CN1243904C - 垂直钻井防斜装置 - Google Patents

Abstract

一种垂直钻井防斜装置，它至少包括一段钻铤和固设在钻铤上的偏心稳定器，所述的偏心稳定器分别固设在钻铤两端，在钻铤的外圆表面上还装设有偏心块；两个偏心稳定器的偏心量大小相同，偏心方向相同；偏心稳定器的偏心量大于偏心块的偏心量。本发明结构简单，钻井时，能够在满足钻头破岩所需的钻压前提下有效地将井斜控制在允许范围内，实现复杂地层钻进防斜打快的目标。

Description

垂直钻井防斜装置

技术领域

本发明涉及一种垂直钻井防斜装置，尤其是一种在钻井钻进过程中防止井眼偏斜的装置，属于钻井工程技术领域。

背景技术

钻井是石油天然气等地下资源勘探开发的基本手段，也是资金和技术密集型专业工程。先进的钻井技术，在加快油气等资源勘探开发速度、降低勘探开发作业成本等方面发挥了不可替代的重要作用。因此，开展钻井技术和钻井工具研究，对提高我国油气等地下资源的勘探开发效率和经济效益，以及参与世界技术市场竞争等，都具有十分重要的现实意义和战略意义。

如何在钻垂直井时实现高效防斜打直，是钻井现场经常碰到的技术难题之一。在打垂直井时，如果井斜过大，会使井眼偏离地下设计目标，打乱油气田开发的布局。对于勘探工作来说，井斜大了，会使井深发生误差，使所得的地质资料不真实，甚至偏离勘探目标。井打斜了，也给钻井工程本身增加了困难，甚至造成严重的井下事故。在斜井内，钻铤易靠在井壁一侧，旋转时发生严重摩擦，在井斜突变井段钻铤会产生弯曲交变应力，易使钻铤磨损和折断，也可能造成井壁坍塌及键槽卡钻等事故，有时甚至被迫填井侧钻。井斜超标，也会影响固井质量，首先是造成下套管困难，同时套管下入后不易居中，这往往是造成固井窜槽、管外冒油冒气的原因之一。对采油工作来说，井斜过大会直接影响井下的分层开采、注水工作的正常进行(如下封隔器困难，封隔器密封不好等)，对抽油井也常引起油管和抽油杆的磨损和折断，甚至造成严重的井下事故。所以，井斜超标对油气田的勘探与开发都有很大危害。传统的防斜打直技术，无论是底部钻具组合本身，还是地层的自然造斜特性，均要求限制钻压的大小，甚至要求“轻压吊打”，从而严重降低了钻进的效率(由于小钻压不能满足钻头破岩的机械能量)。因此，如何高效控制井斜(即“防斜打快”)是钻井科技发展中的一个重大研究课题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种垂直钻井防斜装置，其结构简单，在钻井时，能够在满足钻头破岩所需的钻压前提下有效地将井斜控制在允许范围内，实现复杂地层钻进防斜打快的目标。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

一种垂直钻井防斜装置，它至少包括一段钻铤和固设在钻铤上的偏心稳定器，所述的偏心稳定器分别固设在钻铤两端，在钻铤的外圆表面上还装设有偏心块。

为了能够达到偏心稳定的目的，固设在钻铤两端的两个偏心稳定器的偏心量大小相同，偏心方向相同。

装设在钻铤外圆表面的偏心块的最佳形状为半圆柱状。

为了减少偏心块与钻铤之间的转动摩擦，在偏心块与钻铤外圆表面之间还设有轴承。

为了使钻铤在旋转一周的过程中，在某一角度内偏心块能够被两端的偏心稳定器抬离井壁，偏心稳定器的偏心量大于偏心块的偏心量且其偏心的方向相同。

钻铤和偏心稳定器之间通过螺纹连接。

综上所述，本发明其结构简单，在钻井时，将该结构的上偏心偏定器与钻铤通过螺纹相连，下偏心偏定器也与钻铤或直接与钻头通过螺纹相连，就能够在满足钻头破岩所需的钻压前提下有效地将井斜控制在允许范围内，实现复杂地层钻进防斜打快的目标。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的计算结果图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细地说明。

