專利名稱：一種氣體鉆井用滾輪穩(wěn)定器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及在油氣田工程中利用氣體作為循環(huán)介質(zhì)鉆井時(shí)的一種氣體鉆井 用滾輪穩(wěn)定器。
背景技術(shù)：
目前，在利用氣體為循環(huán)介質(zhì)的鉆井中，為了控制井眼軌跡，常常需要用一個(gè)或多 個(gè)穩(wěn)定器和下部鉆具組合成不同類型的下部鉆具組合，以達(dá)到增斜、穩(wěn)斜、降斜的目的，如 鐘擺鉆具組合、滿眼鉆具組合等。現(xiàn)在的氣體鉆井中，常常是將液體鉆井用的穩(wěn)定器直接用 于氣體鉆井中。這樣會(huì)存在以下缺點(diǎn)1、由于氣體鉆井時(shí)井筒中沒(méi)有鉆井液的潤(rùn)滑作用，普通穩(wěn)定器與井壁的摩阻將大 大增加，扭矩也會(huì)增大，造成穩(wěn)定器使用壽命短，鉆柱易疲勞損壞等。2、由于氣體的攜巖能力不如液體的攜巖能力強(qiáng)，普通穩(wěn)定器導(dǎo)流槽為均勻流道， 要么為豎直型，要么為螺旋型，巖屑通過(guò)能力差，可能導(dǎo)致攜巖受阻。申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)為CN101358509A，申請(qǐng)
公開(kāi)日為2009年2月4日的中國(guó)專利文獻(xiàn)公開(kāi) 了一種多功能穩(wěn)定器的制作方法，是在穩(wěn)定器本體的同一段柱面上均布開(kāi)設(shè)三個(gè)滾輪槽， 并在滾輪槽上安裝滾輪軸，通過(guò)滾輪軸將端部為錐體、表面設(shè)有切削刃的滾輪連接在穩(wěn)定 器本體的滾輪槽上，滾輪與滾輪軸為活動(dòng)連接，滾輪的錐體于穩(wěn)定器本體的前端同向，并且 三個(gè)滾輪的外接圓直徑大于穩(wěn)定器本體的軸徑，這樣在鉆頭磨損的情況下可通過(guò)滾輪上的 錐體和切削刃切削井壁，從而確保前后井徑尺寸相同。本實(shí)用新型所提供的穩(wěn)定器是具有 扶正功能和擴(kuò)眼功能的一種多功能穩(wěn)定器，同時(shí)還具有與井壁摩擦阻力小，耐磨性強(qiáng)，使用 壽命長(zhǎng)，安全性能高等優(yōu)越性，從而可在鉆井過(guò)程可中起到了增效的目的。但上述技術(shù)方案仍然沒(méi)有解決“由于氣體的攜巖能力不如液體的攜巖能力強(qiáng)，普 通穩(wěn)定器導(dǎo)流槽為均勻流道，要么為豎直型，要么為螺旋型，巖屑通過(guò)能力差，可能導(dǎo)致攜 巖受阻”的技術(shù)難題。

實(shí)用新型內(nèi)容為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提出了一種涉及在油氣田工程中利用氣體作為 循環(huán)介質(zhì)鉆井時(shí)的一種氣體鉆井用滾輪穩(wěn)定器。本實(shí)用新型一方面可以減小穩(wěn)定器與井壁 之間的摩擦阻力，減小扭矩，另一方面還能強(qiáng)化攜巖能力，穩(wěn)定鉆柱。