專利名稱：一種適用于氣體鉆井的分流式自動(dòng)垂直鉆井工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是鉆井工程所用的一種適用于氣體鉆井的分流式自動(dòng)垂 直鉆井工具。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中此類垂直鉆井工具已有以下專利文獻(xiàn)予以批露。
中國專利說明書CN 2431393Y ( 2001年5月23曰公開)描述了機(jī)電液 一體化自動(dòng)垂直鉆井工具，該鉆井工具能夠在井斜時(shí)，進(jìn)行自動(dòng)探測(cè)傾斜 情況，并使鉆頭上自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)附加的降斜力。該鉆井裝置設(shè)有固定導(dǎo)向 套，其內(nèi)設(shè)有鉆柱及探測(cè)控制裝置，探測(cè)控制裝置與電磁換向閥控制連接， 導(dǎo)向液壓缸嵌設(shè)于固定導(dǎo)向套內(nèi)靠近鉆頭的部位，導(dǎo)向活塞伸于固定導(dǎo)向 套的外壁。
中國專利說明書CN 1519455A ( 2004年8月11曰公開)描述了一種垂 直鉆井防斜裝置，它至少包括一段鉆鋌和固定在鉆鋌上的偏心穩(wěn)定器，所 述的偏心穩(wěn)定器分別固定在鉆鋌兩端，在鉆鋌的外圓表面上還裝有偏心塊。 該發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，鉆井時(shí)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)。
中國專利說明書CN 1676862A ( 2005年10月5曰公開)描述了一種機(jī) 械式自動(dòng)垂直鉆井工具，其原理是適時(shí)感應(yīng)井斜的重力信號(hào)，由重力驅(qū)動(dòng) 機(jī)構(gòu)，建立鉆柱內(nèi)外高低壓流體間的通道，利用二者間的壓差，驅(qū)動(dòng)活塞 適時(shí)推靠井壁高邊。該發(fā)明在實(shí)現(xiàn)主動(dòng)、適時(shí)防斜的同時(shí)，還能夠有效解 放鉆壓，大幅提高鉆速和井眼質(zhì)量，降低施工風(fēng)險(xiǎn)，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、 可靠、適用多種鉆井平臺(tái)、加工制造和使用維護(hù)成本低等特點(diǎn)。
井斜問題始終困撓著鉆井工程師們，造成井斜的原因較多，但主要有三大原因。
第一個(gè)原因是地下的原因即地質(zhì)方面的因素，沉積地層由于存在層
狀結(jié)構(gòu)、地層傾角、斷層、軟硬交錯(cuò)等，且不同方向的物性和強(qiáng)度又有差 異，使鉆頭在井底面非均勻切削而不平衡鉆進(jìn)，導(dǎo)致近鉆頭處鉆具發(fā)生彎 曲，從而使鉆壓偏離原井眼軸線。
第二個(gè)原因是地面的原因即地面所配的下部鉆具組合和所施加的鉆 井參數(shù)對(duì)井眼偏斜有影響，對(duì)于給定的下部鉆具組合，鉆井參數(shù)中鉆壓和 轉(zhuǎn)速是主要因素，在鉛垂段鉆進(jìn)中，下部鉆具組合在一定的鉆壓下會(huì)發(fā)生 彎曲變形，鉆柱的彎曲使鉆壓作用方向偏離了鉆頭處原井眼軸線，從而導(dǎo) 致井眼偏斜。
第三個(gè)原因是由鉆井施工過程中的操作引起井斜。
為解決這個(gè)問題，國內(nèi)、外專家就鉆柱力學(xué)、鉆頭設(shè)計(jì)、鉆井參數(shù)優(yōu) 化等做了大量的研究，同時(shí)也設(shè)計(jì)了多種垂直鉆井工具及垂直鉆井系統(tǒng)， 例如如上述專利提到的垂直鉆井工具，這些工具已經(jīng)或?qū)榇怪便@井施工 起到重要作用，國外Baker Hughes公司推出了 VertiTrak系統(tǒng)， Schlumberger公司推出了 PowerV系統(tǒng)，這些系統(tǒng)已經(jīng)在鉆井施工中發(fā)揮 了重要作用。
