專利名稱：一種氣體鉆井減阻減振防斷扶正接箍的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體鉆井減阻減振防斷扶正接箍，特別適合于具 有強(qiáng)振動(dòng)、高摩擦阻力、沖蝕、易發(fā)生失效的氣體鉆井中。
背景技術(shù)：
氣體鉆井以其可大幅提高機(jī)械鉆速和有效發(fā)現(xiàn)及保護(hù)油氣層等優(yōu) 點(diǎn)而獲得快速發(fā)展。其典型技術(shù)特征為鉆遇儲(chǔ)層時(shí)保持循環(huán)介質(zhì)(氣 體或氣基流體)的井底壓力低于儲(chǔ)層壓力，實(shí)現(xiàn)可控的邊噴邊鉆，或(和)通過(guò)使用較低密度的氣基循環(huán)介質(zhì)，減少對(duì)井底巖石的壓持， 從而獲得較高機(jī)械鉆速。氣體鉆井最初探索于上個(gè)世紀(jì)50年代，受配套技術(shù)與裝備的限制，該技術(shù)一度被擱置，直至上世紀(jì)90年代，氣體鉆井技術(shù)才真正開(kāi)始起步和發(fā)展，盡管其發(fā)展時(shí)間短，但己成為發(fā)現(xiàn)與保護(hù)油氣層、大幅提 高機(jī)械鉆速和治理惡性井漏等問(wèn)題的最有效方法之一。同樣，由于發(fā)展時(shí)間短，也暴露了許多丞需解決的技術(shù)問(wèn)題，如鉆具失效、地層 出水、井壁垮塌、井斜不易控制等問(wèn)題，其中斷鉆具問(wèn)題較為突出， 在幾年前的氣體鉆井嘗試中即發(fā)生了斷鉆具問(wèn)題，但并為引起重視，至2006年中后期，國(guó)內(nèi)幾家主要的氣體鉆井施工隊(duì)伍根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)， 一致的認(rèn)為斷鉆具問(wèn)題已經(jīng)成為制約氣體鉆井應(yīng)用的重大技術(shù) 難題之一，由于氣體鉆井規(guī)模應(yīng)用時(shí)間短(專家學(xué)者將我國(guó)氣體鉆井初步規(guī)模應(yīng)用界定為自2005年底始)，問(wèn)題來(lái)的突然，工程界和學(xué)術(shù) 界尚來(lái)不及弄清其發(fā)生機(jī)理，還無(wú)從提出可行的應(yīng)對(duì)方案。在這種背景下，我們圍繞近年來(lái)氣體鉆井實(shí)踐中暴露的井斜失控 和斷鉆具問(wèn)題，以在泥漿鉆井鉆柱系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方面的研究積累為基礎(chǔ)， 根據(jù)氣體鉆井鉆柱振動(dòng)邊界的特點(diǎn)，結(jié)合氣體鉆井鉆柱與井壁碰撞機(jī) 理、摩擦機(jī)理及鉆頭與巖石互作用的實(shí)驗(yàn)研究，建立氣體鉆井鉆柱系 統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，開(kāi)發(fā)了仿真計(jì)算與分析軟件，并結(jié)合實(shí)鉆資料統(tǒng)計(jì)分析，開(kāi)展了大量的研究工作，通過(guò)前期研究發(fā)現(xiàn)，氣體鉆井鉆具失效 的主要原因是大幅振動(dòng)、氣蝕和腐蝕。并特別發(fā)現(xiàn)氣蝕是客觀存在的 且很難減輕，腐蝕是較輕微的，但是在高頻高應(yīng)力振動(dòng)的激勵(lì)下，腐蝕和氣蝕的作用會(huì)放大；三者的耦合作用導(dǎo)致了鉆具的異常時(shí)效。因此減振減阻成了氣體鉆井防斷的核心，成了防斷最為切實(shí)可行 的措施之一。氣體鉆井中由于干摩擦干碰撞導(dǎo)致扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和橫向劇烈， 通過(guò)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和橫振的激勵(lì)，原本相對(duì)平緩的軸向震動(dòng)也較為劇烈， 井眼擴(kuò)大嚴(yán)重致使鉆桿彎曲變形大，這都使鉆具特別是與井壁接觸處 產(chǎn)生高應(yīng)力，國(guó)外學(xué)者研究表明高應(yīng)力可以加劇腐蝕和氣蝕的作用效 果。我們?cè)跉怏w鉆井鉆柱振動(dòng)力學(xué)研究的基礎(chǔ)上，提出了 "除進(jìn)行鉆 井參數(shù)優(yōu)化外，還應(yīng)設(shè)計(jì)和使用減阻減振防斷扶正接箍"。在這個(gè)背景 下，我們?cè)O(shè)計(jì)了針對(duì)氣體鉆井鉆桿失效、加重鉆桿失效、鉆鋌失效的 減阻減振防斷扶正接箍。本次申請(qǐng)即是針對(duì)氣體鉆桿失效和加重鉆桿 失效而形成的減阻減振防斷扶正接箍。