專利名稱：垂直鉆井防斜裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種垂直鉆井防斜裝置，尤其是一種在鉆井鉆進(jìn)過程中防止井眼偏斜的裝置，屬于鉆井工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鉆井是石油天然氣等地下資源勘探開發(fā)的基本手段，也是資金和技術(shù)密集型專業(yè)工程。先進(jìn)的鉆井技術(shù)，在加快油氣等資源勘探開發(fā)速度、降低勘探開發(fā)作業(yè)成本等方面發(fā)揮了不可替代的重要作用。因此，開展鉆井技術(shù)和鉆井工具研究，對提高我國油氣等地下資源的勘探開發(fā)效率和經(jīng)濟(jì)效益，以及參與世界技術(shù)市場競爭等，都具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和戰(zhàn)略意義。
如何在鉆垂直井時實(shí)現(xiàn)高效防斜打直，是鉆井現(xiàn)場經(jīng)常碰到的技術(shù)難題之一。在打垂直井時，如果井斜過大，會使井眼偏離地下設(shè)計目標(biāo)，打亂油氣田開發(fā)的布局。對于勘探工作來說，井斜大了，會使井深發(fā)生誤差，使所得的地質(zhì)資料不真實(shí)，甚至偏離勘探目標(biāo)。井打斜了，也給鉆井工程本身增加了困難，甚至造成嚴(yán)重的井下事故。在斜井內(nèi)，鉆鋌易靠在井壁一側(cè)，旋轉(zhuǎn)時發(fā)生嚴(yán)重摩擦，在井斜突變井段鉆鋌會產(chǎn)生彎曲交變應(yīng)力，易使鉆鋌磨損和折斷，也可能造成井壁坍塌及鍵槽卡鉆等事故，有時甚至被迫填井側(cè)鉆。井斜超標(biāo)，也會影響固井質(zhì)量，首先是造成下套管困難，同時套管下入后不易居中，這往往是造成固井竄槽、管外冒油冒氣的原因之一。對采油工作來說，井斜過大會直接影響井下的分層開采、注水工作的正常進(jìn)行(如下封隔器困難，封隔器密封不好等)，對抽油井也常引起油管和抽油桿的磨損和折斷，甚至造成嚴(yán)重的井下事故。所以，井斜超標(biāo)對油氣田的勘探與開發(fā)都有很大危害。傳統(tǒng)的防斜打直技術(shù)，無論是底部鉆具組合本身，還是地層的自然造斜特性，均要求限制鉆壓的大小，甚至要求“輕壓吊打”，從而嚴(yán)重降低了鉆進(jìn)的效率(由于小鉆壓不能滿足鉆頭破巖的機(jī)械能量)。因此，如何高效控制井斜(即“防斜打快”)是鉆井科技發(fā)展中的一個重大研究課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種垂直鉆井防斜裝置，其結(jié)構(gòu)簡單，在鉆井時，能夠在滿足鉆頭破巖所需的鉆壓前提下有效地將井斜控制在允許范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜地層鉆進(jìn)防斜打快的目標(biāo)。
本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種垂直鉆井防斜裝置，它至少包括一段鉆鋌和固設(shè)在鉆鋌上的偏心穩(wěn)定器，所述的偏心穩(wěn)定器分別固設(shè)在鉆鋌兩端，在鉆鋌的外圓表面上還裝設(shè)有偏心塊。
為了能夠達(dá)到偏心穩(wěn)定的目的，固設(shè)在鉆鋌兩端的兩個偏心穩(wěn)定器的偏心量大小相同，偏心方向相同。
裝設(shè)在鉆鋌外圓表面的偏心塊的最佳形狀為半圓柱狀。
為了減少偏心塊與鉆鋌之間的轉(zhuǎn)動摩擦，在偏心塊與鉆鋌外圓表面之間還設(shè)有軸承。
為了使鉆鋌在旋轉(zhuǎn)一周的過程中，在某一角度內(nèi)偏心塊能夠被兩端的偏心穩(wěn)定器抬離井壁，偏心穩(wěn)定器的偏心量大于偏心塊的偏心量且其偏心的方向相同。
鉆鋌和偏心穩(wěn)定器之間通過螺紋連接。
綜上所述，本發(fā)明其結(jié)構(gòu)簡單，在鉆井時，將該結(jié)構(gòu)的上偏心偏定器與鉆鋌通過螺紋相連，下偏心偏定器也與鉆鋌或直接與鉆頭通過螺紋相連，就能夠在滿足鉆頭破巖所需的鉆壓前提下有效地將井斜控制在允許范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜地層鉆進(jìn)防斜打快的目標(biāo)。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的計算結(jié)果圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)地說明。
如圖1所示，為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。從圖中可知，本發(fā)明利用不倒翁原理(即其重心極低)，將一個半圓柱形的偏心塊3，通過軸承2裝設(shè)在鉆鋌5上。在偏心塊3的兩邊各有一個偏心穩(wěn)定器1和4，這兩個偏心穩(wěn)定器1和4的偏心量大于偏心塊3的偏心量。兩個偏心穩(wěn)定器1和4的偏心量大小最好相同，偏心方向也最好相同。偏心穩(wěn)定器1和4的偏心量比偏心塊3的偏心量要大，這樣就可以保證在鉆鋌旋轉(zhuǎn)一周的過程中，某一段角度內(nèi)偏心塊3會被兩邊的偏心穩(wěn)定器1和4抬離井壁，從而使其能夠自由的轉(zhuǎn)動。
