一種防斜打快鉆具組合的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于石油工程領(lǐng)域，具體地，涉及一種防斜打快鉆具組合。防斜打快鉆具組合，包括：鉆頭、偏心偏向杠桿結(jié)構(gòu)短節(jié)、鉆鋌、扶正器；鉆頭、偏心偏向杠桿結(jié)構(gòu)短節(jié)、鉆鋌、扶正器之間依次通過螺紋連接。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定，使用過程不會為鉆井作業(yè)帶來其他方面的風險；實現(xiàn)了對鉆頭推靠式防斜與指向式防斜的有機統(tǒng)一，防斜效果極佳；在鉆壓較大時防斜效果更加明顯，可以釋放鉆壓，并且性能不受井底條件影響，有利于鉆井速度的提高；不但可用于糾斜，也可正常用于直井眼鉆進，應用范圍較廣。
【專利說明】一種防斜打快鉆具組合
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于石油工程領(lǐng)域，具體地，涉及一種石油、天然氣鉆井作業(yè)中的井下鉆具組合，尤其涉及一種防斜打快鉆具組合。
【背景技術(shù)】
[0002]油氣井鉆井過程中，高陡地層直探井以及定向井直徑段防斜打直一直是困擾鉆井界的一個技術(shù)難題。目前提出的井斜控制工具包括常規(guī)鉆具以及自動垂直鉆井系統(tǒng)兩大類。常規(guī)鉆具主要包括塔式鉆具、鐘擺鉆具、滿眼鉆具、偏軸鉆具等，這些鉆具也被稱為被動防斜工具，現(xiàn)場應用結(jié)果表明，這類鉆具其降斜能力不能完全滿足深井、復雜井及高陡構(gòu)造與大傾角地層的要求，有的還要以犧牲鉆壓作為條件，嚴重阻礙了鉆井速度的提高。目前的自動垂直鉆井系統(tǒng)主要有Schlumberger公司的Power V系統(tǒng)、BakerHughes Inteq公司的VertiTak系統(tǒng)、德國智能公司的ZEB系統(tǒng)等等。這些系統(tǒng)應用效果較好，但是使用過程中的費用過高，且當?shù)貙痈邷馗邏簳r，其性能受到影響，其推廣應用也受到限制。因此，研發(fā)出經(jīng)濟實用的、突破傳統(tǒng)靜力學防斜理論束縛的、并且使用性能穩(wěn)定的防斜打快鉆具組合對油氣資源的高效開發(fā)具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，本發(fā)明提供一種防斜打快鉆具組合；利用該鉆具組合可以動態(tài)的實現(xiàn)強化鉆頭對下井壁的有效切削以及減小鉆頭軸線與鉛垂線夾角交互作用從而減小井斜的效果。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述方案:
[0005]防斜打快鉆具組合，包括:鉆頭、偏心偏向杠桿結(jié)構(gòu)短節(jié)、鉆鋌、扶正器；鉆頭、偏心偏向杠桿結(jié)構(gòu)短節(jié)、鉆鋌、扶正器之間依次通過螺紋連接。
[0006]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0007]1、該鉆具組合結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定，使用過程不會為鉆井作業(yè)帶來其他方面的風險；
[0008]2、該鉆具組合實現(xiàn)了對鉆頭推靠式防斜與指向式防斜的有機統(tǒng)一，防斜效果極佳；
[0009]3、該鉆具組合在鉆壓較大時防斜效果更加明顯，可以釋放鉆壓，并且性能不受井底條件影響，有利于鉆井速度的提聞;
[0010]4、該鉆具組合不但可用于糾斜，也可正常用于直井眼鉆進，應用范圍較廣。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明的防斜打快鉆具組合整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2是強化側(cè)向切削能力的鉆頭切削齒分布圖；
