CN104060961B - 绳索取心满眼防斜组合钻具 - Google Patents
绳索取心满眼防斜组合钻具 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种绳索取心满眼防斜组合钻具，包括常规绳索取心钻杆(1)、绳索取心钻具外管总成(8)和绳索取心钻具内管总成(9)，所述绳索取心钻具内管总成(9)置于绳索取心钻具外管总成(8)之中，还包括第一满眼扶正器(6)和第一短绳索取心钻杆(7)，所述常规绳索取心钻杆(1)下端连接所述第一满眼扶正器(6)，所述第一满眼扶正器(6)下端连接所述第一短绳索取心钻杆(7)，所述第一短绳索取心钻杆(7)下端连接绳索取心钻具外管总成(8)。本发明绳索取心满眼防斜组合钻具具有结构简单、使用操作方便的特点，在现有绳索取心钻具性能特点的基础上增加了钻进防斜功能，弥补了现有绳索取心钻具的不足。
Description
技术领域
本发明涉及钻探工程所用的取心钻具，更具体地说，涉及一种绳索取心满眼防斜组合钻具。
背景技术
绳索取心是一种广泛应用于钻探工程中的钻进取心技术，现有的绳索取心钻具可以显著提高取心速度与取心质量、极大减轻取心作业劳动强度，但是，它的防斜作用十分微弱，钻进易斜地层常常出现钻孔弯曲超差，制约钻具的应用和优越性的发挥。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种绳索取心和满眼防斜钻进的组合钻具，该钻具不影响现有绳索取心钻具的性能，同时具有高质量快速取心和钻进防斜的特点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种绳索取心满眼防斜组合钻具，包括常规绳索取心钻杆、绳索取心钻具外管总成和绳索取心钻具内管总成，所述绳索取心钻具内管总成置于绳索取心钻具外管总成之中，还包括第一满眼扶正器和第一短绳索取心钻杆，所述常规绳索取心钻杆下端连接所述第一满眼扶正器，所述第一满眼扶正器下端连接所述第一短绳索取心钻杆，所述第一短绳索取心钻杆下端连接绳索取心钻具外管总成。
上述方案中，组合钻具还包括第三满眼扶正器、第三短绳索取心钻杆、第二满眼扶正器和第二短绳索取心钻杆，所述常规绳索取心钻杆下端连接第三满眼扶正器，第三满眼扶正器下端连接第三短绳索取心钻杆，第三短绳索取心钻杆下端连接第二满眼扶正器，第二满眼扶正器下端连接第二短绳索取心钻杆，第二短绳索取心钻杆下端连接第一满眼扶正器。
上述方案中，所述满眼扶正器的表面有8～10个凸起的扶正翼条，所述扶正翼条突出2.5～3.5毫米，所述扶正翼条的宽度为10～16毫米，所述扶正翼条的长度为30～50毫米。
上述方案中，所述扶正翼条为直条型或螺旋条型。
上述方案中，所述第三短绳索取心钻杆、第二短绳索取心钻杆和第一短绳索取心钻杆的长度满足以下公式：
式中，i＝1，2，……，n，n为满眼扶正器数量，Li为自绳索取心钻具外管总成至满眼扶正器之间对应第i跨短绳索取心钻杆或绳索取心外层岩心管的长度；Ii为对应第i跨梁的轴惯性矩，qi为对应第i跨梁的横向均布载荷，Xi、Yi、Zi为对应第i跨梁受轴向力影响的三个变形放大因子，E为梁材料的弹性模量，ei为对应第i个支点处的径向间隙，Mi为对应第i个支点处梁的内弯矩，PA为孔底钻头碎岩时的侧向力，PB为钻压。
实施本发明的绳索取心满眼防斜组合钻具，具有以下有益效果：
1、本发明绳索取心满眼防斜组合钻具采用常规绳索取心钻杆之下、绳索取心外管总成之上连接有1～3个满眼扶正器、1～3个短绳索取心钻杆的钻具组合。在孔内钻进过程中，满眼扶正器与钻孔孔壁形成支点，使短绳索取心钻杆始终居于钻孔轴线位置，孔内钻进过程中，在轴向压力作用下，满眼扶正器限制了短绳索取心钻杆弯曲转角的产生，提高了短绳索取心钻杆和绳索取心外管总成抗弯曲的能力，防止短绳索取心钻杆和绳索取心外管总成弯曲变形及其与孔壁的摩擦；
