一种易造斜混合式旋转导向钻井系统的制作方法

1.本发明涉及石油开采及钻探技术领域，特别是一种易造斜混合式旋转导向钻井系统。


背景技术：

2.旋转导向钻井技术是目前世界上最具代表性和先进性的钻井技术，根据井下工具系统的工作方式将旋转导向系统(rss，rotary steerable systems)分为以下4种：静态偏置推靠式、动态偏置推靠式、静态偏置指向式和动态偏置指向式。其中，推靠式和指向式是按照钻头导向原理的不同对现有的导向钻井系统进行的两类。推靠钻头式是通过偏置机构(活塞推靠井壁)在钻头附近偏置钻头直接给钻头提供侧向力。指向钻头式是通过偏置机构(偏心环或偏心盘)直接或间接使钻头偏离井眼轴线，指向导向方向。同时，偏置机构的工作方式分为静态偏置和动态偏置。静态偏置是指在钻井过程中，偏置机构不与钻柱一起旋转，可在某一方向上固定提供侧向力；动态偏置是指偏置机构在钻进过程中与钻柱一起旋转，依靠控制系统使其在某一位置产生定向周期性的侧向力。
3.在郑德帅、高德利、冯江鹏和张洪宝发表的“推靠式和指向式旋转导向工具的造斜性能研究”.石油钻采工艺.2011,33(6):10-13中，对各种旋转导向工具的造斜性能的优劣进行了评价，具体的，推靠式旋转导向系统，需要其偏置机构的驱动活塞使用非常大的侧向力推动钻头偏离原井眼实现缓慢导向，即能够实现的钻头转角(井斜角)较小，不能高效地完成造斜功能，造斜率较低；且在导向过程中，需对钻头施加非常大的侧向力，不易控制井眼走向，故而形成的井眼轨迹质量较差，即造斜的稳定性较差。具体地，静态偏置推靠式钻头除了上述缺点外，造斜率也异常低下，无法钻出高造斜率井眼。
4.此外，经过长期的实践检验，动态偏置推靠式钻头系统的推靠件要随着钻头旋转，并且在数百公斤至数吨的推靠压力下与岩石产生极大的摩擦，磨损非常严重，工作寿命低，钻井作业常常因推靠件失效而失败。所以急需一种能够使造斜更容易实现的导向结构来适应现场遇到的问题。
5.静态偏置指向式旋转导向系统，通过在钻头的上方控制偏心环的组合进而使钻头产生一个固定方向的偏置，虽然能够产生稳定的造斜率，但是钻头下侧没有能适应井眼外形的可变径的可靠支撑，导向时偏心环、中心驱动轴等机构和部件受到高强度的交变应力，容易发生疲劳破坏；且其控制单元必须设置于稳定平台。动态偏置指向式旋转导向系统，需要独立的反转电机维持其偏转，对电机功率需求大。此外，其他形式的动态偏置旋转导向也存在井眼轨迹不易控制等问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种易造斜混合式旋转导向钻井系统，通过控制前置推靠组件的径向推靠件向所述前置承载本体的径向推靠井壁产生推靠偏转力，使所述前置承载本体以钻压扭矩偏转传递短节的万向节中心点位置为中心、以所述扶正器与井壁的接触点为
支点、相对所述万向节的输入轴产生偏转角，进而完成混合式旋转导向功能，该系统只需通过前置推靠组件产生极小的推靠偏转力，便可使万向节旋转进而实现对钻头的旋转导向功能，且以扶正器与井壁的接触点为支点，增加了系统的可靠性和造斜稳定性。
7.本发明技术方案如下：
8.一种易造斜混合式旋转导向钻井系统，包括前置承载本体、钻压扭矩偏转传递短节和偏转控制系统，所述钻压扭矩偏转传递短节包括万向节，所述前置承载本体前端固定连接有钻头、后端固定连接所述万向节的输出端，所述前置承载本体的周向表面设有前置推靠组件；所述偏转控制系统通过控制所述前置推靠组件的径向推靠件沿着所述前置承载本体的径向方向推靠井壁，使所述前置承载本体以所述万向节中心点位置为中心、相对所述万向节的输入端产生偏转角。
9.作为优选，所述易造斜混合式旋转导向钻井系统还包括设于所述前置推靠组件后方的扶正器，若所述扶正器中心点位置位于所述万向节中心点位置的后方，则所述扶正器中心点位置与所述万向节中心点位置的距离不大于钻头直径的3倍；所述偏转控制系统通过控制所述前置推靠组件的径向推靠件沿着所述前置承载本体的径向推靠井壁，使所述前置承载本体以所述万向节中心点位置为中心、以所述扶正器与井壁的接触点为支点，相对所述万向节的输入端轴线产生偏转角。
10.作为优选，所述前置承载本体及所述钻压扭矩偏转传递短节均为贯通结构，且其贯通结构组成供钻井循环介质流通的主流道。
11.作为优选，所述易造斜混合式旋转导向钻井系统还包括穿过所述万向节的空心结构连接所述万向节的输入端和输出端的弹性流管。
