可实现导向和稳斜的可控井下工具及控制方法

本发明属于石油钻井，具体涉及一种可实现导向和稳斜的可控井下工具及控制方法。

背景技术：

1、随着我国经济的快速发展，国内对石油天燃气的需求仍逐年增加，但是常规石油天然气资源的产量持续下降，石油行业面临着巨大挑战，从而转向对低渗透性、深层超深层、深海、页岩油气等非常规油气田的开发，通常利用开发深井、超深井、大位移井和长距离水平井来实现，造成油气井的结构越来越复杂。定向钻井的成功实施非常具有挑战性，因为系统必须承受地下深处存在的高温高压，这需要使用转向机构、地下定位和控制算法等技术，因此，对于导向钻井技术和导向钻井工具有着更高的要求。

2、导向钻井工具主要有推块式、指向式和复合式，推块式导向钻井工具有纯机械式、机液式，控制形式也有排量控制法、钻压控制法、反压差信号控制法、泥浆开停泵时间控制法等，这些控制方法受钻井液压力等因素的限制，工作原理复杂，主要缺点是下传指令可靠性差，井底接收信号困难，地面系统对推块伸出情况无法准确判断，造成导向钻井工具的效率低。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种适应性强、可操作性高、机电液一体化的可实现导向和稳斜的可控井下工具及控制方法。

2、为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：所述可实现导向和稳斜的可控井下工具及控制方法包括控制模块、导向模块、连接模块。

3、所述控制模块包括电机控制单元、电磁铁控制单元、电磁阀控制单元、控制单元；所述电机控制单元包括电机盖板、电机上壳体、电机定位壳体、电机、联轴器、丝杆轴、转换控制器，所述电机定位壳体上开有对称布置的孔，电机通过螺栓固定在电机定位壳体内，所述丝杆轴和电机通过联轴器连接，丝杆轴上开有销槽；所述电磁铁控制单元包括连接销、电磁铁弹簧、电磁铁、电磁铁密封，所述电磁铁弹簧下部位于连接销上部凹槽内，上部与电磁铁接触，所述连接销上开有密封槽，所述电磁铁密封上有密封槽；所述电磁阀控制单元包括电磁阀壳体、电磁阀、电磁阀密封、固定套筒，所述电磁铁壳体有外部螺纹和内部螺纹，所述固定套筒有外部螺纹，电磁铁壳体内部螺纹和固定套筒外部螺纹啮合；所述主控单元包括电池壳体、电子仓壳体、电池组、角速度陀螺仪、三轴加速度传感器、控制器、电路板、支撑体、电子仓盖板，所述电池壳体、电子仓壳体上开有通线孔。

4、所述导向模块包括导向壳体、推块、中心管、导向盖板、推块弹簧，所述导向壳体内部有流道和通线孔，导向壳体上部与固定套筒通过螺纹连接，导向壳体下部与下轴套筒通过螺纹连接，所述中心管上部为锥螺纹，中心管上部有密封槽。

5、所述连接模块包括上接头、上部角接触球轴承、下部角接触球轴承、上轴套筒、固定套管、下轴套筒、锥扣、下接头，所述锥扣上部和中心管通过螺纹连接，下部与下接头通过螺纹连接，所述上轴套筒下部与固定套管通过螺纹连接，所述上轴套筒内有密封槽，所述下轴套筒内有密封槽，所述锥扣外部有密封槽，所述固定套管内有密封槽。

6、优选的，所述丝杆轴上有螺纹段，与转换控制器上部孔内螺纹啮合，所述联轴器通过销传递扭矩到丝杆轴，电机带动联轴器旋转，联轴器传递扭矩到丝杆轴，丝杆轴通过螺纹传动带动转换控制器轴向移动，转换控制器在电机盖板内侧的圆形槽和导向壳体内侧圆形槽组成的空腔内移动。

7、优选的，所述电机定位壳体外部有定位凸台，电机定位壳体位于电机盖板内侧方形槽与导向壳体内侧方形槽组成的腔体内，电机定位壳体外部定位凸台与电机盖板内侧定位槽、导向壳体内侧定位槽分别啮合，实现电机定位壳体周向定位。

8、优选的，所述电磁阀控制单元数量为4组，沿可实现导向和稳斜的可控井下工具及控制方法周向均匀分布，固定套筒内部开有六边形通孔，方便拆装，固定套筒内部有圆形通孔，固定套筒上有密封槽，保证电磁阀的密封。