本實(shí)用新型是通過(guò)采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種氣體鉆井用滾輪穩(wěn)定器，包括穩(wěn)定器本體，其特征在于在穩(wěn)定器本體上沿穩(wěn) 定器本體軸向方向設(shè)置有四個(gè)突出的扶正棱，所述扶正棱的兩端頭部位均為楔型狀，沿穩(wěn) 定器本體軸向方向的扶正棱上開(kāi)有滾輪槽，滾輪軸固定于所述滾輪槽中，滾輪安裝在滾輪 軸上，且所述滾輪突出于所述扶正棱表面，滾輪槽的兩端開(kāi)有蓋板槽，蓋板經(jīng)螺釘固定在蓋 板槽中，且滾輪軸的兩端經(jīng)蓋板固定在所述滾輪槽中，所述蓋板與井壁相接觸的那一面的 端部也為楔型狀，所述扶正棱包括直棱段和鞋掌型螺旋棱段，所述滾輪槽開(kāi)在所述直棱段上，直棱段的一端為楔型，另一端與螺旋棱段相接，所述螺旋棱段的另一端也為楔型，扶正 棱之間的空隙形成導(dǎo)流槽，其中導(dǎo)流槽包括寬度逐漸減小，且由直棱段之間空隙形成的寬 入口直流道，和由鞋掌型螺旋棱段之間形成的窄出口螺旋流道。四個(gè)扶正棱在穩(wěn)定器本體上對(duì)稱設(shè)置，且相互呈90度的夾角。所述滾輪槽的截面為半圓形，滾輪的一半埋在所述半圓形的滾輪槽中，另一半突 出于所述扶正棱表面。所述滾輪的表面設(shè)置有硬質(zhì)合金材質(zhì)的切削齒，滾輪為鑲齒型、窄齒型或?qū)掿X型。本實(shí)用新型有益效果表現(xiàn)在1、由于本實(shí)用新型采用在扶正棱的兩端頭部位均設(shè)置為楔型狀，有利于減小上提 和下放鉆具時(shí)穩(wěn)定器與井壁之間的摩擦阻力，減小扭矩，有利于上提鉆具遇到井徑縮小時(shí) 倒劃眼解卡；在扶正棱上開(kāi)有滾輪槽，滾輪槽中設(shè)置滾輪，四個(gè)滾輪形成的滾輪組和楔型 扶正條頭有利于上提鉆具遇到井徑縮小時(shí)倒劃眼解卡；穩(wěn)定器本體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)滾輪將沿井壁滾 動(dòng)，將扶正棱刮削井壁的滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)化為滾輪與井壁間的滾動(dòng)摩擦，大大減小了穩(wěn)定器與 井壁的摩阻、減小了旋轉(zhuǎn)扭矩，延長(zhǎng)了下部鉆具的使用壽命。本實(shí)用新型滾輪穩(wěn)定器的扶正 棱、滾輪可以將鉆柱扶正，減少或消除鉆柱的偏心，使鉆柱和井眼同軸，并可減小鉆柱磨損 和疲勞損壞等問(wèn)題。2、蓋板與井壁相接觸的那一面的端部也為楔型狀，這樣的結(jié)構(gòu)方式可以將大顆粒 巖屑導(dǎo)入滾輪上設(shè)置的切削齒；滾輪上設(shè)置硬質(zhì)合金切削齒可以將大顆粒巖屑再次破碎研 磨成較小顆粒巖屑，然后被氣流攜帶走；滾輪為鑲齒型、窄齒型或?qū)掿X型，可以適用于不同 的地層，例如鑲齒型滾輪適用于研磨性地層、窄齒型滾輪適用于硬地層、寬齒型適用于軟地層。3、滾輪是通過(guò)螺釘和蓋板固定在穩(wěn)定器本體上的，滾輪磨損后只需更換新滾輪， 而穩(wěn)定器本體可以繼續(xù)使用，有利于減小鉆井成本。4、由于本實(shí)用新型“其中導(dǎo)流槽包括寬度逐漸減小，且由直棱段之間空隙形成的 寬入口直流道，和由鞋掌型螺旋棱段之間形成的窄出口螺旋流道”這樣的技術(shù)方案，導(dǎo)流槽 入口的形狀可以保證任何方向和角度到達(dá)的巖屑均可進(jìn)入導(dǎo)流槽，導(dǎo)流槽入口段為寬度逐 漸減小的直流道，出口為窄出口螺旋流道，即寬入口窄出口型，這樣下部的寬入口直流道有 利于氣體、巖屑顆粒順利進(jìn)入流道并被加速，上部的窄出口螺旋流道使氣體、巖屑再次加速 數(shù)倍，并在出口產(chǎn)生高速螺旋流，有利于加強(qiáng)直井、水平井?dāng)y巖能力，而常規(guī)技術(shù)只有直流 道。這些設(shè)計(jì)可以扶正和穩(wěn)定鉆柱、減小摩阻和旋轉(zhuǎn)扭矩、強(qiáng)化氣流攜巖能力等。