[0013]圖3是防斜打快鉆具組合的偏心偏向杠桿結(jié)構(gòu)短節(jié)的剖面示意圖；[0014]圖4是防斜打快鉆具組合的偏心偏向杠桿結(jié)構(gòu)短節(jié)A-A處的剖面示意圖；
[0015]圖5是防斜打快鉆具組合的偏心偏向杠桿結(jié)構(gòu)短節(jié)B-B處的剖面示意圖；
[0016]圖6是防斜打快鉆具組合的偏心偏向杠桿結(jié)構(gòu)短節(jié)的實物剖面圖；
[0017]圖7是防斜打快鉆具組合的偏心偏向杠桿結(jié)構(gòu)短節(jié)的實物圖；
[0018]圖8是防斜打快鉆具組合工作狀態(tài)一示意圖；
[0019]圖9是防斜打快鉆具組合工作狀態(tài)二示意圖；
[0020]圖中:1、鉆頭，2、偏心偏向杠桿結(jié)構(gòu)短節(jié)，3、鉆鋌，4、扶正器。
【具體實施方式】
[0021]如圖1所示，防斜打快鉆具組合，包括:鉆頭1、偏心偏向杠桿結(jié)構(gòu)短節(jié)2、鉆鋌3、扶正器4 ;鉆頭1、偏心偏向杠桿結(jié)構(gòu)短節(jié)2、鉆鋌3、扶正器4之間依次通過螺紋連接。使用時，鉆頭4位于井底,用于破巖鉆進；偏心偏向杠桿結(jié)構(gòu)短節(jié)2、鉆鋌3、扶正器4組合在一起構(gòu)成組合結(jié)構(gòu)用于改變鉆頭的受力及切削狀態(tài)，從而改變鉆進趨勢；扶正器4與其上部的鉆具組合連接。
[0022]鉆頭I在鉆頭刀翼保徑部分上均布有切削齒11，鉆頭切削齒11用于強化鉆頭I的側(cè)向切削能力。當鉆頭受到相同大小的側(cè)向力時，鉆頭I對下井壁的切削能力較常規(guī)鉆頭有所增加，從而降斜作用有所增強。
[0023]偏心偏向杠桿結(jié)構(gòu)短節(jié)2，兩端帶有鉆具扣，分別用于連接鉆鋌、鉆頭；偏心偏向杠桿結(jié)構(gòu)短節(jié)2設有貫穿圓形孔道，用于鉆井液過流，貫穿圓形孔道、鉆頭及鉆鋌的軸線重合；偏心偏向杠桿結(jié)構(gòu)短節(jié)2—側(cè)的壁厚，一側(cè)的壁薄，鉆鋌壁厚部分與壁薄部分之間平滑過渡，偏心偏向杠桿結(jié)構(gòu)短節(jié)壁薄的一側(cè)、靠近鉆鋌的一端設置有翼肋，翼肋的長度為30cm-60cm，翼肋為螺旋狀，螺旋升角為45° -80°。翼肋起到支撐井壁，充當支點的作用，翼肋為螺旋狀可以降低鉆柱轉(zhuǎn)動的摩阻，翼肋中間的螺旋槽作為環(huán)空鉆井液的流道。使用時，偏心偏向杠桿結(jié)構(gòu)短節(jié)2無翼肋的一端與鉆頭連接，設有翼肋的一端與上部鉆鋌連接。
[0024]所述的螺旋狀翼肋到鉆頭I的距離、偏心偏向杠桿結(jié)構(gòu)短節(jié)2的長度、鉆鋌3的長度以及扶正器4到井底的距離根據(jù)現(xiàn)場井眼實際情況進行設計與調(diào)節(jié)。
[0025]所述的鉆鋌3為鉆井用普通鉆鋌；所述的扶正器4為鉆井用普通扶正器，可采用螺旋扶正器或者直棱扶正器。
[0026]該鉆具組合降斜機理為推靠式和指向式降斜交互作用來實現(xiàn)聯(lián)合作用降斜。推靠式降斜一強化鉆頭對下井壁的有效切削；指向式降斜一減小鉆頭軸線與鉛垂線夾角。參見附圖8、附圖9對降斜實施方式進行說明。
[0027](I)、強化鉆頭對下井壁的有效切削
[0028]參見附圖8:鉆具組合隨著鉆柱一起旋轉(zhuǎn)，當偏心偏向杠桿結(jié)構(gòu)短節(jié)3的螺旋狀翼肋旋轉(zhuǎn)至井眼的高邊時，偏心偏向杠桿結(jié)構(gòu)短節(jié)3的上端與井眼下井壁接觸，形成支點，此時，由于偏心偏向杠桿結(jié)構(gòu)短節(jié)3的螺旋狀翼肋與上井壁接觸而產(chǎn)生向下的推力，鉆頭與下井壁的接觸力增加，即降斜力增大。側(cè)向切削能力增強的鉆頭4在較大的降斜力作用下，產(chǎn)生對下井壁的強切削，從而發(fā)揮其推靠式降斜作用。
[0029](2)、減小鉆頭軸線與鉛垂線夾角