本發(fā)明的工作機(jī)理是這樣的，在鉆垂直井時，如果井眼在鉆進(jìn)過程中不發(fā)生偏斜，偏心穩(wěn)定器1和4以及鉆鋌5都通過螺紋連接成一體，它們將隨鉆鋌同步轉(zhuǎn)動，偏心塊3由于摩擦力的作用也會慢慢的轉(zhuǎn)動。
當(dāng)井眼發(fā)生偏斜并且偏斜達(dá)到一定程度時，偏心塊3的重力分量大于摩擦阻力，它就會在重力的作用下自動停留在井眼的低邊上去，不再隨鉆鋌轉(zhuǎn)動，這樣就可以將此處的鉆鋌頂?shù)骄鄣母哌吷先?，從而產(chǎn)生一個很大的降斜力，使井斜得以有效控制。
應(yīng)用此不倒翁式偏心防斜鉆具組合可在常規(guī)鉆壓下使井斜得以有效控制，實(shí)現(xiàn)既防斜又打快的目標(biāo)。
如圖1所示，具體采用鉆頭的直徑為216mm，鉆鋌的外徑為159mm，鉆頭與偏心穩(wěn)定器1的間距為2m，偏心塊3中心與兩個偏心穩(wěn)定器1和4的間距都為1.2m，兩個偏心穩(wěn)定器1和4的偏心量都為7mm，偏心塊3的偏心量為2mm，鉆井液密度為1.2，鉆壓為120kN，井斜角為2°。根據(jù)上述本發(fā)明的工作機(jī)理，具體的計算結(jié)果如圖2所示。
由計算結(jié)果可知，井斜力的大小隨位置的變化曲線如圖2所示。曲線形狀像一個帽子，由帽邊和帽頂組成。產(chǎn)生這一形狀的原因是當(dāng)偏心穩(wěn)定器1和4的大頭在高邊時，此點(diǎn)的鉆鋌在低邊，而偏心塊3處的鉆鋌在高邊，由杠桿原理，可產(chǎn)生很大的降斜力，形成了帽子的邊；當(dāng)偏心穩(wěn)定器1和4的大頭在低邊時，就將鉆鋌頂?shù)搅烁哌叄捎谄淦牧看笥谄膲K3的偏心量，所以可將偏心塊3頂離下井壁，產(chǎn)生的井斜力形狀像帽子的頂。當(dāng)出現(xiàn)井斜時，只要偏心塊3停留在井眼的低邊，鉆鋌在帽邊位置時就會產(chǎn)生很大的降斜力，在帽頂位置時雖降斜力不大，但由于這時鉆鋌在井眼中心的上部，會帶動鉆頭向下偏轉(zhuǎn)，所以也有很好的降斜作用，因此可使井眼恢復(fù)到垂直狀態(tài)。當(dāng)沒有井斜或井斜角非常小，偏心塊3的重力徑向分量產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動力矩小于軸承的摩擦阻力矩時，偏心塊會隨著鉆鋌慢慢轉(zhuǎn)動，這時由于井斜力平均作用在井壁的圓周上，所以不會造斜。利用本發(fā)明的這種防斜裝置，既使鉆進(jìn)高陡構(gòu)造等嚴(yán)重易斜地層，也能保證實(shí)現(xiàn)“防斜打快”的理想目標(biāo)。
最后所應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種垂直鉆井防斜裝置，它至少包括一段鉆鋌和固設(shè)在鉆鋌上的偏心穩(wěn)定器，其特征在于所述的偏心穩(wěn)定器分別固設(shè)在鉆鋌兩端，在鉆鋌的外圓表面上還裝設(shè)有偏心塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直鉆井防斜裝置，其特征在于所述的固設(shè)在鉆鋌兩端的兩個偏心穩(wěn)定器的偏心量大小相同，偏心方向相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直鉆井防斜裝置，其特征在于所述的偏心塊為半圓柱狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直鉆井防斜裝置，其特征在于所述的偏心塊與鉆鋌外圓表面之間還設(shè)有軸承，用于減少偏心塊與鉆鋌之間的轉(zhuǎn)動摩擦。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的垂直鉆井防斜裝置，其特征在于所述的偏心穩(wěn)定器的偏心量大于偏心塊的偏心量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直鉆井防斜裝置，其特征在于所述鉆鋌和偏心穩(wěn)定器之間通過螺紋連接。
全文摘要
一種垂直鉆井防斜裝置，它至少包括一段鉆鋌和固設(shè)在鉆鋌上的偏心穩(wěn)定器，所述的偏心穩(wěn)定器分別固設(shè)在鉆鋌兩端，在鉆鋌的外圓表面上還裝設(shè)有偏心塊。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，鉆井時，能夠在滿足鉆頭破巖所需的鉆壓前提下有效地將井斜控制在允許范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜地層鉆進(jìn)防斜打快的目標(biāo)。
文檔編號E21B7/04GK1519455SQ0310082
公開日2004年8月11日 申請日期2003年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月22日
發(fā)明者高德利, 宋執(zhí)武 申請人:石油大學(xué)(北京)