下面將結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，其 中圖1為本實(shí)用新型主視圖圖2為圖1中側(cè)視圖圖3為本實(shí)用新型中相鄰兩個(gè)扶正棱的展開(kāi)圖。圖4為本實(shí)用新型滾輪和輪軸的示意圖圖中標(biāo)記[0024]1、穩(wěn)定器本體，2、鞋掌型螺旋棱段，3、直棱段，4、蓋板，5、滾輪，6、楔型，7、入口，8、 出口，9、滾輪槽，10、滾輪軸。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1本實(shí)用新型公開(kāi)了一種氣體鉆井用滾輪穩(wěn)定器，包括穩(wěn)定器本體1，在穩(wěn)定器本體 1上沿穩(wěn)定器本體1軸向方向設(shè)置有四個(gè)突出的扶正棱，所述扶正棱的兩端頭部位均為楔 型6狀，沿穩(wěn)定器本體1軸向方向的扶正棱上開(kāi)有滾輪槽9，滾輪軸10固定于所述滾輪槽9 中，滾輪5安裝在滾輪軸10上，且所述滾輪5突出于所述扶正棱表面。實(shí)施例2作為本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式，在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，滾輪槽9的兩端開(kāi)有蓋 板槽，蓋板4經(jīng)螺釘固定在蓋板槽中，且滾輪軸10的兩端經(jīng)蓋板4固定在所述滾輪槽9中， 所述蓋板4與井壁相接觸的那一面的端部也為楔型6狀。四個(gè)扶正棱在穩(wěn)定器本體1上對(duì) 稱設(shè)置，且相互呈90度的夾角。所述滾輪槽9的截面為半圓形，滾輪5的一半埋在所述半 圓形的滾輪槽9中，另一半突出于所述扶正棱表面。所述滾輪5的表面設(shè)置有硬質(zhì)合金材 質(zhì)的切削齒，滾輪5為鑲齒型、窄齒型或?qū)掿X型。實(shí)施例3作為本實(shí)用新型另一較佳實(shí)施方式，在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，所述扶正棱包括直 棱段3和鞋掌型螺旋棱段2，所述滾輪槽9開(kāi)在所述直棱段3上，直棱段3的一端為楔型 6，另一端與螺旋棱段相接，所述螺旋棱段的另一端也為楔型6，扶正棱之間的空隙形成導(dǎo)流 槽，其中導(dǎo)流槽包括寬度逐漸減小，且由直棱段3之間空隙形成的寬入口 7直流道，和由鞋 掌型螺旋棱段2之間形成的窄出口 8螺旋流道。所述螺旋棱段的形狀為鞋掌型。實(shí)施例4本實(shí)用新型提出了一種氣體鉆井用滾輪穩(wěn)定器。主要由帶特殊扶正條的穩(wěn)定器本 體1、半圓形滾輪槽9、帶牙齒的滾輪5、滾輪軸10、背面楔型6蓋板4等組成。穩(wěn)定器本體 1為一空心圓柱體，在圓柱體上有四條互成90°的特殊形狀扶正棱。扶正棱從下往上為逐 漸加寬的直棱，再往上為鞋掌型螺旋棱，螺旋角為25° 30°。半圓形滾輪槽9開(kāi)在扶正 條直棱段3上，半圓形滾輪槽9兩頭開(kāi)有蓋板槽。滾輪5安裝在滾輪軸10上，滾輪軸10兩 頭由背面楔型6蓋板4壓住，并用螺釘固定蓋板4。由于氣體鉆井井筒內(nèi)無(wú)鉆井液潤(rùn)滑作用，導(dǎo)致穩(wěn)定器與井壁摩阻增大、旋轉(zhuǎn)扭矩 增大，本實(shí)用新型氣體鉆井滾輪5穩(wěn)定器根據(jù)鉆具組合的需要串聯(lián)在鉆柱中指定位置，穩(wěn) 定器本體1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)滾輪5將沿井壁滾動(dòng)，將扶正條刮削井壁的滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)化為滾輪5與井 壁間的滾動(dòng)摩擦，大大減小了穩(wěn)定器與井壁的摩阻、減小了旋轉(zhuǎn)扭矩，延長(zhǎng)了下部鉆具的使 用壽命。