[0030]參見附圖9:當偏心偏向杠桿結(jié)構(gòu)短節(jié)3的螺旋狀翼肋旋轉(zhuǎn)至井眼的低邊時，螺旋狀翼肋與井眼下井壁接觸，形成支點，此時，由于鉆鋌2硬度較軟，鉆鋌2會向井眼高邊彎曲，偏心偏向杠桿結(jié)構(gòu)短節(jié)3與井眼軸線的夾角會減小，鉆頭軸線指向井眼低邊方向，從而發(fā)揮其指向式降斜作用。
[0031]鉆進過程中，一種防斜打快鉆具組合隨著上部鉆柱旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)至附圖8狀態(tài)時，鉆具通過推靠式降斜，旋轉(zhuǎn)至附圖9狀態(tài)時，鉆具通過指向式降斜，兩種降斜方式交替作用，最終實現(xiàn)直井的防斜打直打快。
【權(quán)利要求】
1.一種防斜打快鉆具組合，包括:鉆頭、偏心偏向杠桿結(jié)構(gòu)短節(jié)、鉆鋌、扶正器；其特征在于:鉆頭、偏心偏向杠桿結(jié)構(gòu)短節(jié)、鉆鋌、扶正器之間依次通過螺紋連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防斜打快鉆具組合，其特征在于:鉆頭在鉆頭刀翼保徑部分上均布有切削齒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2所述的防斜打快鉆具組合，其特征在于:偏心偏向杠桿結(jié)構(gòu)短節(jié)，兩端帶有鉆具扣，偏心偏向杠桿結(jié)構(gòu)短節(jié)設有貫穿圓形孔道，貫穿圓形孔道、鉆頭及鉆鋌的軸線重合；偏心偏向杠桿結(jié)構(gòu)短節(jié)一側(cè)的壁厚、一側(cè)的壁薄，壁厚部分與壁薄部分之間平滑過渡，偏心偏向杠桿結(jié)構(gòu)短節(jié)壁薄的一側(cè)、靠近鉆鋌的一端設置有翼肋。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的防斜打快鉆具組合，其特征在于:翼肋的長度為30cm-60cm，翼肋為螺旋狀，螺旋升角為45° -80°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的防斜打快鉆具組合，其特征在于:所述的鉆鋌為鉆井用普通鉆鋌。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5所述的防斜打快鉆具組合，其特征在于:所述的扶正器為鉆井用普通扶正器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6所述的防斜打快鉆具組合，其特征在于:扶正器采用螺旋扶正器或者直棱扶正器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7所述的防斜打快鉆具組合，其特征在于:所述的螺旋狀翼肋到鉆頭的距離、偏心偏向杠桿結(jié)構(gòu)短節(jié)的長度、鉆鋌的長度以及扶正器到井底的距離根據(jù)現(xiàn)場井眼實際情況進行設計與調(diào)節(jié)。
9.一種偏心偏向杠桿結(jié)構(gòu)短節(jié)，其特征在于:偏心偏向杠桿結(jié)構(gòu)短節(jié)兩端帶有鉆具扣，偏心偏向杠桿結(jié)構(gòu)短節(jié)設有貫穿圓形孔道；偏心偏向杠桿結(jié)構(gòu)短節(jié)一側(cè)的壁厚，一側(cè)的壁薄，壁厚部分與壁薄部分之間平滑過渡，偏心偏向杠桿結(jié)構(gòu)短節(jié)的一端、壁薄的一側(cè)設置有翼肋。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的防斜打快鉆具組合，其特征在于:翼肋的長度為30cm-60cm，翼肋為螺旋狀，螺旋升角為45° -80°。
【文檔編號】E21B7/04GK103742074SQ201310727253
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月25日
【發(fā)明者】劉永旺, 管志川 申請人:中國石油大學(華東)