該減震工具可以大幅降低摩擦 扭矩和軸向摩擦阻力，并且特殊設(shè)計(jì)的減振裝置可以有效吸震，從而 可以有效防止氣體鉆井鉆具失效。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對(duì)氣體鉆井鉆具失效問(wèn)題解決方案的不足， 提供一種氣體鉆井減阻減振防斷扶正接箍，能有效防止降低摩擦阻力 和摩擦扭矩并能有效吸震，有效延緩氣體鉆井井下鉆具的失效，提高 鉆具的安全性，提高鉆具的利用率和使用壽命。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明解決此技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是: 一種氣體鉆井減阻減振防斷扶正接箍，是由下接頭本體l、上接頭本體7、無(wú)內(nèi)圈徑向滾動(dòng)軸承5、軸向滾動(dòng)軸承6、外殼4吸振橡膠套3和 墊片9組成，其結(jié)構(gòu)特征是上下接頭本體7和1靠螺紋聯(lián)接，由軸 肩定位；無(wú)內(nèi)圈徑向滾動(dòng)軸承5是由上下兩組無(wú)內(nèi)圈圓柱滾子軸承組 成， 一組安裝在外殼4與上接頭本體7之間， 一組安裝在外殼4與下 接頭本體l之間，靠套筒2定位；外殼4外表面上設(shè)置有三個(gè)對(duì)稱布 局的扶正帶8，扶正帶8兩端的設(shè)計(jì)成斜面型式，防止流道中返回鉆井液不順暢；扶正帶上設(shè)置有槽；軸向滾動(dòng)軸承6由三組鼓形滾輪組成， 分別裝于外殼4表面扶正帶8的槽內(nèi)與井壁或套管接觸；吸振橡膠套3 分為上下兩組，分別安裝在上下無(wú)內(nèi)圈徑向滾動(dòng)軸承5與外殼4之間， 同樣由套筒2定位，這樣能夠與軸向滾動(dòng)軸承6組合，起到支撐、減 摩和吸振的效果。鉆桿與套管/井壁的徑向力由徑向滾動(dòng)軸承來(lái)5承受， 而軸向力由滾動(dòng)軸承6來(lái)承受。在套筒2與上下接頭本體7和1之間 放置有墊片9，墊片9的厚度在2 6mm之間，保證套筒3與上下接頭本 體7和1之間為過(guò)渡配合，在墊片的本體上設(shè)置有15 40個(gè)孔，孔內(nèi) 填充石墨，在套筒2、上接頭本體7、下接頭本體l、無(wú)內(nèi)圈滾動(dòng)軸承 之間填充有石墨。該扶正接箍的另一種結(jié)構(gòu)，將吸振橡膠套3的安裝 位置的兩端式改為中間式，即把吸振橡膠套3安裝在兩組無(wú)內(nèi)圈徑向 滾動(dòng)軸承5之間的外殼4的內(nèi)壁上。無(wú)內(nèi)圈徑向滾動(dòng)軸承5和吸振橡 膠套3靠套筒2和外殼軸肩定位。吸振橡膠套3的厚度為3 6mm。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有的有益效果是(1)本發(fā)明在無(wú)內(nèi) 圈圓柱滾子軸承和外殼之間安裝了橡膠套，具有減振性能好，吸振能 力強(qiáng)，減緩鉆桿/套管磨損，減少扭矩，增加鉆進(jìn)能力的效果；(2)本 發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，可以滿足減阻減振防斷的需要，特別適合于 氣體水平井中振動(dòng)強(qiáng)烈、摩擦強(qiáng)度高，扭矩傳遞損失大的情況；(3)由 于外套的外徑大于接頭本體外徑，鉆柱通過(guò)此結(jié)構(gòu)外套與套管/井壁接 觸，大部分鉆桿不與套管/井壁產(chǎn)生接觸，當(dāng)轉(zhuǎn)盤(pán)帶動(dòng)鉆柱旋轉(zhuǎn)時(shí)，本 體與外套之間通過(guò)軸承產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，而外套與套管/井壁在徑向保持 相對(duì)靜止，因此鉆桿與套管/井壁的滾動(dòng)接觸由本體與外套之間的滾動(dòng) 接觸來(lái)代替，大大減少了鉆柱傳遞的扭矩?fù)p失；(4)墊片內(nèi)的石墨及套 筒、上接頭本體、下接頭本體、無(wú)內(nèi)圈滾動(dòng)軸承之間腔體內(nèi)的石墨可 潤(rùn)滑無(wú)內(nèi)圈徑向滾動(dòng)軸承，以及密封套筒與上下接頭本體，有效防止 氣體進(jìn)入。