2、由于采用1～3个满眼扶正器、1～3个短绳索取心钻杆和绳索取心钻具外管总成的组合，增加了组合钻具的刚性和整个刚性钻具的长度，在钻进过程中抑制了钻孔弯曲的产生；
3、在钻进造斜地层时，通过调整短绳索取心钻杆的长度和满眼扶正器的位置，组合钻具可产生降斜力，防止和减缓钻孔弯曲的产生；
4、本发明绳索取心满眼防斜组合钻具具有结构简单、使用操作方便的特点，在现有绳索取心钻具性能特点的基础上增加了钻进防斜功能，弥补了现有绳索取心钻具的不足。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明绳索取心满眼防斜组合钻具的结构示意图；
图中1-常规绳索取心钻杆，2-第三满眼扶正器，3-第三短绳索取心钻杆，4-第二满眼扶正器，5-第二短绳索取心钻杆，6-第一满眼扶正器，7-第一短绳索取心钻杆，8-绳索取心钻具外管总成，9-绳索取心钻具内管总成，10-满眼扶正器的扶正翼条。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本发明绳索取心满眼防斜组合钻具包括常规绳索取心钻杆1、第三满眼扶正器2、第三短绳索取心钻杆3、第二满眼扶正器4、第二短绳索取心钻杆5、第一满眼扶正器6、第一短绳索取心钻杆7、包含有2个扩孔器的绳索取心钻具外管总成8和绳索取心钻具内管总成9。各部件的组合顺序为：常规绳索取心钻杆1下连接有第三满眼扶正器2，第三满眼扶正器2下连接有第三短绳索取心钻杆3，第三短绳索取心钻杆3下连接有第二满眼扶正器4，第二满眼扶正器4下连接有第二短绳索取心钻杆5，第二短绳索取心钻杆5下连接有第一满眼扶正器6，第一满眼扶正器6下连接有第一短绳索取心钻杆7，第一短绳索取心钻杆7下连接包含有2个扩孔器的绳索取心钻具外管总成8，绳索取心钻具内管总成9置于外管总成8中。
也可以在满眼防斜绳索取心组合钻具中去除第三满眼扶正器2、第三短绳索取心钻杆3、第二满眼扶正器4、第二短绳索取心钻杆5，各部件的组合顺序为：常规绳索取心钻杆1下连接有第一满眼扶正器6，第一满眼扶正器6下连接有第一短绳索取心钻杆7，第一短绳索取心钻杆7下连接包含有2个扩孔器的绳索取心钻具外管总成8，绳索取心钻具内管总成9置于外管总成8中。
上述每一个满眼扶正器的内径与常规绳索取心钻杆1内径相同，其外表面有8～10个凸起的扶正翼条10，每一个凸起的扶正翼条10突出钢体外表面2.5～3.5毫米、每一个凸起扶正翼条10的宽度10～16毫米、高度30～50毫米，为防止磨损，各个凸起的扶正翼条10外表面镶有硬质合金或细粒金刚石，扶正翼条10可以是直条型或螺旋条型，凸起的扶正翼条10外表面直径与标准的绳索取心钻具扩孔器外径相同。
上述每一个短绳索取心钻杆的内外径与常规绳索取心钻杆1内外径相同，每一个满眼扶正器与短绳索取心钻杆采用正旋螺纹连接，第一短绳索取心钻杆7与绳索取心钻具外管总成8采用正旋螺纹连接；孔内钻进过程中，每一个满眼扶正器和每一个短绳索取心钻杆与绳索取心钻杆和钻头一起回转。
该绳索取心满眼防斜组合钻具中第三短绳索取心钻杆3、第二短绳索取心钻杆5和第一短绳索取心钻杆7的长度必须根据管柱力学和井斜控制理论计算及试验确定，理论计算方法可以采用经典微分方程法、能量法、有限差分法、纵横弯曲连续梁法、有限元法和加权余量法等，以纵横弯曲连续梁法为例，计算公式如下：
