CN107965276B - 稳定器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种稳定器。该稳定器包括柱状本体，在柱状本体上构造有径向向外凸出的扶正区，在扶正区内间隔开地构造有径向向外凸出的多个扶正棱，在任一个扶正棱的顶面上间隔开地设有多个弧面扶正块。使用本发明的稳定器可以极大地降低稳定器与井壁之间的摩擦阻力，从而有助于提高钻头钻速和钻井效率。

Description

稳定器

技术领域

本发明涉及石油勘探开发领域，特别涉及一种稳定器，其安装在钻杆上。

背景技术

在进行石油钻井施工时，需要在钻杆上设置稳定器。在钻进过程中，稳定器与井壁接触，以确保钻头沿着预定方向向底层深处钻进。

目前，最常用的稳定器是刮刀型稳定器。在这种稳定器的表面上设置有多个扶正棱。在钻井过程中，扶正棱与井壁接触。然而，扶正棱与井壁相接触会切削井壁，从而产生很大的摩擦阻力。在旋转钻井过程中，这种摩擦阻力会不利地影响钻头钻速和钻井效率。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种稳定器。使用本发明的稳定器可以极大地降低稳定器与井壁之间的摩擦阻力，从而有助于提高钻头钻速和钻井效率。

根据本发明的稳定器包括柱状本体，在柱状本体上构造有径向向外凸出的扶正区，在扶正区内间隔开地构造有径向向外凸出的多个扶正棱，在任一个扶正棱的顶面上间隔开地设有多个弧面扶正块。

在使用根据本发明的稳定器时，仅扶正棱上的弧面扶正块与井壁接触，扶正棱本身并不与井壁接触。在钻头转动时，扶正块的弧面表面使得扶正块与井壁之间形成平滑的滑动接触，避免了扶正块或扶正棱切削井壁。由此，极大地降低了稳定器与井壁之间的摩擦阻力，进而保证了钻头钻速和钻井效率。

在一个实施例中，多个扶正棱相互平行并且平行于柱状本体的轴向而延伸。

在一个实施例中，多个扶正棱相互平行并且螺旋式延伸。在钻井过程中，稳定器会与钻头同步地转动，因此螺旋式延伸的扶正棱有助于进一步降低稳定器与井壁之间的摩擦阻力。此外，螺旋式延伸的多个扶正棱之间形成了螺旋式的排屑槽。在钻井过程中，井筒内的旋流的钻井液可顺畅地流过螺旋式的排屑槽，从而将排屑槽内的钻井碎屑带走，同时给弧面扶正块润滑和降温。

在一个实施例中，任一个扶正棱的顶面包括凸出的弧面区和处于弧面区两侧的倒角区，多个弧面扶正块设在弧面区内。在一个优选的实施例中，弧面扶正块的数量为3个到4个。更优选地，在一个扶正棱上，多个弧面扶正块沿弧面区的延伸方向间隔开地设置。弧面扶正块的高度与扶正棱的弧面区的宽度之比在3:5到4:5之间。相邻弧面扶正块之间的距离与弧面扶正块的等效半径之比在1:1到1:2之间。这意味着每个弧面扶正块都以类似于孤立支撑物的方式显著凸出到扶正棱的表面之外。在钻井泥浆的润滑作用下，这种尺寸的弧面扶正块能够显著降低稳定器与井壁之间的摩擦阻力。

在一个实施例中，弧面扶正块的表面为球形或椭球形。当弧面扶正块的表面为椭球形时，优选将椭球形的弧面的长轴垂直于相应扶正棱的延伸方向。这样，在钻井过程中，弧面扶正块与井壁的接触方式为：弧面扶正块半径较小的端部首先与井壁接触，然后接触面积顺应椭球的形状平滑过渡地增加。显然，这种接触方式降低了弧面扶正块与井壁的接触面积，从而减小了稳定器与井壁之间的摩擦阻力。此外，这种接触方式能提高钻杆的稳定性，减小晃动，而且钻杆仍然会受到足够的来自井壁的推靠力，从而有助于使钻头沿预定方向钻进。