圖1是本發(fā)明一種氣體鉆井減阻減振防斷扶正接箍的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是減阻減振防斷扶正接箍的另一種結(jié)構(gòu)的示意圖。圖3是減阻減振防斷扶正接箍的外殼四扶正帶的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4是減阻減振防斷扶正接箍的外殼三扶正帶的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖5是減阻減振防斷扶正接箍墊片的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖中l(wèi).下接頭本體，2.套筒，3吸振橡膠套，4.外殼，5.無(wú)內(nèi)圈徑向滾動(dòng)軸承，6.軸向滾動(dòng)軸承，7.上接頭本體，8扶正帶，9墊片，IO石墨填充孔。
具體實(shí)施方式
按照?qǐng)D1所示，上下接頭本體7和1靠螺紋聯(lián)接，由軸肩定位； 徑向滾動(dòng)軸承5是由上下兩組無(wú)內(nèi)圈圓柱滾子軸承組成， 一組安裝于 外殼4和上接頭本體7之間，' 一組安裝于外殼4和下接頭本體1之間， 靠套筒2定位；外殼4外表面上設(shè)計(jì)有三個(gè)對(duì)稱布局的扶正帶8，扶正 帶8兩端的設(shè)置成斜面型式，防止流道中返回循環(huán)介質(zhì)不順暢；扶正 帶8上設(shè)置有槽，軸向滾動(dòng)軸承6由三組鼓形滾輪組成，分別裝于外 殼4表面扶正帶8的槽內(nèi)與井壁或套管接觸；吸振橡膠套3分為上下 兩組，分別安裝于上下無(wú)內(nèi)圈徑向滾動(dòng)軸承5和外殼4之間，同樣由 套筒2定位，與軸向滾動(dòng)軸承6組合；在套筒2與上接頭本體7和1 之間放置有墊片9，墊片9的厚度在2 6mm之間，保證套筒3與上下接 頭本體7和1之間為過(guò)渡配合，在墊片的本體上設(shè)置有15 40個(gè)孔， 孔內(nèi)填充石墨，在套筒2、上接頭本體7、下接頭本體l、無(wú)內(nèi)圈滾動(dòng) 軸承之間填充有石墨。按照?qǐng)D2所示，吸振橡膠套的安裝位置變化由圖1結(jié)構(gòu)中的兩 端式設(shè)計(jì)為中間式，即把吸振橡膠圈3安裝在兩組無(wú)內(nèi)圈徑向滾動(dòng)軸 承5之間的外殼4的內(nèi)壁上。按照?qǐng)D3圖4所示，外殼扶正帶的布局方式為對(duì)稱均勻布局方式， 使鉆柱與井眼同心，同心環(huán)空流速均勻。
權(quán)利要求
1.一種氣體鉆井減阻減振防斷扶正接箍，是由上下接頭本體、無(wú)內(nèi)圈徑向滾動(dòng)軸承、軸向滾動(dòng)軸承、外殼和吸振橡膠套組成，其特征是上接頭本體(7)和下接頭本體(1)靠螺紋聯(lián)接，由軸肩定位；無(wú)內(nèi)圈徑向滾動(dòng)軸承(5)是由上下兩組無(wú)內(nèi)圈圓柱滾子軸承組成，一組安裝在外殼(4)與上接頭本體(7)之間，一組安裝在外殼(4)與下接頭本體(1)之間；外殼(4)外表面上設(shè)置有三個(gè)對(duì)稱布局的扶正帶(8)，扶正帶(8)兩端設(shè)計(jì)成斜面型式，扶正帶上設(shè)置有槽；軸向滾動(dòng)軸承(6)由三組鼓形滾輪組成，分別裝于外殼(4)表面扶正帶(8)的槽內(nèi)與井壁或套管接觸；吸振橡膠套(3)分為上下兩組，分別安裝在無(wú)內(nèi)圈徑向滾動(dòng)軸承(5)和外殼(4)之間，由套筒(2)定位，與軸向滾動(dòng)軸承(6)組合。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于油氣田具有強(qiáng)振動(dòng)、高摩擦阻力、沖蝕、易發(fā)生失效的氣體鉆井中的減阻減振防斷扶正接箍。其技術(shù)方案是上下接頭本體靠螺紋聯(lián)接，由軸肩定位；徑向滾動(dòng)軸承是由上下兩組無(wú)內(nèi)圈圓柱滾子軸承組成，一組安裝在外殼與上接頭本體之間，一組安裝在外殼與下接頭本體之間，靠套筒定位；外殼外表面上設(shè)置有三個(gè)對(duì)稱布局的扶正帶，扶正帶兩端為斜面型式，扶正帶上設(shè)置有槽；軸向滾動(dòng)軸承由三組鼓形滾輪組成，分別裝在外殼表面扶正帶的槽內(nèi)與井壁或套管接觸；吸振橡膠套分別安裝在上下無(wú)內(nèi)圈徑向滾動(dòng)軸承和外殼之間，由套筒定位。本發(fā)明具有減振性能好，吸振能力強(qiáng)，減緩鉆桿/套管磨損，減少扭矩，增加鉆進(jìn)能力的效果，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。
文檔編號(hào)E21B17/02GK101220732SQ200810045250
公開(kāi)日2008年7月16日 申請(qǐng)日期2008年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月23日
發(fā)明者祝效華, 華 童, 賈彥杰 申請(qǐng)人:西南石油大學(xué)