CN212003078U - 一种钻井用防卡防托压结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种钻井用防卡防托压结构，包括多根配合相连的钻杆节或钻铤，钻杆节或钻铤通过接头螺纹配合相连，还包括设置在钻杆节或钻铤之间的防卡减阻器；防卡减阻器呈阶梯轴状，阶梯处设置有起剪切左右的剪切块，剪切块具有剪切刃，剪切刃与防卡减阻器的轴线具有夹角；防卡减阻器的大径柱面上设置有减小摩擦的滚珠。本实用新型达到的有益效果是：能有效避免因井壁垮塌形成的掉块而造成的钻具被卡死的情况、能解决多年来因大斜度和水平井钻具托压在井壁而不能有效地将钻压施加在钻头上的问题。

Description

一种钻井用防卡防托压结构

技术领域

本实用新型涉及油田或天然气钻井设备技术领域，特别是一种钻井用防卡防托压结构。

背景技术

目前石油、天然气的勘探开发钻井中，为了增加产量，大部分钻井采用大斜度井和水平井，达到暴露油气层的面层的目的。但是这种方式却增大了钻井的难度和风险。

具体地，在实际钻井过程中，一直以来存在两大技术难题未得到解决。一是钻井中由于岩石疏松、底层不稳定和起下钻对井壁的碰撞等因素，井壁容易产生掉块、岩屑等落物掉落至井下。掉块和岩屑等落物容易卡在钻杆工具的肩台处，让钻杆工具无法动作，形成卡钻事故，处理不好会造成全井报废；而井壁跨塌、掉块又是钻井开采中不可避免的问题，因此如何有效地避免或者降低卡钻是大斜度井和水平井急需解决的钻井难题之一。另一个是，在大斜度井和水平井中，由于钻具在自身重力作用下始终靠在井壁的下壁面处，因此存在较大的摩擦力；当处于2500~6000m的水平段长度时，钻具与井壁的下壁面的接触面积较大，对钻具施加钻压时，钻压所产生的力大部分都用来克服摩擦力，而只有少部分力传递到钻头处起到实际钻井的作用，目前使用水力振荡器因其消耗的水马力大，给钻井泥浆泵和钻具管线的工作带来困难。

申请人根据自身多年以来的实际工作经验和技术积累，设计一种钻井用防卡防托压结构，以解决上述难题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种能有效避免因井壁垮塌形成的掉块而造成的钻具被卡死的情况、能解决多年来因钻具托压在井壁而不能有效地将钻压施加在钻头上的问题的钻井用防卡防托压结构。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：一种钻井用防卡防托压结构，包括3~15柱螺纹配合相连的钻杆节或钻铤，还包括设置在钻杆节或钻铤之间的防卡减阻器；

所述的防卡减阻器呈斜坡轴状，斜坡处设置有起剪切左右的剪切块，剪切块具有剪切刃，剪切刃与防卡减阻器的轴线具有30~60度夹角；

所述的防卡减阻器的大径柱面上设置有减小摩擦的滚珠。

所述的防卡减阻器包括相连的大径轴杆和小径轴杆，且两者之间的斜坡处呈锥面；所述大径轴杆的柱面上开有螺旋槽，或者大径轴杆直接是光轴杆。

进一步地，所述的滚珠设置在大径轴杆的柱面上；滚珠平行于大径轴杆的轴线设置，或者滚珠沿大径轴杆螺旋设置。

滚珠的设置方式可以有多种，其中有两种较为优选的设置方式：

设置一，大径轴杆上开有安装槽，所有滚珠均灌入安装槽内；所有滚珠通过一个带通孔的盖板条被压住，滚珠的一部分从通孔中露出。或者在设置一的基础上进行改进，将安装槽的截面设计成开口朝上的C型状，所有滚珠灌入安装槽后在安装槽的灌入口处拧入锁紧螺杆将滚珠挡住。

设置二，大径轴杆上间隔开有多个半圆坑，滚珠放置在对应的半圆坑内；每个滚珠通过单个的带通孔的盖板块被压住，滚珠的一部分从通孔中露出。

所述的小径轴杆和大径轴杆相连的锥面处，周向设置有多个可拆卸的剪切块，剪切块的剪切刃上还镶有金刚石复合片。

剪切块设置在防卡减阻器上时，能采取多种方式，其中有两种较为优选的设置方式：

其一，所述的大径轴杆上沿斜坡处的锥面开有榫形槽，剪切块通过榫头与榫形槽配合安装。

其二，所述的剪切块的根部为瓣状的弧形抱环，多个剪切块弧形抱环拼接形成完整的圆形抱环；所述圆形抱环抱箍在大径轴杆的锥面处，且其抱箍面与大径轴杆的锥面相适配，圆形抱环具有外螺纹，大径轴杆靠近锥面处的柱面上具有螺纹，大径轴杆和圆形抱环之间通过带内螺纹的外套管螺纹配合相连。

