CN107965277A - 一种钻具组合 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种钻具组合，其包括钻头、设置在钻头上方的能够提供降斜力的动力钻具、设置在动力钻具上方的第一稳定器和设置在第一稳定器的上方的钻铤，该钻具组合具有防斜能力高，钻头运行稳定的优点。

Description

一种钻具组合

技术领域

本发明涉及石油工程钻井技术领域，尤其是涉及一种钻具组合。

背景技术

尽管石油工程钻井工艺发展迅速，先后出现了垂直井、定向井、水平井、大位移井、多分枝井等众多井型，但是它们都有钻井进尺占比很高的垂直井眼，因此垂直井眼高效防斜打快技术一直是钻井界研究的重点。

但是现有技术中的钻具组合的防斜打快效果比较差，并不能满足井眼高防斜打快的发展。

发明内容

针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，本发明提出了一种钻具组合。该钻井组合具有动力钻具，可在适当提高钻压的前提下，提供降斜力以实现防斜打快的目的。

根据本发明，提出了一种钻具组合，包括：

钻头，

设置在钻头上方的能够提供降斜力的动力钻具，

设置在动力钻具上方的第一稳定器，

设置在第一稳定器的上方的钻铤。

在一个实施例中，动力钻具构造为单弯螺杆，单弯螺杆具有第二稳定器和螺杆主体，其中第二稳定器位于螺杆主体的弯点的下端并靠近钻头。

在一个实施例中，螺杆主体的弯角的度数为0.25-3度，和/或螺杆主体的弯点设置在螺杆主体的十分之一到三分之一位置处。

在一个实施例中，在动力钻具和第一稳定器之间设置用于降低轴向振动的减震器。

在一个实施例中，在第一稳定器和钻铤之间设置用于降低扭转振动的稳扭器。

在一个实施例中，第一稳定器和第二稳定器中的至少一个包括：

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，或多个扶正棱相互平行并且螺旋式延伸。

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。

在一个实施例中，弧面扶正块的表面为球形或椭球形，椭球形的弧面扶正块的长轴垂直于相应扶正棱的延伸方向。

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顶面之外而形成弧面扶正块。

与现有技术相比，本发明的优点在于，该钻具组合利用动力钻具与动力钻具上方的第一稳定器配合提高防斜效果，同时该钻具组合具有工作稳定性高、钻头寿命长、机械钻速高和井眼质量好的优点。

附图说明

下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：

图1显示了根据本发明的一个实施例的钻具组合；

图2示意性地显示了根据本发明的第一稳定器和/或第二稳定器的结构；

图3示意性地显示了弧面扶正块的第一实施例；

图4示意性地显示了弧面扶正块的第二实施例；

图5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绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步说明。

图1显示了根据本发明的一个实施例的钻具组合100。如图1所示，钻具组合100包括钻头60、动力钻具61、第一稳定器62和钻铤63。其中，动力钻具61设置在钻头60上方并构造为能够提供降斜力的动力钻具61，以用于将地面输入的扭矩和转速传递给钻头60，并且可以输出额外的扭矩和转速传递给钻头60，该动力钻具61能够提高防斜效果。第一稳定器62设置在动力钻具61的上方，以提供钟摆力和增强钻具组合100的稳定性。同时，第一稳定器62与动力钻具61配合则可以进一步提高防斜、纠斜的目的，起到控制井眼轨迹的作用。钻铤63设置在第一稳定器62的上方，用于提高钻具组合100的刚度。

钻头60可以构造为固定齿钻头，也可以构造为牙轮钻头。当然，钻头60还可以构造为其它结构或类型的钻头。也就是，本申请不对钻头60的具体结构做限定，在实际工程中，本领域技术人员可以根据不同需要而选择不同的钻头60。

