CN106437517B - 一种低边恒射流防斜钻井工具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低边恒射流防斜钻井工具，包括上接头(1)和钻头(2)，所述上接头(1)与钻头(2)固定连接，所述钻头(2)内部设有多个水眼通道(201)，所述上接头(1)的内腔内设有转子(3)，所述转子(3)通过轴承(5)安装在上接头(1)内，所述转子(3)上设有偏心重锤(301)，所述转子(3)的下端设有半圆挡板(302)，所述半圆挡板(302)与偏心重锤(301)之间有180度的相位角差，所述半圆挡板(302)挡住部分水眼通道(201)。本发明可以实现在钻进途中对已打斜的轨迹进行自动调整、纠斜，确保在直井段内的井斜符合要求。
Description
技术领域
本发明涉及钻井工具，更具体地说，涉及一种低边恒射流防斜钻井工具。
背景技术
目前各类钻井施工一开防斜技术主要采用满眼钻具、塔式钻具、钟摆钻具、偏轴组合防斜技术和复合钻井防斜技术。
满眼钻具组合是由几个外径与钻头直径相近的扶正器与一定长度外径较大的钻铤所组成。防斜原理是在钻头以上的下部钻柱上安装一定数量的扶正器，以扶正钻铤；提高下部钻柱的刚度，减少其弯曲程度，以消除钻头的严重倾斜，使其能减小和限制由于钻柱弯曲而产生的增斜力，同时扶正器支撑在井壁上，抗衡地层自然造斜力，以达到控制井斜在最小范围内变化的目的，但该种组合在实际应用由于扶正器和钻铤尺寸较大，与井壁间的间隙较小，卡钻风险较大，所以施工安全难以保证。
塔式钻具组合是在钻头之上，使用几段直径自下而上逐渐减小，形如塔状的钻铤组合。此类钻具的特点是底部钻铤重量大，刚度大，整个钻铤柱重心低，稳定性好。能产生较大的钟摆减斜力。此外，塔式钻具还有结构简单，使用方便，不需要进行扶正器位置计算的优点，也不存在扶正器、方钻铤的磨损及修复等问题，但塔式钻具也存在底部间隙小，易卡钻，钻铤尺寸多，操作不方便等不足。
钟摆钻具是一种减少井斜的钻具组合，是利用斜井内切点以下钻铤重量的横向分力把钻头推向井壁低的一侧，以达到逐渐减小井斜的效果。这个横向分力如钟摆一样，所以称之为“钟摆力”，但是塔式钻具和钟摆钻具都有只能纠斜，不能防斜的缺点。
偏轴组合防斜技术的原理是在大钻压下，偏轴接头发挥作用，导致在偏轴接头处产生弯矩，使钻具产生弯曲变形，转盘带动钻具组合产生公转，由于陀螺效应和钻头切屑井壁，强化了降斜功能，并且钻具变形使切点上移，增加了降斜力，但是这类装置由于自身结构的问题，目前已很少使用。
复合钻井防斜技术依靠转盘和井下动力钻具的复合运动，运用预弯曲井下动力钻具，增加对钻头的导向能力控制，通过复合运动下钻柱动力学原理分析，使钻头产生侧向力克服地层造斜力，从而推动钻头沿设计轨迹的方向运动，实现直井中防斜打快和斜井中轨迹控制，但此种防斜技术要经过较为复杂的动力学计算，现场应用受到一定的局限性。
针对以上几种防斜技术的缺陷，近几年国外油服公司大规模研发了垂直钻井技术，国内也有相关单位引进研发此类技术并开展了国产化研究，但是这些技术由于使用费用高昂，且井下工具结构复杂，易造成井下故障复杂，所以并没有普遍应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种低边恒射流防斜钻井工具，可以实现在钻进途中对已打斜的轨迹进行自动调整、纠斜，确保在直井段内的井斜符合要求。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种低边恒射流防斜钻井工具，包括上接头和钻头，所述上接头与钻头固定连接，所述钻头内部设有多个水眼通道，所述上接头的内腔内设有转子，所述转子通过轴承安装在上接头内，所述转子上设有偏心重锤，所述转子的下端设有半圆挡板，所述半圆挡板与偏心重锤之间有180度的相位角差，所述半圆挡板挡住部分水眼通道。
上述方案中，所述上接头的内腔壁上设有轴承支架，所述轴承安装在轴承支架上，所述转子安装在轴承上。
上述方案中，所述多个水眼通道沿周向均匀分布。
上述方案中，所述偏心重锤与转子一体成型。