当然还可以将剪切块直接焊接安装。

另外，还可以直接在钻杆节的锥面处直接设置剪切块，起到剪切作用。在设置时，同样有两种优选的方式：

方式一，所述的剪切块的根部为瓣状的弧形抱环，多个剪切块弧形抱环拼接形成完整的圆形抱环，圆形抱环抱箍在钻杆节靠近其锥面的小径杆上，剪切块的瓣状的弧形抱环之间通过螺杆配合相连。

方式二，所述的钻杆节靠近其锥面的小径杆上还能够直接设置剪切块；所述的钻杆节小径杆上套设有两半圆形内圈，两半圆形内圈的接触面呈卡扣台状，通过在卡扣台中拧入螺杆实现两半圆形内圈固定相连；

所述的剪切块的根部为瓣状的弧形抱环，多个剪切块弧形抱环拼接形成完整的圆形抱环，圆形抱环抱箍在两半圆形内圈外，每个剪切块的瓣状的弧形抱环通过螺钉与半圆形内圈相连，半圆形内圈具有相应螺纹孔。

本实用新型具有以下优点：

（1）通过设置剪切块，当本方案的钻具结构发生卡钻时，抽动钻具使其沿轴向移动，让剪切块将掉块或岩屑剪断，起到防卡作用；另外还设置有滚珠，当钻井较深时，滚珠与井下壁接触，不仅减小了接触面积，还将滑动摩擦变为滚动摩擦，起到减小摩擦阻力的作用，避免卡钻，而且将钻压产生的更多的力传递到钻头上，使得实际开采的力更大，钻压的利用率高；

（2）本方案通过增设防卡减阻器，在防卡减阻器上设置滚珠，在防卡减阻器上设置剪切块或者直接在钻杆节上抱箍设置剪切块，不用对原钻具进行加工，通用性高，适用于各种钻具、各个客户，市场前景广；

（3）滚珠的设置结构简单，便于拆卸安装；剪切块同理。

附图说明

图1 为滚珠设置在安装槽内的防卡减阻器结构示意图；

图2 为图1中A处的放大图；

图3 为图1中B-B截面的结构示意图；

图4 为滚珠设置在半圆坑内的防卡减阻器结构示意图；

图5 为滚珠设置在螺旋槽内的防卡减阻器结构示意图；

图6 为第一种根部为瓣状的剪切块抱箍在防卡减阻器锥面的结构示意图；

图7 为具有半圆坑的防卡减阻器与钻杆节相连的结构示意图；

图8 为第二种根部为瓣状的剪切块直接抱箍在钻杆节锥面处的结构示意图；

图9 为第二种根部为瓣状的剪切块形成圆形抱环的正视图；

图10 为第二种根部为瓣状的剪切块形成圆形抱环的侧视图；

图11 为第三种根部为瓣状的剪切块形成圆形抱环的侧视图；

图12 为两各半圆形内圈相连的结构示意图；

图13 为带有防卡减阻器的钻具在钻井中的结构示意图；

图14 为剪切器具有金刚石复合片以及滚珠灌入安装槽后被锁紧螺杆抵挡的结构示意图；

图中：1-防卡减阻器，2-剪切块，3-滚珠，4-安装槽，5-盖板条，6-半圆坑，7-盖板块，8-榫形槽，9-外套管，10-半圆形内圈，11-压块。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的描述，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。

如图1~14图所示，一种钻井用防卡防托压结构，包括多根钻杆节，钻杆节的两端头为螺纹扣状，且钻杆节之间通过螺纹配合相连形成钻具杆，钻具杆的一端设置有钻头而另一端为钻压施加装置，这是普通的钻井钻具结构；但是本方案还包括防卡减阻器1，防卡减阻器1间隔地设置在钻杆节之间。

对于普通钻井钻具而言，一根钻杆节的长度大约为9m，其两端头大，对于这种长度的钻杆节，防卡减阻器1可根据实际情况选择间隔9m、18m、27m……进行设置，但是防卡减阻器1的外径一定要比钻杆节两端头处的外径大。

本方案中，防卡减阻器1包括相连的大径轴杆和小径轴杆，两者呈斜坡轴状相连，相连的斜坡处呈锥面，大径轴杆的柱面上开有螺旋槽，或者大径轴杆直接是光轴杆（图1为光轴杆，图4、图5、图7为螺旋槽，图6根据具体情况可在螺旋槽或光轴杆作选择）。为了便于安装，防卡减阻器1的两端也具有与钻杆节端头相适配的螺纹扣。对于防卡减阻器1的具体结构，有多种选择：一种是，只有一根大径轴杆、一根小径轴杆，两者连接的总长度大约为2m（未画出）；另一种是，有两根小径轴杆和一根大径轴杆，两小径轴杆连接在大径轴杆的两端，总长度大约在9m左右，用以代替一节钻杆节（说明书附图中仅是画的该结构）。

