CN208330246U - 分体式井壁修复装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种分体式井壁修复装置，该分体式井壁修复装置用于与钻具上的螺杆相连，包括：上本体、切削修复翼主体和下本体，上本体、切削修复翼主体和下本体整体套接在所述螺杆上，且切削修复翼主体位于上本体和下本体之间。本实用新型提供分体式井壁修复装置解决了现有技术中使用的一体式稳定器出现损坏无法及时更换，造成钻井工作效率低及更换过程费时费力的技术问题。

Description

分体式井壁修复装置

技术领域

本实用新型涉及一种石油钻井技术领域，尤其涉及一种分体式井壁修复装置。

背景技术

吐哈油田地质情况复杂，上部地层含大量盐膏，钻井过程中易水化分散膨胀引起井眼缩径，导致钻头遇阻后卡钻。中深部地层含大段易剥落垮塌硬质泥岩，以及大段煤系、破碎带地层，因此复杂的井筒环境导致钻进、起下钻工况中，遇阻、遇卡、划眼等复杂事故频繁发生。如何有效的修复井壁和疏通井筒是油气开采领域亟待解决的技术问题之一。

在目前油气开采过程当中，若在井筒内部发生钻头卡钻，或硬质泥岩坍塌发生钻头遇阻等问题时，现有的解决方法是将此段井筒封闭，重新侧钻或另起井口继续作业。

然而现有另起井口的方法，不仅耗费大量的人力物力，而且另起的井口位置也会造成井下位置偏差，因此该方法并不是针对井筒钻头遇阻或卡钻问题的最行之有效的解决方法。而且据不完全统计，90％以上的阻、卡位置都位于欠尺寸或满眼稳定器上，处理手段被动受限，同时近钻头螺杆设置的稳定器为一体式固定结构，一旦稳定器磨损严重，不能实现灵活可换，难以满足控斜的要求。

实用新型内容

本实用新型提供一种分体式井壁修复装置，不仅可以避免现有井筒内壁的缩径和垮塌，保证钻具在井筒内的顺畅作业，而且一旦该装置出现磨损故障时可随时快捷更换，同时还可参与井壁切削，提高了井壁随钻修复及处理井筒复杂情况的能力，有效地降低了综合钻井成本。

本实用新型提供的分体式井壁修复装置，包括：

上本体、切削修复翼主体和下本体，所述上本体、所述切削修复翼主体和所述下本体整体套接在所述螺杆上，且所述切削修复翼主体位于所述上本体和所述下本体之间。

进一步地，所述切削修复翼主体包括壳体和设置在壳体外表面上的至少三个直刀翼，其中，所述直刀翼沿着所述壳体的轴向间隔设置。

进一步地，所述直刀翼包括上坡体、平直切削修复本体和下坡体，其中，所述平直切削修复本体位于所述上坡体和所述下坡体之间。

进一步地，所述上坡体、所述平直切削修复本体和所述下坡体的外表面上分别设有多个复合刀片和多个尖锥齿。

进一步地，所述上坡体包括第一坡面和第二坡面，其中，所述第二坡面的一端与所述第一坡面相连，第二坡面的另一端与所述平直切削修复本体相连。

进一步地，所述第一坡面的斜坡倒角为60°，所述第二坡面的斜坡倒角为11°。

进一步地，所述下坡体包括第三坡面和第四坡面，其中，所述第三坡面的一端与所述平直切削修复本体相连，所述第三坡面的另一端与所述第四坡面相连。

进一步地，所述第三坡面的斜坡倒角为15°，所述第四坡面的斜坡倒角为50°。

进一步地，所述上本体和所述下本体的内部分别设有与所述螺杆的外螺纹匹配的内螺纹。

进一步地，所述壳体和所述直刀翼一体成型。

如上所述的分体式井壁修复装置，可选的，存在其他使用情况，其中，直刀翼在钻井过程中起到辅助钻头工作参与井壁切削的作用，设置的数量为3到4片甚至更多，具体设置的数量以现场实际情况和切削修复翼主体的壳体尺寸来决定。

