CN201363103Y - 一种复合式防磨减扭工具 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种用于石油、天然气和地质钻井中的复合式防磨减扭工具。它能降低钻杆对套管的磨损和撞击及钻杆在套管内壁或井壁上的扭矩传递损失。其技术方案是：防磨套由金属层和橡胶层组成，金属层和橡胶层有三种组合形式；防磨套靠本体轴肩和挡圈固定在本体中部，防磨套内部与本体之间有一定间隙；挡圈用螺纹与本体紧固在一起；防磨套外部有六条棱，每条棱中部均有一过流孔，防磨套内部有六条半圆形直槽分别与六个过流孔连通，防磨套两端圆角较大。本实用新型结构简单，所用橡胶材料具有耐磨性好、摩擦系数低等特性，可用于钻直井、水平井和大位移定向井中的造斜作业和弯曲井眼中，使套管有效地得到保护。

Description

一种复合式防磨减扭工具

技术领域

本实用新型涉及一种用于石油、天然气和地质钻井作业的特殊井下工具，特别适合应用在钻直井、水平井和大位移定向井中减小井下摩阻和扭矩的复合式防磨减扭工具。

背景技术

在石油天然气及地质钻井中，钻杆与套管之间的接触摩擦问题日益严重，特别是在钻深井、超深井和大位移定向井的过程中，钻杆要与先下入的技术套管发生接触摩擦并带有碰撞行为，井越深钻井周期越长，摩擦的后果越严重，当摩擦阻力大于钻具屈服压力后，钻压将无法施加到钻头上，使得钻井作业难以继续进行。套管磨薄或磨穿后将严重影响油井寿命。

近年来该问题日益获得重视。套管磨损发生在地下，在多年前很少有人意识到油井寿命短的主要原因之一是套管在钻井过程中就发生了严重的磨损现象。近年来国内外意识到了该问题的严重性，从理论和实验两方面进行了深入的研究，并提出应在钻井过程中就保护套管的理念，并形成了以润滑添加剂和防磨工具为主的两种套管防磨保护技术。实践证明同时使用两种技术是比较好的选择，并且单独使用防磨工具的防磨效果要明显优于单独使用润滑添加剂的防磨效果。

目前，国产防磨工具尚存在许多问题。国外防磨工具发展较早，也较成熟，但受知识产权和材质的限制，国内尚无法低成本使用国外的防磨工具。国内主要发展了三种形式的防磨工具，一种是纯橡胶式，一种是钢套式，还有一种是利用滚动轴承。目前国产橡胶式防磨工具的主要优点是防磨效果好，缺点是寿命短，易撕裂，且压耗大；目前国产钢套式防磨工具的主要优点是寿命长，缺点是防磨效果差，且容易卡死；另外一些利用滚动轴承来降低摩擦和减小扭矩，这种工具存在活动部件，使用寿命较短，并且制造工艺复杂，造价昂贵。国产防磨工具的技术现状阻碍了防磨技术的推广应用，随着深井和大位移井钻探工作量的增加，套管防磨问题日益迫切。

发明内容

本实用新型的目的是：为了有效降低钻井过程中钻杆对套管的磨损和撞击，降低钻杆在套管内壁或井壁上的扭矩传递损失，提高钻具使用寿命，特提供一种复合式防磨减扭工具。

为了达到上述目的，本实用新型解决此问题所采用的技术方案是：一种复合式防磨减扭工具，是由防磨套、本体和挡圈组成，其结构特征是：防磨套由金属层和橡胶层组成，防磨套靠本体轴肩和挡圈固定在本体中部，防磨套内部与本体之间有0.1～10mm的间隙；挡圈用螺纹与本体紧固在一起；防磨套外部有六条棱，每条棱中部均有一过流孔，防磨套内部有六条半圆形直槽分别与六个过流孔连通，防磨套两端圆角半径为5～15mm。

防磨套的金属层和橡胶层具有三种组合形式，组合一是金属层两端有凸缘，橡胶层粘接在凸缘间的凹槽内，金属层两端的凸缘，可以降低挡圈对防磨套的摩损速度；组合二是内部为金属层，外部粘接一层橡胶层；组合三是金属层内部和外部均粘接一层橡胶层。橡胶层用的是聚四氟乙烯与聚氨酯的合成橡胶；金属层表面喷焊一层具有较高耐磨性、较低硬度且具有一定自润滑作用的镍基合金材料。