12.作为优选，所述钻压扭矩偏转传递短节中设置有用于阻碍前置推靠组件带动所述前置承载本体围绕所述万向节转动的弹性稳定装置，所述弹性稳定装置使万向节的输入轴与输出轴保持同轴状态。所述输入轴可以是与万向节输入端相连的承载钻铤，所述输出轴可以是与万向节输出端相连的承载钻铤。
13.作为优选，所述弹性稳定装置包括穿过所述万向节的空心结构连接所述万向节的输入端和输出端的弹性管；所述贯通结构可以充分利用万向节附近的空间，给弹性管留有更充足的变形空间，使其可以承受更大的变形量。所述弹性管提供使所述万向节的输入轴与输出轴处于同一直线上的阻尼力，该阻尼力远小于传统柔性节发生偏转需克服的力，且发生弯曲的偏转点更靠下，更有利于工具导向性能的释放。
14.作为优选，所述限位机构包括杠杆结构和承载钻铤外壳，所述杠杆结构与所述承载钻铤外壳的内壁间产生有偏转空间，所述杠杆结构与承载钻铤外壳的内壁接触，用于承受旋转导向液压活塞的推力和/或井下的振动所带来的弯矩和/或钻压带来的侧向分力。
15.作为优选，所述弹性稳定装置包括中心对称环设于所述万向节承载钻铤壳体内的多根弹性轴，所述弹性轴提供使所述万向节的输入轴与输出轴处于同一直线上的阻尼力；和/或所述弹性稳定装置包括设于所述杠杆结构和承载钻铤外壳之间的偏转空间内的多块板簧。
16.作为优选，所述钻压扭矩偏转传递短节还包括限制所述偏转角在0
°
～5
°
范围内的限位机构；在钻压扭矩偏转传递短节的偏转角在0
°
～5
°
范围转动任意角度时，所述弹性稳定装置提供的驱使万向节输入端和万向节输出端恢复同轴状态的回复力可以克服该角度
下额定最大钻压下产生的径向分力。所述径向分力约为钻压乘以sinα。使万向节输入端和万向节输出端保持恢复同轴状态的趋势。
17.作为优选，所述偏转控制系统包括用于控制径向推靠件向所述前置承载本体的径向推靠井壁产生偏转力的电气执行设备、用于测量所述前置承载本体偏转角的姿态测量设备和井下计算设备；所述井下计算设备包括与所述姿态测量设备、所述电气执行设备和供电设备电连接的计算芯片。
18.作为优选，所述计算芯片接收所述姿态测量设备采集的偏转角信息与目标偏转角信息比对以计算导向方向和导向力，进而控制电气执行机构使前置推靠组件对井壁产生与所述导向方向相反的推力合力，通过闭环控制使钻压扭矩偏转传递短节的转角大小和转动幅度与预设值一致。
19.作为优选，所述姿态测量设备包括用于测量钻压扭矩偏转传递短节的万向节转角大小和转动方向的偏转传感器，对应的所述偏转角信息包括偏转传感器测得的所述前置承载本体相对所述万向节输入轴的转动方向信息和转角大小信息；所述目标偏转角信息包括预先存储于井下计算设备或通过通讯设备下传到所述井下计算设备的所述前置承载本体相对所述万向节输入轴的转动方向信息和转角大小信息。
20.作为优选，所述姿态测量设备包括设于所述前置承载本体的第一加速度计和/或第一磁力计，对应的所述偏转角信息包括所述加速度计和磁力计测量的井斜角信息和方位角信息；所述目标偏转角信息包括预先存储于井下计算设备或通过通讯设备下传到所述井下计算设备的所述前置承载本体相对所述万向节输入轴的目标井斜角信息和目标方位角信息。
21.作为优选，所述姿态测量设备包括设于所述前置承载本体的加速度计和/或磁力计，还包括设于所述钻压扭矩偏转传递短节后方的后置姿态测量设备，所述后置姿态测量设备至少包括一组后置加速度传感器，和一组后置磁力计，用于在振动和磁干扰更小的环境里实现姿态测量；所述偏转角信息包括所述第一加速度计和第二磁力计测量的井斜角信息和方位角信息，所述目标偏转角信息包括预先存储于井下计算设备或通过通讯设备下传到所述井下计算设备的所述前置承载本体相对所述万向节输入轴的目标井斜角信息和目标方位角信息。
22.作为优选，所述扶正器与所述万向节中心点的轴向距离小于等于8倍钻头最大直径；且至钻头距离在20倍钻头最大直径以内至少设置一个所述钻压扭矩偏转传递机构；和/或所述前置承载本体的平均外直径是钻头外直径的50％-100％，
23.作为优选，所述前置推靠组件在所述前置承载本体的周向表面中心对称设有2-6组，所述前置推靠组件包括液压活塞和径向推靠件，所述前置承载本体和所述推靠件随钻头同步旋转，所述多组推靠件周期性推靠井壁产生作用于前置承载本体的朝向导向的合力。所述径向推靠件包括翼肋或液压活塞驱动套筒；所述液压活塞以主流道内的钻井循环介质为动力，所述电气执行设备通过控制分流装置交替为所述液压活塞提供主流道内的高压钻井液。