本实用新型提供一种分体式井壁修复装置，通过整体套接在钻杆螺杆上的上本体、切削修复翼主体和下本体所构成的分体式井壁修复装置来辅助钻头工作，其中上本体和下本体通过螺纹与螺杆连接，同时夹紧位于它们中间的切削修复翼主体，切削修复翼主体的外壳体上设置有复数个直刀翼，直刀翼的外表面则设置有复数个尖锥齿和复合刀片，在钻井工作中，将井筒壁修复平整，这样可以防止出现在钻头钻过的井筒壁上出现凸起的岩石导致钻头上提过程中发生卡住的情况，现有技术中使用的稳定器并不具备上述修复功能导致经常出现遇阻和遇卡的情况，同时现有的稳定器主要起到稳定钻头井眼方向防止钻井过程中出现钻头倾斜使得井眼偏离并最终导致钻头卡住的情况，但由于钻井过程中稳定器的磨损现象较为严重，而稳定器为一体式设计，出现磨损后更换难度大，本申请提供的分体式井壁修复装置不仅可以起到控斜的作用而且其为一种分体式设计，切削修复翼主体是可以更换的部件且更换方便快捷，同时设置在直刀翼上的复合刀片为金刚石材质，耐磨性能极佳。与现有技术中的稳定器相比，不仅可以辅助钻头工作参与井壁切削，修复井筒壁，提高了井壁随钻修复及处理井筒复杂的能力，而且为分体式设计，出现问题可及时更换，有效地降低了综合钻井成本和解决钻井过程中发生的卡、阻现象等技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型提供的分体式井壁修复装置的结构示意图；

图2是本实用新型提供的分体式井壁修复装置的整体结构示意图；

图3是本实用新型提供的分体式井壁修复装置上本体的结构示意图；

图4是本实用新型提供的分体式井壁修复装置直刀翼的结构示意图；

图5是本实用新型提供的分体式井壁修复装置的再一结构示意图；

图6是本实用新型提供的分体式井壁修复装置直刀翼坡面结构示意图；

图7是本实用新型实施例提供的分体式井壁修复装置的动力钻具组合的结构示意图。

附图标记说明：

10-上本体；

11-切削修复翼主体；

12-下本体；

21-直刀翼；

31-上坡体；

32-平直切削修复本体；

33-下坡体；

41-尖锥齿；

42-复合刀片；

51-第一坡面；

52-第二坡面；

71-第四坡面；

72-第三坡面；

91-内螺纹；

101-螺杆；

102-分体式井壁修复装置；

103-钻头。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1是本实用新型提供的分体式井壁修复装置的结构示意图；图2是本实用新型提供的分体式井壁修复装置的整体结构示意图；图3是本实用新型提供的分体式井壁修复装置上本体的结构示意图；图4是本实用新型提供的分体式井壁修复装置直刀翼的结构示意图；图5是本实用新型提供的分体式井壁修复装置的再一结构示意图；图6是本实用新型提供的分体式井壁修复装置直刀翼的坡面结构示意图；图7是本实用新型提供的分体式井壁修复装置的动力钻具组合的结构示意图。

本实施例提供的可换随钻分体式井壁修复装置102主要用于辅助钻头103并参与钻井，在钻井过程中修复井筒壁，使井壁变的平整光滑利于钻头103的工作，同时采用分体式设计保证在分体式井壁修复装置102出现故障时可随时更换，极大地提高了钻井的工作效率，降低了事故的发生。

本实施例中，如图1和图2所示，可换随钻分体式井壁修复装置102具体包括：上本体10、切削修复翼主体11和下本体12，以上部件均套设在钻杆上的螺杆101上，其中，上本体10的上端采用内螺纹91与螺杆101上与其相匹配的外螺纹连接，下本体12的下端也采用内螺纹91与螺杆101上与其相匹配的外螺纹连接，切削修复翼主体11也套设在螺杆101上但不与螺杆101连接，切削修复翼主体11位于上本体10和下本体12之间，当上本体10和下本体12与螺杆101的螺纹连接紧密后，切削修复翼主体11会被上本体10和下本体12夹紧，在钻井工作中不会出现偏离或不平稳的情况，由于切削修复翼主体11为磨损件，在钻井过程中会主动参与钻头103的作业，会造成不可避免的磨损情况，当磨损状况较为严重导致其无法再继续工作时，需要及时更换，而上本体10、切削修复翼主体11和下本体12采用彼此独立的设计就是为了在更换切削修复翼主体11时可以更加方便快捷。

