CN105863538B - 一种钻井防扭工具 - Google Patents

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钻井防扭工具。它解决钻井管柱，特别是连续油管钻井过程中发生扭转变形的问题。其技术方案是：上锚定总成的上筒体上端和上接头下端丝扣连接，下锚定总成的下筒体下端和下接头上端丝扣连接，上锚定总成的上筒体下端和下锚定总成的下筒体上端丝扣连接；水嘴外圆和水帽内腔过盈配合，水帽和中心管下端丝扣连接；六个上锚爪分别安装在上锚定壳体中部六个扶正筋上的台阶孔内；滑块穿过上筒体下部的通槽，滑块一端嵌入中心管外圆中部的凹槽，滑块另一端安装在上封盖内腔台阶上。本发明实现连续送钻的情况下将作用于钻柱上的反扭矩作用传递给井壁，有效提高钻柱抗扭能力。

Description

一种钻井防扭工具

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钻井防扭工具，特别涉及连续油管钻井技术领域中防止连续油管扭转变形。

背景技术

在石油天然气行业中，钻井工程普遍采用井下动力钻具为钻头提供破岩扭矩，而井下动力钻具受到的反扭矩作用全部传递给钻井管柱承受。反扭矩会导致钻井管柱发生扭转变形，对打定向井的定位问题产生较大影响，严重时会导致钻柱丝扣松脱，造成钻井事故。自20世纪90年代以来，连续油管钻井作业技术已经得到一定的发展，与常规钻井方式相比，连续油管钻井可以节约钻井时间，降低作业成本。目前连续油管作业技术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，而上述连续油管钻井作业技术主要为国外油气钻井公司垄断，国内主要将连续油管设备用于修井作业，在连续油管钻井技术方面尚属空白。

连续油管钻井技术相比常规钻井技术有其独特的优点，但也增加了技术上的难度。由于连续油管抗扭性能很差，所以如何克服钻井过程中的反扭矩作用就至关重要，连续油管承受反扭矩作用的能力直接关系到连续油管钻井技术的适用地质条件和钻井深度。目前尚无可以直接帮助连续油管克服反扭矩作用的工具存在。针对上述技术背景，本发明特提供一种钻井防扭工具，以提高钻井管柱的抗扭能力。

发明内容

本发明的目的是：为了解决钻井管柱，特别是连续油管钻井过程中发生扭转变形的问题，特提供一种钻井防扭工具。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种钻井防扭工具，是由上接头、上锚定总成、下锚定总成、下接头、水帽、水嘴和中心管构成，上锚定总成包括上主弹簧、上筒体、上锚定壳体、上锚爪、上副弹簧、上压板、上防转销、滑块和上封盖，下锚定总成包括下主弹簧、下筒体、下锚定壳体、下锚爪、下副弹簧、下压板、下防转销和下封盖；其结构特征在于：上接头上端和上部钻井钻柱丝扣连接，下接头下端和井下动力钻具丝扣连接；上锚定总成的上筒体上端和上接头下端丝扣连接，下锚定总成的下筒体下端和下接头上端丝扣连接，上锚定总成的上筒体下端和下锚定总成的下筒体上端丝扣连接；上筒体上端外圆设置一圈凸起外缘，上筒体外圆上部周向均匀设置四个上泄压槽，上筒体中部周向均匀设置六个通孔连通内外腔室，上筒体外圆中部周向均匀设置十个销子槽，上筒体下部周向均匀设置两个通槽连通内外腔室；下筒体上端外圆设置一圈凸起外缘，下筒体外圆上部周向均匀设置四个下泄压槽，下筒体中部周向均匀设置六个通孔连通内外腔室，下筒体外圆下部周向均匀设置十个销子槽；中心管外圆上部设置一圈凹槽，凹槽内周向均匀设置四个通孔，中心管外圆下部设置一圈凹槽，凹槽内周向均匀设置四个通孔，中心管外圆中部设置一圈凹槽；水嘴外圆和水帽内腔过盈配合，水帽和中心管下端丝扣连接；上锚定壳体和下锚定壳体的结构相同，上锚定壳体上部周向均匀设置四个通孔连通内外腔室，上锚定壳体中部周向均匀设置六个扶正筋，每个扶正筋上均设置一轴向沉槽，轴向沉槽两端设置有螺纹孔，扶正筋中部设置一台阶孔，上锚定壳体内腔上部设置为台阶，上锚定壳体内腔下部周向均匀设置十个销子长槽；上锚爪和下锚爪的结构相同，上锚爪下部外圆设置一圈密封槽，上锚爪上端面设置一径向凹槽，凹槽中部设置一沉孔，上锚爪上端面设置为尖齿状，尖齿分布和径向凹槽平行；上压板和下压板结构相同，上压板设置为长条状，上压板两端设置有台阶通孔；六个上锚爪分别安装在上锚定壳体中部六个扶正筋上的台阶孔内，上副弹簧安装在上锚爪凹槽中部的沉孔内，上压板用螺钉固定在上锚定壳体扶正筋上的轴向沉槽内；六个下锚爪分别安装在下锚定壳体中部六个扶正筋上的台阶孔内，下副弹簧安装在下锚爪凹槽中部的沉孔内，下压板用螺钉固定在下锚定壳体扶正筋上的轴向沉槽内；上主弹簧安装在上锚定壳体内腔上部的台阶上，上锚定壳体套在上筒体的外圆上，上防转销安装在上筒体外圆中部销子槽和上锚定壳体内腔下部销子长槽形成的空间内；滑块穿过上筒体下部的通槽，滑块一端嵌入中心管外圆中部的凹槽，滑块另一端安装在上封盖内腔台阶上；上封盖上端和上锚定壳体下端丝扣连接；下主弹簧安装在下锚定壳体内腔上部的台阶上，下锚定壳体套在下筒体的外圆上，下防转销安装在下筒体外圆下部销子槽和下锚定壳体内腔下部销子长槽形成的空间内；下封盖上端和下锚定壳体下端丝扣连接。