24.作为优选，所述电气执行设备包括电动机、电动转阀和电机驱动器，所述电动转阀包括转阀电机端和转阀随动端，所述电机驱动器设于所述井下计算设备，根据所述井下计算设备的控制指令，将转阀电机端相对所述转阀随动端转动，使其通过分流装置分流泥浆
实现对前置翼肋组件的控制。
25.作为优选，所述刚性万向节为十字轴式万向节、球笼式万向节、球叉式万向节或球铰式万向节。
26.作为优选，所述供电设备包括井下涡轮发电机，所述井下涡轮发电机设置于所述钻压扭矩偏转传递短节的后方；。
27.作为优选，所述压扭矩传递偏转短节后方还设置有通讯设备，以实现所述井下计算设备和井口设备的通讯。
28.作为优选，所述前置承载本体后方依次设有第一钻压扭矩偏转传递短节和第二钻压扭矩偏转传递短节，第一钻压扭矩偏转传递短节和第二钻压扭矩偏转传递短节的万向节中心点之间的距离小于钻头最大直径的3倍，所述扶正器设置于所述第一钻压扭矩偏转传递短节和第二钻压扭矩偏转传递短节之间，或所述扶正器设置于第一钻压扭矩偏转传递短节前方；所述第一钻压扭矩偏转传递短节中的万向节形心至钻头形心的距离小于钻头最大直径的20倍；所述第一钻压扭矩偏转传递短节中的万向节的输入轴与所述第二钻压扭矩偏转传递短节万向节的输出轴固定相连，所述第一钻压扭矩偏转传递短节包括第一弹性稳定装置，所述第二钻压扭矩偏转传递短节包括第二弹性稳定装置。
29.作为优选，所述前置承载本体包括导向套筒和通过径向止推轴承和轴向止推轴承在所述导向套筒内自由转动的中心轴，所述前置推靠组件设于所述导向套筒的周向表面，所述中心轴前端固定连接有钻头、后端固定连接所述万向节的输出端承载壳体，所述钻压扭矩偏转传递短节还包括套接于所述万向节外侧的万向节输出端承载壳体，所述万向节输出端承载壳体与所述万向节之间具有间隙形成偏转空间，所述万向节能在所述偏转空间内相对所述固定套筒的轴线偏转0
°
～5
°
；所述扶正器设于所述万向节输出轴承载壳体的外侧，所述扶正器的中心点与第一钻压扭矩偏转传递短节的万向节之间的距离小于或等2米。本发明中的承载壳体即为可以承担和传输钻压扭矩的钻铤外壳。
30.作为优选，所述易造斜混合式旋转导向钻井系统还包括设于所述钻压扭矩偏转传递短节后方的一个或多个互联的万向钻压扭矩传递短节，所述万向钻压扭矩传递短节均包括所述万向节和所述限位机构；所述钻压扭矩偏转传递短节和钻压扭矩偏转传递短节均为贯通结构，所述各个万向钻压扭矩传递短节的万向节中心点之间的距离小于钻头最大直径的10倍。所述距离钻头最近的钻压扭矩偏转传递短节的万向节形心至钻头的距离应当小于钻头最大直径的15倍。用于保证前置承载本体不会与高曲率的井壁发生剐蹭。
31.作为优选，所述弹性稳定装置贯穿所述钻压扭矩偏转传递短节和所述钻压扭矩偏转传递短节；
32.作为优选，所述多个互联的万向钻压扭矩传递短节形成的万向钻压扭矩传递短节阵列的长度与所述前置承载本体及钻头的长度之和大于分支井段的长度度。
33.本发明相对于现有技术优势在于：
34.1、本发明所述易造斜混合式旋转导向钻井系统，其偏转控制系统通过控制所述前置推靠组件的径向推靠件沿着所述前置承载本体的径向方向推靠井壁，使所述前置承载本体以所述万向节中心点位置为中心、相对所述万向节的输入轴产生偏转角来控制钻井方向，进而提高造斜率。由于产生偏转角仅需克服万向节发生偏转的较小力，进而可以降低前置推靠组件的推靠力大小，并提高系统的整体可靠性。尤其是针对前置成载本体及前置推
靠组件随钻头旋转的动态偏置方式而言，由于采用更小的力取得同样的导向效果，意味着推靠件与岩石之间的相互作用力减小，那么在同样旋转圈数和进尺的条件下，径向推靠件的磨损将大幅度减小，达到大幅度降低径向推靠件失效的概率。同时对于泥浆动力驱动的动态偏置旋转导向而言，也大大降低了系统对水眼与环空压差的需求，对降低工具整体压耗具有极大的帮助，具有极大工程意义和实用价值。
35.2、本发明所述易造斜混合式旋转导向钻井系统，当扶正器设于万向节中心点与前置推靠组件之间时，在推靠组件的作用下，使前置承载本体围绕所述万向节为中心旋转，达到改变井眼轨迹的目的，此时扶正器即起到了对系统的支撑作用。且当扶正器5的中心点与所述万向节21的中心点相互重合，以进一步增强造斜稳定性。
