旋轉(zhuǎn)導向工具的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及石油鉆井領域，特別是一種旋轉(zhuǎn)導向工具。
【背景技術】
[0002] 目前，在鉆井領域中，旋轉(zhuǎn)導向鉆井在旋轉(zhuǎn)鉆井過程中能夠根據(jù)井眼軌跡控制的 需要，實時調(diào)節(jié)井斜和方位，從而提高鉆井速度，因此旋轉(zhuǎn)導向鉆井得到了廣泛的應用。
[0003] 在旋轉(zhuǎn)導向鉆井裝置中，最重要的是旋轉(zhuǎn)導向工具。常見的旋轉(zhuǎn)導向工具包括有 旋轉(zhuǎn)芯軸及控制系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)芯軸的上游端部與鉆柱相連，下游端部與鉆頭相連以實現(xiàn)鉆進， 在旋轉(zhuǎn)芯軸上設置有能凸出而頂靠井壁的翼肋，以及與驅(qū)動翼肋運動的動力器件?？刂葡?統(tǒng)則包括各種測量傳感器和用于控制各種動力器件動作的控制器。
[0004] 根據(jù)導向方式的不同，旋轉(zhuǎn)導向鉆井裝置可分為推靠式和指向式兩種類型。其中 推靠式能產(chǎn)生較大的側(cè)向力而應用廣泛，在推靠式旋轉(zhuǎn)導向裝置中，翼肋均勻分布于工具 外殼上，并由液壓力驅(qū)動。液壓力的產(chǎn)生由控制系統(tǒng)控制以使得翼肋伸向井壁或縮回。在 進行導向時，控制系統(tǒng)產(chǎn)生液壓控制信號，使鉆柱內(nèi)部的高壓鉆井液或液壓泵產(chǎn)生的高壓 通過液壓通道，進入相應的翼肋支撐液壓腔中，從而推動翼肋凸出并頂靠井壁。隨著鉆柱的 旋轉(zhuǎn)，每個翼肋都在預定的導向方向凸，從而通過旋轉(zhuǎn)芯軸的偏移在鉆頭處產(chǎn)生側(cè)向力，實 現(xiàn)旋轉(zhuǎn)導向鉆井裝置工具的導向。
[0005] 為了精確地控制導向方向，需要根據(jù)井眼軌跡準確地發(fā)出控制信號，執(zhí)行單元快 速響應，使翼肋準確地在預定位置推靠井壁。但是，這在實際情況中難以實現(xiàn)，特別是執(zhí)行 單元的響應延遲會導致翼肋不能及時凸出，從而導致導向方向出現(xiàn)偏差，降低了旋轉(zhuǎn)導向 鉆井的精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對現(xiàn)有技術中所存在的上述技術問題，本發(fā)明提出了旋轉(zhuǎn)導向工具。這種旋轉(zhuǎn) 導向工具能夠精確地確定翼肋開始凸出時的翼肋的角位置G start，從而提高了旋轉(zhuǎn)導向鉆 井精度。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明，提出了一種旋轉(zhuǎn)導向工具，其包括轉(zhuǎn)動的芯軸以及能在液壓力下凸 出芯軸表面并頂觸井壁而使芯軸偏轉(zhuǎn)的翼肋，測量驅(qū)動翼肋運動的液壓力的液壓傳感器、 芯軸轉(zhuǎn)速傳感器、用于測定翼肋的位置的工具面測量單元以及處理來自液壓傳感器、芯軸 轉(zhuǎn)速傳感器和工具面測量單元的數(shù)據(jù)并由此控制翼肋向外凸出的控制器，在鉆井期間，控 制器根據(jù)翼肋預定凸出到位的角位置Q up，芯軸的角速度ω、翼肋在液壓力作用下從原始 位置到凸出到位所需要的時間τ來計算出指示翼肋開始凸出時的翼肋的角位置θ start。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)導向工具，由于翼肋在液壓力作用下從原始位置到凸出到位， 需要時間T，因此考慮時間T來計算角位置Q start，使得翼肋凸出到位的角位置0up始終處 于預定的范圍內(nèi)，從而提1?鉆井的精確性。
[0009] 在一個實施例中，以弧度來計算，角位置Θ start=2 Ji - Τω 土 Θ，其中Θ是角位置 補償。由于在鉆井過程中，鉆具和旋轉(zhuǎn)導向工具還會受到其他因素的影響，例如，翼肋與井 壁之間的碰撞方式和縮回量不確定，設備受溫度影響而導致響應延遲，這些因素都會導致 難以精確確定角位置Qstart，角位置補償θ補償了這些因素的影響，從而進一步提高鉆井 的精確性。
