CN105840113A - 一种连动式钻柱防扭工具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种石油天然气行业中防止钻井管柱发生扭转变形的连动式钻柱防扭工具。它解决油气钻井过程中钻井管柱发生扭转变形的问题。其技术方案是：主筒体上端和上接头下端丝扣连接，主筒体下端和下接头上端丝扣连接；防转销分别安装在主筒体上进流孔下方的销子槽内和主筒体下泄荷槽下方的销子槽内；上锚定壳体套入主筒体外圆上部，下锚定壳体套入主筒体外圆下部；锚爪安装在上锚定壳体扶正筋上的台阶孔内，锚爪安装在下锚定壳体扶正筋上的台阶孔内。本发明实现连续送钻的情况下，上锚定壳体和下锚定壳体至少有一个和井壁锚定，有效防止钻柱发生扭转变形；可用于稳定钻井工具面和连续油管钻井技术领域。

Description

一种连动式钻柱防扭工具
技术领域
本发明涉及一种石油天然气行业中防止钻井管柱发生扭转变形的连动式钻柱防扭工具，特别涉及导向钻井中防止钻井工具面跑偏的问题。
背景技术
在石油天然气行业中，深井以及超深井均采用井下动力钻具作为动力为钻头提供破岩扭矩，相应的，钻柱必须承受来自井下动力钻具的反扭矩，故钻井过程中钻井管柱会发生严重的扭转变形。钻柱发生扭转变形会导致多种复杂的钻井现象，比如涡动现象和粘滑现象。钻柱发生涡动现象和粘滑现象都会严重损害钻柱、钻头和测井仪器的使用寿命，降低机械钻速，对钻井产生严重的后果。在导向钻井过程中，由于钻进瞬间巨大的反扭矩作用，会使钻柱迅速发生扭转变形，已经定位调整妥当的钻井工具面就会跑偏，致使钻井工程师不得不不断调整修正钻井工具面的位置，给导向钻井带来巨大的麻烦，严重降低了导向钻井的打靶精度。在连续油管钻井作业技术领域，由于连续油管无法承受扭矩，所以应用十分有限，主要应用于软地层钻小直径浅井，老井加深和开窗侧钻斜井和水平井，钻救援井或注入井，国内甚至无法进行连续油管作业。
目前国内外尚无应用成熟，性能可靠的钻井工具可以有效防止钻柱受扭变形的问题，部分钻井工具面稳定器在一定程度上减弱了钻柱的扭转变形，但是增加了轴向送进的难度，其工作原理并不完善。有效解决钻井过程中钻柱扭转变形的技术难题，可以有效防止涡动现象、粘滑现象等对钻井工具和测井工具造成的伤害，提高机械钻速，增加钻井效率和井身质量，提高经济效益。
发明内容
本发明的目的是：为了解决油气钻井过程中钻井管柱发生扭转变形的问题，特提供一种连动式钻柱防扭工具。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种连动式钻柱防扭工具，是由上接头、上弹簧、主筒体、上锚定壳体、锚爪、锚爪弹簧、压板、防转销、上套筒、下锚定壳体、下套筒、下弹簧和下接头构成，其结构特征在于：上接头上端和上部钻柱丝扣连接，下接头下端和下部井下动力钻具丝扣连接；主筒体上端和上接头下端丝扣连接，主筒体下端和下接头上端丝扣连接；主筒体上部外圆周向均匀设置四个上泄荷槽，主筒体中部周向均匀设置四个上进流孔和四个下进流孔，上进流孔下方周向均匀设置十二个销子槽，下进流孔下方周向均匀设置四个下泄荷槽，主筒体四个下泄荷槽下方周向均匀设置十二个销子槽，主筒体下部外圆设置一圈凸起