本實(shí)用新型上安裝的滾輪5是通過(guò)螺釘經(jīng)過(guò)特殊結(jié)構(gòu)安裝在本體上的，滾輪5磨 損后只需更換新滾輪5，而本體可以繼續(xù)使用，有利于減小鉆井成本。本實(shí)用新型可根據(jù)不 同的地層換用不同的滾輪5，滾輪5有鑲齒型、窄齒型和寬齒型三種，鑲齒型滾輪5適用于研 磨性地層、窄齒型滾輪5適用于硬地層、寬齒型適用于軟地層。本實(shí)用新型扶正條的兩頭優(yōu)化成楔形狀，有利于減小上提和下放鉆具時(shí)的摩阻。滾輪5組和楔型6扶正條頭有利于上提鉆具遇到井徑縮小時(shí)倒劃眼解卡。楔型6狀的蓋板 4可以將大顆粒巖屑導(dǎo)入滾輪5牙齒，滾輪5上的硬質(zhì)合金牙齒可以將大顆粒巖屑再次破碎 研磨成較小顆粒巖屑，然后被氣流攜帶走。本實(shí)用新型氣體鉆井滾輪5穩(wěn)定器通過(guò)流體數(shù)值模擬技術(shù)，不斷的改變扶正條形 狀，最后優(yōu)化出最佳導(dǎo)流槽。導(dǎo)流槽入口 7的形狀可以保證任何方向和角度到達(dá)的巖屑均 可進(jìn)入導(dǎo)流槽。導(dǎo)流槽下部為寬度逐漸減小的直導(dǎo)流槽，即寬入口 7窄出口 8型，上部為特 殊螺旋窄出口 8導(dǎo)流槽。下部的寬入口 7直導(dǎo)流槽有利于氣體、巖屑顆粒順利進(jìn)入流道并 被加速，上部的特殊螺旋窄出口 8使氣體、巖屑再次加速數(shù)倍，并在出口 8產(chǎn)生高速螺旋流。 高速螺旋氣流沿井壁運(yùn)動(dòng)，增強(qiáng)了氣流攜巖能力。本實(shí)用新型滾輪5穩(wěn)定器的扶正條、滾輪5可以將鉆柱扶正，減少或消除鉆柱的偏 心，使鉆柱和井眼同軸，并可減小鉆柱磨損和疲勞損壞等問(wèn)題。實(shí)施例5本實(shí)用新型的一實(shí)施實(shí)例，如附圖1、圖2所示，由穩(wěn)定器本體1、鞋掌型螺旋扶正 棱2、直扶正棱3、楔型6蓋板4、滾輪5、錐形扶正棱6、導(dǎo)流槽入口 7、導(dǎo)流槽出口 8、滾輪槽 9、滾輪軸10等組成。四條互成90°的直扶正棱上開(kāi)有半圓型滾輪槽9，滾輪5套在滾輪軸 10上，安裝在滾輪槽9中。經(jīng)過(guò)計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬，如附圖1、圖3所示，優(yōu)化出了特殊形狀的導(dǎo)流槽 入口 7、導(dǎo)流槽出口 8，任何方向和任何角度到達(dá)的流體都會(huì)從楔形扶正棱6附近，無(wú)阻進(jìn)入 導(dǎo)流槽寬入口 7，經(jīng)過(guò)特殊直流道加速，并進(jìn)入較窄的高速螺旋流道，強(qiáng)化了氣流攜巖能力。 其特征在于由寬直流道導(dǎo)流槽7和窄的螺旋流道導(dǎo)流槽8兩部分組成。如附圖1、圖2、圖4所示，可根據(jù)不同的地層在滾輪軸10上更換滾輪5為鑲齒型、 窄齒型和寬齒型滾輪5。鉆井過(guò)程中滾輪5組5沿井壁滾動(dòng)，將滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動(dòng)摩擦， 可大大減小摩阻、減小旋轉(zhuǎn)扭矩。在氣體鉆井中，本實(shí)用新型滾輪5穩(wěn)定器的安放位置及個(gè)數(shù)由鉆柱力學(xué)分析和軌 跡控制聯(lián)合確定。配合本實(shí)用新型使用，氣體鉆井時(shí)要合理控制轉(zhuǎn)速。使用時(shí)要特別注意 本滾輪5穩(wěn)定器與鉆柱的聯(lián)接方向，進(jìn)出口 8方向的正確配合。本實(shí)用新型用于油氣田鉆井工程。
