CN103742074B - 一种防斜打快钻具组合 - Google Patents

Abstract

本发明属于石油工程领域，具体地，涉及一种防斜打快钻具组合。防斜打快钻具组合，包括：钻头、偏心偏向杠杆结构短节、钻铤、扶正器；钻头、偏心偏向杠杆结构短节、钻铤、扶正器之间依次通过螺纹连接。本发明结构简单、性能稳定，使用过程不会为钻井作业带来其他方面的风险；实现了对钻头推靠式防斜与指向式防斜的有机统一，防斜效果极佳；在钻压较大时防斜效果更加明显，可以释放钻压，并且性能不受井底条件影响，有利于钻井速度的提高；不但可用于纠斜，也可正常用于直井眼钻进，应用范围较广。

Description

一种防斜打快钻具组合

技术领域

本发明属于石油工程领域，具体地，涉及一种石油、天然气钻井作业中的井下钻具组合，尤其涉及一种防斜打快钻具组合。

背景技术

油气井钻井过程中，高陡地层直探井以及定向井直径段防斜打直一直是困扰钻井界的一个技术难题。目前提出的井斜控制工具包括常规钻具以及自动垂直钻井系统两大类。常规钻具主要包括塔式钻具、钟摆钻具、满眼钻具、偏轴钻具等，这些钻具也被称为被动防斜工具，现场应用结果表明，这类钻具其降斜能力不能完全满足深井、复杂井及高陡构造与大倾角地层的要求，有的还要以牺牲钻压作为条件，严重阻碍了钻井速度的提高。目前的自动垂直钻井系统主要有Schlumberger公司的PowerV系统、BakerHughesInteq公司的VertiTak系统、德国智能公司的ZEB系统等等。这些系统应用效果较好，但是使用过程中的费用过高，且当地层高温高压时，其性能受到影响，其推广应用也受到限制。因此，研发出经济实用的、突破传统静力学防斜理论束缚的、并且使用性能稳定的防斜打快钻具组合对油气资源的高效开发具有重要意义。

发明内容

为克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供一种防斜打快钻具组合；利用该钻具组合可以动态的实现强化钻头对下井壁的有效切削以及减小钻头轴线与铅垂线夹角交互作用从而减小井斜的效果。

为实现上述目的，本发明采用下述方案：

防斜打快钻具组合，包括：钻头、偏心偏向杠杆结构短节、钻铤、扶正器；钻头、偏心偏向杠杆结构短节、钻铤、扶正器之间依次通过螺纹连接。

相对于现有技术，本发明具有如下的有益效果：

1、该钻具组合结构简单、性能稳定，使用过程不会为钻井作业带来其他方面的风险；

2、该钻具组合实现了对钻头推靠式防斜与指向式防斜的有机统一，防斜效果极佳；

3、该钻具组合在钻压较大时防斜效果更加明显，可以释放钻压，并且性能不受井底条件影响，有利于钻井速度的提高；

4、该钻具组合不但可用于纠斜，也可正常用于直井眼钻进，应用范围较广。

附图说明

图1是本发明的防斜打快钻具组合整体结构示意图；

图2是强化侧向切削能力的钻头切削齿分布图；

图3是防斜打快钻具组合的偏心偏向杠杆结构短节的剖面示意图；

图4是防斜打快钻具组合的偏心偏向杠杆结构短节A-A处的剖面示意图；

图5是防斜打快钻具组合的偏心偏向杠杆结构短节B-B处的剖面示意图；

图6是防斜打快钻具组合的偏心偏向杠杆结构短节的实物剖面图；

图7是防斜打快钻具组合的偏心偏向杠杆结构短节的实物图；

图8是防斜打快钻具组合工作状态一示意图；

图9是防斜打快钻具组合工作状态二示意图；

图中：1、钻头，2、偏心偏向杠杆结构短节，3、钻铤，4、扶正器。

具体实施方式

如图1所示，防斜打快钻具组合，包括：钻头1、偏心偏向杠杆结构短节2、钻铤3、扶正器4；钻头1、偏心偏向杠杆结构短节2、钻铤3、扶正器4之间依次通过螺纹连接。使用时，钻头4位于井底，用于破岩钻进；偏心偏向杠杆结构短节2、钻铤3、扶正器4组合在一起构成组合结构用于改变钻头的受力及切削状态，从而改变钻进趋势；扶正器4与其上部的钻具组合连接。

