自动控制的旋转可控钻井系统

摘要

用于定向钻井的自动控制旋转可控向钻井系统，其有钻井时由钻杆转动的钻具套管，支撑钻头并有位于套管内的上部分和从套管延伸的下端。钻头杆由套管内万向节可全向转动地支撑在上、下端之间，并由套管驱动。用偏移心轴使钻杆绕万向节转动控制转动钻头的方向。由钻井液驱动的涡轮机与交流发电机相结合驱动电动机。电动机使偏移心轴转动并由位置检测元件信号输入伺服控制。用制动器使偏移心轴和钻头杆轴线保持对地静止。或把涡轮机连到偏移心轴，使偏移心轴相对于钻具套管转动。

主权项

1.一种用于钻井的自动控制的旋转可控的钻井系统，包括：一钻具套管(20，32，80，182)，适合与一钻杆(14)相连，以便由钻杆(14)转动，所述钻具套管具有一条纵轴线；一钻头杆(70，96，188，406)，被支撑在所述的钻具套管(20，32，80，182)内，围绕一旋转点(72，99，209)进行旋转移动，所述的钻头杆具有一条纵轴线并由所述的钻具套管可转动地驱动，并适合支撑一钻头；设在所述钻具套管内的装置(246，260)，用于动态地检测所述钻头杆的纵轴线与所述钻具套管的纵轴线之间夹角，并提供钻头杆位置信号；用于处理所述检测装置的钻头杆信号的装置(242)，该装置使得所述钻头杆围绕所述旋转点相对于所述钻具套管的转动作同步反转，并在所述钻具套管转动所述钻头杆期间，使所述的钻头杆的所述纵轴线基本保持对地静止，并且相对于所述钻具套管可选择性地轴向倾斜；一偏移心轴(62，130)，可转动地设置在所述钻具套管内，并与所述的钻头杆具有偏移驱动关系，以便向所述的钻头杆施加旋转运动，并使所述的钻头杆围绕所述旋转点转动；所述的偏移心轴限定了一个用于接受所述钻头杆的一端的钻头杆驱动接受器(134，186)，并与所述的纵轴线偏心设置；一对相互配合的偏心环(400，406)设置在所述钻头杆驱动接受器内，相对相互配合的偏心环中的一个偏心环(406)与所述钻头杆呈传送力的关系接触，另一个偏心环(400)与所述钻头杆驱动接受器呈传送力的关系接触，所述的相互配合的偏心环能相互定位，以便对所述钻具套管的所述转动轴线及所述钻头杆的所述纵轴线进行角度定位；以及向所述偏移心轴施加反转的装置(60，61)，转动的频率与所述钻具套管的转动频率相同，所述装置(60，61)包括一个转动马达，设置在所述的钻具套管内，与所述的偏移心轴呈旋转驱动关系；和用于控制所述转动马达的运作的装置(58)，它是根据对转动的实时测量和钻头杆相对于钻具套管的角度位置来进行控制的；其特征在于：所述的转动马达是一个电动机(60)，其被连接而由设置在所述的钻具套管内的涡轮机驱动的交流发电机(56)所提供的电流操作；还包括制动装置(35)，设置在所述的钻具套管内，用于选择性地向所述偏移心轴施加转动制动力。