36.3、本发明所述易造斜混合式旋转导向钻井系统，所述钻压扭矩偏转传递短节内设置有用于阻碍前置推靠组件带动所述前置承载本体围绕所述万向节的中心点转动的弹性稳定装置，进一步增加系统的稳定性，使得易造斜混合式旋转导向钻井系统不仅可以用于井眼造斜还可进行常规的直井钻探，并使万向节不易在撞击力、钻压、侧向振动的作作用下失效。在钻压扭矩偏转传递短节处于任意转动角度时，所述弹性稳定装置提供的驱使万向节输入端和万向节输出端恢复同轴状态的回复力应当大于该角度下额定最大钻压下产生的径向分力。
37.4、本发明所述易造斜混合式旋转导向钻井系统，所述钻压扭矩偏转传递短节还包括限制所述偏转角在0
°
～5
°
范围内的限位机构23，用于承受旋转导向液压活塞的推力或井下的振动所带来的弯矩，延长万向节的使用寿命。
38.5、本发明所述易造斜混合式旋转导向钻井系统的偏转控制系统包括用于控制径向推靠件向所述前置承载本体的径向推靠井壁产生偏转力的电气执行设备、用于测量所述万向节偏转角的姿态测量设备和井下计算设备，所述姿态测量设备、所述电气执行设备和供电设备均与所述井下计算设备的计算芯片电连接，所述计算芯片接收所述姿态测量设备采集的偏转角信息与目标偏转角信息比对以计算导向方向和导向力，进而控制电气执行设备使前置推靠组件对井壁产生与所述导向方向相反的推力合力，通过闭环控制使钻压扭矩偏转传递短节的万向节转角大小和转动幅度与预设值一致。控制策略简单可靠，易于实现。且由于前置推靠组件的推靠力较小，所述电气执行设备可通过控制分流装置交替为所述液压活塞42提供主流道m内的高压钻井液，进而控制前置承载本体的偏转，不需要向前置推靠组件的液压活塞额外提供动力源。
39.6、本发明所述易造斜混合式旋转导向钻井系统，对于造斜率在20度/30米以下的井眼而言，可以在所述前置承载本体后方连续设置2个钻压扭矩偏转传递短节，大大增加了前置承载本体相对所述万向节输入端的最大转角，减小了万向节的磨损。
40.7、本发明所述易造斜混合式旋转导向钻井系统，针对超短半径(井眼曲率大于1度/米)分支井的深部井眼轨迹无法控制的问题，通过在钻压扭矩偏转传递短节后方设置万向钻压扭矩传递短节阵列，在保证钻压扭矩传递的前提下适应高曲率，在需要导向时，保证井眼轨迹控制的稳定性。解决了钻压扭矩传递、高曲率井眼适应性以及井眼轨迹控制稳定性之间的矛盾。且本发明所述的前置承载本体、导向实现方法、钻压扭矩偏转传递短节和/或万向钻压扭矩传递短节均便于实现小型化，且其长度均可根据钻井需求进行缩短或拉长处理，进而配合所述易造斜混合式旋转导向钻井系统及能够适应极高造斜率的井眼曲率又
能实现井眼轨迹的稳定控制。为超短半径分支井全井段的井眼轨迹控制提供了有效手段。。
附图说明
41.图1是本发明易造斜混合式旋转导向钻井系统实施例1的轴向截面示意图；
42.图2是本发明易造斜混合式旋转导向钻井系统钻压扭矩偏转传递短节的轴向截面放大示意图；
43.图3是本发明易造斜混合式旋转导向钻井系统实施例4的轴向截面示意图；
44.图4是本发明易造斜混合式旋转导向钻井系统实施例5的轴向截面示意图；
45.图5是本发明易造斜混合式旋转导向钻井系统实施例6的结构示意图；
46.图6是本发明易造斜混合式旋转导向钻井系统实施例6的轴向截面示意图；
47.图7是本发明易造斜混合式旋转导向钻井系统实施例6的d向截面示意图；
48.图8是本发明易造斜混合式旋转导向钻井系统实施例6的轴向截面示意图的局部放大示意图。
49.附图标记列示如下：
50.1-前置承载本体，11-钻头，111-钻头连接部件,112-万向节连接部件，12-导向套筒，121-径向止推轴承，122-轴向止推轴承，13-中心轴；
51.2-钻压扭矩偏转传递短节，21-万向节，211-万向节输出轴，212-万向节输入轴，22-弹性稳定装置，221-弹性管，m-主流道，222-板簧，223-承压密封件，23-限位机构，232-承载钻铤外壳，24-固定套筒，25-偏转空间；28-弹性流管；
52.2a-第一钻压扭矩偏转传递短节，2b-第二钻压扭矩偏转传递短节，21a-第一钻压扭矩偏转传递短节的万向节，21b-第二钻压扭矩偏转传递短节的万向节，22a-第一弹性稳定装置,22b-第二弹性稳定装置，26-防污密封件；27-防脱落件
53.3-偏转控制系统，31-电气执行设备，311-电动机，312-电动转阀，3121转阀电机端，3122-转阀随动端，
54.32-姿态测量设备，321-第一加速度计，322-第一磁力计，33-井下计算设备，323-偏转传感器，323-后置姿态测量设备；
55.4-前置推靠组件，41-径向推靠件，411-翼肋，42-液压活塞；