安装完成后，中心管外圆上部凹槽至中心管外圆下部凹槽的轴向距离必须保证大于上筒体中部六个通孔至下筒体中部六个通孔的轴向距离。

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，上锚定总成和下锚定总成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)本发明循环钻井液以后，只需送进钻柱即可连续工作；(3)本发明是纯机械结构，能适应井下复杂工况条件；(4)本发明可以大大提高连续油管钻井的破岩扭矩和适用地质条件。

附图说明

图1是本发明一种钻井防扭工具初始状态的结构示意图；

图2是本发明一种钻井防扭工具工作状态一的结构示意图；

图3是本发明一种钻井防扭工具工作状态二的结构示意图；

图4是本发明一种钻井防扭工具工作状态三的结构示意图；

图5是图2A-A截面剖视图；

图6是图2B-B截面剖视图；

图7是图2C-C截面剖视图；

图8是本发明一种钻井防扭工具上锚定壳体的三维结构示意图；

图9是本发明一种钻井防扭工具上锚爪的三维结构示意图；

图中：1.上接头、2.上主弹簧、3.上筒体、4.上锚定壳体、5.上锚爪、6.上副弹簧、7.上压板、8.上防转销、9.滑块、10.上封盖、11.下主弹簧、12.下筒体、13.下锚定壳体、14.下锚爪、15.下副弹簧、16.下压板、17.下防转销、18.下封盖、19.下接头、20.水帽、21.水嘴、22.中心管、23.下锚定总成、24.上锚定总成、3a.上泄压槽、12a.下泄压槽。