其中，本实施例中，切削修复翼主体11为一圆筒形壳体，在壳体上设置有至少三个直刀翼21，所述至少三个直刀翼21沿着所述壳体的轴向间隔设置，直刀翼21是分体式井壁修复装置102的核心部件，在钻井过程中主要是通过直刀翼21的工作来完成井壁修复的，直刀翼21的数量设置主要依据现场的实际情况而定，因为直刀翼21设置在壳体的外表面上，当钻头103工作时壳体上的直刀翼21会随着钻头103一起做高速转动并参与井壁削切和修复工作，因为钻头103的转速很快，所以设置的三个直刀翼21完全可以完成井壁的削切和修复工作，但是如果现场施工的井筒壁环境较为复杂时，也就是待施工的地层复杂多变较易发生崩塌、缩径等情况时，可以通过多设置直刀翼21的方式来解决这些问题，提高分体式井壁修复装置102的工作效果，可以设置四片直刀翼21甚至更多，最多时可采用布满切削修复翼壳体外表面的形式，以达到最佳的工作效果。

其中，本实施例中，需要说明的时，如图3所示，直刀翼21采用直连反扣的形式套接在螺杆101上，即分体式井壁修复装置102的上本体10和下本体12与螺杆101的螺纹连接方式为反方向拧紧的方式，这里所述的方向指的是钻头103在工作时的转动方向，因为在钻井工作中钻头103会高速转动，如果采用和钻头103旋转方向一致的方式来拧紧时，在钻头103工作时，丝扣之间会因为旋转方向和丝扣方向一致而出现越转动越松动的现象，这极不利于分体式井壁修复装置102的工作，所以采用反扣式连接，即丝扣方向和钻头103旋转方向相反的方式连接，这样在钻头103旋转时，丝扣之间会越来越紧，防止分体式井壁修复装置102无法正常工作。

其中，本实施例中，如图4所示，直刀翼21的组成包括上坡体31、平直切削修复本体32和下坡体33，平直切削修复本体32的一端与上坡体31相连接，而另一端与下坡体33相连接，平直切削修复本体32的表面设置有复合刀片42，该复合刀片42设置在平直切削修复本体32的两侧边沿中的任一边沿，设置的数量一般为4至6片，但依据现场的实际情况可以设置更多的复合刀片42。

具体的，本实施例中的复合刀片42使用的是金刚石复合片。其中，需要说明的是，由于复合刀片42是用于扩径和削平井筒内壁，因此该复合刀片42需要选用强度和硬度均较高的材料。该复合刀片42可以是金刚石复合片，金刚石的莫氏硬度为10级，可以满足井筒修复。

进一步地，本实施例中，平直切削修复本体32除了设置有金刚石复合片外还设置有尖锥齿41，该尖锥齿41起到修复井筒壁表面的作用，尖锥齿41设置在平直切削修复本体32的外边面，采用均匀式镶嵌聚晶柱体的方式进行排列布齿，一片直刀翼21至少需要30个尖锥齿41，尖锥齿41的具体设置数量以现场的实际情况而定，或者采用金刚石复合片与聚晶柱体间歇镶嵌布齿的方式来进行布齿。

其中，本实施例中，上坡体31的表面与平直切削修复本体32类似，也设置了金刚石复合刀片42和尖锥齿41，金刚石复合刀片42的设置数量为2至3片，但依据现场的实际情况可以设置更多的复合刀片42，尖锥齿41的设置数量为12个，采用四行三列非矩阵布齿方式，但依据现场的实际情况可以设置更多的尖锥齿41。