56.5-扶正器，
57.6-供电设备，61-电缆及能量传输线，
58.7-万向钻压扭矩传递短节，
59.8-主井。
具体实施方式
60.为了便于理解本发明，下面结合附图1-8和具体实施例，对本发明进行更详细的说明，本发明所述易造斜混合式旋转导向钻井系统的混合式，是指推靠式旋转导向和指向式旋转导向的混合，并不限制动态偏置方式和静态偏置方式。
61.实施例1
62.一种易造斜混合式旋转导向钻井系统，先以动态偏置旋转导向为例，如图1所示，包括前置承载本体1、钻压扭矩偏转传递短节2和偏转控制系统3，所述钻压扭矩偏转传递短
节2包括万向节21和使万向节21的输入轴与输出轴处于同一直线上的弹性稳定装置22，所述前置承载本体1前端固定连接有钻头11，所述钻头11可与所述前置承载本体1一体成型。所述前置承载本体1的后端固定连接所述万向节21的输出端211，当然，所述前置承载本体1也可与所述万向节21的输出轴211一体成型。所述万向节21的输入轴212可直接固定连接钻柱，此处万向节21的输出轴211和输入轴212是相对钻柱整体旋转进而带动钻头旋转、并向钻头传递钻压和扭矩的输出轴211和输入轴212。所述前置承载本体1的周向表面设有前置推靠组件4；所述偏转控制系统3通过控制所述前置推靠组件4的径向推靠件41沿着所述前置承载本体1的径向方向推靠井壁产生径向推靠力，所述径向推靠力克服所述弹性稳定装置22的阻尼力，，使所述前置承载本体1以所述万向节21中心点位置为中心、相对所述万向节21的输入轴212产生偏转角，实现钻头11具备推靠式旋转导向优点和指向式旋转导向优点的混合式导向功能，既能够获取较大的造斜率，又能够准确导向，便于控制井眼轨迹。需要说明的是，所述偏转角是相对万向节21的输入轴212所需偏转的井斜角和方位角的合成角。
63.对于偏转角的产生及控制，所述万向节21的输出端211恰好是偏转角产生的输入端，即由于径向推靠件41沿着所述前置承载本体1的径向方向推靠井壁产生推靠偏转力，使得前置承载本体1带动图1中的万向节21的输出端211发生偏转，进而产生了偏转角。本发明正是通过控制径向推靠件41沿不同方位推靠井壁产生使钻头11及前置承载本体1以万向节21中心点位置为中心转动的推靠偏转力，来控制钻井方向，进而提高造斜率。且由于产生偏转角仅需克服万向节21发生偏转的较小力，进而可以降低前置推靠组件4的推靠力大小，并提高系统的整体可靠性。
64.为了使所述前置推靠组件4的推靠作用可以有效传递给钻头11，并带动钻头11围绕所述钻压扭矩偏转传递短节2发生转动，所述前置承载本体1平均外直径在所述钻头11最大外直径的50％-100％之间，且所述前置承载本体1需要保持一定的刚性。所述前置承载本体1可以包括钻头连接部件111和万向节连接部件112，所述万向节连接部件112也可为所述万向节的输出轴或所述万向节21输出端的承载钻铤外壳，便于将所述前置推靠组件4的液压活塞42的动力输出结构设置于所述前置承载本体1的内部。
65.实施例2
66.与上述实施例不同的是，如图1-4所示，本发明的易造斜混合式旋转导向钻井系统还包括设于所述前置推靠组件1后方的扶正器5，所述扶正器5用于增加造斜稳定性。
67.所述扶正器5优选设于所述前置推靠组件1与所述万向节21的中心点之间，所述偏转控制系统3通过控制所述前置推靠组件4的径向推靠件41沿着所述前置承载本体1的径向推靠井壁，使所述前置承载本体1以所述万向节21中心点为中心、以所述扶正器5与井壁的接触点为支点，相对所述万向节21的输入轴212产生偏转角，此时，所述钻头至所述扶正器5与井壁的接触点为力臂l1，所述万向节21中心点到所述扶正器5与井壁的接触点为力臂l2，后方钻柱的轴向力会在万向节21处产生一个加强造斜的分力，所述分力通过以扶正器5为支点的杠杆传递至钻头11，可以起到增强造斜的作用。
68.作为优选，扶正器5的中心点与所述万向节21的中心点相互重合，以进一步增强造斜稳定性。
69.若所述扶正器5中心点位于所述万向节中心点的后方，则所述扶正器5中心点与所
述万向节中心点的轴向距离不大于钻头直径的3倍，在该范围内，仍旧能够保证足够的造斜稳定性。
70.作为优选，如图1所示，所述前置承载本体1及所述钻压扭矩偏转传递短节2均为空心结构。所述弹性稳定装置22包括穿过所述万向节21的空心结构连接所述万向节21的输入端212和输出端211的弹性管221；所述前置承载本体1的空心结构及所述弹性管221的通孔组成供钻井循环介质流通的主流道m。