台阶；上锚定壳体外部周向均匀设置六个扶正筋，每个扶正筋上设置一轴向沉槽，轴向沉槽中部设置一台阶孔，轴向沉槽两端设置有螺纹孔，上锚定壳体外圆下部设置为公螺纹，上锚定壳体内腔上部设置有台阶，内腔下部周向均匀设置十二个销子长槽，上锚定壳体上部周向均匀设置四个上泄流孔；下锚定壳体外部周向均匀设置六个扶正筋，每个扶正筋上设置一轴向沉槽，轴向沉槽中部设置一台阶孔，轴向沉槽两端设置有螺纹孔，下锚定壳体中部周向均匀设置四个下泄流孔，下锚定壳体内腔下部周向均匀设置十二个销子长槽，下锚定壳体外圆下部设置为公螺纹；防转销分别安装在主筒体上进流孔下方的销子槽内和主筒体下泄荷槽下方的销子槽内；上锚定壳体套入主筒体外圆上部，上弹簧安装在上锚定壳体内腔上部的台阶上；上套筒上端和上锚定壳体下端丝扣连接；下锚定壳体套入主筒体外圆下部，下锚定壳体内腔上部和下套筒外圆间隙配合；下套筒内腔下端设置一圈凸起内缘，下弹簧安装在下套筒下端凸起内缘上，下套筒上端和下锚定壳体下端丝扣连接；锚爪外圆下部设置一圈密封槽，锚爪上端设置一凹槽，凹槽底部设置一沉孔，锚爪上端面设置为锯齿状；锚爪弹簧安装在锚爪凹槽底部的沉孔内；锚爪安装在上锚定壳体扶正筋上的台阶孔内，压板安装在上锚定壳体扶正筋上的轴向沉槽内，压板穿过锚爪上端的凹槽，压板和上锚定壳体用螺钉固紧；锚爪安装在下锚定壳体扶正筋上的台阶孔内，压板安装在下锚定壳体扶正筋上的轴向沉槽内，压板穿过锚爪上端的凹槽，压板和下锚定壳体用螺钉固紧。
本发明的有益效果是：(1)本发明可以实现在连续送钻的情况下，上锚定壳体和下锚定壳体至少有一个和井壁锚定，将钻柱承受的反扭矩作用施加于井壁上，有效防止钻柱发生扭转变形；(2)本发明可以有效稳住钻井工具面，提高导向钻井效率；(3)本发明循环钻井液以后，只需送进钻柱即可连续工作；(4)本发明是纯机械结构，能适应井下复杂工况条件；(5)本发明可以用于连续油管钻井技术。
附图说明
图1是本发明一种连动式钻柱防扭工具初始状态的结构示意图；
图2是本发明一种连动式钻柱防扭工具工作状态一的结构示意图；
图3是本发明一种连动式钻柱防扭工具工作状态二的结构示意图；
图4是本发明一种连动式钻柱防扭工具工作状态三的结构示意图；
图5是本发明一种连动式钻柱防扭工具工作状态四的结构示意图；
图6是图2A-A截面剖视图；
图7是图2B-B截面剖视图；
图8是本发明一种连动式钻柱防扭工具上锚定壳体的三维结构示意图；
图9是本发明一种连动式钻柱防扭工具下锚定壳体的三维结构示意图；
图10是本发明一种连动式钻柱防扭工具锚爪和锚爪弹簧的三维结构示意图；
图中：1.上接头、2.上弹簧、3.主筒体、4.上锚定壳体、5.锚爪、6.锚爪弹簧、7.压板、8.防转销、9.上套筒、10.下锚定壳体、11.下套筒、12.下弹簧、13.下接头、31.上泄荷槽、32.上进流孔、33.下进流孔、34.下泄荷槽、41.上泄流孔、101.下泄流孔。
具体实施方式
