CN2784570Y - 一种机械式自动垂直钻井工具 - Google Patents
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Abstract
一种机械式自动垂直钻井工具,它包括转换接头、导流头、轴承、配重、心轴、内筒、内筒挡板、上盘阀、下盘阀、壳体、活塞缸挡板和活塞,其原理是适时感应井斜的重力信号,由重力驱动机构,建立钻柱内外高低压流体间的通道,利用二者间的压差,驱动活塞适时推靠井壁高边,井壁的反作用力则将钻头推向低边,而在井眼的其他位置,活塞则不推靠井壁,钻柱旋转,该过程循环往复,井斜即被不断感应和修正,本实用新型在实现主动、适时防斜的同时,还能够有效解放钻压,大幅提高钻速和井眼质量,降低施工风险,本实用新型具有结构简单、可靠、适用多种钻井平台、加工制造和使用维护成本低等特点。
Description
技术领域
本实用新型属于石油、天然气钻井的配套装置。
技术背景
直井是出现最早、目前数量最多的一类油气井,据统计直井至少占全球钻井的55%,仅2004年全世界就有超过5万口直井(不包括中国)。但是现代钻井经过多年的发展,直井钻井的问题并未得到很好的解决,直井防斜就是普遍存在、非常突出的一个问题。
目前常规直井防斜主要是用满眼组合“重压快钻”,以满保直,纠斜则用钟摆组合“轻压吊打”,以慢纠斜,其弊病是用牺牲钻压和高成本来换取小井斜,用牺牲钻速来换取井身质量,井身质量与经济效益是对立的。虽然也出现了塔式钻具、方钻铤、偏心钻铤、HCY抗斜器、偏轴防斜打快技术、柔性组合防斜打快技术、导向钻具防斜打快技术以及反钟摆防斜打快技术等技术,但是由于均存在一定的局限性,难以普遍推广使用。
由于常规直井防斜纠斜技术适用范围有限,已不能满足如高陡构造、深井等复杂情况下钻直井的需要。同时人们也逐渐认识到,钻直井不是低成本及简单的钻井作业,迫切需要发展新的防斜技术。新的防斜技术应不但能防斜,而且还能打快,将优质和高效有效地统一起来,换言之“自动化+简单+不影响钻井过程+高效+经济效益”是当今直井防斜纠斜技术发展的主要特征。
发明内容
本实用新型正是为在直井钻进中实现主动、适时防斜,同时又不影响钻井过程,可获得高的钻速,能够实现优质和高效的统一而设计的,其原理是适时感应井斜的重力信号,由重力驱动机构,建立钻柱内外高低压流体间的通道,利用二者间的压差,驱动活塞适时推靠井壁高边,井壁的反作用力则将钻头推向低边,而在井眼的其他位置,活塞则不推靠井壁,钻柱旋转,该过程循环往复,井斜即被不断感应和修正,本实用新型的目的就是为现场提供一种机械式自动垂直钻井工具。
本实用新型是这样来实现的,它由转换接头、导流头、轴承、配重、心轴、内筒、内筒挡板、上盘阀、下盘阀、壳体、活塞缸挡板和活塞等组成,轴承装在心轴的两端,配重固定在心轴的一侧、轴承之间,然后将心轴、轴承和配重一起装入内筒,导流头固定在内筒上端,内筒挡板套在心轴的下端,并与内筒固定,上盘阀与心轴的下端面相联,上盘阀的扇形偏心流道和配重分别位于心轴的两侧,在壳体下端外壁加工有活塞缸,活塞缸的底部加工有活塞缸入口,活塞缸的侧面加工有与环空相通的卸压孔,下盘阀表面加工有流道,内部加工有导流孔,导流孔的入口设置在下盘阀的上端面,出口设置在下盘阀的侧面,将下盘阀装入壳体下端,使其侧面的导流孔出口与活塞缸入口相对,并固定,然后把内筒固定在壳体内,上盘阀和下盘阀相对,活塞缸挡板与活塞配装,然后一起装入活塞缸,并与壳体固定,在壳体的上端通过转换接头与钻柱相联,配重与内筒的内壁之间留有间隙,壳体的两端加工有螺纹,中心加工成通孔,活塞缸与下盘阀上导流孔的数量相同,分别绕壳体轴心和下盘阀轴心均匀分布