在一个实施例中，在任一个扶正棱上，从其顶面向其内部开设有多个安装孔。在任一个安装孔内安装有一个柱形的扶正体，扶正体的顶面为弧面并且凸出到扶正棱顶面之外而形成弧面扶正块。这样，弧面扶正块并不是简单地设置在扶正棱顶面上的部件，而是牢固地嵌入在扶正棱内部的扶正体的一部分。由此，极大地提高了弧面扶正块的稳定性。

在一个实施例中，弧面扶正块的材质为硬质合金。例如，可以为碳化钨合金。

在一个实施例中，柱状本体的内部构造有轴向贯通的通道。这样，可以将稳定器作为作为一个短节安装在钻杆上。

与现有技术相比，本发明的优点在于：(1)弧面扶正块可以极大地降低稳定器与井壁之间的摩擦阻力，从而有助于提高钻头钻速和钻井效率。(2)螺旋式延伸的扶正棱有助于旋流的钻井液顺畅地流过螺旋式的排屑槽，从而有利于钻井碎屑的向上运移，同时给弧面扶正块润滑和降温。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1示意性地显示了根据本发明的稳定器的结构。

图2示意性地显示了弧面扶正块的第一实施例。

图3示意性地显示了弧面扶正块的第二实施例。

图4示意性地显示了在扶正棱上设置弧面扶正块的方式。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

图1示意性地显示了根据本发明的稳定器10。如图1所示，稳定器10包括柱状本体1，在柱状本体1上构造有扶正区2。在扶正区2内间隔开地构造有多个扶正棱3。这些扶正棱3径向向外凸出到柱状本体1的其余部分的表面4之外，使得扶正区2也呈径向向外凸出的状态。实际上，柱状本体1和扶正区2可通过机加工而一体式成型。特别是扶正区2内的扶正棱3可通过车削、铣削而成型。在相邻的扶正棱3之间形成了通槽5。在柱状本体1的内部构造有轴向贯通的通道6，并且在两端构造有连接结构50。这样可以将稳定器10作为一个短节安装在钻杆上。在钻井过程中，柱状本体1内的通道6可用作钻井液通道。稳定器10的转动会使扶正棱3与井壁转动式摩擦接触。而通槽5可用作排屑槽，以方便地通过井内的钻井液将钻头产生的碎屑返排到井口。

多个扶正棱3可构造为相互平行并且平行于柱状本体1的轴向而延伸，也可以构造为相互平行并且螺旋式延伸(如图1所示)。优选为，将多个扶正棱3构造为相互平行并且螺旋式延伸，以使得通槽5(或排屑槽)也为螺旋式。这是由于，在钻井过程中井筒内的钻井液呈旋流状态，螺旋式的通槽5(或排屑槽)可使钻井液顺畅地从其内部流过，以便钻头产生的碎屑(或岩屑)顺利通过通槽5(或排屑槽)。

在扶正棱3的顶面30上凸出地设有多个弧面扶正块7。在一个实施例中，弧面扶正块7的材质为硬质合金。硬质合金可选择为碳化钨。这样，在钻井过程中，仅弧面扶正块7与井壁接触，扶正棱3本身并不与井壁接触。扶正块7的弧面表面使得扶正块7与井壁之间形成平滑的滑动接触极大地减低了扶正块7对井壁的切削作用，并且极大地降低了稳定器10与井壁的接触面积。由此，极大地降低了稳定器10与井壁之间的摩擦阻力，进而保证了钻头钻速和钻井效率。

如图2和3所示，每一个扶正棱3的顶面30包括凸出的弧面区31和对称地处于弧面区31两侧的倒角区32。弧面扶正块7设在弧面区31内。在一个优选的实施例中，弧面扶正块7的数量为3个到4个。当然，还可以根据需要调整弧面扶正块7的数量。在一个实施例中，弧面扶正块7的高度与扶正棱3的弧面区31的宽度之比在3:5到4:5之间。相邻弧面扶正块7之间的距离与弧面扶正块7的等效半径之比在1:1到1:2之间。从整体上看，这些弧面扶正块7类似于孤立地显著凸出到扶正棱3的表面之外的珠子。应理解的是，用语“等效半径”可以使用数学方法来计算，这是本领域的技术人员所熟知的，这里不再赘述。此外，在一个扶正棱3上，多个弧面扶正块7沿弧面区31的延伸方向(如箭头A所示)间隔开地设置成一列，如图2和3所示。申请人发现，在钻井泥浆的润滑作用下，这种尺寸和这种设置的弧面扶正块7能够显著降低稳定器10与井壁之间的摩擦阻力。