如图1、图2、图3、图4和图5所示，本发明一种连动式钻柱防扭工具，是由上接头1、上弹簧2、主筒体3、上锚定壳体4、锚爪5、锚爪弹簧6、压板7、防转销8、上套筒9、下锚定壳体10、下套筒11、下弹簧12和下接头13构成，其结构特征在于：上接头1上端和上部钻柱丝扣连接，下接头13下端和下部井下动力钻具丝扣连接；主筒体3上端和上接头1下端丝扣连接，主筒体3下端和下接头13上端丝扣连接；主筒体3上部外圆周向均匀设置四个上泄荷槽31，主筒体3中部周向均匀设置四个上进流孔32和四个下进流孔33，上进流孔32下方周向均匀设置十二个销子槽，下进流孔33下方周向均匀设置四个下泄荷槽34，主筒体3四个下泄荷槽34下方周向均匀设置十二个销子槽，主筒体3下部外圆设置一圈凸起台阶；如图8所示，上锚定壳体4外部周向均匀设置六个扶正筋，每个扶正筋上设置一轴向沉槽，轴向沉槽中部设置一台阶孔，轴向沉槽两端设置有螺纹孔，上锚定壳体4外圆下部设置为公螺纹，上锚定壳体4内腔上部设置有台阶，内腔下部周向均匀设置十二个销子长槽，上锚定壳体4上部周向均匀设置四个上泄流孔41；如图9所示，下锚定壳体10外部周向均匀设置六个扶正筋，每个扶正筋上设置一轴向沉槽，轴向沉槽中部设置一台阶孔，轴向沉槽两端设置有螺纹孔，下锚定壳体10中部周向均匀设置四个下泄流孔101，下锚定壳体10内腔下部周向均匀设置十二个销子长槽，下锚定壳体10外圆下部设置为公螺纹；如图7所示，防转销8分别安装在主筒体3上进流孔32下方的销子槽内和主筒体3下泄荷槽34下方的销子槽内；上锚定壳体4套入主筒体3外圆上部，上弹簧2安装在上锚定壳体4内腔上部的台阶上；上套筒9上端和上锚定壳体4下端丝扣连接；下锚定壳体10套入主筒体3外圆下部，下锚定壳体10内腔上部和下套筒11外圆间隙配合；下套筒11内腔下端设置一圈凸起内缘，下弹簧12安装在下套筒11下端凸起内缘上，下套筒11上端和下锚定壳体10下端丝扣连接；如图10所示，锚爪5外圆下部设置一圈密封槽，锚爪5上端设置一凹槽，凹槽底部设置一沉孔，锚爪5上端面设置为锯齿状；锚爪弹簧6安装在锚爪5凹槽底部的沉孔内；如图6所示，锚爪5安装在上锚定壳体4扶正筋上的台阶孔内，压板7安装在上锚定壳体4扶正筋上的轴向沉槽内，压板7穿过锚爪5上端的凹槽，压板7和上锚定壳体4用螺钉固紧；锚爪5安装在下锚定壳体10扶正筋上的台阶孔内，压板7安装在下锚定壳体10扶正筋上的轴向沉槽内，压板7穿过锚爪5上端的凹槽，压板7和下锚定壳体10用螺钉固紧。
本发明一种连动式钻柱防扭工具的工作原理是：下入本发明至设计井深位置，初始状态如图1所示；开泵循环钻井液，钻井液从上进流孔32进入上锚定壳体4内腔，上锚定壳体4上的锚爪5径向撑开和井壁锚定，此时状态如图2所示；继续送进钻柱，主筒体3和下锚定壳体10相对上锚定壳体4和上套筒9轴向下移，下进流孔33被打开，钻井液从下进流孔33进入下锚定壳体10内腔，下锚定壳体10上的锚爪5径向撑开和井壁锚定，此时状态如图3所示；继续送进钻柱，主筒体3相对上锚定壳体4轴向下移，上进流孔32被封闭，上泄荷槽31和上泄流孔41连通上锚定壳体4内腔和环空，上锚定壳体4上的锚爪5在锚爪弹簧6的作用下径向收回，上锚定壳体4在上弹簧2作用下迅速轴向下移，此时状态如图4所示；继续送进钻柱，上锚定壳体4的锚爪5径向伸出和井壁锚定，主筒体3相对于下锚定壳体10轴向下移，下进流孔33被封闭，下泄荷槽34和下泄流孔101连通下锚定壳体10内腔和环空，下锚定壳体10上的锚爪5将在锚爪弹簧6的作用下径向收回，此时状态如图5所示；只要保证钻井液持续循环，钻柱持续送进，上锚定壳体4和下锚定壳体10至少有一个会和井壁保持锚定状态，如此循环工作下去。