,活塞上可加工通向环空的卸压通孔,如果井眼发生倾斜,配重就会在其自身重力作用下,带动心轴下端的上盘阀绕心轴的中心转动,因为心轴的两端装有轴承,当壳体旋转时,配重会在其自身重力的作用下,稳定在倾斜井眼的低边,而不随壳体和内筒一起转动,因为上盘阀上的扇形偏心流道与配重分别位于心轴的两侧,这时上盘阀上的扇形偏心流道就会位于倾斜井眼的高边,壳体带动下盘阀转动,当上盘阀上的扇形偏心流道与下盘阀上的导流孔重合时,钻井液通过转换接头、壳体内壁和内筒外之间的环隙、上盘阀上的扇形偏心流道、下盘阀上的导流孔、活塞入口,进入活塞缸,经活塞缸侧面的卸压孔流向环空,由于卸压孔直径较小,钻井液经过时,会在活塞缸内形成较大的压力降作用于活塞的内端面,将活塞推向倾斜井眼的高边井壁,井壁的反作用力使得钻头在低边的切削量增加,壳体带动下盘阀转动,当下盘阀上的导流孔与上盘阀上的扇形偏心流道错开时,钻井液流向环空的通道被关闭,在活塞缸内不能形成驱动活塞靠向井壁的压力降,因此钻头在井眼低边以外区域的切削量不会增加,如此循环往复,井斜被适时感应,活塞推靠井壁形成指向井眼低边的侧向力,使得钻头在低边的切削量增加,井斜逐渐降低,并趋于稳定,井斜感应的精度通过调整配重的质量,配重重心与心轴中心的距离、零件的加工和安装精度等参数来获得,修正井斜的效率通过调整钻井排量、卸压孔和活塞的尺寸等参数来获得。
本实用新型是基于现有技术发展状况和井斜发生机理的分析,为满足直井钻进对主动、适时防斜、打快等实际需求而设计的,本实用新型在钻具旋转钻进时,自动感应井斜,并进行自动纠斜(不需滑动钻进),因而能够减少摩擦力和阻力,使得钻压和扭矩传输更有效,同时使井眼更平滑,减少井眼净化问题,降低卡钻风险,重要的是能够有效解放钻压,正常钻进,最大限度提高钻速,本实用新型具有结构简单、使用方便、安全可靠、压耗低、不影响钻具结构、适用于多种钻井平台、加工制造和使用维护的成本较低等特点,对于提高直井钻井速度、降低生产成本具有重要的实际意义。
附图说明
图1一种机械式自动垂直钻井工具示意图
1.转换接头;2.导流头;3.轴承;4.配重;5.心轴;6.内筒;7.内筒挡板;8.上盘阀;9.下盘阀;10.壳体;11.导流孔;12.扇形偏心流道;13.活塞缸挡板;14.卸压孔;15.活塞;16.活塞缸入口;17.活塞缸
具体实施方式
现结合说明书附图对本实用新型作进一步的描述。
当采用本实用新型进行直井钻井施工时,轴承[3]装在心轴[5]的两端,配重[4]固定在心轴[5]的一侧、轴承[3]之间,然后将心轴[5]、轴承[3]和配重[4]一起装入内筒[6],导流头[2]固定在内筒[6]上端,内筒挡板[7]套在心轴[5]的下端,并与内筒[6]固定,上盘阀[8]与心轴[5]的下端面相联,上盘阀[8]的扇形偏心流道[12]和配重[4]分别位于心轴[5]的两侧,在壳体[10]下端外壁加工有活塞缸[17],活塞缸[17]的底部加工有活塞缸入口[16],活塞缸[17]的侧面加工有与环空相通的卸压孔[14],下盘阀[9]表面加工有流道,内部加工有导流孔[11],导流孔[11]的入口设置在下盘阀[9]的上端面,出口设置在下盘阀[9]的侧面,将下盘阀[9]装入壳体[10]下端,使其侧面的导流孔[11]出口与活塞缸入口[16]相对,并固定,然后把内筒[6]固定在壳体[10]内,上盘阀[8]和下盘阀[9]相对,活塞缸挡板[13]与活塞[15]配装,然后一起装入活塞缸[17],并与壳体[10]固定,在壳体[10]的上端通过转换接头[1]与钻柱相联,配重[4]与内筒[6]的内壁之间留有间隙,壳体[10]的两端加工有螺纹,中心加工成通孔,活塞缸[17]与下盘阀[9]上导流孔[11]的数量相同,分别绕壳体[10]轴心和下盘阀[9]轴心均匀分布,活塞[15]上可加工通向环空的卸压通孔。