71.所述弹性管221的中心通孔用于过流钻井循环介质，壁厚应不小于3毫米，以可靠阻碍前置推靠组件4带动所述前置承载本体1围绕所述万向节21的中心点转动，进而增加系统的稳定性，使得易造斜混合式旋转导向钻井系统不仅可以用于井眼造斜还可进行常规的直井钻探，并使万向节21不易在撞击力的作用下失效。且该弹性管221可以根据井眼扩径情况、造斜率需求和钻压情况合理选择以调节万向节21阻尼的大小。此外，本发明所述万向节21是不仅能够过流钻井循环介质，还能够过电缆及能量传输线61以连通井上及前置推靠组件4，进而为前置推靠组件4提供电源或进行信号传输，具体地，所述电缆及能量传输线61可设置于弹性管221的侧壁内。作为优选，如图1-2所示，所述钻压扭矩偏转传递短节2还包括限制所述偏转角在0
°
～5
°
范围内的限位机构23，所述限位机构23包括杠杆结构和承载钻铤外壳231，所述杠杆结构与承载钻铤外壳232的内壁接触，用于承受旋转导向液压活塞43的推力或井下的振动所带来的弯矩。所述杠杆结构可为所述万向节21输出轴、输入轴与承载钻铤外壳232形成的限制所述万向节21输出轴发生偏转的杠杆结构。
72.此时，如图2所示，所述杠杆结构与所述承载钻铤外壳232的内壁间产生有偏转空间25，优选地，所述弹性稳定装置还可为设于所述偏转空间25内的多个板簧222，当钻柱因外力而导致所述钻压扭矩偏转传递短节2发生偏转时，即随即相对承载钻铤外壳232发生了转动，所述偏转空间25被挤占，板簧222被压缩，继而产生了阻碍钻压扭矩偏转传递短节2发生转动的弹性力，这个弹性力有助于恢复钻压扭矩偏转传递短节的2输出轴和输入轴的同轴状态，有利于钻压扭矩的传递，有利于保护钻压扭矩偏转传递短节2。优选地，所述万向节21的输出轴211与所述前置承载本体1的后端连接处可设置入图2所示的承压密封件223，所述承压密封件223可为所述板簧的延伸结构，也可为类似板簧的弹性套结构。
73.作为优选，所述刚性万向节包括十字轴式万向节、球笼式万向节、球叉式万向节或球铰式万向节。
74.实施例3
75.与上述实施例不同的是，所述偏转控制系统3包括用于控制径向推靠件41向所述前置承载本体1的径向推靠井壁产生偏转力的电气执行设备31、用于测量所述万向节偏转角的姿态测量设备32和井下计算设备33；
76.所述井下计算设备33包括与所述姿态测量设备32、所述电气执行设备31和供电设备6电连接的计算芯片，所述计算芯片接收所述姿态测量设备32采集的偏转角信息与目标偏转角信息比对以计算导向方向和导向力，进而控制电气执行设备31使前置推靠组件4对井壁产生与所述导向方向相反的推力合力，通过闭环控制使钻压扭矩偏转传递短节2的万向节21转角大小和转动幅度与预设值一致，进而控制井眼轨迹。所述闭环控制算法的执行频率在0.5秒/次-60秒/次之间。
77.作为优选，所述姿态测量设备32包括用于测量钻压扭矩偏转传递短节2的万向节
21转角大小和转动方向的偏转传感器323，对应的所述偏转角信息包括偏转传感器323测得的所述前置承载本体1相对所述万向节输入轴212的转动方向信息和转角大小信息；所述目标偏转角信息包括预先存储于井下计算设备33或通过通讯设备下传到所述井下计算设备33的所述前置承载本体1相对所述万向节输入轴212的转动方向信息和转角大小信息。此时，所述偏转控制系统3追踪的是所述偏转角的变化过程信息。
78.或所述姿态测量设备32包括设于所述前置承载本体1的第一加速度计321和/或第一磁力计322，具体可以放置在所述前置承载本体1上，且优选放置于所述前置推靠组件4所在所述前置承载本体1的位置附近，用于测量前置承载本体1的姿态。对应的所述偏转角信息包括所述第一加速度计321和第一磁力计322测量的井斜角信息和方位角信息；所述目标偏转角信息包括预先存储于井下计算设备33或通过通讯设备下传到所述井下计算设备33的目标井斜角信息和目标方位角信息。此时，所述偏转控制系统3追踪的是所述偏转角的变化结果。
79.所述前置承载本体1上设置的第一加速度计321和/或第一磁力计322，用于测量前置承载本体1的姿态信息，即所述偏转角信息，所述姿态信息通过通讯系统上传至井口处，用于与工作人员交互。和/或所述姿态信息上传至计算芯片用于井眼轨迹控制。
