[0001] 本发明涉及石油钻探设备技术领域，具体涉及一种多支点支撑井壁姿态控制高造斜导向钻具。

[0002] 随着老油田开发的深入，油田含水逐步攀升，原油产量逐步递减，开发形势更加严峻，并且随着加密井的不断施工，井间距离愈发短，常规水平井造斜段长，井间距短的制约下，造成水平段短影响产油效果，为此近年来通过短半径、超短半径水平井技术进行大曲率造斜和定向水平钻进，可以实现目的层定向挖潜改造，扩大泄油面积，改善油井生产条件，进一步提高原油采收率 。与常规水平井相比，具有靶前距短，施工周期短，费用低等特点，需要造斜率高（60°/30m以上）、曲率半径小（50m以内），为现场施工造成极大困难，尤其定向段对造斜工具要求更高，需要更小尺寸、更大造斜率、更高功率的造斜工具。采用常规弯螺杆进行定向钻进，弯角度多为0.75°、1°、1.25°、1.5°、1.75°等，最高可达到16°/30m；采用旋转导向进行定向钻进，目前各种推靠井壁式、推靠心轴指向式、混合式等旋转导向工具，造斜率在6°‑15°/30m；常规旋转导向钻具多为单支点式，其只在靠近钻头处设置沿钻具周向均布的多个支撑刀翼，通过每个支撑刀翼产生的不同大小的支撑力，多个支撑刀翼形成的合力能向整个导向钻具施加造斜力，其通过提高其中几个支撑刀翼向导向钻具施加的支撑力，来提高导向钻具的造斜能力，但单支点式的导向钻具提高造斜力的能力有限，限制了导向工具的造斜能力。

[0018] 下面结合附图1‑图4，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0019] 如图1‑图4所示，本发明提供的多支点支撑井壁姿态控制高造斜导向钻具，包括钻杆、芯轴101和钻头，所述钻头通过芯轴101与钻杆连接，还包括：壳体总成102、上支撑机构103下支撑机构104和液控回路，壳体总成102套接在芯轴101外靠近钻头一端，所述壳体总成102与芯轴101外壁枢轴连接；上支撑机构103设置于所述壳体总成102远离钻头一端，所述上支撑机构103能与井壁抵接；下支撑机构104设置于所述壳体总成102靠近钻头一端，所述下支撑机构104能与井壁抵接；液控回路与所述上支撑机构103和下支撑机构104连通，所述液控回路用于控制上支撑机构103和下支撑机构104动作，以使上支撑机构103向壳体总成102施加的作用力与下支撑机构104向壳体总成102施加的作用力的方向相反。

[0020] 现简述上述实施例的工作原理：本钻具在使用时，将芯轴101一端与钻杆连接，芯轴101另一端与钻头连接。然后利用钻机驱动钻杆转动，进而驱动芯轴101和钻头转动，钻头向井眼内运动，芯轴101相对于壳体总成102转动，在钻头向井眼内钻进的过程中，通过液控回路控制上支撑机构103和下支撑机构104运动，直至上支撑机构103与下支撑机构104与井壁抵接，上支撑机构103和下支撑机构104分别支撑在壳体总成102两侧的井壁上，上支撑机构103和下支撑机构104向井壁施加的作用力的方向相反，且上支撑机构103和下支撑机构104分置于壳体总成102的前后两端，因此，井壁向壳体总成102两端施加的支撑力使得壳体总成102形成一定转矩，从而使得壳体总成102发生一定偏转，从而带动钻头进行偏斜，以利用整个钻具钻斜孔，且在上支撑机构103和下支撑机构104的作用，能使井壁向壳体总成102的两端施加方向相反支撑力，从而提高了整个钻具的造斜能力，以进行短半径以及超短半径大曲率造斜和定向水平钻进，从而实现目的层定向挖潜改造。

[0021] 本发明的多支点支撑井壁姿态控制高造斜导向钻具，能使井壁向壳体总成102的两端同时施加方向相反支撑力，从而提高了整个钻具的造斜能力，以进行短半径以及超短半径大曲率造斜和定向水平钻进，从而实现目的层定向挖潜改造。

[0022] 在上述实施例的基础上，为了能向壳体总成102的两端同时施加方向相反的稳定的支撑力，以提高整个钻具的造斜能力。

[0023] 如图1‑图4所示，其中，所述上支撑机构103和下支撑机构104结构相同，均包括多个液压缸201，所述多个液压缸201沿壳体总成102的周向均布于壳体总成102侧壁，每个液压缸201均连接有一个控制阀204，每个控制阀204均与所述液控回路连通，每个液压缸201的液压活塞202上均连接一个支撑翼203，当控制阀204打开时，液控回路向液压缸201内通进液压油，液压活塞202驱动支撑翼203沿芯轴101径向运动，以使支撑翼203向井壁施加挤压力。

[0024] 在钻机驱动钻头钻进的过程中，在需要控制钻头向目标区域偏斜时，打开偏向目标区域一侧的上支撑机构103的控制阀204和远离目标区域一侧的下支撑机构104的控制阀204，关闭其余控制阀204，此时，通过液控回路向该上支撑机构103的液压缸201以及下支撑机构104的液压缸201内通进液压油，由于通进液压油的上支撑机构103的液压缸201与通进液压油的下支撑机构104的液压缸201分置于芯轴101两侧，当芯轴101两侧的液压缸201通进液压油后，两侧的液压缸201驱动与各自连接的支撑翼203向远离芯轴101轴心线一侧运动，直至两侧的支撑翼203与井壁抵接，利用两侧的支撑翼203向井壁施加稳定的挤压力，在井壁的支撑下，从而能向壳体总成102的两端同时施加方向相反的稳定的支撑力，以驱使钻头向靠近目标区域一侧偏斜，从而提高整个钻具的造斜能力。