上述方案中，所述半圆挡板通过连接螺栓与转子底端相连。
上述方案中，所述钻头为PDC钻头。
实施本发明的低边恒射流防斜钻井工具，具有以下有益效果：
本发明对井身质量和操作要求相对较低，可以实现自动纠斜、降斜，当正常钻进出现井斜时，该装置内的偏心重锤由于受到重力的作用，自动转至装置的低边，与此同时，半圆挡板因与偏心重锤有180度的相位角差，所以半圆挡板自动转至装置的高边，从而挡住PDC钻头的三个水眼通道，钻井液只能从未挡住的另外三个水眼通道流过，而这三个水眼通道与偏心重锤的相位角一致，都保持在装置的低边，在PDC钻头喷嘴的水力喷射破岩作用下，使钻进轨迹向垂直方向延伸，从而实现纠斜和降斜的功能。
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是低边恒射流防斜钻井工具的结构示意图；
图2是低边恒射流防斜钻井工具的内部结构示意图；
图3是低边恒射流防斜钻井工具在挡板处的横截面示意图。
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-图3所示，本发明低边恒射流防斜钻井工具，包括上接头1、钻头2、转子3、轴承5、轴承支架4、偏心重锤301和半圆挡板302。
上接头1与钻头2固定连接，钻头2随上接头1转动，上接头1上端连接常规钻井管具即可。钻头2为PDC钻头2，钻头2内部设有多个水眼通道201，多个水眼通道201沿周向均匀分布，本实施例中的水眼通道201有6个。上接头1的内腔内设有转子3，转子3通过轴承5安装在上接头1内，上接头1的内腔壁上设有轴承支架4，轴承5安装在轴承支架4上，转子3安装在轴承5上。
转子3上设有偏心重锤301，转子3的下端设有半圆挡板302，半圆挡板302与偏心重锤301之间有180度的相位角差。半圆挡板302挡住部分水眼通道201。偏心重锤301与转子3一体成型，半圆挡板302通过连接螺栓与转子3底端相连。
当正常钻进出现井斜时，偏心重锤301由于受到重力的作用，自动转至装置的低边，与此同时，半圆挡板302因与偏心重锤301有180度的相位角差，所以半圆挡板302自动转至装置的高边，从而挡住PDC钻头2的三个水眼通道201，钻井液只能从未挡住的另外三个水眼通道201流过，而这三个水眼通道201与偏心重锤301的相位角一致，都保持在装置的低边，在PDC钻头2喷嘴的水力喷射破岩作用下，使钻进轨迹向垂直方向延伸，从而实现纠斜和降斜的功能。
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 (6)
1.一种低边恒射流防斜钻井工具，包括上接头(1)和钻头(2)，所述上接头(1)与钻头(2)固定连接，其特征在于，所述钻头(2)内部设有多个水眼通道(201)，所述上接头(1)的内腔内设有转子(3)，所述转子(3)通过轴承(5)安装在上接头(1)内，所述转子(3)上设有偏心重锤(301)，所述转子(3)的下端设有半圆挡板(302)，所述半圆挡板(302)与偏心重锤(301)之间有180度的相位角差，所述半圆挡板(302)挡住部分水眼通道(201)。
2.根据权利要求1所述的低边恒射流防斜钻井工具，其特征在于，所述上接头(1)的内腔壁上设有轴承支架(4)，所述轴承(5)安装在轴承支架(4)上，所述转子(3)安装在轴承(5)上。
3.根据权利要求1所述的低边恒射流防斜钻井工具，其特征在于，所述多个水眼通道(201)沿周向均匀分布。
4.根据权利要求1所述的低边恒射流防斜钻井工具，其特征在于，所述偏心重锤(301)与转子(3)一体成型。
5.根据权利要求1所述的低边恒射流防斜钻井工具，其特征在于，所述半圆挡板(302)通过连接螺栓与转子(3)底端相连。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的低边恒射流防斜钻井工具，其特征在于，所述钻头(2)为PDC钻头(2)。
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