在一个未示出的实施例中，扶正棱还可以是刮刀型的。刮刀型的扶正棱的顶面是平坦的，没有凸出的弧面区。为了达到良好的扶正和减阻效果，也需要在这种扶正棱的平坦的顶面上设置如图2和3所示的弧面扶正块7，以减少了稳定器10与井壁之间的接触面积。

图4示意性地显示了在扶正棱3上设置弧面扶正块7的方式。首先，在扶正棱3上从其顶面30向其内部开设有多个安装孔32。然后，在每一个安装孔32内安装一个柱形的扶正体33。扶正体33的顶面34为弧面并且凸出到顶面30之外而形成弧面扶正块7。这样，弧面扶正块7实际上是嵌入在扶正棱3内的扶正体33的一部分，这极大地提高了弧面扶正块7相对于扶正棱3的稳定性，避免了在钻井过程中弧面扶正块7从扶正棱3上脱落的风险。

图2示意性地显示了表面为球形的弧面扶正块7。图3示意性地显示了表面为椭球形的弧面扶正块7。在图3所示的实施例中，椭球形的弧面扶正块7的长轴40垂直于扶正棱3(或弧面区31)的延伸方向(如箭头A所示)。这带来以下有益效果，在钻井过程中，弧面扶正块7与井壁的接触方式为：弧面扶正块7半径较小的端部41首先与井壁接触，然后接触面积顺应椭球的形状而平滑过渡地增加。这极大地提高了钻杆的稳定性，并减小了摩擦阻力。同时，由于钻柱与井壁之间的推靠力与上述的接触方式没有关系，因此这种方案基本不会改变推靠力，但是却降低了摩擦阻力，从而提高了井口输入能量的传递效率并且有助于使钻头沿预定方向钻进并且有助于提高钻井速度。还应注意的是，可以根据实际情况，适当调节椭球形的弧面扶正块7的数量，以达到良好的扶正效果和减阻效果。

综上所述，本发明的稳定器10可有助于降低与井壁之间的摩擦阻力，使钻头获得更大的破岩能量。此外，还提高了钻具(包括钻杆和钻头)的稳定性，降低了钻具的井下振动，从而提高了钻头钻速和钻井效率。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (8)

1.一种稳定器，其包括柱状本体，在所述柱状本体上构造有径向向外凸出的扶正区，

在所述扶正区内间隔开地构造有径向向外凸出的多个扶正棱，在任一个扶正棱的顶面上间隔开地设有多个弧面扶正块，

其中，在所述任一个扶正棱上，从其顶面向其内部开设有多个安装孔，并且在任一个安装孔内安装有一个柱形的扶正体，所述扶正体的顶面为弧面并且凸出到所述顶面之外而形成所述弧面扶正块，使得所述弧面扶正块形成为嵌入在扶正棱内的扶正体的一部分，并且

所述任一个扶正棱的顶面包括凸出的弧面区和处于所述弧面区两侧的倒角区，所述多个弧面扶正块设在所述弧面区内，其中，弧面扶正块的高度与扶正棱的弧面区的宽度之比在3:5到4:5之间，并且相邻弧面扶正块之间的距离与弧面扶正块的等效半径之比在1:1到1:2之间。

2.根据权利要求1所述的稳定器，其特征在于，多个扶正棱相互平行并且平行于所述柱状本体的轴向而延伸。

3.根据权利要求1所述的稳定器，其特征在于，多个扶正棱相互平行并且螺旋式延伸。

4.根据权利要求1所述的稳定器，其特征在于，在一个扶正棱上，所述多个弧面扶正块沿弧面区的延伸方向间隔开地设置。

5.根据权利要求1到4中任一项所述的稳定器，其特征在于，所述弧面扶正块的表面为球形或椭球形。

6.根据权利要求5所述的稳定器，其特征在于，椭球形的所述弧面扶正块的长轴垂直于相应扶正棱的延伸方向。

7.根据权利要求1到4中任一项所述的稳定器，其特征在于，所述弧面扶正块的材质为硬质合金。

8.根据权利要求1到4中任一项所述的稳定器，其特征在于，所述柱状本体的内部构造有轴向贯通的通道。

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