如上文獻(xiàn)中所述的各類垂直鉆井工具或垂直鉆井系統(tǒng)，都有著各自的 優(yōu)點(diǎn)，但也存在各自的局限性，以上工具都只適用于泥漿鉆井，在氣體鉆 井過程中，氣柱壓力、泵壓、鉆壓內(nèi)外壓差都較低，很難以此壓力開啟垂 直鉆井工具的推靠機(jī)構(gòu)。隨著氣體鉆井技術(shù)的發(fā)展，氣體鉆井斜發(fā)生井斜 后很難控制，因此亟需一種可以適用于氣體鉆井的垂直鉆井工具，以控制 井身質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
為克服已有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供了一種適用于氣體鉆井的分 流式自動(dòng)垂直鉆井工具，由上接頭、殼體、下接頭、心管、調(diào)整墊片、承
軸、擋板、配重、導(dǎo)流器、分流器及閥門幾大部分組成，其特征是上接 頭、殼體及下接頭螺紋聯(lián)接，調(diào)整墊片、承軸、擋板、配重及導(dǎo)流器串于 心管上，分流器螺釘固定于心管內(nèi)，閩門固定殼體上。
本發(fā)明的目的在于提供一種適用范圍廣、操作方便、結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定 性好、使用壽命長的分流式自動(dòng)垂直鉆井工具。
本發(fā)明還釆用如下技術(shù)方案
上接頭、下接頭為管狀結(jié)構(gòu)，兩端部勻有螺紋，分別與其它鉆具及殼 體螺紋聯(lián)接；殼體上開有噴射槽，來引導(dǎo)氣流，并在噴射孔內(nèi)裝有有單向 閥門；心管上端部位于上接頭內(nèi)，下端部位于下接頭內(nèi)，中部通過擋板及
軸承、導(dǎo)流器上固定，心管上開有一弧長形分流孔，用于分流氣體。配重
為一扇柱結(jié)構(gòu)，以焊接方式固定于心管上；導(dǎo)流器通過螺釘固定于殼體上, 且導(dǎo)流器上均布有導(dǎo)流孔，上部與軸承相接；分流器通過螺釘固定于殼體 內(nèi)部，斜面正對(duì)心管上分流孔 本垂直鉆井工具有如下優(yōu)點(diǎn)
1、 適用范圍廣，更換閥門可以調(diào)節(jié)噴射直徑，調(diào)節(jié)噴射流產(chǎn)生的反作 用力；
2、 操作方便，采用重力感應(yīng)井斜原理進(jìn)行自動(dòng)感應(yīng)及自動(dòng)糾斜，不需 增加任何操作；
3、 結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好，采用機(jī)械式結(jié)構(gòu)，使用過程中性能發(fā)揮穩(wěn)定。


圖l本發(fā)明專利結(jié)構(gòu)示意2 A-A視圖
圖3 B-B視圖

:
1.上接頭
2.殼體
3.下接頭
4.心管
5.調(diào)整墊片
6.軸承
7.擋板
8.配重
9.導(dǎo)流器
10.分流器
11.閥門
12.噴射
13.導(dǎo)流孔
14.分流孔
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)結(jié)合圖l、圖2及圖3對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。本適用于氣體鉆井 的分流式自動(dòng)垂直鉆井工具基于氣體動(dòng)力學(xué)原理、流固耦合分析方法，利 用分流氣體方法，將分流噴射的反作用力調(diào)節(jié)鉆頭側(cè)向力，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)感應(yīng) 井斜及糾斜，達(dá)到垂直鉆井施工的目的。
