一種機械式靜態推靠自動垂直鉆井系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及鉆井設備領域，特別是一種機械式靜態推靠自動垂直鉆井系統。
【背景技術】
[0002]目前，鉆探工程作為資源和環境勘探的重要手段，其研究領域正從傳統的地表延伸到極地、海洋，以及地球深部、海洋底部。深部鉆探將是地球深部探測的重要手段，也是獲得地球深部實物的唯一方法，然而在深部鉆探過程中，如何保持井眼垂直是一大難題，井斜的問題將直接制約鉆進速度和鉆孔質量，甚至是整個鉆探工程的成敗。像松科二井欲使井深達到6400米，隨著井深的不斷增加，井斜問題將愈加突出，危害愈加嚴重。
[0003]許多鉆探工程如前蘇聯Kola超深井(設計終孔深度15000m、實際終孔深度12262m)和德國KTB主孔(設計終孔深度10000m、實際終孔深度9101m)因孔斜無法控制而被迫提前終孔。為了解決這一難題，國內外進行了大量的理論分析和現場實踐，相繼提出了剛性滿眼鉆具、鐘擺組合鉆具、偏軸鉆具等防斜方法，但這些方法都是以犧牲鉆壓，降低機械鉆速來換取防斜效果的被動防斜方式，效果并不明顯，甚至有些地層完全達不到防斜糾斜的效果。尤其是在深孔及超深孔的鉆探施工中，被動防斜方法成效有限，用于糾斜的施工時間所占比重還很大。
[0004]自動垂直鉆井以及旋轉導向鉆井系統的出現，為防斜糾斜帶來了重大技術突破，是一種集機電液于一體化的井下智能閉環導向鉆井系統，可實現井下主動防斜糾斜，不需要人為干預而自動跟蹤預定的井眼軌跡，可以成功解決高陡構造、大傾角復雜地層的防斜糾斜難題，在保證井眼質量的同時，釋放鉆壓，提高機械鉆速。德國KTB工程主孔達到終孔深度的最重要的先決條件是成功的實施了垂直鉆進戰略，研制的自動垂直鉆井系統(VDS)成功應用至7500m的孔深范圍，使得KTB成為當時世界上最垂直的鉆孔，而且成功限制了研磨負荷和扭矩，為后期實施小間隙鉆進和套管戰略提供了必要的先決條件。自動垂直鉆井系統的發展進一步帶動了旋轉導向技術的進步，國外從20世紀80年代開始進行主動防斜技術研究至今，已經有10余家公司形成了各自的旋轉導向系統，并進行了現場試驗和應用，其無一例外都帶有垂直鉆進功能。目前，具有商業化應用能力的主要還是BakerHughes、Schlumberger 和 Halliburton 三家公司。
[0005]目前的靜態推靠式自動垂直鉆井系統主要包括一個設置在外部相對不轉動的導向套，導向套下部用于外接鉆頭，導向套內設有重力加速度計，用于感應井斜，導向套的下部設有由液壓驅動的導向塊，當感應到井斜時，向導向套內的微處理器發送信號，控制液壓系統，從而使導向塊向外側突出頂在井內壁，以起到糾正井斜的作用。但是，現有的上述自動垂直鉆井系統存在如下冋題:
[0006]第一，用于驅動導向塊的液壓驅動系統需要獨立的液壓栗等機構，結構復雜，使得導向套的尺寸過大，無法應用于小直徑井口的鉆進。
[0007]第二，對井斜的校正效果不理想，存在著較大的誤差，申請人經大量工程試驗發現，引起這種誤差的原因之一是因為導向塊結構設計不合理，不能全面、精確、穩定地起到導向作用。
[0008]第三，重力加速度計等傳感器屬于電子器件，受井下溫度的限制，無法在溫度高于120 °C的井眼中使用。
[0009]有鑒于此，特提出本實用新型。
【實用新型內容】
[0010]本實用新型的目的是提供一種機械式靜態推靠自動垂直鉆井系統。
[0011]為了實現上述目的，本實用新型提供的機械式靜態推靠自動垂直鉆井系統，包括導向套，導向套的下部設有導向結構，導向結構通過驅動機構驅動，
[0012]所述導向套內設有主軸和偏心塊，主軸上套設有軸承，偏心塊固定在軸承上；