[0025] 作为一种优选方案，如图2和图3所示，其中，所述液控回路包括柱塞泵4、高压油腔和液动力机构401，所述液动力机构401连通有钻井液供给装置，所述柱塞泵4与液动力机构401的输出端连接，所述高压油腔与柱塞泵4连通，每个控制阀204均与高压油腔连通，当钻井液供给装置向液动力机构401供给钻井液时，液动力机构401驱动柱塞泵4运动，以向高压油腔内通进高压液压油。利用钻井液供给装置向液动力机构401通进钻井液，钻井液在流经液动力机构401时，液动力机构401驱动柱塞泵4动作，从而向高压油腔内通进高压液压油，在需要控制钻头向目标区域偏斜时，打开控制阀204，高压油腔内的高压液压油通进上支撑机构103或下支撑机构104的液压缸201内，从而驱动上支撑机构103或下支撑机构104的支撑翼203动作，从而能对支撑翼203施加足够的挤压力，从而保证整个钻具的造斜能力。

[0026] 作为一种优选方案，如图2‑图4所示，其中，所述柱塞泵4包括转轴402、斜盘403和多个柱塞缸3，所述液动力机构401与转轴402连接，所述芯轴101内设有第一通孔404，转轴402枢轴连接于第一通孔404内并与芯轴101同心设置，多个柱塞缸3沿芯轴101的周向布置，每个柱塞缸3的缸体均与转轴402连接，每个柱塞缸3的缸体的轴向均与芯轴101的轴向平行，所述斜盘403与芯轴101的内壁固连，斜盘403设有与芯轴101轴向呈锐角的工作面，所述工作面与柱塞缸3的柱塞抵接。钻井液在流经液动力机构401时，液动力机构401驱动转轴
402转动，转轴402驱动多个柱塞缸3的缸体转动，由于每个柱塞缸3的柱塞与斜盘403的工作面抵接，斜盘403的工作面与芯轴101的轴向呈锐角，因此，在多个柱塞缸3相对斜盘403高速转动时，斜盘403的工作面会驱动每个柱塞缸3的柱塞往复运动，每个柱塞缸3的缸体连通有储油缸或液压油供油装置，柱塞缸3进行往复的抽油排油，柱塞缸3从储油缸或液压油供油装置内抽进低压液压油，并向高压油腔排出高压液压油，高压液压油在高压油腔内储存，从而保证高压液压油供给的稳定性，保证液压缸201的液压活塞202向支撑翼203能够提供稳定的液压力，保证钻具的造斜能力。

[0027] 作为一种优选方案，如图2和图3所示，其中，所述液动力机构401包括液压泵、涡轮定子501和涡轮转子502，所述涡轮定子501设于第一通孔404内壁，所述涡轮转子502设于转轴402上，液压泵的输入端与所述钻井液供给装置连通，第一通孔404与液压泵的输出端连通，当钻井液流经第一通孔404时，钻井液驱动涡轮转子502转动。液压泵将钻井液供给装置提供的钻井液通进第一通孔404内，钻井液在穿过第一通孔404时，在涡轮定子501的作用下，驱动涡轮转子502和转轴402转动，转动的转轴402驱动斜盘403转动，从而驱动多个柱塞缸3动作，本钻具的液动力机构401，依靠钻井液的液力驱动转轴402转动，不需要依赖电机等电动部件驱动，从而能在较小的空间下向转轴402提供足够大的扭力，从而保证斜盘403能持续稳定地驱动多个柱塞缸3的柱塞运动。

[0028] 作为一种优选方案，如图2‑图4所示，其中，所述涡轮转子502设于转轴402中部，芯轴101上靠近钻头一端设有第二通孔6，所述钻头上设有喷液口，所述喷液口通过第二通孔6与第一通孔404连通。通过设置第二通孔6和喷液口，钻井液在穿过第一通孔404时不仅能驱动转轴402转动，第一通孔404内的钻井液在通进第二通孔6后，穿过第二通孔6进入钻头处的喷液口，然后通过喷液口喷出，对钻头进行冷却，能够提升整个钻具的钻井能力。

[0029] 作为一种优选方案，如图4所示，其中，所述支撑翼203为梯形块结构，支撑翼203的小端面与井壁抵接，支撑翼203的长度方向与芯轴101的长度方向同向。将支撑翼203设置为梯形块结构，钻头在进给时，带动支撑翼203沿井眼的长度方向运动，由于梯形块的长度方向与芯轴101的长度方向同向，且梯形块的小端面与井壁抵接，能降低支撑翼203与井壁之间的沿井眼长度方向的摩擦力，从而提升整个钻具的钻进能力。

[0030] 作为一种优选方案，如图1和图2所示，其中，所述芯轴101上端设有上接头701，所述上接头701与钻杆可拆卸连接，芯轴101下端设有下接头702，所述下接头702与钻头可拆卸连接。通过设置上接头701和下接头702，上接头701与钻杆可拆卸连接，下接头702与钻头可拆卸连接，能够方便芯轴101和壳体总成102之间的拆卸和安装，从而方便整个钻具的使用。

[0031] 作为一种优选方案，如图1和图2所示，其中，所述芯轴101与壳体总成102通过轴承总成8枢轴连接。芯轴101通过轴承总成8与壳体总成102枢轴连接，能在芯轴101相对壳体总成102转动的过程中，壳体总成102受到方向相反的支撑力时，提升芯轴101转动的平稳性，从而保证本钻具造斜的稳定性。

[0032] 作为一种优选方案，如图2和图3所示，其中，所述转轴402通过高速轴承与第一通孔404枢轴连接。转轴402通过高速轴承与第一通孔404枢轴连接，能保证转轴402稳定高速的转动。

[0033] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。