具体实施方式

如图1、图2、图3和图4所示，本发明一种钻井防扭工具，是由上接头1、上锚定总成24、下锚定总成23、下接头19、水帽20、水嘴21和中心管22构成，上锚定总成24包括上主弹簧2、上筒体3、上锚定壳体4、上锚爪5、上副弹簧6、上压板7、上防转销8、滑块9和上封盖10，下锚定总成23包括下主弹簧11、下筒体12、下锚定壳体13、下锚爪14、下副弹簧15、下压板16、下防转销17和下封盖18；其结构特征在于：上接头1上端和上部钻井钻柱丝扣连接，下接头19下端和井下动力钻具丝扣连接；上锚定总成24的上筒体3上端和上接头1下端丝扣连接，下锚定总成23的下筒体12下端和下接头19上端丝扣连接，上锚定总成24的上筒体3下端和下锚定总成23的下筒体12上端丝扣连接；上筒体3上端外圆设置一圈凸起外缘，上筒体3外圆上部周向均匀设置四个上泄压槽3a，上筒体3中部周向均匀设置六个通孔连通内外腔室，上筒体3外圆中部周向均匀设置十个销子槽，上筒体3下部周向均匀设置两个通槽连通内外腔室；下筒体12上端外圆设置一圈凸起外缘，下筒体12外圆上部周向均匀设置四个下泄压槽，下筒体12中部周向均匀设置六个通孔连通内外腔室，下筒体12外圆下部周向均匀设置十个销子槽；中心管22外圆上部设置一圈凹槽，凹槽内周向均匀设置四个通孔，中心管22外圆下部设置一圈凹槽，凹槽内周向均匀设置四个通孔，中心管22外圆中部设置一圈凹槽；水嘴21外圆和水帽20内腔过盈配合，水帽20和中心管22下端丝扣连接；上压板7和下压板16结构相同，上压板7设置为长条状，上压板7两端设置有台阶通孔；六个上锚爪5分别安装在上锚定壳体4中部六个扶正筋上的台阶孔内，上副弹簧6安装在上锚爪5凹槽中部的沉孔内，上压板7用螺钉固定在上锚定壳体4扶正筋上的轴向沉槽内；六个下锚爪14分别安装在下锚定壳体13中部六个扶正筋上的台阶孔内，下副弹簧15安装在下锚爪14凹槽中部的沉孔内，下压板16用螺钉固定在下锚定壳体13扶正筋上的轴向沉槽内；上主弹簧2安装在上锚定壳体4内腔上部的台阶上，上锚定壳体4套在上筒体3的外圆上，如图6所示，上防转销8安装在上筒体3外圆中部销子槽和上锚定壳体4内腔下部销子长槽形成的空间内；如图7所示，滑块9穿过上筒体3下部的通槽，滑块9一端嵌入中心管22外圆中部的凹槽，滑块9另一端安装在上封盖10内腔台阶上；上封盖10上端和上锚定壳体4下端丝扣连接；下主弹簧11安装在下锚定壳体13内腔上部的台阶上，下锚定壳体13套在下筒体12的外圆上，下防转销17安装在下筒体12外圆下部销子槽和下锚定壳体13内腔下部销子长槽形成的空间内；下封盖18上端和下锚定壳体13下端丝扣连接；安装完成后，中心管22外圆上部凹槽至中心管22外圆下部凹槽的轴向距离必须保证大于上筒体3中部六个通孔至下筒体12中部六个通孔的轴向距离。

如图1、图2、图3、图4、图5、图8和图9所示，上锚定壳体4和下锚定壳体13的结构相同，上锚定壳体4上部周向均匀设置四个通孔连通内外腔室，上锚定壳体4中部周向均匀设置六个扶正筋，每个扶正筋上均设置一轴向沉槽，轴向沉槽两端设置有螺纹孔，扶正筋中部设置一台阶孔，上锚定壳体4内腔上部设置为台阶，上锚定壳体4内腔下部周向均匀设置十个销子长槽；上锚爪5和下锚爪14的结构相同，上锚爪5下部外圆设置一圈密封槽，上锚爪5上端面设置一径向凹槽，凹槽中部设置一沉孔，上锚爪5上端面设置为尖齿状，尖齿分布和径向凹槽平行。

本发明一种钻井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，在水嘴21的节流作用下，中心管22内部和钻柱环空产生大的压降，中心管22上部通孔和上锚定壳体4内腔连通，上锚定总成24产生动作，上锚爪5径向伸出和井壁锚定，此时状态如图2所示；持续送进钻柱，上锚定总成24和中心管22整体相对本发明轴向上移，直至中心管22下部通孔和下锚定壳体13内腔连通，下锚定总成23产生动作，下锚爪14径向伸出和井壁锚定，此时状态如图3所示；持续送进钻柱，上筒体3上部的上泄压槽3a连通上锚定壳体内腔4和环空，上锚定壳体4内腔压力被释放，上锚爪5径向收回，在上主弹簧2的作用下，上锚定总成24和中心管22整体相对本发明迅速轴向下移，此时状态如图4所示；持续送进钻柱，上锚爪5径向伸出和井壁锚定，下筒体12上部的下泄压槽12a连通下锚定壳体13内腔和环空，下锚定壳体13内腔压力被释放，下锚爪14径向收回，在下主弹簧11的作用下，下锚定总成23相对本发明迅速轴向下移；以上动作在送钻过程中持续重复，始终保证上锚定总成24和下锚定总成23至少有一个和井壁锚定，从而把钻柱承受的反扭矩传动给井壁，防止钻柱发生扭转。

Claims (5)