[0013]導向套內設置有鉆井液流道、至少三條導通至驅動機構的第一流道以及至少三條導通至導向套外的第二流道；
[0014]所述軸承上還設有閥門結構，偏心塊轉動時可帶動閥門結構旋轉，閥門結構位于偏心塊所在一側的部分能夠使該側的第一流道、第二流道均與鉆井液流道導通，閥門結構與偏心塊相對一側的部分能夠封閉該側的第二流道，僅使第一流道與鉆井液流道連通。
[0015]優選地，所述閥門結構包括一個設置在所述軸承上的偏心環，隨偏心塊繞主軸一同轉動；
[0016]偏心環于遠離偏心塊的一側設有第一開口，第一開口能夠將鉆井液流道與該側的第一流道導通，第一開口下部的偏心環環壁能夠阻斷第二流道與鉆井液流道的導通；
[0017]偏心環于偏心塊所在一側設有第二開口，第二開口能夠將鉆井液流道與該側的第一流道和第二流道同時導通。
[0018]優選地，導向結構包括導向塊，驅動機構能夠使導向塊沿著導向套的徑向伸縮運動。
[0019]優選地，所述驅動機構包括設置在導向套下部的底座，底座的側面設有活塞腔，活塞腔內設有能夠沿著導向套徑向移動的活塞，活塞向遠離底座的方向移動時可以推動所述導向塊，活塞腔連通所述第一流道，第一流道遠離活塞腔的一端與所述鉆井液流道連通，第二流道一端連通至鉆井液流道，另一端連通至導向套外部。
[0020]優選地，所述閥門結構在偏心塊所在位置的相對一側導通三條第一流道，從而使三個導向塊伸出。
[0021]優選地，所述導向塊包括4個第一導向塊和4個第二導向塊，第一導向塊和第二導向塊均沿著導向套的周向呈間隔分布，第一導向塊與第二導向塊的位置相互錯開，使每個第一導向塊與其相鄰的兩個第二導向塊形成三角形分布。
[0022]優選地，第一導向塊和第二導向塊均沿著導向套的周向呈等間隔分布。
[0023]優選地，所述軸承包括上軸承和下軸承，所述偏心的塊的上端固定在上軸承上，偏心塊的下端固定在下軸承上，所述偏心環固定在下軸承的下部。
[0024]本實用新型提供的機械式靜態推靠自動垂直鉆井系統，具有如下有益效果:
[0025](1)采用偏心塊和偏心環來控制導向塊的伸縮，僅涉及機械結構，與陀螺儀、重力加速度計等電子器件相比，不受井下溫度影響。
[0026](2)采用動態推靠式自動垂直鉆井控制原理，但利用了鉆井液內外液差作為動力來源，減少了系統的結構部件，適用于小直徑的自動垂直鉆井作業；
[0027](3)導向執行機構采用了 8導向塊的分布式設計，增大了推力，提高了控制精度，并且在導向塊推出時，形成三點支撐結構，提高了穩定性。
【附圖說明】
[0028]圖1為本實用新型所提供的機械式靜態推靠自動垂直鉆井系統的主剖視圖；
[0029]圖2為機械式靜態推靠自動垂直鉆井系統驅動機構與閥門結構的局部放大示意圖；
[0030]圖3為導向結構底座部分的局部立體結構不意圖；
[0031]圖4為偏心環的立體結構示意圖；
[0032]圖5為導向塊的側面展開分布圖。
[0033]圖中:
[0034]1.導向套2.鉆桿3.鉆井液流道4.上軸承5.下軸承6.偏心塊7.底座8.導向塊9.活塞腔10.活塞11.第一流道12.第二流道13.偏心環81.第一導向塊82.第二導向塊131.第一開口 132.第二開口
【具體實施方式】
[0035]為了使本技術領域的人員更好地理解本實用新型方案，下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步的詳細說明。
[0036]術語解釋:
[0037]重力高邊和重力低邊:儀器軸線方向線和重力垂線組成的平面上，儀器所在的邊為重力高邊，相差180°為重力低邊。
[0038]請參考圖1-4，本實用新型提供的一種機械式靜態推靠自動垂直鉆井系統，包括導向套1，導向套1內設置鉆桿2，鉆桿2的下端連