螺杆钻具通过所述第一内筒为所述钻头提供破岩扭矩和钻压,所述第一外筒的侧壁上设置能减小摩阻系数的滚动轮结构;所述随钻测量传输短节用于测量钻井参数并将其传递至所述导向控制短节;所述导向控制短节包括可控偏心稳定器,所述可控偏心稳定器包括能伸缩的翼肋,所述翼肋能伸出压紧井壁以进行滑动纠偏钻进,通过控制所述可控偏心稳定器控制所述可脱开式定向钻具组合结构的力学特性;所述井下推进器用于给钻头提供钻压且抵消螺杆钻具的部分反扭矩;所述旋转短节包括同轴设置且能相对旋转的第二内筒和第二外筒,所述第二内筒与所述井下推进器连接,所述第二外筒连接钻杆或连续油管,所述旋转短节用于使所述可脱开式定向钻具组合结构与钻杆或连续油管相对脱开。
2.如权利要求1所述的可脱开式定向钻具组合结构,其特征在于,所述随钻测量传输短节包括随钻测量仪器、数据上传机构和无线传输机构,所述随钻测量仪器用于测量钻进过程中的井眼轨迹参数,所述数据上传机构用于将所述井眼轨迹参数上传至所述导向控制短节,所述无线传输机构用于将所述井眼轨迹参数上传至地面。
3.如权利要求2所述的可脱开式定向钻具组合结构,其特征在于,所述导向控制短节还包括数据接收机构和井下闭环自控仪,所述数据接收机构用于接收所述数据上传机构输出的所述井眼轨迹参数,所述井下闭环自控仪用于将所述井眼轨迹参数与预设参数进行对比,所述井下闭环自控仪根据对比偏差控制所述翼肋的伸缩。
4.如权利要求2所述的可脱开式定向钻具组合结构,其特征在于,所述井下推进器内设置推靠机构和驱动机构,所述推靠机构能支撑在井壁上以抵消部分螺杆钻具的反扭矩,所述驱动机构驱动所述井下推进器前进以给钻头提供钻压。
5.如权利要求2所述的可脱开式定向钻具组合结构,其特征在于,所述第二内筒的第一端连接所述井下推进器,所述第二内筒的第一端的外壁设置第一台肩,所述第二内筒的第二端的外壁设置第二台肩,所述第二外筒的第一端的内壁设置第三台肩,所述第二外筒的第二端的内壁设置第四台肩,所述第一台肩和所述第三台肩之间设置推力轴承,所述第二台肩和所述第四台肩之间设置推力轴承。
6.如权利要求5所述的可脱开式定向钻具组合结构,其特征在于,所述第二内筒的第一端设置外螺纹部,所述第二内筒通过所述外螺纹部连接所述井下推进器;所述第二外筒的第二端设置内螺纹部,所述第二外筒通过所述内螺纹部连接钻杆或连续油管。
7.如权利要求2所述的可脱开式定向钻具组合结构,其特征在于,所述滚动轮结构包括多个平行间隔设置的滚轮,各所述滚轮的中心轴与所述第一外筒的中心轴呈空间垂直设置,各所述滚轮能抵靠于井壁以减小摩阻系数。
8.如权利要求2所述的可脱开式定向钻具组合结构,其特征在于,所述螺杆钻具为弯螺杆钻具或直螺杆钻具。
9.一种定向钻进方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤a、组装如权利要求1至8任一项所述的可脱开式定向钻具组合结构,第二外筒连接钻杆,向导向控制短节的井下闭环自控仪内输入设计的井眼轨道数据;
步骤b、将钻杆和可脱开式定向钻具组合结构下入井底;
步骤c、地面开泵循环钻井液,螺杆钻具带动推进接头的第一内筒和钻头顺时针旋转破岩钻进,钻机转盘带动钻杆和旋转短节的第二外筒顺时针旋转;螺杆钻具的反扭矩被旋转短节内部的摩擦扭矩、井下推进器和可控偏心稳定器与井壁接触的摩擦扭矩抵消;
步骤d、随钻测量传输短节测量井眼轨迹参数并将其传输至导向控制短节的数据接收机构,导向控制短节的井下闭环自控仪将井眼轨迹参数与预设参数进行对比,判断是否需要纠斜和扭方位;
步骤e、需要纠斜和扭方位时,控制可控偏心稳定器的翼肋的伸出程度,改变可脱开式定向钻具组合结构的力学特性,进行滑动纠斜或扭方位钻进,此时,钻杆仍在钻机转盘的带动下顺时针旋转;
步骤f、不需要纠斜时,则按步骤c定向钻进。
10.一种定向钻进方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤a、组装如权利要求1至8任一项所述的可脱开式定向钻具组合结构,第二外筒连接连续油管,向导向控制短节的井下闭环自控仪内输入设计的井眼轨道数据;
步骤b、将连续油管和可脱开式定向钻具组合结构下入井底;
步骤c、地面开泵循环钻井液,螺杆钻具带动推进接头的第一内筒和钻头顺时针旋转破岩钻进;螺杆钻具的大部分反扭矩被旋转短节内部的摩擦扭矩、井下推进器和可控偏心稳定器与井壁接触的摩擦扭矩抵消;螺杆钻具的部分反扭矩驱动可脱开式定向钻具组合结构缓慢旋转;
步骤d、随钻测量传输短节测量井眼轨迹参数并将其传输至导向控制短节的数据接收机构,导向控制短节的井下闭环自控仪将井眼轨迹参数与预设参数进行对比,判断是否需要纠斜和扭方位;
步骤e、需要纠斜和扭方位时,控制可控偏心稳定器的翼肋的伸出程度,改变可脱开式定向钻具组合结构的力学特性,进行滑动纠斜或扭方位钻进,此时,连续油管不承受反扭矩;
步骤f、不需要纠斜时,则按步骤c定向钻进。
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