1.一种钻井防扭工具，是由上接头(1)、上锚定总成(24)、下锚定总成(23)、下接头(19)、水帽(20)、水嘴(21)和中心管(22)构成，上锚定总成(24)包括上主弹簧(2)、上筒体(3)、上锚定壳体(4)、上锚爪(5)、上副弹簧(6)、上压板(7)、上防转销(8)、滑块(9)和上封盖(10)，下锚定总成(23)包括下主弹簧(11)、下筒体(12)、下锚定壳体(13)、下锚爪(14)、下副弹簧(15)、下压板(16)、下防转销(17)和下封盖(18)；其特征在于：上接头(1)上端和上部钻井钻柱丝扣连接，下接头(19)下端和井下动力钻具丝扣连接；上锚定总成(24)的上筒体(3)上端和上接头(1)下端丝扣连接，下锚定总成(23)的下筒体(12)下端和下接头(19)上端丝扣连接，上锚定总成(24)的上筒体(3)下端和下锚定总成(23)的下筒体(12)上端丝扣连接；中心管(22)外圆上部设置一圈凹槽，凹槽内周向均匀设置四个通孔，中心管(22)外圆下部设置一圈凹槽，凹槽内周向均匀设置四个通孔，中心管(22)外圆中部设置一圈凹槽；水嘴(21)外圆和水帽(20)内腔过盈配合，水帽(20)和中心管(22)下端丝扣连接；上压板(7)和下压板(16)结构相同，上压板(7)设置为长条状，上压板(7)两端设置有台阶通孔；六个上锚爪(5)分别安装在上锚定壳体(4)中部六个扶正筋上的台阶孔内，上副弹簧(6)安装在上锚爪(5)凹槽中部的沉孔内，上压板(7)用螺钉固定在上锚定壳体(4)扶正筋上的轴向沉槽内；六个下锚爪(14)分别安装在下锚定壳体(13)中部六个扶正筋上的台阶孔内，下副弹簧(15)安装在下锚爪(14)凹槽中部的沉孔内，下压板(16)用螺钉固定在下锚定壳体(13)扶正筋上的轴向沉槽内；上主弹簧(2)安装在上锚定壳体(4)内腔上部的台阶上，上锚定壳体(4)套在上筒体(3)的外圆上，上防转销(8)安装在上筒体(3)外圆中部销子槽和上锚定壳体(4)内腔下部销子长槽形成的空间内；滑块(9)穿过上筒体(3)下部的通槽，滑块(9)一端嵌入中心管(22)外圆中部的凹槽，滑块(9)另一端安装在上封盖(10)内腔台阶上；上封盖(10)上端和上锚定壳体(4)下端丝扣连接；下主弹簧(11)安装在下锚定壳体(13)内腔上部的台阶上，下锚定壳体(13)套在下筒体(12)的外圆上，下防转销(17)安装在下筒体(12)外圆下部销子槽和下锚定壳体(13)内腔下部销子长槽形成的空间内；下封盖(18)上端和下锚定壳体(13)下端丝扣连接；在安装完成以后，中心管(22)上部通孔能够和上锚定壳体(4)内腔连通，中心管(22)下部通孔能够和下锚定壳体(13)内腔连通，上筒体(3)上部的上泄压槽(3a)能够连通上锚定壳体(4)内腔和环空，下筒体(12)上部的下泄压槽(12a)能够连通下锚定壳体(13)内腔和环空。

2.根据权利要求1所述的钻井防扭工具，其特征是：所述上筒体(3)上端外圆设置一圈凸起外缘，上筒体(3)外圆上部周向均匀设置四个上泄压槽(3a)，上筒体(3)中部周向均 匀设置六个通孔连通内外腔室，上筒体(3)外圆中部周向均匀设置十个销子槽，上筒体(3)下部周向均匀设置两个通槽连通内外腔室；下筒体(12)上端外圆设置一圈凸起外缘，下筒体(12)外圆上部周向均匀设置四个下泄压槽，下筒体(12)中部周向均匀设置六个通孔连通内外腔室，下筒体(12)外圆下部周向均匀设置十个销子槽。

3.根据权利要求1所述的钻井防扭工具，其特征是：所述上锚定壳体(4)和下锚定壳体(13)的结构相同，上锚定壳体(4)上部周向均匀设置四个通孔连通内外腔室，上锚定壳体(4)中部周向均匀设置六个扶正筋，每个扶正筋上均设置一轴向沉槽，轴向沉槽两端设置有螺纹孔，扶正筋中部设置一台阶孔，上锚定壳体(4)内腔上部设置为台阶，上锚定壳体(4)内腔下部周向均匀设置十个销子长槽。

4.根据权利要求1所述的钻井防扭工具，其特征是：所述上锚爪(5)和下锚爪(14)的结构相同，上锚爪(5)下部外圆设置一圈密封槽，上锚爪(5)上端面设置一径向凹槽，凹槽中部设置一沉孔，上锚爪(5)上端面设置为尖齿状。

5.根据权利要求1所述的钻井防扭工具，其特征是：所述钻井防扭工具安装完成后，中心管(22)外圆上部凹槽至中心管(22)外圆下部凹槽的轴向距离大于上筒体(3)中部六个通孔至下筒体(12)中部六个通孔的轴向距离。