用于底孔組件的穩(wěn)定器裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明總體涉及一種用于底孔組件的穩(wěn)定器。在勘探和研宄油田的領域中，使用 由管道以及可能由其他管狀元件構成的旋轉(zhuǎn)鉆管支線的支線，所述支線端對端連接，如鉆 探條件所要求的。鉆管支線是鉆桿的一部分，所述鉆桿的任務是鉆出井眼且所述鉆桿由許 多用于鉆探的設備構成。所述管支線連接至底孔組件；它們一起形成鉆桿。
【背景技術】
[0002] 鉆桿承受許多負載，諸如由地面設備施加的旋轉(zhuǎn)和平移運動、底孔工具產(chǎn)生的振 動、以及在井壁和桿的部件之間施加的力和接觸；井可長度大于12km。
[0003] 底孔組件可從作為最靠近井底的元件的鉆頭開始由以下部分連續(xù)地構成：鉆頭、 包括用于驅(qū)動鉆頭的馬達的任何部件、鉆環(huán)、稱為MWD和LWD的設備、穩(wěn)定器裝置和重量級 鉆管支線。
[0004] 特別地，在鉆桿中，需要在鉆頭和重量級管道之間的多個位置處穩(wěn)定底孔組件。穩(wěn) 定器用于控制底孔組件的變形，特別是通過提供用于底孔管道和鉆頭的彎曲的預設定點。 穩(wěn)定器還幫助限制管支線中的振動，并且其將變形部控制為有助于控制期望軌跡的偏離的 元件。
[0005] 本發(fā)明可還應用于用于測量或檢查井底的部件，諸如現(xiàn)有技術中已知為術語MWB、 LWD或甚至RSS的設備。
[0006] 通常，為了允許鉆探，加壓泥漿以經(jīng)調(diào)解的流量在鉆管支線的一個支線內(nèi)部掠過 布置在鉆管支線的該支線的端部處的鉆頭，并隨后被泵送并在桿或孔壁之間限定的環(huán)形空 間中上升。
[0007] 現(xiàn)有技術中已知各種穩(wěn)定器工具，諸如由申請人制造的那些。特別地，文檔 US-4275935、US-6202769和US-2010-0300760披露了設置有外部螺旋突出部的穩(wěn)定器，所 述突出部附連至管狀本體或與所述本體成為整體。
[0008] 文檔US-2010-0300760的教導還披露了一組管狀底孔鉆探元件，所述鉆探元件包 括布置在鉆頭和三個上游穩(wěn)定器之間的孔洞成形器，以改進軌跡的方向控制和鉆頭的穩(wěn)定 性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的是改進孔壁的固結，同時減少與這些壁的摩擦系數(shù)。實際上，孔的形 成時由于與被扯下以形成空的材料對應的碎片的形成。該碎片通過將其與鉆探泥漿一起提 升出去而被挖去。證明非常重要的是，提升該碎片不改變正被形成的孔的尺寸特征。
[0010] 進一步地，由于孔底處鉆頭的較短的使用壽命，當鉆探具有4至大于IOkm長度的 井時，必須規(guī)律地提升鉆桿組件，以能夠更換或維修鉆頭且隨后將整個鉆桿再次下降，以使 孔成形在前進一點。僅為了維護和分析目的的這些上升和下降支線的操作（稱為起出和 放入）引起孔壁上的摩擦負載，且還造成對孔的質(zhì)量退化（在孔的長度上直徑的均一性 (homogeneous)方面）的主要貢獻，破裂風險，以及導致泥漿減速和擴大直徑區(qū)域中的擾動 區(qū)域的風險，且因此對碎石累積有主要貢獻。更通常地，這些操作，盡管必要，但有助于孔的 弱化，且因此有助于增加支線在孔中被阻塞的風險。
[0011] 當接近井底時，該問題變得越來越關鍵，在井底處，孔的直徑非常接近底孔組件的 直徑。
[0012] 本發(fā)明的目標是提出一種技術方案，其特別地限制在起出和放入操作期間對孔壁 的損害，同時允許泥漿的恰當流通。
[0013] 本發(fā)明提供一種用于鉆桿的穩(wěn)定器裝置，特別地用于能繞縱向軸線旋轉(zhuǎn)的底孔組 件，該裝置包括管狀中央本體和在中央本體的軸向端部處用于連接至桿的元件的連接器 件，該裝置設置有螺旋突出部，所述突出部位于本體的表面上，意圖與被鉆的孔的壁接觸， 從上游軸向端部沿下游軸向端部的方向看去，所述螺旋突出部繞中央本體的軸線沿順時針 方向轉(zhuǎn)動，其特征在于，螺旋突出部的頂點部包括沿旋轉(zhuǎn)方向限定的前緣（leading edge) 和后緣（trailing edge)，前緣包括凸起部分，使得所述凸起部分的第一部分在至少20°的 角形弧部上具有大于3. 5mm的曲率半徑。
[0014] 術語"螺旋突出部"意思是具有大致螺旋形的包封部的形狀。
[0015] 作為示例，凸起部分的該第一部分可具有在至少30°的角形弧部上大于5mm的曲 率半徑。