80.或所述姿态测量设备32除了包括设于所述前置承载本体1的第一加速度计321和/或第一磁力计322，还包括设于所述钻压扭矩偏转传递短节2后方的后置姿态测量设备323，所述后置姿态测量设备323至少包括一组第二加速度传感器和一组第二磁力计，用于在振动和磁干扰更小的环境里实现姿态测量。此时，所述偏转角信息包括所述第一加速度计测量的井斜角信息和第二磁力计测量的方位角信息，所述目标偏转角信息包括预先存储于井下计算设备33或通过通讯设备下传到所述井下计算设备33的目标井斜角信息和目标方位角信息。所述第一加速度计和第二加速度计可以是石英加速度计或mems加速度计中的任意一种或组合。由于钻井工程中，对井斜角控制要求更严格，对方位角控制要求相对松。故而井斜角采用前置承载本体上的第一加速度计测量，方位角可以采用前置承载本体上的第一磁力计测量，也可将后方设置的第二磁力计测量的结果视为前置承载本体1处的方位角。
81.作为优选，所述通讯设备可以是依靠泥浆脉冲发送信号的泥浆脉冲发生器、智能钻杆或电磁波远程通讯设施中的任意一种或组合。所述通讯设备设置于所述钻压扭矩偏转传递短节2的后方，用于实现井下计算设备33和井口设备的通讯。所述供电设备6包括设置于所述万钻压扭矩偏转传递短节2后方的井下涡轮发电机，通过电缆及能量传输线61连接井下计算设备33，且为了更好更安全的实现旋转导向功能，所述钻压扭矩偏转传递短节2应当尽可能的短，距离钻头4米以内至少设置一个钻压扭矩偏转传递短节2。
82.作为优选，所述前置推靠组件4在所述前置承载本体1的周向表面中心对称设有2-6组，所述前置推靠组件4包括液压活塞42和径向推靠件41，所述径向推靠件41包括翼肋411或液压活塞驱动套筒。
83.所述液压活塞42以钻井液即钻井循环介质为动力，所述电气执行设备31通过控制分流装置交替为所述液压活塞42提供主流道m内的高压钻井液。
84.作为优选，所述电气执行设备31包括电动机311、电动转阀312和电机驱动器，所述电机驱动器设于所述井下计算设备33的芯片上，所述电动转阀312包括转阀电机端3121和转阀随动端3122，所述转阀电机端3121和转阀随动端3122均设有过流孔。所述电机驱动器
根据井下计算设备33的控制指令，将电动转阀312调节至固定方向，即将转阀电机端3121相对所述转阀随动端3122转动，使其通过分流装置过流孔分流泥浆实现对前置翼肋组件4的液压活塞42的控制。具体控制方式可参见美国专利us2012/0160565a1或者美国专利us005553679a。
85.实施例4
86.如图2所示，本发明所述易造斜混合式旋转导向钻井系统设于所述前置承载本体1后方的钻压扭矩偏转传递短节2可以为两个，分别为第一钻压扭矩偏转传递短节2a和第二钻压扭矩偏转传递短节2b，第一钻压扭矩偏转传递短节的万向节21a中心点和第二钻压扭矩偏转传递短节的万向节21b中心点之间的距离小于钻头最大直径的3倍，所述扶正器5设置于所述第一钻压扭矩偏转传递短节2a和第二钻压扭矩偏转传递短节2b之间，或设于第一钻压扭矩偏转传递短节2a前方，或所述扶正器5的中心与所述万向节21a的中心点或万向节21b的中心点相重合。所述扶正器5设置于第一钻压扭矩偏转传递短节2a前方时，所述扶正器5的中心点距离所述第一钻压扭矩偏转传递短节2a的万向节21a中心点不得超过钻头最大直径的5倍。
87.所述第一钻压扭矩偏转传递短节万向节2a的输入轴与所述第二钻压扭矩偏转传递短节万向节2b的输出轴固定相连(包括螺纹连接或一体成型或其他固定连接方式)，固定相连处通过防污密封件26包覆，所述防污密封件26可以是作为弹性稳定装置的辅助件弹性套管。所述第一钻压扭矩偏转传递短节2a包括第一弹性稳定装置22a，所述第二钻压扭矩偏转传递短节2b包括第二弹性稳定装置22b。第一弹性稳定装置22a贯穿第一万向节21a，且可以向前延伸到前置承载本体1；所述第二弹性稳定装置22b贯穿第二万向节21b且可以向后延伸到钻柱固定装置。
88.由于钻压扭矩偏转传递短节2的结构转角越大，可靠性越低。但为了保证造斜需求，前置推靠组件4需要驱动前置承载本体1相对万向节21a在距离钻头11尽可能近的位置发生尽可能大的转动，在近钻头11位置产生尽可能高的转动角度。与此同时，为了保证钻压扭矩偏转传递短节2的作用，必须依靠扶正器5的居中支点作用。因此，本发明提出了通过双万向节(21a和21b)的集中设置，即所述第一钻压扭矩偏转传递短节万向节2a的输入轴与所述第二钻压扭矩偏转传递短节万向节2b的输出轴均较短且直接固定相连，或第一钻压扭矩偏转传递短节万向节2a的输入轴与所述第二钻压扭矩偏转传递短节万向节2b的输出轴直接一体成型；并且在第一钻压扭矩偏转传递短节万向节2a与所述第二钻压扭矩偏转传递短节万向节2b以“背靠背”的形式设置弹性稳定装置22a和22b，加之扶正器5的居中作用，在绝大多数钻井需求中实现造斜稳定性、造斜率和系统可靠性的协调统一。