當(dāng)采用本發(fā)明進(jìn)行直井鉆井施工時(shí)，計(jì)算所需噴身孔直徑，并選擇閥門 11。按圖l進(jìn)行裝配，軸承6分別裝于擋板7兩側(cè)，并與心管4過盈配合, 配重8以焊接方式固定于心管4的兩擋板7中間，且配重8與心管4上分 流孔14環(huán)向相差180°,導(dǎo)流器9用螺釘固定于心管4內(nèi)，且斜面正對(duì)心管 4上分流孔14,分流器IO以螺釘固定于殼體2上，且其上的導(dǎo)流孔13與 殼體上的噴射槽12相對(duì)齊，調(diào)整墊片5安裝于心管4上部，起到調(diào)整及保 持軸承的作用。在將上接頭l、殼體2及下接頭3螺紋聯(lián)接前，對(duì)軸承6、 及心管4兩端加上潤滑脂，垂直鉆井工具裝配好后安裝在鉆具組合中，且 盡量靠進(jìn)鉆頭。
當(dāng)井斜小于2。時(shí)，心管4與軸承、導(dǎo)流器9、上接頭l、下接頭3之間 的環(huán)向摩擦力使配生8保持一恒定位置，配生8隨著鉆柱的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)， 若氣流通道殼體2的噴射槽12、導(dǎo)流器9:的導(dǎo)流孔13及心管4的分流孔14聯(lián)通，則氣流隨著鉆柱的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)噴射，若以上氣流通道沒有聯(lián)通， 則不會(huì)有氣流流入環(huán)空，這兩總情況下自動(dòng)垂直鉆井工具起到了穩(wěn)斜的作 用。
當(dāng)井斜大于2。時(shí)，鉆柱轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，心管4與軸承、導(dǎo)流器9、上接頭l、 下接頭3之間的環(huán)向摩擦力已不能使配生8保持一恒定位置，配重8受重 力作用影響，始終自動(dòng)保持于低邊，心管4上的分流孔14始終自動(dòng)指向高 邊，隨著鉆柱轉(zhuǎn)動(dòng)，殼體2的噴射槽12、導(dǎo)流器9的導(dǎo)流孔13及心管4 的分流孔14聯(lián)通時(shí)，通過分流器10將部分氣體分向通過分流孔14、導(dǎo)流 孔13、閥門11及噴射槽12直接噴向井眼高邊，在氣流噴射時(shí)的反作用力 作用下，將近鉆頭鉆具保持于井眼低邊，使鉆頭產(chǎn)生降斜力，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)垂 直鉆井。
殼體2上所裝閥門ll為單向閥，不僅具有調(diào)節(jié)噴射口大小的作用，而 且能在起、下鉆停止循環(huán)時(shí)防止井眼內(nèi)雜質(zhì)進(jìn)入垂直鉆井工具。導(dǎo)流器9 的導(dǎo)流孔13及殼體2噴射槽12均朝斜上方向，如此設(shè)計(jì)不僅能在噴射時(shí) 產(chǎn)生反作用力，而且有助于氣體攜巖作用。心管4兩端分別插入上接頭1 及下接頭2—段，并存在一定量的間隙，間隙中加入潤滑脂，不僅可以減 小心管4轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦力，而且起來了很好的密封軸承6的作用，保證軸承6
的工作性能和提高其的工作壽命。
如圖2所示，配重8為一扇形柱體，其內(nèi)側(cè)與心管4焊接固定，外側(cè)與 殼體存在一定間隙，以此來實(shí)現(xiàn)配重8在發(fā)生井斜時(shí)自動(dòng)始終保于井眼低邊。
如圖3所示，殼體2均布四個(gè)噴射槽12,導(dǎo)流器9均布四個(gè)導(dǎo)流孔， 它們呈相通狀態(tài)，但心管4上的分流孔14只能與其中一個(gè)相通，鉆柱轉(zhuǎn)動(dòng) 時(shí)為延長分流孔14與導(dǎo)流孔13相通時(shí)間，分流孔14為環(huán)向長孔。
