CN103696707B - 叠盘式稳定器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在回转钻进中防止产生井斜的叠盘式稳定器，是由螺纹连接部、稳定器本体、环形盘、弧形板、环槽、中空空间和通槽组成，多个环形盘和弧形板与稳定器本体焊接在一起，弧形板位于环形盘之间，多个环形盘开设有纵向的多个通槽，通槽的中心轨迹为直线或直斜线或螺旋线，弧形板外径小于环形盘外径，弧形板外壁与环形盘之间形成有环槽，环形盘之间具有中空空间，稳定器本体的上下端具有螺纹连接部；通槽总过水断面面积为大于稳定器内部通道过流断面面积；本发明优化了稳定器处钻井液流场和受力特征，有利于减少稳定器与井壁摩阻力，控制稳定器的压力降，防止包泥和卡钻，同时有效防止了钻井井斜。

Description

叠盘式稳定器

技术领域

本发明是应用于钻井工程防斜钻具组合中的一种钻井工具，尤其是一种能够在回转钻进中防止产生井斜的叠盘式稳定器，适用于地质岩心钻井、石油天然气钻井、水文水井钻井，特别适用于石油天然气钻井和水文水井钻井。

背景技术

井斜是钻井工作中遇到的较为普遍的问题，直接影响着钻井井身质量和钻井速度，一直未能很好地解决。垂直井的防斜是钻井工艺的关键问题之一，近年来不断发展的定向井对井斜的要求更加严格。

近年来，在现场应用较好的防斜技术有：钟摆钻具防斜、满眼钻具防斜、PDC钻头配合螺杆钻具防斜以及偏轴钻具组合防斜技术。其中，钟摆钻具工作钻压范围小，只能轻压吊打。若增大钻压，钟摆钻具降斜力会减小甚至转化成造斜力，同时大钻压还会引发地层造斜力。PDC钻头配合螺杆钻防斜以及偏轴钻具防斜技术，是近年发展起来的新型防斜技术，但技术要求和成本较高。

稳定器经常在直井、定向井中的施工中使用，与钟摆钻具或满眼钻具相结合，抵抗地层横向力，使钻具始终处于居中位置，以保持钻井轨迹，防止其偏离设计井身轴线，如图1所示，为稳定器使用示意图，是由钻头1、钻铤2和稳定器3组成了常用的防斜钻具组合。防斜钻具组合一般由几个外径与钻头相近的稳定器及一些外径较大的钻铤构成。由于具有刚度大和填满井眼的特点，在直井中，当地层横向力不大时，能保持直眼钻进；在钻遇增斜或减斜地层时，也能有力地控制井斜变化率，使井斜不致过快地增大或减小。

目前常用的稳定器类型有：如图2所示的螺旋稳定器、如图3所示的直棱稳定器以及如图4所示的滚轮稳定器。螺旋稳定器有利于减少液动阻力，直棱稳定器加工方便，滚轮稳定器可有效降低稳定器产生的回转阻力，防止卡钻现象。但是螺旋稳定与直棱稳定器易产生包泥、卡钻现象，会使回转阻力增大，发生压差卡钻和钻具失效的风险增加。滚轮扶正器因具有内部回转结构，较为复杂，技术要求高。现有的稳定器多为在以上三种类型稳定器上的改进。

发明内容

本发明提供一种叠盘式稳定器，旨在解决在满眼钻具组合和钟摆钻具组合中，普通稳定器易使扭矩、压力损失增大的缺点。该稳定器为叠盘状中空结构，优化了稳定器处钻井液流场和受力特征，有利于减少稳定器与井壁摩阻力，控制稳定器的压力降，防止包泥和卡钻，同时有效防止了钻井井斜。

本发明是由螺纹连接部、稳定器本体、环形盘、弧形板、环槽、中空空间和通槽组成，多个环形盘和弧形板与稳定器本体焊接在一起，弧形板位于环形盘之间，多个环形盘开设有纵向的多个通槽，弧形板外径小于环形盘外径，弧形板外壁与环形盘之间形成有环槽，环形盘之间具有中空空间，稳定器本体的上下端具有螺纹连接部。

所述通槽的中心轨迹可为螺旋线或直斜线。

所述环形盘外缘为弧形或具有倒角。

所述环形盘外周镶嵌有圆柱型人造金刚石聚晶片。

所述通槽横截面形状可为圆弧形或扇形。

所述通槽总过水断面面积为大于稳定器内部通道过流断面面积。

本发明的有益效果：

1、本发明优化了稳定器处钻井液流场和受力特征，有利于减少稳定器与井壁摩阻力，控制稳定器的压力降，防止包泥和卡钻，同时有效防止了钻井井斜。

2、环形盘的外圆周棱角处设计有倒角或倒圆，能降低起下钻过程中的阻力。

3、环形盘的外缘面可为光滑柱面，也可镶嵌硬质合金片或聚晶金刚石复合片，以适应所钻地层，防止或降低稳定器损耗。

4、所述弧形板外径应小于环形盘外径，在所述叠盘稳定器外周形成环槽，环槽结构设计可减少稳定器与井壁的接触面积，优化稳定器与井壁的接触条件，有利于降低稳定器产生的回转阻力。同时所述环槽为岩屑、岩粉提供了疏散空间，这对于防止稳定器包泥、卡钻现象可起到积极的作用。