Claims (4)

1.一种连动式钻柱防扭工具，是由上接头(1)、上弹簧(2)、主筒体(3)、上锚定壳体(4)、锚爪(5)、锚爪弹簧(6)、压板(7)、防转销(8)、上套筒(9)、下锚定壳体(10)、下套筒(11)、下弹簧(12)和下接头(13)构成，其特征在于：主筒体(3)上端和上接头(1)下端丝扣连接，主筒体(3)下端和下接头(13)上端丝扣连接；防转销(8)分别安装在主筒体(3)上进流孔(32)下方的销子槽内和主筒体(3)下泄荷槽(34)下方的销子槽内；上锚定壳体(4)套入主筒体(3)外圆上部，上弹簧(2)安装在上锚定壳体(4)内腔上部的台阶上；上套筒(9)上端和上锚定壳体(4)下端丝扣连接；下锚定壳体(10)套入主筒体(3)外圆下部，下锚定壳体(10)内腔上部和下套筒(11)外圆间隙配合；下套筒(11)内腔下端设置一圈凸起内缘，下弹簧(12)安装在下套筒(11)下端凸起内缘上，下套筒(11)上端和下锚定壳体(10)下端丝扣连接；锚爪(5)外圆下部设置一圈密封槽，锚爪(5)上端设置一凹槽，凹槽底部设置一沉孔，锚爪(5)上端面设置为锯齿状；锚爪弹簧(6)安装在锚爪(5)凹槽底部的沉孔内；锚爪(5)安装在上锚定壳体(4)扶正筋上的台阶孔内，压板(7)安装在上锚定壳体(4)扶正筋上的轴向沉槽内，压板(7)穿过锚爪(5)上端的凹槽，压板(7)和上锚定壳体(4)用螺钉固紧；锚爪(5)安装在下锚定壳体(10)扶正筋上的台阶孔内，压板(7)安装在下锚定壳体(10)扶正筋上的轴向沉槽内，压板(7)穿过锚爪(5)上端的凹槽，压板(7)和下锚定壳体(10)用螺钉固紧。
2.根据权利要求1所述的连动式钻柱防扭工具，其特征是：所述主筒体(3)上部外圆周向均匀设置四个上泄荷槽(31)，主筒体(3)中部周向均匀设置四个上进流孔(32)和四个下进流孔(33)，上进流孔(32)下方周向均匀设置十二个销子槽，下进流孔(33)下方周向均匀设置四个下泄荷槽(34)，主筒体(3)四个下泄荷槽(34)下方周向均匀设置十二个销子槽，主筒体(3)下部外圆设置一圈凸起台阶。
3.根据权利要求1所述的连动式钻柱防扭工具，其特征是：所述上锚定壳体(4)外部周向均匀设置六个扶正筋，每个扶正筋上设置一轴向沉槽，轴向沉槽中部设置一台阶孔，轴向沉槽两端设置有螺纹孔，上锚定壳体(4)外圆下部设置为公螺纹，上锚定壳体(4)内腔上部设置有台阶，内腔下部周向均匀设置十二个销子长槽，上锚定壳体(4)上部周向均匀设置四个上泄流孔(41)。
4.根据权利要求1所述的连动式钻柱防扭工具，其特征是：所述下锚定壳体(10)外部周向均匀设置六个扶正筋，每个扶正筋上设置一轴向沉槽，轴向沉槽中部设置一台阶孔，轴向沉槽两端设置有螺纹孔，下锚定壳体(10)中部周向均匀设置四个下泄流孔(101)，下锚定壳体(10)内腔下部周向均匀设置十二个销子长槽，下锚定壳体(10)外圆下部设置为公螺纹。
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