CN204266945U - 一种具有扶正结构的钻具稳定器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有扶正结构的钻具稳定器，涉及石油、天然气钻井工程的井下工具，包括稳定器本体及其两端的连接结构，在稳定器本体外表面上设置有扶正结构，所述扶正结构由若干个独立的扶正块组成，所述扶正块在稳定器本体圆周方向上和轴线方向上不连续分布。本实用新型能够提高钻柱系统工作稳定性，降低钻具卡钻风险的钻具稳定器。

Description

一种具有扶正结构的钻具稳定器

技术领域

本实用新型涉及石油、天然气钻井工程的井下工具，具体涉及一种钻井工具——钻具稳定器。

背景技术

在石油、天然气钻井工程中，钻柱系统的总长度通常能达到数千米甚至上万米，在钻井过程中钻柱系统要受到拉伸、压缩、扭转以及与井壁间的接触摩擦力等载荷作用，而使钻柱系统经常发生屈曲变形、钻柱偏磨甚至共振等现象，经常导致井眼轨迹偏离理论设计轨迹，甚至钻具断裂等的发生。

为约束、控制钻柱系统在旋转钻进过程中的横向位移，在钻具组合设计时常常在钻柱系统的某些位置连接一个或多个钻具稳定器，以起到稳定钻柱系统，控制井眼轨迹走向的作用。常规的钻具稳定器根据具体结构形式的不同，分为可换套稳定器、整体螺旋稳定器和整体直棱稳定器等，其主要的功能结构——“扶正结构”均为螺旋型或直线型的棱条状结构。

具有棱条状扶正结构的钻具稳定器与井壁间的接触面积大，特别是大位移井、大斜度定向井、水平井等复杂结构井钻井过程中所产生的摩擦阻力高，降低了钻头钻井扭矩响应和钻井能量利用率，且容易出现井壁掉块卡钻、缩颈卡钻等严重卡钻事故。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述不足，提供一种能够提高钻柱系统工作稳定性，降低钻具卡钻风险的钻具稳定器。

本实用新型的目的通过下述技术方案来实现：

一种具有扶正结构的钻具稳定器，包括稳定器本体及其两端的连接结构，在稳定器本体外表面上设置有扶正结构，所述扶正结构由若干个独立的扶正块组成，所述扶正块在稳定器本体圆周方向上和轴线方向上不连续分布。

上述方案中，当任一扶正块在稳定器本体圆周方向上与相邻的扶正块不接触，此为圆周方向上不连续；同理，相邻两扶正块在轴向方向上不接触，此为轴向方向上不连续。

作为选择，所述各扶正块在所述稳定器本体轴线方向上错位布置。

上述方案中，“错位布置”一方面可减少稳定器本体与井壁间的接触面积并有效降低摩擦阻力；另一方面所形成的特殊流道结构更有利于防止因井壁掉块等原因造成的卡钻事故的发生。

作为选择，所述扶正块在所述稳定器本体上螺旋布置。作为进一步选择，所述扶正块在所述稳定器本体上呈多头螺旋线状的螺旋布置。

上述方案中，所述“螺旋布置”是指扶正块以螺旋线为母线，在稳定器本体外表面上依次排列，所述“螺旋线”可以为左旋螺旋线也可以为右旋螺旋线，所述“螺旋线”可以为单头螺旋线、双头螺旋线、也可以为多头螺旋线。扶正块呈不连续螺旋状依次排列，一方面可以有效降低钻具稳定器与丼壁间的摩擦阻力，另一方面通过合理排布扶正结构的组成密度，可以灵活增加或降低钻具稳定器的流道结构，降低泥包和卡钻事故的发生几率。

作为选择，所述扶正块的横截面为圆形。

作为选择，所述扶正块的横截面轮廓线由至少三条线段连接构成，每一线段各自为直线段或曲线段。作为进一步选择，所述扶正块的横截面为不规则多边形。

上述方案中，所列具有圆形、多边形等扶正块横截面轮廓线形式的钻具稳定器，在与井壁接触摩擦滑移过程中为锐角或锐边接触（如图9所示），也即将常规楞条状扶正块的直线或大曲率光滑曲线的“刮切接触”改变为“犁削接触”，增强了钻具稳定器的保径能力。

作为选择，所述扶正块上固定有主动切削齿或被动耐磨齿，或主动切削齿和被动耐磨齿组合而成。

上述方案中，所谓“主动切削齿”定义为切削齿在扶正块上的固定方式为“切削齿工作面的法向线与切削齿所在位置点的稳定器径向线所夹角度较大”，一般情况下该角度不小于60°，该种情况下切削齿能以负前角吃入并刮切井壁，达到主动保径的效果；所谓“被动耐磨齿”定义为切削齿在扶正块上的固定方式为“切削齿工作面的法向线与切削齿所在位置点的稳定器径向线所夹角度较小”，该角度一般小于10°，该种情况下切削齿仅能以摩擦挤压方式保径，称之为被动保径。

作为选择，所述主动切削齿和/或被动耐磨齿选自PDC齿、硬质合金齿、孕镶金刚石复合齿中的一种或多种。

前述本实用新型主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本实用新型可采用并要求保护的方案。

本实用新型的有益效果：

1.本专利中的不连续扶正块构成的扶正结构，减少了与井壁间的接触摩擦阻力，同时采用“犁削”方式刮切井壁，使其具有较强的主动保径切削能力，可有效减少钻具稳定器因摩阻卡钻或井壁缩颈卡钻等事故的发生，提高了钻井安全性。