89.实施例5
90.本发明所述易造斜混合式旋转导向钻井系统还可为静态偏置式旋转导向钻井系统，具体如图4所示，所述前置承载本体1包括导向套筒12和通过径向止推轴承121和轴向止推轴承122在所述导向套筒12内自由转动的中心轴13，所述前置推靠组件4设于所述导向套筒12的周向表面，所述中心轴13前端固定连接有钻头11(或钻头11与所述中心轴13一体成型)、后端固定连接所述万向节21的输出轴211(或所述中心轴13与所述万向节21的输出轴211一体成型)，所述钻压扭矩偏转传递短节2还包括套接于所述万向节21外侧的固定套筒24，所述固定套筒24与所述万向节21之间具有间隙形成偏转空间25，此时，所述固定套筒24
可作为所述万向节21限位机构23的承载钻铤外壳，所述偏转空间25产生于所述杠杆结构与所述固定套筒24的内壁间，优选地，所述弹性稳定装置还可为设于所述偏转空间25内的多个板簧222，当钻柱因外力而导致所述钻压扭矩偏转传递短节2发生偏转时，即所述杠杆结构(可为所述万向节21输出轴、输入轴与固定套筒24形成的杠杆结构)随即相对固定套筒24发生了转动，所述偏转空间25被挤占，板簧222被压缩，继而产生了阻碍钻压扭矩偏转传递短节2发生转动的弹性力，这个弹性力有助于恢复钻压扭矩偏转传递短节的2输出轴和输入轴的同轴状态，有利于钻压扭矩的传递，有利于保护钻压扭矩偏转传递短节2。优选地，所述万向节21能在所述偏转空间25内相对所述固定套筒24的轴线偏转0
°
～5
°
。
91.所述扶正器5设于所述导向套筒12或所述固定套筒24的外侧，且所述扶正器5位于所述固定套筒24的外侧时，其中心点位置与所述万向节21中心点位置的距离不大于钻头直径的3倍。
92.实施例6
93.所述易造斜混合式旋转导向钻井系统，如图5-8所示，还包括设于所述钻压扭矩偏转传递短节后方的一个或多个互联的万向钻压扭矩传递短节7，所述万向钻压扭矩传递短节7的结构与所述钻压扭矩偏转传递短节2的结构相同，均包括所述万向节21、所述弹性稳定装置22和所述限位机构23，优选地，所述万向钻压扭矩传递短节还包括弹性管或其他弹性稳定装置。所述静态偏置式的易造斜旋转导向装置中，所述万向钻压扭矩传递短节7还包括所述固定套筒。以便于从主井8侧壁进行超短半径分支井的钻探。如果主井眼8已固井，则需要预先进行开窗作业，才可从主井8侧壁进行超短半径分支井的钻探。在各个万向钻压扭矩传递短节的万向节间均增加密封措施，防止中空万向节中过流的泥浆发生泄漏。本发明中定义的超短半径分支井指最大井眼曲率超过1度/米的分支井眼。
94.作为优选，所述万向钻压扭矩传递短节7的万向节中心点之间的距离应小于井眼直径的10倍。
95.作为优选，所述多个互联的万向钻压扭矩传递短节7形成的万向钻压扭矩传递短节阵列，所述万向钻压扭矩传递短节阵列的长度大于所述前置承载本体1的长度，该种设置可以充分的释放弯矩，以帮助前置承载本体1和所述钻压扭矩偏转传递短节2适应侧钻产生的窗口以及大曲率的井眼。提高行超短半径分支井钻探技术的安全性，避免了前置承载本体1、前置推靠组件4或者钻头11卡在侧钻分支处的风险。优选地，所述述钻压扭矩偏转传递短节后方的一个或多个互联的万向钻压扭矩传递短节均为贯通结构，其弹性稳定装置22可为整体贯通所述述钻压扭矩偏转传递短节后方的一个或多个互联的万向钻压扭矩传递短节弹性流管28。
96.作为优选，所述钻压扭矩偏转传递短节2与所述前置承载本体1连接处设有防脱落件27，具体地，所述防脱落件27为弧形件，一端卡接于所述前置承载本体1的尾部，另一端卡接于所述钻压扭矩偏转传递短节2的承载钻铤外壳，防止径向推靠件41推力过大时，所述钻压扭矩偏转传递短节2与所述前置承载本体1脱落，且能够为万向节21a的偏转提供双重保护。
97.以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换等都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范
围为准。