多支点支撑井壁姿态控制高造斜导向钻具

本发明涉及石油钻探设备，具体涉及一种多支点支撑井壁姿态控制高造斜导向钻具。

背景技术：

1、随着老油田开发的深入，油田含水逐步攀升，原油产量逐步递减，开发形势更加严峻，并且随着加密井的不断施工，井间距离愈发短，常规水平井造斜段长，井间距短的制约下，造成水平段短影响产油效果，为此近年来通过短半径、超短半径水平井技术进行大曲率造斜和定向水平钻进，可以实现目的层定向挖潜改造，扩大泄油面积，改善油井生产条件，进一步提高原油采收率 。与常规水平井相比，具有靶前距短，施工周期短，费用低等特点，需要造斜率高（60°/30m以上）、曲率半径小（50m以内），为现场施工造成极大困难，尤其定向段对造斜工具要求更高，需要更小尺寸、更大造斜率、更高功率的造斜工具。采用常规弯螺杆进行定向钻进，弯角度多为0.75°、1°、1.25°、1.5°、1.75°等，最高可达到16°/30m；采用旋转导向进行定向钻进，目前各种推靠井壁式、推靠心轴指向式、混合式等旋转导向工具，造斜率在6°-15°/30m；

2、常规旋转导向钻具多为单支点式，其只在靠近钻头处设置沿钻具周向均布的多个支撑刀翼，通过每个支撑刀翼产生的不同大小的支撑力，多个支撑刀翼形成的合力能向整个导向钻具施加造斜力，其通过提高其中几个支撑刀翼向导向钻具施加的支撑力，来提高导向钻具的造斜能力，但单支点式的导向钻具提高造斜力的能力有限，限制了导向工具的造斜能力。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术中的问题，提供多支点支撑井壁姿态控制高造斜导向钻具，能提高了整个钻具的造斜能力，以进行短半径以及超短半径大曲率造斜和定向水平钻进，从而实现目的层定向挖潜改造。

2、本发明提供了一种多支点支撑井壁姿态控制高造斜导向钻具，包括钻杆、芯轴和钻头，所述钻头通过芯轴与钻杆连接，还包括：

3、壳体总成，套接在芯轴外靠近钻头一端，所述壳体总成与芯轴外壁枢轴连接；

4、上支撑机构，设置于所述壳体总成远离钻头一端，所述上支撑机构能与井壁抵接；

5、下支撑机构，设置于所述壳体总成靠近钻头一端，所述下支撑机构能与井壁抵接；

6、液控回路，与所述上支撑机构和下支撑机构连通，所述液控回路用于控制上支撑机构和下支撑机构动作，以使上支撑机构向壳体总成施加的作用力与下支撑机构向壳体总成施加的作用力的方向相反。

7、较佳地，所述上支撑机构和下支撑机构结构相同，均包括多个液压缸，所述多个液压缸沿壳体总成的周向均布于壳体总成侧壁，每个液压缸均连接有一个控制阀，每个控制阀均与所述液控回路连通，每个液压缸的液压活塞上均连接一个支撑翼，当控制阀打开时，液控回路向液压缸内通进液压油，液压活塞驱动支撑翼沿芯轴径向运动，以使支撑翼向井壁施加挤压力。

8、较佳地，所述液控回路包括柱塞泵、高压油腔和液动力机构，所述液动力机构连通有钻井液供给装置，所述柱塞泵与液动力机构的输出端连接，所述高压油腔与柱塞泵连通，每个控制阀均与高压油腔连通，当钻井液供给装置向液动力机构供给钻井液时，液动力机构驱动柱塞泵运动，以向高压油腔内通进高压液压油。

9、较佳地，所述柱塞泵包括转轴、斜盘和多个柱塞缸，所述液动力机构与转轴连接，所述芯轴内设有第一通孔，转轴枢轴连接于第一通孔内并与芯轴同心设置，多个柱塞缸沿芯轴的周向布置，每个柱塞缸的缸体均与转轴连接，每个柱塞缸的缸体的轴向均与芯轴的轴向平行，所述斜盘与芯轴的内壁固连，斜盘设有与芯轴轴向呈锐角的工作面，所述工作面与柱塞缸的柱塞抵接。

10、较佳地，所述液动力机构包括液压泵、涡轮定子和涡轮转子，所述涡轮定子设于第一通孔内壁，所述涡轮转子设于转轴上，液压泵的输入端与所述钻井液供给装置连通，第一通孔与液压泵的输出端连通，当钻井液流经第一通孔时，钻井液驱动涡轮转子转动。