本实用新型与现有技术对比，其有益效果是：1)该工具的防磨套由橡胶层和金属层组成，橡胶层摩擦系数低、耐磨性好，对套管和钻杆的磨损小，并且具有减震作用；2)金属层与橡胶层结合的结构可以有效防止橡胶撕裂，并且金属层表面喷焊一层具有较高耐磨性、较低硬度且具有一定自润滑作用的镍基合金材料，可以有效降低钻杆在套管内壁或井壁上的扭矩传递损失；3)防磨套内孔有六个半圆形直槽与流孔连通，可以防止防磨套卡死，另外防磨套两端圆角较大，在起下钻时可以有效减小防磨套与套管之间的摩擦。

附图说明

图1是本实用新型复合式防磨减扭工具结构一的结构示意图；

图2是结构一的防磨套由截面A-A得出的截面示意图；

图3是本实用新型复合式防磨减扭工具结构二的结构示意图；

图4是结构二的防磨套由截面B-B得出的截面示意图；

图5是本实用新型复合式防磨减扭工具结构三的结构示意图；

图6是结构三的防磨套由截面C-C得出的截面示意图。

图中：1.橡胶层，2.金属层，3.挡圈，4.本体，5.过流孔，6.本体轴肩。

具体实施方法

按照图1-图6所示，本实用新型一种复合式防磨减扭工具，是由防磨套、本体4和挡圈3组成。其结构特征是：防磨套由金属层2和摩擦系数低、耐磨性好的橡胶层1组成，防磨套靠本体轴肩6和挡圈3固定在本体4中部，防磨套内部与本体4之间有0.1～10mm的间隙；挡圈3用螺纹与本体4紧固在一起；防磨套外部有六条棱，每条棱中部均有一过流孔5，防磨套内部有六条半圆形直槽分别与六个过流孔5连通，防磨套两端圆角半径为5～15mm。

防磨套的金属层2和橡胶层1具有三种组合形式，组合一是金属层2两端有凸缘，橡胶层1粘接在凸缘间的凹槽内，金属层2两端的凸缘，可以降低挡圈3对防磨套的摩损速度；组合二是内部为金属层2，外部粘接一层橡胶层1；组合三是金属层2内部和外部均粘接一层橡胶层1。橡胶层1用的是聚四氟乙烯与聚氨酯的合成橡胶；金属层2表面喷焊一层具有较高耐磨性、较低硬度且具有一定自润滑作用的镍基合金，以减小钻杆与防磨套的摩擦。

本实用新型的橡胶层1摩擦系数低、耐磨性好，在起下钻或钻进作业中防磨套与套管的相对转速低于钻杆的相对转速且橡胶层1始终与套管内壁接触，因而减少了对套管内壁的磨损，并且橡胶层1可以起到减震作用；金属层2与橡胶层1结合的结构可以有效防止橡胶撕裂；金属层2表面喷焊一层具有较高耐磨性、较低硬度且具有一定自润滑作用的镍基合金材料，可以有效降低钻杆与防磨套的摩擦及钻杆的扭矩传递损失。

Claims (2)

1.一种复合式防磨减扭工具，由防磨套、本体(4)和挡圈(3)组成，其特征是：防磨套由金属层(2)和橡胶层(1)组成，防磨套靠本体轴肩(6)和挡圈(3)固定在本体(4)中部，防磨套内部与本体(4)之间有0.1～10mm的间隙；挡圈(3)用螺纹与本体(4)紧固在一起；防磨套外部有六条棱，每条棱中部均有一过流孔(5)，防磨套内部有六条半圆形直槽分别与六个过流孔(5)连通，防磨套两端圆角半径为5～15mm。

2.根据权利要求1所述的复合式防磨减扭工具，其特征是：防磨套金属层(2)和橡胶层(1)的组合形式是，金属层(2)的两端有凸缘，橡胶层(1)粘接在凸缘间的凹槽内；或是内部为金属层(2)，外部粘接一层橡胶层(1)；或是金属层(2)内部和外部均粘接一层橡胶层(1)，三种组合形式中的一种。

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