本方案核心设置有两点，一点是，在防卡减阻器1的大径轴杆的柱面上设置有减小摩擦的滚珠3；另一点是，在钻具上设置有将掉块或者岩屑剪断的剪切块2，剪切块2具有剪切刃。

由于钻具为标准件，不易直接对钻具本身进行加工，否则制备出来也仅仅是该公司的用户才能使用本方案中的防卡防托压的结构，通用性不高，市场前景很低。为了增加通用性，必须不改变原本的钻具，为此本方案特地增加防卡减阻器1，将其作为辅助依托件，滚珠3设置在其上；对于剪切块2，可以设置在防卡减阻器1上，但也可以直接设置在钻杆节上起到剪切作用。

具体地，当剪切块2设置在防卡减阻器1上时，设置在小径轴杆和大径轴杆相连的锥面处，且剪切块2周向可拆卸地设置，剪切块2的剪切刃上还镶有金刚石复合片（如图14所示）。有两种优选的设置手段。

设置手段一，如图1~图5所示，大径轴杆上沿阶梯处的锥面开有榫形槽8，剪切块2通过榫头与榫形槽8配合安装；在图1中，当剪切块2安装在榫形槽8中时，盖板条5通过压块11将剪切块2堵死固定在榫形槽8中；在图4和图5中，还可以通过螺钉等方式将剪切块2直接固定在防卡减阻器1上。设置手段二，剪切块2的根部为瓣状的弧形抱环，多个剪切块2弧形抱环拼接形成完整的圆形抱环；圆形抱环抱箍在大径轴杆的锥面处，且其抱箍面与大径轴杆的锥面相适配，圆形抱环具有外螺纹，大径轴杆靠近锥面处的柱面上具有螺纹，大径轴杆和圆形抱环之间通过带内螺纹的外套管9螺纹配合相连（如图6所示，为第一种根部为瓣状的剪切块2，图中仅选用了为半圆形的两瓣；该种结构中：其根部的瓣状一部分将防卡减阻器1的锥面抱箍，根部的另一部分将防卡减阻器1的大径轴杆柱面抱箍）。当然还可以将剪切块直接焊接安装。

当剪切块2直接设置在钻杆节上时，由于普通钻具中，钻杆节中间小径杆和两端大径头之间也会形成锥面，因此剪切块2设置在该锥面上，但是固定处在靠近锥面的小径杆上。同样有两种设置方式。

设置方式一，如图8、图9和图10所示，剪切块2的根部为瓣状的弧形抱环，多个剪切块2弧形抱环拼接形成完整的圆形抱环，圆形抱环抱箍在钻杆节靠近其锥面的小径杆上，剪切块2的瓣状的弧形抱环之间通过螺杆配合相连（这种剪切块2为第二种根部为瓣状的形式，其根部的一部分将钻杆节的锥面抱箍，另一部分将钻杆节的小径杆抱箍且该部分呈卡扣状相连，通过螺杆拧紧固定，如图9和图10所示）。设置方式二，钻杆节靠近其锥面的小径杆上还能够直接设置剪切块2；钻杆节小径杆上套设有两半圆形内圈10，两半圆形内圈10的接触面呈卡扣台状，通过在卡扣台中拧入螺杆实现两半圆形内圈10固定相连；剪切块2的根部为瓣状的弧形抱环，多个剪切块2弧形抱环拼接形成完整的圆形抱环，圆形抱环抱箍在两半圆形内圈10外，每个剪切块2的瓣状的弧形抱环通过螺钉与半圆形内圈10相连，半圆形内圈10具有相应螺纹孔（该剪切块2为第三种根部为瓣状的形式，其根部的一部分将钻杆节的锥面抱箍，另一部分将钻杆节的小径杆抱箍且该部分通过两半圆形内圈10抱箍在钻杆节的小径杆上，两半圆形内圈10具有卡扣状结构，如图12所示；该剪切块2通过螺钉与半圆形内圈10固定相连）。

对于滚珠3而言，由于无法对原钻具进行加工，因此只能设置在防卡减阻器1上，滚珠3可设置在大径轴杆的柱面上。有两种设置方式，即滚珠3平行于大径轴杆的轴线设置，或者滚珠3沿大径轴杆螺旋设置。