式中，i＝1，2，……，n，n为满眼扶正器数量，Li为自绳索取心钻具外管总成8至满眼扶正器之间对应第i跨短绳索取心钻杆或绳索取心外层岩心管(简称为梁)的长度，例如：L1为取心钻头至绳索取心钻具外管总成中的下扩孔器之间的长度，L2为绳索取心钻具外管总成中的下扩孔器与上扩孔器之间的长度，L3为绳索取心钻具外管总成中的上扩孔器与第一满眼扶正器6之间的长度；Ii为对应第i跨梁的轴惯性矩，qi为对应第i跨梁的横向均布载荷，Xi、Yi、Zi为对应第i跨梁受轴向力影响的三个变形放大因子，E为梁材料的弹性模量，ei为对应第i个支点处的径向间隙，Mi为对应第i个支点处梁的内弯矩，PA为孔底钻头碎岩时的侧向力，PB为钻压。理论计算控制准则为：对应第i跨短绳索取心钻杆或绳索取心外层岩心管除两端支点以外在孔内钻进时与孔壁不产生新的接触点；各跨梁的不同长度会产生不同的钻头侧向力PA，PA必须抵消或削弱地层的造斜力。
该绳索取心满眼防斜组合钻具的优点是实现了绳索取心和满眼防斜技术的融合。利用现有绳索取心钻具与满眼稳定器、短绳索取心钻杆的组合满足了绳索取心满眼防斜组合钻具的设计要求。该绳索取心满眼防斜组合钻具下部组合的现有绳索取心钻具外管总成和内管总成实现高质量快速绳索取心钻进，该绳索取心满眼防斜组合钻具上部组合的满眼稳定器与短绳索取心钻杆实现了钻进防斜。该绳索取心满眼防斜组合钻具不改变现有绳索取心钻具外管总成和现有绳索取心钻具内管总成的结构，在现有绳索取心钻具功能特点的基础上增加了防斜钻进功能。该绳索取心满眼防斜组合钻具具有结构简单，钻具组合使用方便，并且，调整短绳索取心钻杆长度和满眼扶正器位置可以满足现有不同绳索取心钻具性能结构参数、不同特征造斜地层钻进和钻进工艺参数的绳索取心满眼防斜钻进。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (2)
1.一种绳索取心满眼防斜组合钻具，包括常规绳索取心钻杆(1)、绳索取心钻具外管总成(8)和绳索取心钻具内管总成(9)，所述绳索取心钻具内管总成(9)置于绳索取心钻具外管总成(8)之中，其特征在于，还包括第一满眼扶正器(6)和第一短绳索取心钻杆(7)，所述常规绳索取心钻杆(1)下端连接所述第一满眼扶正器(6)，所述第一满眼扶正器(6)下端连接所述第一短绳索取心钻杆(7)，所述第一短绳索取心钻杆(7)下端连接绳索取心钻具外管总成(8)；
所述第一满眼扶正器(6)的表面有8～10个凸起的扶正翼条(10)，所述扶正翼条(10)突出2.5～3.5毫米，所述扶正翼条(10)的宽度为10～16毫米，所述扶正翼条(10)的长度为30～50毫米，组合钻具还包括第三满眼扶正器(2)、第三短绳索取心钻杆(3)、第二满眼扶正器(4)和第二短绳索取心钻杆(5)，所述常规绳索取心钻杆(1)下端连接第三满眼扶正器(2)，第三满眼扶正器(2)下端连接第三短绳索取心钻杆(3)，第三短绳索取心钻杆(3)下端连接第二满眼扶正器(4)，第二满眼扶正器(4)下端连接第二短绳索取心钻杆(5)，第二短绳索取心钻杆(5)下端连接第一满眼扶正器(6)；
所述第三短绳索取心钻杆(3)、第二短绳索取心钻杆(5)和第一短绳索取心钻杆(7)的长度满足以下公式：
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式中，i＝1，2，……，n，n为满眼扶正器数量，Li为自绳索取心钻具外管总成至满眼扶正器之间对应第i跨短绳索取心钻杆或绳索取心外层岩心管的长度；Ii为对应第i跨梁的轴惯性矩，qi为对应第i跨梁的横向均布载荷，Xi、Yi、Zi为对应第i跨梁受轴向力影响的三个变形放大因子，E为梁材料的弹性模量，ei为对应第i个支点处的径向间隙，Mi为对应第i个支点处梁的内弯矩，PA为孔底钻头碎岩时的侧向力，PB为钻压。
2.根据权利要求1所述的绳索取心满眼防斜组合钻具，其特征在于，所述扶正翼条(10)为直条型或螺旋条型。
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