5、所述通槽沿稳定器外周以稳定器中轴线均布设计，通槽横截面形状可为圆弧形、扇形，通槽总过水断面面积为稳定器内部通道过流断面面积的一倍以上；所述通槽贯通各所述环形盘，沟通稳定器上下部、所述环形盘所形成的中空空间以及所述环槽，岩屑、岩粉可进入中空空间，形成缓冲区。

附图说明

图1为公知的钟摆钻具组合位于井眼内的结构示意图。

图2为一种公知的螺旋稳定器的结构示意图。

图3为一种公知的直棱稳定器的结构示意图。

图4为一种公知的滚轮稳定器的结构示意图。

图5为本发明第一实施例的结构示意图。

图6为图4中的A向视图。

图7为本发明的第二实施例的结构示意图。

图8为图6中的B向视图。

具体实施方式

请参阅图5和图6所示，为本发明的第一实施例，该实施例是三叠盘直通槽稳定器，其是由螺纹连接部41、稳定器本体42、环形盘43、倒角48、弧形板47、环槽44、中空空间46和通槽45组成，三个环形盘43和弧形板47与稳定器本体42焊接在一起，弧形板47位于环形盘43之间，三个环形盘43开设有纵向的三个通槽45，通槽45的为中心轨迹为直线，弧形板47外径小于环形盘43外径，弧形板47外壁与环形盘43之间形成有环槽44，环形盘43之间具有中空空间46，稳定器本体42的上下端具有螺纹连接部41，各环形盘43的外缘具有倒角48。

所述通槽45横截面形状可为圆弧形或扇形。

所述通槽45总过水断面面积为大于稳定器内部通道过流断面面积。

本实施例的工作过程：

钻进时，本实施例通过上下端的螺纹连接部41与其相匹配的钻具（如钻头、钻铤等）以公知的防斜组合方式进行连接，为钻进提供纠斜力，以防止钻井轨迹偏斜；由环槽44、中空空间46以及通槽45所组成的连通空间，可为岩屑岩粉提供疏散空间，有利于防止稳定器的包泥以及卡钻现象的发生。

请参阅图7和图8所示，本发明的第二实施例，该实施例为三叠盘斜通槽稳定器，其是由螺纹连接部41、稳定器本体42、环形盘43、倒角48、弧形板47、环槽44、中空空间46和通槽45组成，三个环形盘43和弧形板47与稳定器本体42焊接在一起，弧形板47位于环形盘43之间，三个环形盘43开设有纵向的三个通槽45，通槽45的中心轨迹为螺旋线，弧形板47外壁与环形盘43之间形成有环槽44，环形盘43之间具有中空空间46，稳定器本体42的上下端具有螺纹连接部41，环形盘43外周镶嵌有圆柱型人造金刚石聚晶片49。环形盘43外缘为弧形。

所述的通槽45的中心轨迹也可以为直斜线。

所述通槽45横截面形状可为圆弧形或扇形。

所述通槽45总过水断面面积为大于稳定器内部通道过流断面面积。

本实施例的工作过程：

钻进时，本实施例通过上下端的螺纹连接部41与其相匹配的钻具（如钻头、钻铤等）以公知的防斜组合方式进行连接，为钻进提供纠斜力，以防止钻井轨迹偏斜；由环槽44、中空空间46以及通槽45所组成的连通空间，可为岩屑岩粉提供疏散空间，有利于防止稳定器的包泥以及卡钻现象的发生。螺旋型的通槽45有利于优化稳定器附近的流场，可降低稳定器对钻井液产生的压力降；环形盘43外周镶嵌有圆柱型人造金刚石聚晶片48，可增强该稳定器的耐磨性，以适应研磨性性高、岩性坚硬地层的钻进，提高叠盘稳定器的使用寿命。

Claims (6)

1.一种叠盘式稳定器，其特征在于：是由螺纹连接部、稳定器本体、环形盘、弧形板、环槽、中空空间和通槽组成，多个环形盘和弧形板与稳定器本体焊接在一起，弧形板位于环形盘之间，多个环形盘开设有纵向的多个通槽，弧形板外径小于环形盘外径，弧形板外壁与环形盘之间形成有环槽，环形盘之间具有中空空间，稳定器本体的上下端具有螺纹连接部。

2.根据权利要求1所述的一种叠盘式稳定器，其特征在于：所述通槽的中心轨迹为螺旋线或直斜线。

3.根据权利要求1所述的一种叠盘式稳定器，其特征在于：所述环形盘外缘为弧形或具有倒角。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种叠盘式稳定器，其特征在于：所述的环形盘外周镶嵌有圆柱型人造金刚石聚晶片。

5.根据权利要求1所述的一种叠盘式稳定器，其特征在于：所述通槽横截面形状为圆弧形或扇形。

6.根据权利要求1所述的一种叠盘式稳定器，其特征在于：所述通槽的总过水断面面积为大于稳定器内部通道过流断面面积。