如图1所示，为本发明的结构示意图。从图中可知，本发明利用不倒翁原理(即其重心极低)，将一个半圆柱形的偏心块3，通过轴承2装设在钻铤5上。在偏心块3的两边各有一个偏心稳定器1和4，这两个偏心稳定器1和4的偏心量大于偏心块3的偏心量。两个偏心稳定器1和4的偏心量大小最好相同，偏心方向也最好相同。偏心稳定器1和4的偏心量比偏心块3的偏心量要大，这样就可以保证在钻铤旋转一周的过程中，某一段角度内偏心块3会被两边的偏心稳定器1和4抬离井壁，从而使其能够自由的转动。

本发明的工作机理是这样的，在钻垂直井时，如果井眼在钻进过程中不发生偏斜，偏心稳定器1和4以及钻铤5都通过螺纹连接成一体，它们将随钻铤同步转动，偏心块3由于摩擦力的作用也会慢慢的转动。

当井眼发生偏斜并且偏斜达到一定程度时，偏心块3的重力分量大于摩擦阻力，它就会在重力的作用下自动停留在井眼的低边上去，不再随钻铤转动，这样就可以将此处的钻铤顶到井眼的高边上去，从而产生一个很大的降斜力，使井斜得以有效控制。

应用此不倒翁式偏心防斜钻具组合可在常规钻压下使井斜得以有效控制，实现既防斜又打快的目标。

如图1所示，具体采用钻头的直径为216mm，钻铤的外径为159mm，钻头与偏心稳定器1的间距为2m，偏心块3中心与两个偏心稳定器1和4的间距都为1.2m，两个偏心稳定器1和4的偏心量都为7mm，偏心块3的偏心量为2mm，钻井液密度为1.2，钻压为120kN，井斜角为2°。根据上述本发明的工作机理，具体的计算结果如图2所示。

由计算结果可知，井斜力的大小随位置的变化曲线如图2所示。曲线形状像一个帽子，由帽边和帽顶组成。产生这一形状的原因是当偏心稳定器1和4的大头在高边时，此点的钻铤在低边，而偏心块3处的钻铤在高边，由杠杆原理，可产生很大的降斜力，形成了帽子的边；当偏心稳定器1和4的大头在低边时，就将钻铤顶到了高边，由于其偏心量大于偏心块3的偏心量，所以可将偏心块3顶离下井壁，产生的井斜力形状像帽子的顶。当出现井斜时，只要偏心块3停留在井眼的低边，钻铤在帽边位置时就会产生很大的降斜力，在帽顶位置时虽降斜力不大，但由于这时钻铤在井眼中心的上部，会带动钻头向下偏转，所以也有很好的降斜作用，因此可使井眼恢复到垂直状态。当没有井斜或井斜角非常小，偏心块3的重力径向分量产生的转动力矩小于轴承的摩擦阻力矩时，偏心块会随着钻铤慢慢转动，这时由于井斜力平均作用在井壁的圆周上，所以不会造斜。利用本发明的这种防斜装置，既使钻进高陡构造等严重易斜地层，也能保证实现“防斜打快”的理想目标。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1、一种垂直钻井防斜装置，它至少包括一段钻铤和固设在钻铤上的偏心稳定器，其特征在于：所述的偏心稳定器分别固设在钻铤两端，在钻铤的外圆表面上还装设有偏心块；两个偏心稳定器的偏心量大小相同，偏心方向相同；所述的偏心稳定器的偏心量大于偏心块的偏心量。

2、根据权利要求1所述的垂直钻井防斜装置，其特征在于：所述的偏心块为半圆柱状。

3、根据权利要求1所述的垂直钻井防斜装置，其特征在于：所述的偏心块与钻铤外圆表面之间还设有轴承，用于减少偏心块与钻铤之间的转动摩擦。

4、根据权利要求1所述的垂直钻井防斜装置，其特征在于：所述钻铤和偏心稳定器之间通过螺纹连接。