当采用本实用新型进行直井钻井施工时,如果井眼发生倾斜,配重[4]就会在其自身重力作用下,带动心轴[5]下端的上盘阀[8]绕心轴[5]的中心转动,因为心轴[5]的两端装有轴承[3],当壳体[10]旋转时,配重[4]会在其自身重力的作用下,稳定在倾斜井眼的低边,而不随壳体[10]和内筒[6]一起转动,因为上盘阀[8]上的扇形偏心流道[12]与配重[4]分别位于心轴[5]的两侧,这时上盘阀[8]上的扇形偏心流道[12]就会位于倾斜井眼的高边,壳体[10]带动下盘阀[9]转动,当上盘阀[8]上的扇形偏心流道[12]与下盘阀[9]上的导流孔[11]重合时,钻井液通过转换接头[1]、壳体[10]内壁和内筒[6]外之间的环隙、上盘阀[8]上的扇形偏心流道[12]、下盘阀[9]上的导流孔[11]、活塞入口,进入活塞缸[17],经活塞缸[17]侧面的卸压孔[14]流向环空,由于卸压孔[14]直径较小,钻井液经过时,会在活塞缸[17]内形成较大的压力降作用于活塞[15]的内端面,将活塞[15]推向倾斜井眼的高边井壁,井壁的反作用力使得钻头在低边的切削量增加,壳体[10]带动下盘阀[9]转动,当下盘阀[9]上的导流孔[11]与上盘阀[8]上的扇形偏心流道[12]错开时,钻井液流向环空的通道被关闭,在活塞缸[17]内不能形成驱动活塞[15]靠向井壁的压力降,因此钻头在井眼低边以外区域的切削量不会增加,如此循环往复,井斜被适时感应,活塞[15]推靠井壁形成指向井眼低边的侧向力,使得钻头在低边的切削量增加,井斜逐渐降低,并趋于稳定,井斜感应的精度通过调整配重[4]的质量,配重[4]重心与心轴[5]中心的距离、零件的加工和安装精度等参数来获得,修正井斜的效率通过调整钻井排量、卸压孔[14]和活塞[15]的尺寸等参数来获得。
Claims (2)
1.一种机械式自动垂直钻井工具,它包括转换接头、导流头、轴承、配重、心轴、内筒、内筒挡板、上盘阀、下盘阀、壳体、活塞缸挡板和活塞,其特征是轴承[3]装在心轴[5]的两端,配重[4]固定在心轴[5]的一侧、轴承[3]之间,然后将心轴[5]、轴承[3]和配重[4]一起装入内筒[6],导流头[2]固定在内筒[6]上端,内筒挡板[7]套在心轴[5]的下端,并与内筒[6]固定,上盘阀[8]与心轴[5]的下端面相联,上盘阀[8]的扇形偏心流道[12]和配重[4]分别位于心轴[5]的两侧,在壳体[10]下端外壁加工有活塞缸[17],活塞缸[17]的底部加工有活塞缸入口[16],活塞缸[17]的侧面加工有与环空相通的卸压孔[14],下盘阀[9]表面加工有流道,内部加工有导流孔[11],导流孔[11]的入口设置在下盘阀[9]的上端面,出口设置在下盘阀[9]的侧面,将下盘阀[9]装入壳体[10]下端,使其侧面的导流孔[11]出口与活塞缸入口[16]相对,并固定,然后把内筒[6]固定在壳体[10]内,上盘阀[8]和下盘阀[9]相对,活塞缸挡板[13]与活塞[15]配装,然后一起装入活塞缸[17],并与壳体[10]固定,在壳体[10]的上端通过转换接头[1]与钻柱相联。
2.根据权利要求1所述的一种机械式自动垂直钻井工具,其特征是配重[4]与内筒[6]的内壁之间留有间隙,壳体[10]的两端加工有螺纹,中心加工成通孔,活塞缸[17]与下盘阀[9]上导流孔[11]的数量相同,分别绕壳体[10]轴心和下盘阀[9]轴心均匀分布,活塞[15]上可加工通向环空的卸压通孔。
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