高温复杂难钻地层环境的井下自动增斜装置及增斜方法

本发明属于钻井工程，涉及适合于高温复杂难钻地层环境的导向钻井工具，具体涉及一种高温复杂难钻地层环境的井下自动增斜装置及增斜方法。

背景技术：

1、深层油气、深层地热是未来能源领域重要接替，导向钻井是深层油气、深层地热开发不可或缺的技术工艺，高温环境、难钻地层、复杂岩性是深层导向钻井的突出难题和重大挑战。现有导向钻井包括滑动导向和旋转导向，滑动导向依托井下动力钻具实现，旋转导向依托于旋转导向钻井工具实现，但动力钻具内部的橡胶定子及旋转导向钻井工具内部的电路元器件等部件难以适应高温复杂难钻环境作业要求，制约甚至限制了深层油气及深层地热资源的开发，研发能够适应高温复杂难钻环境的导向钻井装置意义重大。

2、基于此，本申请提出一种高温复杂难钻地层环境的井下自动增斜装置及增斜方法，该装置采用机械结构，无大量橡胶件、无电子元器件，能够耐受高温环境，能够适应复杂难钻地层钻井，通过整体结构设置以及相应流道设计，钻进过程中，当任意推力体转动至下侧使传压流道与增斜流道连通时，一部分钻井液流向滑槽对转动至下侧的推力体产生推力，使转动至下侧的推力体沿径向向外运动而对下部井壁产生作用，下部井壁对相应的推力体产生向上的反作用力，该反作用力形成对增斜装置钻头端的向上推力，从而达到自动增斜的目的。

技术实现思路

1、本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种高温复杂难钻地层环境的井下自动增斜装置及增斜方法。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、高温复杂难钻地层环境的井下自动增斜装置，包括外筒体，所述外筒体包括沿轴向依次同轴相连的上接头、钻压扭矩传递筒、侧向力接头；

4、所述侧向力接头的径向外部沿圆周方向均匀设置若干滑槽，所述滑槽内沿侧向力接头的径向方向密封滑动配合有推力体，所述推力体与滑槽之间设置有促使推力体沿侧向力接头径向方向向内滑动的复位件；

5、所述钻压扭矩传递筒内部设置芯轴，所述芯轴与钻压扭矩传递筒进行转动配合，所述芯轴的一侧沿轴向方向设置有若干加重金属块，所述加重金属块的重心偏离芯轴的中心轴线，所有加重金属块的重心位于一条重心连线上，所述重心连线与芯轴的中心轴线相平行；

6、所述芯轴远离上接头的一端与流道控制体固定连接；

7、所述上接头的中心处设置有沿轴向贯通的第一钻井液流道，所述钻压扭矩传递筒与芯轴之间形成与第一钻井液流道相连通的第二钻井液流道，所述侧向力接头的内部设置有沿轴向贯通的第三钻井液流道，所述外筒体与流道控制体之间形成用来连通第二钻井液流道、第三钻井液流道的增斜流道，所述增斜流道的轴向横截面呈扇形结构，所述增斜流道与加重金属块位于芯轴的同一侧；

8、所述增斜流道过芯轴中心轴线的径向平分截面为平面m，所述重心连线与芯轴中心轴线确定的平面为平面n，所述平面m和平面n共面；

9、所述滑槽的中心处设置有贯通至侧向力接头径向内侧壁的传压流道。

10、优选的，所述增斜流道轴向横截面中扇形结构对应的圆心角α为180°。

11、优选的，相适配的流道控制体径向外壁面、侧向力接头内壁面之间设置密封件。

12、优选的，所述芯轴外壁面与钻压扭矩传递筒内壁面之间通过沿轴向方向布置的上部轴承组件、下部轴承组件进行转动配合，所述加重金属块位于上部轴承组件、下部轴承组件之间；

13、所述上部轴承组件包括上部轴承支撑体、上部轴承，所述下部轴承组件包括下部轴承支撑体、下部轴承；

14、所述上部轴承内圈与芯轴外壁面固定连接，所述上部轴承外圈与上部轴承支撑体固定连接；所述下部轴承内圈与芯轴外壁面固定连接，所述下部轴承外圈与下部轴承支撑体固定连接；所述上部轴承支撑体、下部轴承支撑体的外壁面与钻压扭矩传递筒的内壁面固定连接；所述上部轴承支撑体、下部轴承支撑体的中部设置有适配芯轴的通孔；

15、所述上部轴承支撑体、下部轴承支撑体上沿圆周方向均匀设置若干用于钻井液通过的轴向贯通孔。

16、优选的，所述上部轴承组件、下部轴承组件之间的芯轴外壁面上沿沿圆周方向均匀设置若干芯轴翼肋，所有芯轴翼肋的外壁面位于同一个圆柱面上，所述加重金属块位于其中一个芯轴翼肋内。

17、优选的，所述芯轴包括同轴设置的上芯轴、下芯轴，所述上芯轴的直径大于下芯轴的直径，所述芯轴翼肋设置在上芯轴上；

18、所述下芯轴延伸至侧向力接头内，所述流道控制体插入到下芯轴上，所述流动控制体与下芯轴之间通过防转键实现圆周方向的定位连接，所述下芯轴远离上芯轴的端部设置防护套以实现流动控制体轴向方向的定位连接。