钻头1在钻头刀翼保径部分12上均布有切削齿11，钻头切削齿11用于强化钻头1的侧向切削能力。当钻头受到相同大小的侧向力时，钻头1对下井壁的切削能力较常规钻头有所增加，从而降斜作用有所增强。

偏心偏向杠杆结构短节2，两端带有钻具扣，分别用于连接钻铤、钻头；偏心偏向杠杆结构短节2设有贯穿圆形孔道，用于钻井液过流，贯穿圆形孔道、钻头及钻铤的轴线重合；偏心偏向杠杆结构短节2一侧的壁厚，一侧的壁薄，钻铤壁厚部分与壁薄部分之间平滑过渡，偏心偏向杠杆结构短节壁薄的一侧、靠近钻铤的一端设置有翼肋，翼肋的长度为30cm-60cm，翼肋为螺旋状，螺旋升角为45°-80°。翼肋起到支撑井壁，充当支点的作用，翼肋为螺旋状可以降低钻柱转动的摩阻，翼肋中间的螺旋槽作为环空钻井液的流道。使用时，偏心偏向杠杆结构短节2无翼肋的一端与钻头连接，设有翼肋的一端与上部钻铤连接。

所述的螺旋状翼肋到钻头1的距离、偏心偏向杠杆结构短节2的长度、钻铤3的长度以及扶正器4到井底的距离根据现场井眼实际情况进行设计与调节。

所述的钻铤3为钻井用普通钻铤；所述的扶正器4为钻井用普通扶正器，可采用螺旋扶正器或者直棱扶正器。

该钻具组合降斜机理为推靠式和指向式降斜交互作用来实现联合作用降斜。推靠式降斜—强化钻头对下井壁的有效切削；指向式降斜—减小钻头轴线与铅垂线夹角。参见附图8、附图9对降斜实施方式进行说明。

(1)、强化钻头对下井壁的有效切削

参见附图8：钻具组合随着钻柱一起旋转，当偏心偏向杠杆结构短节3的螺旋状翼肋旋转至井眼的高边时，偏心偏向杠杆结构短节3的上端与井眼下井壁接触，形成支点，此时，由于偏心偏向杠杆结构短节3的螺旋状翼肋与上井壁接触而产生向下的推力，钻头与下井壁的接触力增加，即降斜力增大。侧向切削能力增强的钻头4在较大的降斜力作用下，产生对下井壁的强切削，从而发挥其推靠式降斜作用。

(2)、减小钻头轴线与铅垂线夹角

参见附图9：当偏心偏向杠杆结构短节3的螺旋状翼肋旋转至井眼的低边时，螺旋状翼肋与井眼下井壁接触，形成支点，此时，由于钻铤2硬度较软，钻铤2会向井眼高边弯曲，偏心偏向杠杆结构短节3与井眼轴线的夹角会减小，钻头轴线指向井眼低边方向，从而发挥其指向式降斜作用。

钻进过程中，一种防斜打快钻具组合随着上部钻柱旋转，旋转至附图8状态时，钻具通过推靠式降斜，旋转至附图9状态时，钻具通过指向式降斜，两种降斜方式交替作用，最终实现直井的防斜打直打快。

Claims (2)

1.一种防斜打快钻具组合，包括：钻头、偏心偏向杠杆结构短节、钻铤、扶正器；其特征在于：钻头、偏心偏向杠杆结构短节、钻铤、扶正器之间依次通过螺纹连接；钻头在钻头刀翼保径部分上均布有切削齿；偏心偏向杠杆结构短节，两端带有钻具扣，偏心偏向杠杆结构短节设有贯穿圆形孔道，贯穿圆形孔道、钻头及钻铤的轴线重合；偏心偏向杠杆结构短节一侧的壁厚、一侧的壁薄，壁厚部分与壁薄部分之间平滑过渡，偏心偏向杠杆结构短节壁薄的一侧、靠近钻铤的一端设置有翼肋；翼肋的长度为30cm-60cm，翼肋为螺旋状，螺旋升角为45°-80°；扶正器采用螺旋扶正器或者直棱扶正器。

2.根据权利要求1所述的防斜打快钻具组合，其特征在于：所述的螺旋状翼肋到钻头的距离、偏心偏向杠杆结构短节的长度、钻铤的长度以及扶正器到井底的距离根据现场井眼实际情况进行设计与调节。