'整個(gè)適用于氣體鉆井的分流式自動(dòng)垂直鉆井工具結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、適用范圍廣、性能可靠，是一種理想的適用于油氣井鉆井工程的垂直鉆井 工具。
權(quán)利要求
1、一種適用于氣體鉆井的分流式自動(dòng)垂直鉆井工具，由上接頭(1)、殼體(2)、下接頭(3)、心管(4)、調(diào)整墊片(5)、承軸(6)、擋板(7)、配重(8)、導(dǎo)流器(9)、分流器(10)及閥門(11)幾大部分組成，其特征是上接頭(1)、殼體(2)及下接頭(3)螺紋聯(lián)接，調(diào)整墊片(5)、承軸(6)、擋板(7)、配重(8)及導(dǎo)流器(9)串于心管(4)上，分流器(10)螺釘固定于心管(4)內(nèi)，閥門(11)固定殼體(2)上。
2、 按照權(quán)利要求l所述的一種適用于氣體鉆井的分流式自動(dòng)垂直鉆井 工具，其特征是上接頭(1)、下接頭(3)為管狀結(jié)構(gòu)，兩端部都有螺紋， 分別與其它鉆具及殼體(2)螺紋聯(lián)接。
3、 按照權(quán)利要求1所述的一種適用于氣體鉆井的分流式自動(dòng)垂直鉆井 工具，其特征是殼體(2 )布有噴射槽(12 ),并裝有閥門(11 )。
4、按照權(quán)利要求1所述的一種適用于氣體鉆井的分流式自動(dòng)垂直鉆井 工具，其特征是心管(4)上端部位于上接頭(1)內(nèi)，下端部位于下接頭(2) 內(nèi)，中部通過擋板(5)及軸承(6)、導(dǎo)流器(9)固定，心管(4)上開有 一弧長形分流孔(14)。
5、 按照權(quán)利要求1所述的一種適用于氣體鉆井的分流式自動(dòng)垂直鉆井 工具，其特征是配重(8)為一扇形柱結(jié)構(gòu)，以焊接方式固定于心管(4)上， 其環(huán)向位置與心管(4)上的分流孔(14)相位差180°。
6、 按照權(quán)利要求1所述的一種適用于氣體鉆井的分流式自動(dòng)垂直鉆井 工具，其特征是導(dǎo)流器(9)上均布有導(dǎo)流孔(13)，并通過螺釘固定于殼 體(2)上，上部與軸承(6)相接。
7、 按照權(quán)利要求1所述的一種適用于氣體鉆井的分流式自動(dòng)垂直鉆井 工具，其特征是分流器(10)通過螺釘固定于殼體(2)內(nèi)部，斜面正對(duì)心 管(4)上分流孔(14)。
全文摘要
一種適用于氣體鉆井的分流式自動(dòng)垂直鉆井工具，是一種用于油氣井鉆井工程的防斜鉆井工具，由上接頭、殼體、下接頭、心管、調(diào)整墊片、承軸、擋板、配重、導(dǎo)流器、分流器及閥門幾大部分組成，其特征是上接頭、殼體及下接頭螺紋聯(lián)接，調(diào)整墊片、承軸、擋板、配重及導(dǎo)流器串于心管上，分流器螺釘固定于心管內(nèi)，閥門固定殼體上。本分流式自動(dòng)垂直鉆井工適用范圍廣，更換閥門可以調(diào)節(jié)噴射直徑，以此調(diào)節(jié)噴射氣流流產(chǎn)生的反作用力；操作方便，采用重力感應(yīng)井斜原理進(jìn)行自動(dòng)感應(yīng)及自動(dòng)糾斜，不需增加任何操作；結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好，采用機(jī)械式結(jié)構(gòu)，使用過程中性能發(fā)揮穩(wěn)定，工作壽命長。
文檔編號(hào)E21B7/10GK101451425SQ200710116110
公開日2009年6月10日 申請(qǐng)日期2007年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月7日
發(fā)明者波 唐, 唐代緒, 趙金海, 韓來聚 申請(qǐng)人:中國石化集團(tuán)勝利石油管理局鉆井工藝研究院