当滚珠3平行于大径轴杆的轴线设置时，如图1所示，大径轴杆上开有安装槽4，所有滚珠3均灌入安装槽4内；所有滚珠3通过一个带通孔的盖板条5被压住，滚珠3的一部分从通孔中露出。也可以在图1结构的基础上进行改进，不加盖板条5，将安装槽4设计成开口向上的C型状，当所有滚珠3灌入安装槽4内后，通过在安装槽4灌入口处拧入锁紧螺杆将滚珠3挡住，而剪切块2则可以直接焊接（如图14所示）。当滚珠3沿大径轴杆螺旋设置，如图4所示，大径轴杆上间隔开有多个半圆坑6，滚珠3放置在对应的半圆坑6内；每个滚珠3通过单个的带通孔的盖板块7被压住，滚珠3的一部分从通孔中露出。

另外，滚珠3还可以沿防卡减阻器1的螺旋槽进行设置，如图5所示。

Claims (10)

1.一种钻井用防卡防托压结构，包括3~15柱配合相连的钻杆节或钻铤，其特征在于：在钻杆节或钻铤之间设有防卡减阻器（1）；

所述的防卡减阻器（1）呈斜坡轴状，斜坡处设置有起剪切左右的剪切块（2），剪切块（2）具有剪切刃，剪切刃与防卡减阻器（1）的轴线具有夹角30~60度；

所述的防卡减阻器（1）的大径柱面上设置有减小摩擦的滚珠（3）。

2.根据权利要求1所述的一种钻井用防卡防托压结构，其特征在于：所述的防卡减阻器（1）包括相连的大径轴杆和小径轴杆，且两者之间的斜坡处呈锥面；所述大径轴杆的柱面上开有螺旋槽，或者大径轴杆直接是光轴杆。

3.根据权利要求2所述的一种钻井用防卡防托压结构，其特征在于：所述的滚珠（3）设置在大径轴杆的柱面上；

滚珠（3）平行于大径轴杆的轴线设置，或者滚珠（3）沿大径轴杆螺旋设置。

4.根据权利要求3所述的一种钻井用防卡防托压结构，其特征在于：所述的大径轴杆上开有安装槽（4），所有滚珠（3）均灌入安装槽（4）内；

所有滚珠（3）通过一个带通孔的盖板条（5）被压住，滚珠（3）的一部分从通孔中露出，或者安装槽（4）的截面呈开口朝上的C型状，所有滚珠（3）灌入安装槽（4）后在安装槽（4）的灌入口处拧入锁紧螺杆将滚珠（3）挡住。

5.根据权利要求3所述的一种钻井用防卡防托压结构，其特征在于：所述的大径轴杆上间隔开有多个半圆坑（6），滚珠（3）放置在对应的半圆坑（6）内；

每个滚珠（3）通过单个的带通孔的盖板块（7）被压住，滚珠（3）的一部分从通孔中露出。

6.根据权利要求4或5所述的一种钻井用防卡防托压结构，其特征在于：所述的小径轴杆和大径轴杆相连的锥面处，周向设置有多个可拆卸的剪切块（2），剪切块（2）的剪切刃上还镶有金刚石复合片。

7.根据权利要求6所述的一种钻井用防卡防托压结构，其特征在于：所述的大径轴杆上沿斜坡处的锥面开有榫形槽（8），剪切块（2）通过榫头与榫形槽（8）配合安装。

8.根据权利要求6所述的一种钻井用防卡防托压结构，其特征在于：所述的剪切块（2）的根部为瓣状的弧形抱环，多个剪切块（2）弧形抱环拼接形成完整的圆形抱环；

所述圆形抱环抱箍在大径轴杆的锥面处，且其抱箍面与大径轴杆的锥面相适配，圆形抱环具有外螺纹，大径轴杆靠近锥面处的柱面上具有螺纹，大径轴杆和圆形抱环之间通过带内螺纹的外套管（9）螺纹配合相连。

9.根据权利要求4或5所述的一种钻井用防卡防托压结构，其特征在于：所述的钻杆节的锥面处还能够直接设置剪切块（2）；

所述的剪切块（2）的根部为瓣状的弧形抱环，多个剪切块（2）弧形抱环拼接形成完整的圆形抱环，圆形抱环抱箍在钻杆节靠近其锥面的小径杆上，剪切块（2）的瓣状的弧形抱环之间通过螺杆配合相连。

10.根据权利要求4或5所述的一种钻井用防卡防托压结构，其特征在于：所述的钻杆节靠近其锥面的小径杆上还能够直接设置剪切块（2）；

所述的钻杆节小径杆上套设有两半圆形内圈（10），两半圆形内圈（10）的接触面呈卡扣台状，通过在卡扣台中拧入螺杆实现两半圆形内圈（10）固定相连；

所述的剪切块（2）的根部为瓣状的弧形抱环，多个剪切块（2）弧形抱环拼接形成完整的圆形抱环，圆形抱环抱箍在两半圆形内圈（10）外，每个剪切块（2）的瓣状的弧形抱环通过螺钉与半圆形内圈（10）相连，半圆形内圈（10）具有相应螺纹孔。

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