2.不连续分布的扶正块构成的扶正结构，改善了钻具稳定器的外表面流道分布形式，流道间隙小，钻井液流速急剧，可减轻稳定器流道泥包、井下落物、井壁掉块等问题对正常钻井作业造成的不利影响。

附图说明

图1是本专利第一个实施例的立体图。

图2是本专利第一个实施例中扶正块横截面示意图。

图3是本专利第一个实施例中扶正结构周向展开图。

图4是本专利第二个实施例的扶正块端面结构示意图。

图5是本专利第三个实施例中扶正块横截面示意图。

图6是本专利第三个实施例的扶正块端面结构示意图。

图7是本专利第四个实施例中扶正块横截面示意图。

图8是本专利第四个实施例的扶正块端面结构示意图。

图9本专利所述扶正块与井壁“犁削接触”示意图。

上述图中，其中：1、稳定器本体，11、外螺纹结构，12、内螺纹结构，2、扶正块，21、被动耐磨齿，22、主动切削齿，23、扶正块横截面轮廓线，

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本实用新型作进一步的说明。

实施例1：

如图1、2、3所示，一种具有扶正结构的钻具稳定器，包括稳定器本体1，在稳定器本体1的两端分别设置有内螺纹结构12和外螺纹结构11的连接结构，在稳定器本体1的外表面设置有扶正结构，扶正结构由若干个独立的扶正块2构成，且扶正块2在稳定器本体1圆周方向上和轴线方向上不连续分布。作为选择，各扶正块2在稳定器本体1轴线方向上错位布置。更进一步地，扶正块2在稳定器本体1上螺旋布置。如本实施例所示，扶正块2在稳定器本体1圆周方向均匀分布和轴线方向交错分布，形成扶正块2在稳定器本体1上呈多头螺旋线状的螺旋布置。在扶正块2上还可以选择进一步固定有若干被动耐磨齿21，扶正块2上设置的被动耐磨齿21为PDC齿或孕镶金刚石齿或硬质合金齿。其中，作为选择，扶正块2的横截面3的轮廓线31为圆形。如图9所示，本专利不连续的独立扶正结构与现有技术连续的楞条状扶正结构相比，扶正块可采用“犁削”方式刮切井壁，可使钻具稳定器的具有更好的刮切效果，保径能力可进一步提高。图9（左）为本专利具有圆形横截面的扶正块与井壁间“犁削接触”示意图。

实施例2：

如图4所示，本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：所述扶正块2在稳定器本体1工作时的工作旋转方向一侧，还固定有若干主动切削齿22。扶正块2上设置的主动切削齿22和（或）被动耐磨齿21为PDC齿或孕镶金刚石齿或硬质合金齿。

实施例3：

如图5、图6所示，本实施例与实施例2基本相同，其不同之处在于：扶正块2的横截面轮廓线由至少三条线段连接构成，每一线段各自为直线段或曲线段。作为选择，所述扶正块2的横截面轮廓线23为由一条圆弧曲线和两条直线段首尾相连接构成，这两条直线段的连接点位于钻具稳定器工作时的工作旋转方向一侧。如图9所示，本专利不连续的独立扶正结构与现有技术连续的楞条状扶正结构相比，扶正块可采用“犁削”方式刮切井壁，可使钻具稳定器的具有更好的刮切效果，保径能力可进一步提高。图9（右）为本专利具有多边形横截面的扶正块与井壁间“犁削接触”示意图。

实施例4：

如图7、8所示，本实施例与实施例3基本相同，其不同之处在于：扶正块2的横截面轮廓线23为带有圆弧过渡的七条直线段连接构成。其中，本实施例稳定器本体1工作旋转方向一侧的两条边所夹角α≤100°。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种具有扶正结构的钻具稳定器，包括稳定器本体及其两端的连接结构，在稳定器本体外表面上设置有扶正结构，其特征在于：所述扶正结构由若干个独立的扶正块组成，所述扶正块在稳定器本体圆周方向上和轴线方向上不连续分布。

2.如权利要求1所述的具有扶正结构的钻具稳定器，其特征在于：所述各扶正块在所述稳定器本体轴线方向上错位布置。

3.如权利要求1所述的具有扶正结构的钻具稳定器，其特征在于：所述扶正块在所述稳定器本体上螺旋布置。

4.如权利要求3所述的具有扶正结构的钻具稳定器，其特征在于：所述扶正块在所述稳定器本体上呈多头螺旋线状的螺旋布置。

5.如权利要求1所述的具有扶正结构的钻具稳定器，其特征在于：所述的扶正块的横截面轮廓线为圆形。

6.如权利要求1所述的具有扶正结构的钻具稳定器，其特征在于：所述扶正块的横截面轮廓线由至少三条线段连接构成，每一线段各自为直线段或曲线段。

7.如权利要求6所述的具有扶正结构的钻具稳定器，其特征在于：所述扶正块的横截面轮廓线为不规则多边形。

8.如权利要求1至7中任一权利要求所述的具有扶正结构的钻具稳定器，其特征在于：所述扶正块上设置有主动切削齿和/或被动耐磨齿。

9.如权利要求8所述的具有扶正结构的钻具稳定器，其特征在于：所述扶正块上设置的主动切削齿和/或被动耐磨齿为PDC齿或孕镶金刚石齿或硬质合金齿。