19、优选的，靠近上接头的芯轴端部固定设置芯轴上防护体，所述芯轴上防护体面向上接头的一侧外壁呈半梭形结构，半梭形结构的小头端面向上接头；

20、所述芯轴上防护体远离上接头的端部抵在上部轴承的端部。

21、优选的，所述推力体呈圆柱体结构，所述推力体沿侧向力接头径向方向的内端同轴固定设置滑动环，所述滑动环与滑槽之间进行密封滑动配合；

22、所述滑动环沿侧向力接头径向方向的外端与滑槽的径向外端之间设置复位件。

23、优选的，所述推力体的中部设置有贯通的泄压孔，所述泄压孔靠近井眼环空的部位安装泄流喷嘴。

24、本发明还提供一种高温复杂难钻地层环境的井下自动增斜方法，。

25、高温复杂难钻地层环境的井下自动增斜方法，采用高温复杂难钻地层环境的井下自动增斜装置进行实施，所述增斜方法为：

26、钻进过程中，平面n始终呈竖直状态且加重金属块、增斜流道位于下侧，钻井液沿第一钻井液流道、第二钻井液流道、增斜流道、第三钻井液流道到达钻头发挥正常作用，在上接头、钻压扭矩传递筒、侧向力接头构成的外筒体转动过程中，当任意推力体转动至下侧使传压流道与增斜流道连通时，一部分钻井液经连通的增斜流道、传压流道流向滑槽对转动至下侧的推力体产生推力，使转动至下侧的推力体沿径向向外运动而对下部井壁产生作用，下部井壁对相应的推力体产生向上的反作用力f，该反作用力形成对增斜装置钻头端的向上推力，控制钻井井斜增加。

27、本发明的有益效果是：

28、本发明增斜装置采用机械结构，无大量橡胶件、无电子元器件，能够耐受高温环境，能够适应复杂难钻地层钻井，通过整体结构设置以及相应流道设计，钻进过程中，当任意推力体转动至下侧使传压流道与增斜流道连通时，一部分钻井液流向滑槽对转动至下侧的推力体产生推力，使转动至下侧的推力体沿径向向外运动而对下部井壁产生作用，下部井壁对相应的推力体产生向上的反作用力f，该反作用力形成对增斜装置钻头端的向上推力，从而达到自动增斜的目的，即本申请增斜装置无需采用人为方式制定增斜措施或者改变原有钻井方法，不需要增加高精尖设备，不影响其它钻井工序的实施。

技术特征：

1.高温复杂难钻地层环境的井下自动增斜装置，包括外筒体，其特征在于，所述外筒体包括沿轴向依次同轴相连的上接头、钻压扭矩传递筒、侧向力接头；

2.如权利要求1所述的高温复杂难钻地层环境的井下自动增斜装置，其特征在于，所述增斜流道轴向横截面中扇形结构对应的圆心角α为180°。

3.如权利要求1所述的高温复杂难钻地层环境的井下自动增斜装置，其特征在于，相适配的流道控制体径向外壁面、侧向力接头内壁面之间设置密封件。

4.如权利要求1所述的高温复杂难钻地层环境的井下自动增斜装置，其特征在于，所述芯轴外壁面与钻压扭矩传递筒内壁面之间通过沿轴向方向布置的上部轴承组件、下部轴承组件进行转动配合，所述加重金属块位于上部轴承组件、下部轴承组件之间；

5.如权利要求4所述的高温复杂难钻地层环境的井下自动增斜装置，其特征在于，所述上部轴承组件、下部轴承组件之间的芯轴外壁面上沿沿圆周方向均匀设置若干芯轴翼肋，所有芯轴翼肋的外壁面位于同一个圆柱面上，所述加重金属块位于其中一个芯轴翼肋内。

6.如权利要求1所述的高温复杂难钻地层环境的井下自动增斜装置，其特征在于，所述芯轴包括同轴设置的上芯轴、下芯轴，所述上芯轴的直径大于下芯轴的直径，所述芯轴翼肋设置在上芯轴上；

7.如权利要求4所述的高温复杂难钻地层环境的井下自动增斜装置，其特征在于，靠近上接头的芯轴端部固定设置芯轴上防护体，所述芯轴上防护体面向上接头的一侧外壁呈半梭形结构，半梭形结构的小头端面向上接头；

8.如权利要求1所述的高温复杂难钻地层环境的井下自动增斜装置，其特征在于，所述推力体呈圆柱体结构，所述推力体沿侧向力接头径向方向的内端同轴固定设置滑动环，所述滑动环与滑槽之间进行密封滑动配合；

9.如权利要求1所述的高温复杂难钻地层环境的井下自动增斜装置，其特征在于，所述推力体的中部设置有贯通的泄压孔，所述泄压孔靠近井眼环空的部位安装泄流喷嘴。

10.高温复杂难钻地层环境的井下自动增斜方法，采用如权利要求1～9任一项所述的高温复杂难钻地层环境的井下自动增斜装置进行实施，其特征在于，所述增斜方法为：

技术总结
本发明公开了一种高温复杂难钻地层环境的井下自动增斜装置及增斜方法，属于钻探技术领域，包括外筒体，外筒体包括上接头、钻压扭矩传递筒、侧向力接头；侧向力接头径向外部设置滑槽，滑槽内密封滑动配合推力体；钻压扭矩传递筒内部设置芯轴，芯轴一侧沿设置加重金属块，芯轴远离上接头的一端与流道控制体固定连接；外筒体与流道控制体之间形成增斜流道，增斜流道的轴向横截面呈扇形结构；增斜流道过芯轴中心轴线的径向平分截面为平面M，重心连线与芯轴中心轴线确定的平面为平面N，平面M和平面N共面；滑槽中心设置传压流道。本发明采用机械结构，无大量橡胶件、无电子元器件，能够耐受高温环境，能够适应高温复杂难钻地层钻井。

技术研发人员：刘永旺,严子昕,田鸽,石壮得,马振华,刘艳彬,李孟春
受保护的技术使用者：中国石油大学（华东）
技术研发日：
技术公布日：2024/10/28