權(quán)利要求一種氣體鉆井用滾輪穩(wěn)定器，包括穩(wěn)定器本體(1)，其特征在于在穩(wěn)定器本體(1)上沿穩(wěn)定器本體(1)軸向方向設(shè)置有四個(gè)突出的扶正棱，所述扶正棱的兩端頭部位均為楔型(6)狀，沿穩(wěn)定器本體(1)軸向方向的扶正棱上開(kāi)有滾輪槽(9)，滾輪軸(10)固定于所述滾輪槽(9)中，滾輪(5)安裝在滾輪軸(10)上，且所述滾輪(5)突出于所述扶正棱表面，滾輪槽(9)的兩端開(kāi)有蓋板槽，蓋板(4)經(jīng)螺釘固定在蓋板槽中，且滾輪軸(10)的兩端經(jīng)蓋板(4)固定在所述滾輪槽(9)中，所述蓋板(4)與井壁相接觸的那一面的端部也為楔型(6)狀，所述扶正棱包括直棱段(3)和鞋掌型螺旋棱段(2)，所述滾輪槽(9)開(kāi)在所述直棱段(3)上，直棱段(3)的一端為楔型(6)，另一端與螺旋棱段相接，所述螺旋棱段的另一端也為楔型(6)，扶正棱之間的空隙形成導(dǎo)流槽，其中導(dǎo)流槽包括寬度逐漸減小，且由直棱段(3)之間空隙形成的寬入口(7)直流道，和由鞋掌型螺旋棱段(2)之間形成的窄出口(8)螺旋流道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣體鉆井用滾輪穩(wěn)定器，其特征在于四個(gè)扶正棱在穩(wěn) 定器本體(1)上對(duì)稱設(shè)置，且相互呈90度的夾角。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種氣體鉆井用滾輪穩(wěn)定器，其特征在于所述滾輪槽(9) 的截面為半圓形，滾輪(5)的一半埋在所述半圓形的滾輪槽(9)中，另一半突出于所述扶正 棱表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣體鉆井用滾輪穩(wěn)定器，其特征在于所述滾輪(5)的 表面設(shè)置有硬質(zhì)合金材質(zhì)的切削齒，滾輪(5)為鑲齒型、窄齒型或?qū)掿X型。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種氣體鉆井用滾輪穩(wěn)定器，包括穩(wěn)定器本體，在穩(wěn)定器本體上沿穩(wěn)定器本體軸向方向設(shè)置有四個(gè)突出的扶正棱，所述扶正棱的兩端頭部位均為楔型狀，沿穩(wěn)定器本體軸向方向的扶正棱上開(kāi)有滾輪槽，滾輪軸固定于所述滾輪槽中，滾輪安裝在滾輪軸上，且所述滾輪突出于所述扶正棱表面。本實(shí)用新型一方面可以減小穩(wěn)定器與井壁之間的摩擦阻力，減小扭矩，另一方面還能強(qiáng)化攜巖能力，穩(wěn)定鉆柱。
文檔編號(hào)E21B7/18GK201635674SQ201020152239
公開(kāi)日2010年11月17日 申請(qǐng)日期2010年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月7日
發(fā)明者尚立, 李剛, 王林, 肖洲, 董仕明, 許期聰, 鄧虎, 黃述春 申請(qǐng)人:中國(guó)石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司