在一个优选的实施例中，动力钻具61可以构造为单弯螺杆形式。单弯螺杆具有第二稳定器64和螺杆主体65，其中第二稳定器64位于螺杆主体65的弯点的下端并靠近所述钻头60。进一步优选地，螺杆主体65的弯角的度数为0.25-3度。螺杆主体65的弯点设置在螺杆主体65的十分之一到三分之一位置处。也就是，弯点距离螺杆主体65的下端面的长度与螺杆主体65的长度的比为十分之一到三分之一。通过这种设置能够进一步提高防斜、纠斜的能力，保证控制井眼轨迹的精度。当然，动力钻具61还可以构造为涡轮钻具等。

根据本发明，在动力钻具61和第一稳定器62之间设置减震器66，以用于降低轴向振动，减小冲击载荷，从而保证钻具组合100的运行稳定性，保护钻头60免于冲击破坏，使钻头60能够始终处于高速破岩状态。需要说明地是，该减震器66可以为液压减震器或碟簧减震器种，而只要能够达到降低轴向冲击的减震器66都可以根据实际需要应用到本钻具组合100上。

在一个实施例中，在第一稳定器62的上方设置稳扭器67，稳扭器67位于第一稳定器62和钻铤63之间，以用于降低扭转振动或稳定钻头60。该工具包括但不限于如中国专利CN103174380A所记载的旋转冲击钻井装置，以及中国专利CN101988368A所记载的粘滑振动减震器等。只要是能够满足使用需求的稳扭器67都可以根据实际需要应用到本钻具组合100上。

根据本发明，第一稳定器62和第二稳定器64的结构可以相同也可以不同。第一稳定器62和第二稳定器64中的至少一个可以构造为如图2所示的稳定器10。如图2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2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3和4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3和4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3和4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5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3示意性地显示了表面为球形的弧面扶正块7。图4示意性地显示了表面为椭球形的弧面扶正块7。在图4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，还提高了钻具组合100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。

综上所述，本发明通过优化底部钻具组合100，增强底部钻具组合100抵抗轴向振动、横向振动和扭转振动的能力，并使底部钻具组合100上部的钻柱最大程度的保持稳定性，在增大钻头60破岩能量和钻头60降斜力的同时，降低冲击等造成的钻头60先期损坏，使钻头60长时间在较平稳工作状态下发生正常磨损，同时减少钻具组合100疲劳损坏的发生概率，达到直井防斜、提高钻井速度和破岩效率、降低钻井周期和钻井费用的目的。

本申请中，方位用于“上”和“下”与钻具组合100的实际工作方位为参照。

以上仅为本发明的优选实施方式，但本发明保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可容易地进行改变或变化，而这种改变或变化都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种钻具组合，其特征在于，包括：

钻头，

设置在所述钻头上方的能够提供降斜力的动力钻具，

设置在所述动力钻具上方的第一稳定器，

设置在第一稳定器的上方的钻铤。

2.根据权利要求1所述的钻具组合，其特征在于，所述动力钻具构造为单弯螺杆，所述单弯螺杆具有第二稳定器和螺杆主体，其中所述第二稳定器位于所述螺杆主体的弯点的下端并靠近所述钻头。

3.根据权利要求2所述的钻具组合，其特征在于，所述螺杆主体的弯角的度数为0.25-3度，和/或所述螺杆主体的弯点设置在所述螺杆主体的十分之一到三分之一位置处。

4.根据权利要求1所述的钻具组合，其特征在于，在所述动力钻具和所述第一稳定器之间设置用于降低轴向振动的减震器。

5.根据权利要求1到4中任一项所述的钻具组合，其特征在于，在所述第一稳定器和所述钻铤之间设置用于降低扭转振动的稳扭器。

6.根据权利要求2到4中任一项所述的钻具组合，其特征在于，所述第一稳定器和所述第二稳定器中的至少一个包括：

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。

7.根据权利要求6所述的钻具组合，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，或多个扶正棱相互平行并且螺旋式延伸。

8.根据权利要求7所述的钻具组合，其特征在于，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。

9.根据权利要求6所述的钻具组合，其特征在于，所述弧面扶正块的表面为球形或椭球形，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。

10.根据权利要求6所述的钻具组合，其特征在于，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，

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。