其中，需要说明的是，本实施例中，如图5和图6所示，上坡体31采用坡度倒角的形式，即直刀翼21的上端也就是上坡体31是带有一定坡度和倒角的，并非平直带有棱角的，这种带有圆弧状的平滑设计可以保证在钻井过程中，分体式井壁修复装置102不会在钻具上提或下压的操作中与井筒壁发生卡住等硬接触，上坡体31的倒角为第一坡面51和第二坡面52，其中第一坡面51的斜坡倒角α为60°，第二坡面52的斜坡倒角β为11°。

进一步地，本实施例中，下坡体33的表面与平直切削修复本体32及上坡体31类似，也设置了金刚石复合刀片42和尖锥齿41，金刚石复合刀片42的设置数量为2至3片，但依据现场的实际情况可以设置更多的复合刀片42，尖锥齿41的设置数量为6个，采用两行三列均匀布齿方式，但依据现场的实际情况可以设置更多的尖锥齿41。

其中，需要说明的是，本实施例中，下坡体33与上坡体31类似也采用坡度倒角的形式，即直刀翼21的下端也就是下坡体33是带有一定坡度和倒角的，并非平直带有棱角的，下坡体33的倒角为第三坡面72和第四坡面71，其中第三坡面72的斜坡倒角θ为15°，第四坡面71的斜坡倒角Ф为50°。

其中，需要说明的是，本实施例中，虽然上坡体31、平直切削修复本体32和下坡体33均设置有金刚石复合片，但复合刀片42的厚度是不一致的，上坡体31和下坡体33设置的金刚石复合片为10毫米至19毫米，而平直切削修复本体32设置的金刚石复合片为13毫米至19毫米，由于在钻井过程中，平直切削修复本体32与井筒壁的接触面积比上坡体31和下坡体33更大也更为直接，所以磨损的程度也更高，因此一般使用的金刚石复合片厚度较上坡体31和下坡体33略厚一些，但是如果井筒壁的情况极为复杂时可以都使用最厚的金刚石复合片。

进一步地，本实施例中，直刀翼21采用金刚石复合片和尖锥齿41在钻井过程中，钻头103下钻的过程中，钻过的井筒壁不可避免的会出现不平整的岩石凸起，此时在修复过程中，除了金刚石复合片的削切作用外，尖锥齿41主要起击碎作用，通过高速旋转所带来的震动将凸起的岩石震碎，为了进一步加强击碎能力，使用尖锥齿41而非尖圆齿。

其中，需要说明的是，本实施中，当直刀翼21出现磨损需要更换时，需要更换整个切削修复翼主体11，由于直刀翼21与切削修复翼主体11是一体成型的，不能对单一的直刀翼21进行更换，而是更换整个切削修复翼主体11。

进一步地，本实施例中，如图7所示，分体式井壁修复装置102在参与钻井工作时与动力钻具采用“0-1-2”钻具组合的形式，即钻头103位于最下方，接着是分体式井壁修复装置102，再接下来是单弯螺杆101，接着是常规井壁修复装置，再接着是2根钻铤，接着是常规井壁修复装置，再接着是12根钻铤，最后是钻杆，以上的排列组装形式就是“0-1-2”钻具组合，该组合在钻井过程中可以充分的发挥出分体式井壁修复装置102的功能和作用。该套工具通过研发、试验应用、再改进，在玉北深层稠油、北部山前带致密气、三塘湖深层火成岩领域大尺寸井眼现场应用共计8井次，通过应用充分验证了该工具能有效克服井壁缩径、易垮塌等地层特性，创裸眼段长4095米最高安全钻井纪录，整体探井复杂事故率由2015年的11.35％降至2017年的3.98％，2017年探井平均机速达到6.26m/h，较2016年平均机速提高7.4％，实现了全井段全压安全复合钻进。其中，需要说明的是常规井壁修复装置为一体式井壁修复装置，这里只有与钻头最接近的井壁修复装置使用分体式井壁修复装置102，这是因为最靠近钻头的井壁修复装置磨损较大，更换频率较高，所以使用分体式井壁修复装置102，当然上述方式不是唯一确定的，可以根据现场的实际磨损情况来设置井壁修复装置是使用一体式还是分体式。