9、优选的，所述导向壳体内部有一个径向圆孔，所述中心管外部有方形通孔和方形凹槽，中心管上方形凹槽和导向壳体上径向孔对应；中心管外部有圆形盲孔，通过连接销进入或退出圆形盲孔实现导向壳体和中心管的同步转动和断开；中心管外部有圆形导向槽，保证连接销能够稳定进入圆形盲孔；所述推块上有推块弹簧固定槽；所述连接销的材料为合金钢。

10、优选的，所述上部角接触球轴承和中心管为过盈配合，所述下部角接触球轴承和锥扣之间为过盈配合。

11、本发明与现有技术相比较，其具有以下有益效果：

12、1.本发明提供了一种可实现导向和稳斜的可控井下工具及控制方法，其可操作性高，可控性好，相比于现阶段的导向钻井工具，可以更为准确的控制推块的伸出，保证钻头沿正确方向钻进，提高整体钻进效率；

13、2.本发明可以实现中心管和导向壳体同步转动和断开工作两种状态，同步转动时可实现导向和稳斜的可控井下工具可以发挥变径稳定器的作用，控制或调整井眼井斜角，断开工作时即为导向钻井工具，起到导向作用，功能广泛。

技术特征：

1.可实现导向和稳斜的可控井下工具及控制方法，其特征在于：可实现导向和稳斜的可控井下工具位于钻头和钻柱稳定器之间，所述可实现导向和稳斜的可控井下工具及控制方法包括控制模块、导向模块、连接模块；

2.根据权利要求1所述的可实现导向和稳斜的可控井下工具及控制方法，其特征在于：所述转换控制器（10）上部孔内有螺纹，转换控制器（10）下部开有四个进口方向相同、出口方向不同的流道，转换控制器（10）上部壳体外部有对称布置的凸台，和导向壳体（6）内部的导向槽啮合，实现转换控制器（10）的周向定位；所述电机盖板（9）上开有四个对称布置的沉头孔，电机盖板（9）的数量为1个；所述电机盖板（9）和导向壳体（6）之间有密封垫，防止钻井液等进入损伤电机（7）。

3.根据权利要求1所述的可实现导向和稳斜的可控井下工具及控制方法，其特征在于：所述电磁铁（20）通电时，电磁铁（20）会将连接销（2002）吸附在其表面，实现导向壳体（6）和中心管（2）分离，电磁铁（20）断电，电磁铁弹簧（2003）伸长，连接销（2002）复位，实现导向壳体（6）和中心管（2）结合。

4.根据权利要求1所述的可实现导向和稳斜的可控井下工具及控制方法，其特征在于：所述电磁阀（13）位于电磁阀壳体（1303）内部长方形凹槽内，电磁阀（13）下部流道口与电磁阀壳体（1303）内部通孔连通，电磁阀（13）上部流道口与电磁阀密封（1302）内部通孔连通；电磁阀（13）类型为先导式电磁阀，两位两通，可承受高压。

5.根据权利要求1所述的可实现导向和稳斜的可控井下工具及控制方法，其特征在于：所述导向盖板（11）上有八个对称分布的沉头孔，导向盖板（11）数量为4个，沿周向均匀分布。

6.根据权利要求1所述的可实现导向和稳斜的可控井下工具及控制方法，其特征在于：所述电子仓盖板（1904）和导向壳体（6）之间有密封垫，防止外部钻井液等进入损伤电池组（19）和电子元器件。

技术总结本发明涉及石油钻井技术领域，具体涉及一种可实现导向和稳斜的可控井下工具及控制方法，包括控制模块、导向模块、连接模块。控制模块包括电机控制单元、电磁铁控制单元、电磁阀控制单元、主控单元；导向模块包括导向壳体、推块、中心管、导向盖板、推块弹簧；连接模块包括上接头、上部角接触球轴承、下部角接触球轴承、上轴套筒、固定套管、下轴套筒、锥扣、下接头。可实现导向和稳斜的可控井下工具及控制方法主控单元控制电机旋转带动转换控制器轴向移动，转换控制器控制不同流道口的接合，高压钻井液沿着内部流道进入，使推块伸出，实现导向和稳斜功能，在导向过程中可以准确控制推块伸出，可行性高，适应性强。技术研发人员：田家林,冉龙,杨建波,杨琳,黄春健受保护的技术使用者：西南石油大学技术研发日：技术公布日：2024/7/9