[0016] 本發(fā)明可用于改進井壁和穩(wěn)定器的突出部之間的幾何和機械聯(lián)接，特別是通過限 制作為側向和扭轉(zhuǎn)振動的主要原因的動態(tài)沖擊，以及還通過改進正被形成的孔的截面輪廓 的均一性。本發(fā)明可還用于獲得在穩(wěn)定器裝置的水平處的流體支承。
[0017] 前緣的非常特別的形狀提供鉆探泥漿的活性（activated)流通，同時提供關于正 被形成的孔的壁的不太侵略性的輪廓。這樣的尺寸選擇意味著可限制在用于鉆探支線的插 入或移除操作期間孔的擴大。該優(yōu)勢還在鉆探期間的旋轉(zhuǎn)過程中獲得。
[0018] 有利地，所述凸起部分還可以是復合部（complex)并且包括相鄰于第一部分的至 少一個第二凸起部分，所述第二部分具有的曲率半徑小于第一部分的曲率半徑，所述第二 部分沿旋轉(zhuǎn)方向位于第一部分之前。
[0019] 作為示例，所述凸起部分可在小于180°的角形弧部上延伸并包括第三部分，使得 第二部分布置在第一和第三部分之間，且使得所述第三部分具有的曲率半徑大于第一部分 的曲率半徑。這樣的配置意味著，可提供用于鉆探泥漿的運動的較大橫截面，同時改進桿的 接觸、定心和引導。
[0020] 特別地，所述凸起部分的多個部段可切向地鏈接。這樣的配置改進升起的鉆探泥 漿的動力學性能，且流動沿凸起部分均一。
[0021] 有利地，螺旋突出部的頂點部可形成圓弧，所述圓弧切向地鏈接至前緣的凸起部 分。以該方式，沒有可撕壞孔壁的邊緣形成。類似地，螺旋突出部的頂點部可形成圓弧，所 述圓弧切向地鏈接至后緣的凸起部分。
[0022] 特別地，圓弧可具有一直徑，該直徑作為在井底處被鉆的孔的理論直徑或在井底 處鉆頭的外直徑的函數(shù)而確定；特別地，該直徑通過將所述理論直徑減去至少1/64英寸 (即0.4_)的值而確定。該尺寸的選擇可用于通過允許在穩(wěn)定器裝置處的輕微偏轉(zhuǎn)游隙而 鞏固孔壁。
[0023] 前緣可還包括第二凸起部分，使得螺旋突出部的頂點部形成切向地鏈接至該第二 凸起部分的圓弧。
[0024] 優(yōu)選地，裝置可包括一材料，該材料覆蓋頂點部以及至少部分地覆蓋前緣和后緣 中的一個，使得該材料的硬度壁螺旋突出部的硬度大得多。存在這樣的材料意味著，可限制 最暴露于抵靠正被形成的孔的壁的巖石和接觸的突出部的部分的磨損，且因此可限制底孔 元件上的維護操作的數(shù)量。
[0025] 在特定實施例中，容置部可形成在螺旋突出部的頂點部處，以保持自由旋轉(zhuǎn)的輥 子。本發(fā)明還涉及"輥子擴孔器"類別，即，設置有通常用于規(guī)律化和校準井壁的葉片和輥 子的工具。
[0026] 特別地，螺旋突出部可形成徑向腳部，該徑向腳部具有垂直于平分線（bisecting line)測量的最小寬度，使得該最小寬度小于比最小寬度更接近頂點部的所述腳部的最大 寬度。這樣的配置可用于增加用于鉆探泥漿流通的可用截面，同時保持孔和所述穩(wěn)定器之 間的接觸的質(zhì)量。
[0027] 有利地，該裝置在前緣和相鄰后緣之間可包括凹進區(qū)域。優(yōu)選地，每一個凹進區(qū)域 可包括切向地鏈接至前緣的第一凹進部分，所述第一凹進部分具有的曲率半徑小于切向地 鏈接至相鄰后緣的第二凹進部分的曲率半徑。因此主要使得鉆探泥漿流在前緣下壁在后緣 附近流通更多。后緣的加速可因此被改進，以允許鉆探碎片被快速去除。
[0028] 作為示例，凹進區(qū)域可限定切向于管狀本體的外周界的輪廓。這樣的配置意味著 中央本體不被削弱。替代地，凹進區(qū)域可定位為達不到管狀本體的外周界，以增加用于突出 部之間的泥漿流的通道的橫截面。
[0029] 特別地，螺旋突出部可以由展開距離間隔開，使得兩個相鄰突出部可在小于一轉(zhuǎn) 中重疊，或甚至小于半轉(zhuǎn)，例如從四分之一轉(zhuǎn)。
[0030] 優(yōu)選地，螺旋突出部繞本體轉(zhuǎn)過小于一轉(zhuǎn)，特別地是轉(zhuǎn)過半轉(zhuǎn)。該配置意味著，軸 向地限制了所述一個或多個突出部的存在，使得突出部與正被形成的孔的壁的接觸點構成 用于鉆探支線的其余部分的拐點的等同體。有利地，這樣的配置可用于改進孔的設定尺寸 并防止其被擴大。
[0031] 優(yōu)選地，該裝置可在其軸向端部之間的小于120英寸的整個長度上包括突出部。
[0032] 有利地，螺旋突出部可在裝置的兩個軸向端部之間居中。這樣的配置意味著，可施 加至裝置的彎曲力可以平衡的方式分布。還可接受其他非居中的配置。
[0033] 在另一實施例中，下游軸向端部可以直接是鉆頭（"近鉆頭"穩(wěn)定器配置）的一部 分，或在變化例中，相鄰并旋擰到鉆頭上。在這樣的配置中，穩(wěn)定器裝置直接集成到鉆頭中； 特別地，其布置在旋轉(zhuǎn)電機的下游，位于通常稱為鉆頭