11、较佳地，所述涡轮转子设于转轴中部，芯轴上靠近钻头一端设有第二通孔，所述钻头上设有喷液口，所述喷液口通过第二通孔与第一通孔连通。

12、较佳地，所述支撑翼为梯形块结构，支撑翼的小端面与井壁抵接，支撑翼的长度方向与芯轴的长度方向同向。

13、较佳地，所述芯轴上端设有上接头，所述上接头与钻杆可拆卸连接，芯轴下端设有下接头，所述下接头与钻头可拆卸连接。

14、较佳地，所述芯轴与壳体总成通过轴承总成枢轴连接。

15、较佳地，所述转轴通过高速轴承与第一通孔枢轴连接。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的一种多支点支撑井壁姿态控制高造斜导向钻具，通过液控回路控制上支撑机构和下支撑机构运动，直至上支撑机构与下支撑机构与井壁抵接，上支撑机构和下支撑机构分别支撑在壳体总成两侧的井壁上，上支撑机构和下支撑机构向井壁施加的作用力的方向相反，且上支撑机构和下支撑机构分置于壳体总成的前后两端，井壁向壳体总成两端施加的支撑力使得壳体总成形成一定转矩，从而使得壳体总成发生一定偏转，从而带动钻头进行偏斜，使整个钻具具有较高的造斜能力，以进行短半径以及超短半径大曲率造斜和定向水平钻进，从而实现目的层定向挖潜改造。

17、本钻具的上支撑机构和下支撑机构，利用两侧的支撑翼向井壁施加稳定的挤压力，在井壁的支撑下，从而能向壳体总成的两端同时施加方向相反的稳定的支撑力，以提高整个钻具的造斜能力。通过多个柱塞缸，能同时驱动芯轴轴心线的两侧相对的支撑翼动作，从而驱动钻头向一侧偏斜，通过控制不同的柱塞缸动作，能控制不同方向的支撑翼动作，从而能够控制钻头的偏斜方向，以实现目的层定向挖潜改造。

技术特征：

1.一种多支点支撑井壁姿态控制高造斜导向钻具，包括钻杆、芯轴（101）和钻头，所述钻头通过芯轴（101）与钻杆连接，其特征在于，还包括：

2.如权利要求1所述的多支点支撑井壁姿态控制高造斜导向钻具，其特征在于，所述柱塞泵（4）包括转轴（402）、斜盘（403）和多个柱塞缸（3），所述液动力机构（401）与转轴（402）连接，所述芯轴（101）内设有第一通孔（404），转轴（402）枢轴连接于第一通孔（404）内并与芯轴（101）同心设置，多个柱塞缸（3）沿芯轴（101）的周向布置，每个柱塞缸（3）的缸体均与转轴（402）连接，每个柱塞缸（3）的缸体的轴向均与芯轴（101）的轴向平行，所述斜盘（403）与芯轴（101）的内壁固连，斜盘（403）设有与芯轴（101）轴向呈锐角的工作面，所述工作面与柱塞缸（3）的柱塞抵接。

3.如权利要求2所述的多支点支撑井壁姿态控制高造斜导向钻具，其特征在于，所述液动力机构（401）包括液压泵、涡轮定子（501）和涡轮转子（502），所述涡轮定子（501）设于第一通孔（404）内壁，所述涡轮转子（502）设于转轴（402）上，液压泵的输入端与所述钻井液供给装置连通，第一通孔（404）与液压泵的输出端连通，当钻井液流经第一通孔（404）时，钻井液驱动涡轮转子（502）转动。

4.如权利要求3所述的多支点支撑井壁姿态控制高造斜导向钻具，其特征在于，所述涡轮转子（502）设于转轴（402）中部，芯轴（101）上靠近钻头一端设有第二通孔（6），所述钻头上设有喷液口，所述喷液口通过第二通孔（6）与第一通孔（404）连通。

5.如权利要求2所述的多支点支撑井壁姿态控制高造斜导向钻具，其特征在于，所述支撑翼（203）为梯形块结构，支撑翼（203）的小端面与井壁抵接，支撑翼（203）的长度方向与芯轴（101）的长度方向同向。

6.如权利要求1所述的多支点支撑井壁姿态控制高造斜导向钻具，其特征在于，所述芯轴（101）上端设有上接头（701），所述上接头（701）与钻杆可拆卸连接，芯轴（101）下端设有下接头（702），所述下接头（702）与钻头可拆卸连接。

7.如权利要求1所述的多支点支撑井壁姿态控制高造斜导向钻具，其特征在于，所述芯轴（101）与壳体总成（102）通过轴承总成（8）枢轴连接。

8.如权利要求2所述的多支点支撑井壁姿态控制高造斜导向钻具，其特征在于，所述转轴（402）通过高速轴承与第一通孔（404）枢轴连接。

技术总结本发明公开了一种多支点支撑井壁姿态控制高造斜导向钻具，属于石油钻探设备技术领域。该多支点支撑井壁姿态控制高造斜导向钻具，包括钻杆、芯轴和钻头，还包括：上支撑机构，能与井壁抵接，以向壳体总成施加沿芯轴径向的作用力；下支撑机构，能与井壁抵接，以向壳体总成施加沿芯轴径向的作用力；液控回路，用于向上支撑机构和下支撑机构供给液压油，以使上支撑机构与下支撑机构向井壁施加的作用力的方向相反。本发明的多支点支撑井壁姿态控制高造斜导向钻具，能使井壁向壳体总成的两端同时施加方向相反支撑力，提高了整个钻具的造斜能力，以进行短半径以及超短半径大曲率造斜和定向水平钻进。技术研发人员：王春华,王昶皓,冯倩文,李士斌,李绍杰,刘云钊受保护的技术使用者：东北石油大学技术研发日：技术公布日：2024/12/2