进一步地，本实施例中，分体式井壁修复装置102主要可以解决钻井过程中，井筒壁出现的缩、阻、塌、卡现象，缩是指钻井过程中井筒壁突然出现的缩径现象，原有技术中一般使用的稳定器，在出现井筒壁直径突然缩小即缩径时，由于自身尺寸问题，极易出现卡住的情况，此时由于稳定器卡在井筒壁中，钻头103无法继续工作，而且钻头103从井筒壁上提的过程中同样容易出现缩径的情况，但分体式井壁修复装置102的外直径比钻头103要略小，所以在钻头103向下钻井时，只要钻头103可以通过的地方分体式井壁修复装置102也可以通过，不会出现缩径卡住的情况，而且分体式井壁修复装置102在钻头103下钻的过程中会修复已钻过的井筒壁使其变得较为光滑平整，在钻具上提的过程中不会出现因为井筒壁上有凸起的岩石导致的缩径现象。

进一步地，本实施例中，在钻井过程中由于地层结构复杂，有时会出现井筒壁坍塌的情况，现有技术中所使用的稳定器并不具备处理坍塌的能力，当钻井过程中，上方井壁出现坍塌时，会直接掉落至钻头103上方的稳定器处，但稳定器无法应对落石最终会出现钻具整体卡在井筒壁甚至被多颗落石覆盖的情况，而使用分体式井壁修复装置102则可有效避免该情况的发生，落石出现时，会被钻具的随钻震击器击碎成小块岩石，在分体式井壁修复装置102直刀翼21上设置的金刚石复合片和尖锥齿41的共同作用下被进一步磨碎并最终从钻具的环空带掉落至下方，有效避免了因坍塌造成的钻具卡住的现象。

进一步地，本实施例中，使用可换分体式井壁修复装置102可以完全代替现有技术中使用的稳定器，可换分体式井壁修复装置102除了可以达到稳定器防控斜的作用外，还可以参与井壁削切，修复井筒壁辅助钻头103工作，极大地提升了钻井的工作效率和降低事故发生率，因此，该工具针对大尺寸井眼复杂地层钻井具有较大推广应用价值。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，本文中使用的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种分体式井壁修复装置，所述分体式井壁修复装置用于与钻具上的螺杆相连，其特征在于，包括：上本体、切削修复翼主体和下本体，所述上本体、所述切削修复翼主体和所述下本体整体套接在所述螺杆上，且所述切削修复翼主体位于所述上本体和所述下本体之间。

2.根据权利要求1所述的分体式井壁修复装置，其特征在于，所述切削修复翼主体包括壳体和设置在壳体外表面上的至少三个直刀翼，其中，所述刀翼沿着所述壳体的轴向间隔设置。

3.根据权利要求2所述的分体式井壁修复装置，其特征在于，所述直刀翼包括上坡体、平直切削修复本体和下坡体，其中，所述平直切削修复本体位于所述上坡体和所述下坡体之间。

4.根据权利要求3所述的分体式井壁修复装置，其特征在于，所述上坡体、所述平直切削修复本体和所述下坡体的外表面上分别设有多个复合刀片和多个尖锥齿。

5.根据权利要求3所述的分体式井壁修复装置，其特征在于，所述上坡体包括第一坡面和第二坡面，其中，所述第二坡面的一端与所述第一坡面相连，第二坡面的另一端与所述平直切削修复本体相连。

6.根据权利要求5所述的分体式井壁修复装置，其特征在于，所述第一坡面的斜坡倒角为60°，

所述第二坡面的斜坡倒角为11°。

7.根据权利要求3所述的分体式井壁修复装置，其特征在于，所述下坡体包括第三坡面和第四坡面，其中，所述第三坡面的一端与所述平直切削修复本体相连，所述第三坡面的另一端与所述第四坡面相连。

8.根据权利要求7所述的分体式井壁修复装置，其特征在于，所述第三坡面的斜坡倒角为15°，

所述第四坡面的斜坡倒角为50°。

9.根据权利要求1-8任一所述的分体式井壁修复装置，其特征在于，所述上本体和所述下本体的内部分别设有与所述螺杆的外螺纹匹配的内螺纹。

10.根据权利要求2-8任一所述的分体式井壁修复装置，其特征在于，所述壳体和所述直刀翼一体成型。