[0010] 在一個實施例中，在鉆井之前，預先設定芯軸的轉(zhuǎn)速最大變化量Λ ω_、最大液壓 力Pniax、最小液壓力Pniin以及當液壓力P大于Pniax或小于P niin之外時的角位置補償θ 1，在使 用旋轉(zhuǎn)導向工具實施偏轉(zhuǎn)時，通過芯軸轉(zhuǎn)速傳感器測量芯軸的轉(zhuǎn)速變化量△ ω，當芯軸的 轉(zhuǎn)速變化量Λ ω小于Λ ω_，并且液壓力P處于Pmax和Pmin之間時，角位置補償Θ等于零。 [0011] 在一個實施例中，當液壓力P小于Pniin時，角位置補償Q = Q1，角位置9start=2 π - Τω - Θ。在另一個實施例中，當液壓力PfJl小于Pmin時，則系統(tǒng)故障。
[0012] 在一個實施例中，當液壓力P大于？_時，角位置補償Q = Q1，角位置0start=2JT - Τω+Θ。在另一個實施例中，當液壓力P恒大于Pmax時，則系統(tǒng)故障。
[0013] 當λ ω小于Λ ω_時，意味著旋轉(zhuǎn)導向工具沒有發(fā)生粘滑現(xiàn)象，在這種情況下， 通過考慮液壓力的不同情況下的角位置補償Θ，能夠更精確地確定角位置G start，從而進一 步提1?鉆井的精確性。
[0014] 在一個實施例中，當芯軸的轉(zhuǎn)速變化量λ ω大于Λ ω_時，控制器不指令翼肋凸 出。當Λ ω大于Λ ω_時，意味著旋轉(zhuǎn)導向工具發(fā)生粘滑現(xiàn)象，芯軸轉(zhuǎn)速變化劇烈，在這 種情況下，不指令翼肋凸出反而有助于提高鉆井的精確性。
[0015] 在一個實施例中，旋轉(zhuǎn)導向工具還包括用于控制液壓流體流動的液體導流器件， 在控制器內(nèi)設置有液體導流器件受溫度t的影響而對控制器指令響應延遲產(chǎn)生的角位置 補償G t，角位置補償θ還包括角位置補償0t。在一個具體的實施例中，控制液壓流體流 動的液體導流器件為電磁閥。通過考慮角位置補償e t，也就考慮了由于電磁閥引起的響應 延遲，進一步提高了角位置Qstart的精確性。此外，電磁閥能夠方便地實現(xiàn)自動控制，方便 了操作人員的操作。在一個優(yōu)選的實施例中，角位置補償0 1大于或等于角位置補償θ p
[0016] 在本申請中，用語"原始位置"是指翼肋完全縮回在芯軸內(nèi)部的位置。用語"凸出 到位的角位置"是指翼肋從芯軸中完全凸出來并且頂觸井壁的角位置。
[0017] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：（1)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)導向工具考慮了芯軸的 轉(zhuǎn)速變化Λ ω的影響。設定了芯軸的轉(zhuǎn)速最大變化量Λ ω_，并且將芯軸的轉(zhuǎn)速變化Λ ω 的與Δ ω_相比較，僅在Λ ω小于Λ ω_時指令翼肋凸出，這避免了由于旋轉(zhuǎn)導向工具轉(zhuǎn) 速變化過快，例如粘滑現(xiàn)象引起的難以準確確定角位置Θ start，從而提高了鉆井的精確性。 (2)在Λ ω小于Λ ω_的情況下，通過考慮液壓力的不同情況下的角位置補償Θ，能夠更 精確地確定角位置Qstart，從而進一步提高鉆井的精確性。（3)還考慮了溫度t的影響而導 致的角位置補償9 t，從而提高旋轉(zhuǎn)導向鉆井精度。在鉆井過程中，控制器能根據(jù)這些芯軸 轉(zhuǎn)速、液壓力、溫度以及井眼軌跡動態(tài)調(diào)整翼肋凸出的時間，從而提高旋轉(zhuǎn)導向鉆井精度。
【附圖說明】
[0018] 在下文中將基于實施例并參考附圖來對本發(fā)明進行更詳細的描述。其中：
[0019] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)導向工具的控制系統(tǒng)的示意圖；
[0020] 圖2是圖1中的芯軸轉(zhuǎn)速測量單元的示意圖；
[0021] 圖3示意性地顯示了圖2中的雙軸磁通門傳感器輸出信號的時序關系；